Pulo do Gato Eletrônica
MICRO AMPLIFICADOR DE VÁLVULA
Este artigo descreve a construção de um mini-amplificador mono de baixa potência feito com válvulas e funcionando com apenas 12V. Ele usa como válvula de saída o 12K5, projetado para os rádios automáticos dos anos 50.
Antes de começar, faço um pouco de história. Durante minha infância, alguns dispositivos na minha casa tinham válvulas, por exemplo o amado toca-discos com o rádio da minha mãe (um armatoste) e a televisão. Desde criança eu gostava de "me tornar o inventor" e uma vez eu absurdamente propus, para tentar consertar a TV na minha casa (eu tinha 7 anos!!). O choque elétrico que peguei me fez ver as estrelas e desde 
então, sempre tive muito cuidado (para dizer o mínimo) com o que considero alta tensão (mais de 30V).
Aparelhos válvulas eu sempre vi como objetos fora do tempo, com montagens aparentemente caóticas, sem circuitos impressos, sem chassis metálicos isolados, cheios de bobinas de cera, transformadores e capacitores gigantescos. E, claro, as válvulas.
Durante o período dos meus estudos e depois também com o meu trabalho, os eletrônicos que eu conhecia eram feitos com transistores e circuitos integrados. Meu mundo tecnológico era fundamentalmente digital, "limpo e seguro". Nada a ver com montagens como a da foto anterior.
Esse interesse particular em válvulas surgiu recentemente e não é que eu consiga explicar bem. De qualquer forma, apesar do tom vintage desses projetos de válvulas, não posso deixar de me mover usando uma chave mais fácil e moderna (estilo inventável) porque construir dispositivos com válvulas hoje em dia é realmente muito difícil. Por isso, tento trabalhar com 12V, tensão quase inconcebível para os conhecedores de válvulas (que normalmente usam centenas de volts), utilizando circuitos impressos puros e puros, substituindo, se possível, componentes difíceis de obter por aqueles mais comuns e, não menos importante, fazendo conjuntos simples e mais ou menos elegantes. Não estou procurando características técnicas excepcionais. Para isso tenho milhares de possibilidades oferecidas pela tecnologia moderna.
Juntando esses pequenos objetos pseudo-antigos eu me sinto um pouco como aqueles inventores pioneiros que viviam no alvorecer da eletrônica. Épocas em que tanto era experimentado, muitas vezes no silêncio da noite, em oficinas construídas em tábuas, enquanto as cidades dormiam.
A versão híbrida para fones de ouvido que publiquei há algum tempo funciona perfeitamente, mas desta vez eu queria poder usar um alto-falante diretamente em vez dos fones de ouvido. Desta forma, conectado à saída do meu receptor de válvula eu podia ouvir música ou programas de rádio com baixo volume durante meu trabalho no estúdio. Eu não queria usar semicondutores para o estágio de saída ou um transformador de áudio (atualmente difícil de encontrar).
Os objetivos que eu tinha estabelecido pareciam impossíveis e eu já tinha me resignado a abandonar o projeto. Um dia encontrei circuitos de autordios antigos que funcionavam incrivelmente com a tensão da bateria dos carros (12V). O segredo estava em uma série particular de válvulas de saída que se aproveitam de um princípio chamado "carga espacial", já observado por Thomas Edison em seus experimentos de emissão em lâmpadas de filamento.
Sem entrar em detalhes muito técnicos, normalmente nas válvulas uma nuvem de elétrons é criada em torno do cátodo, mas se a tensão da placa não é alta o suficiente, ela não consegue atraí-las (por isso as tensões da placa são tão altas). A solução descoberta para ajudar esses elétrons a se dirigir em direção à placa é adicionar uma segunda grade perto do cátodo e polarizada com uma tensão positiva (10V ou mais). Esta grade, projetada de uma forma particular, ajuda os elétrons a alcançar a placa, embora se a tensão deste último for de apenas 12V.
Na década de 50, os fabricantes utilizaram este recurso para produzir as válvulas de saída dos autordios obtendo correntes de saída relativamente altas, apesar da baixa tensão da placa. Estamos falando de algumas dúzias de miliamperes, não imagine muito mais. Entre os modelos conhecidos estava o 12K5. Encontrar uma válvula desse tipo não era muito simples, mas graças à Internet, eu poderia comprá-la a um preço muito econômico.
O segundo problema foi o transformador de saída de áudio, necessário porque as válvulas podem controlar cargas com impedâncias de algumas centenas de ohms (neste caso entre 600 e 800 ohms) enquanto os alto-falantes têm impedâncias entre 4 e 8 ohms. Se conectássemos um alto-falante diretamente à saída de uma válvula, sua baixa impedância seria completamente "ferro" o áudio de saída e não ouviríamos nada.
Eu tinha lido que era possível usar um transformador de 220V como transformador de áudio, mas o principal problema era a saturação do núcleo, não destinado a trabalhar com uma corrente constante bías, característica dos estágios de saída. A solução que encontrei é usar um transformador toroidal superdimensionado de tal forma que a corrente de bías não satura o núcleo.
Para experimentar diferentes tipos, projetei a impressão com um conector de dois terminais onde a saída da válvula e o positivo estão diretamente localizados, ou seja, os dois contatos que se conectam à entrada do transformador. Para obter uma carga correta da válvula é necessário que o principal do transformador reflita uma impedância entre 600 e 800 ohms na placa dele.
Um transformador tem uma impedância de entrada baseada na carga conectada na secundária e na razão de transformação. A fórmula é:
Zprimary = relación_de_transformación2 * Zparlante
A razão de transformação é o número de voltas do primário dividido pelo número de voltas do secundário. Se não soubermos o número de curvas e usarmos um transformador para energia, podemos simplesmente substituí-los por tensões. Por exemplo, com um transformador para 220V e com saída de 24V (ou 12V + 12V) a razão será:
Razão = 220V / 24V = 9.166
No caso de um transformador para 110V podemos obter a mesma relação com uma saída de 12V
Razão = 110V / 12V = 9.166
Voltando à nossa fórmula, para obter a impedância no primário conectando um alto-falante de 8 ohms:
Zprimary = 9.1662 * Zparlante = 9.166 * 9.166 * 8 ohms = 672 ohms
Um valor de 672 ohms é aproximadamente o recomendado pelo fabricante da válvula (entre 600 e 800 ohms) e, portanto, podemos levá-lo para sempre. Para aqueles que se aventuram na construção deste amplificador eu aconselho você a experimentar com outros transformadores, talvez você tenha a sorte de obter um especialmente projetado para trabalhar com áudio de 800 ohms a 8 ohms e menor potência de 1W.
Para quem gosta de mergulhar no tema da saída de energia eu mostro-lhe as curvas de transferência da válvula 12K5 que eu extraí das folhas do fabricante.
Adicionei algumas linhas vermelhas que nos mostram a variação da corrente da placa (entre 9mA e 34mA) com base na tensão na grade de controle (onde o áudio entra) entre -2V e 0V. Uma maior excursão de tensão na rede introduziria uma alta distorção. A variação da corrente da placa com uma carga de 670 ohms nos dá uma potência de saída menor de 1/4W, bastante baixa, mas bem "ouvinte".
Elenco de componentes
2 resistores de
680 ohms 1 resistência
de
1Kohms 1 resistência
de 4.7Kohms 4 resistores de
100K 1/4W 1 resistência
de 220Kohms 1 resistência
de 270Kohms 2 resistir 1Mohms
1/4W 1 resistência de
2.2Mohms 1/4W 1 potencialiômetro estéreo (ou mono) 10K logarítmico 4 capacitores cerâmicos
não polarizados de 100nF 2 capacitores cerâmicos não polarizados 2.2uF
1 capacitor eletrolítico de 470uF 25V
1 led amarelo com diâmetro de 3mm
2 azul led de alta luminosidade com diâmetro de 5mm
1 válvula 12AU7 (ou ECC82) com soquete para circuito impresso
1 válvula 12K5 com tomada para circuito impresso
1 fonte regulamentada de transformador 12V 2A
1 220V a 12V + 12V e conectores 60VA
2 com terminais de 2 vias (transformador de energia e saída)
1 conector com terminais de 3 vias (ent rada áudio)
1 placa de circuito impresso 2 conectores de áudio RCA ou 1 minijack 3.5mm
Um toque de classe
Os LEDs azuis que iluminam internamente as válvulas são muito sugestivos. Para obter esse efeito é necessário modificar os soquetes da válvula removendo a perna central (que não é utilizada). Em seguida, é necessário fazer os orifícios no circuito impresso onde os zòcalos das vàlvulas vão com diâmetros superiores a 5mm (6mm pode andar bem) e finalmente soldar os LEDs como visto na fotografia. Como podem ver, já previ os contatos dos LEDs na forma com os respectivos resistores.
Circuito impresso e montagem
No final do artigo você encontrará para baixar o design do circuito impresso em PDF, pronto para imprimir e também o design de origem feito com o programa KiCad (livre e de código aberto) do qual já falamos muitas vezes em Inventable.
Tanto no PDF quanto no design de origem há duas versões do circuito impresso, uma delas incorpora o interruptor de ignição, o potencialiômetro e o conector minijack diretamente na plaqueta, enquanto a outra é projetada para montar esses componentes externamente, como você pode ver no design a seguir.
Embora no meu caso eu tenha montado a versão com todos os componentes embutidos como visto nas fotografias do protótipo, o outro é melhor porque eles podem usar qualquer tipo de conectores, interruptores e potencialiômetro
Entrada mono ou estéreo?
Como já mencionado acima este amplificador é mono mas se nossa fonte é estéreo, a fim de não perder sons do outro canal, planejei uma espécie de misturador de entrada composto simplesmente de dois resistores de 100K que se juntam na grade da primeira válvula. Por essa razão, as entradas de áudio e o potencialômetro para regulação de volume que você pode ver nos designs são estéreo. Se você preferir usar um único conector de entrada mono e um potencialiômetro simples, você pode fazê-lo sem problemas deixando a outra entrada desconectada como indicado no design a seguir:
Bem, para terminar eu te mostro outra foto noturna no meu estúdio com o amplificador ligado, ouvindo boa música jazz. Até a próxima vez!
Gabriel
Circuito impresso PDF e fonte em KiCad (16581 downloads)
Folha de dados da válvula 12K5 (descargas de 17077)
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