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31/07/2012 #1
Moderador

Avatar de hazard_1998

[APORTE] Diseño, desarrollo y construcción de un amplificador clase AB1 Valvular
Estimados: luego de una laaaarga ausencia por motivos personales, y despues de un arduo y laaaarrgo trabajo de diseño, relevamiento, pasada en limpio de mis anotaciones, hacer memoria de las conclusiones tomadas en su momento, pasada a plano CAD de mis garabatos a mano alzada, idas y vueltas con los distintos prototipos y simulaciones.. etc.. etc y mas etc... les dejo las dos primeras partes de este proyecto que me trajo mas de una satisfacción, espero lo disfruten, aprovechen, y utilicen como punto de partida para discutir, cuestionar y aprender sobre este tema que apasiona a mas de uno en este foro (creo que a unos cuantos diria yo)

Enjoy it!



Hacia fines del mes de mayo de 2011 comencé con la idea de construir un amplificador HiFi valvular, con los materiales que disponía, utilizando todos los conocimientos con los que cuento, tanto de calculo de las distintas etapas del circuito como de elementos ferromagnéticos (transformadores).
Así fue que comencé a simular un par de etapas diferenciales en el multisim 11, aquí es cuando me comenzarán a indagar el porqué de usar solamente etapas diferenciales, tanto la de entrada como la del driver; bueno, utilicé esa topología por varios motivos, unos cuantos de origen técnico, y otro estético.

Los motivos técnicos:
Rechazo a ripple: al ser una etapa diferencial, deja de ser importante las variaciones que aparezcan contra 0V, ya que la tensión que utilizaremos es la diferencia entre ambas salidas, luego veremos como se mejoró aún mas el rechazo a fuente con la aplicación de una fuente de corriente constante en cátodo.

Cancelación de ruidos: otra vez, así como hay rechazo a variaciones de tensión de fuente en modo común, de la misma manera se mejora el rechazo a ruido de modo común, pues el ruido ataca a ambas ramas del par diferencial, con la misma intensidad y polaridad, como lo que nos interesa es la señal en modo diferencial, la etapa siguiente no “ve” que sucede en modo común.

Cancelación de armónicos de orden par: en todas las etapas simétricas se cancelan los armónicos pares, con lo cual, bajamos la tasa de distorsión mas importante, en los tríodos, las distorsiones de segundo orden.

Y el motivo estético es que el equipo lo concebí como un “doble monoaural simétrico” en un solo chasis, con lo cual, la configuración completamente simétrica era un detalle mas de la simetría del equipo.

Etapa de entrada
La configuración que utilicé es la clásica “Par diferencial acoplado por cátodo” [cathode coupled diferential pair] en ingles, con la salvedad de que en vez de utilizar una simple resistencia para polarizar dicho par diferencial, utilicé una fuente de corriente constante, generada a partir de un transistor, un resistor de emisor (preset) y un diodo zener que genera la tensión de referencia de dicha fuente de corriente.
La ventaja de usar una fuente de corriente en lugar de una simple resistencia, es, mayor independencia de la tensión de fuente del par diferencial, de la tensión negativa de polarización de cátodo de dicha etapa (-55V) y mayor rechazo al ripple de fuente, además de que el par funcionaría realmente como un par diferencial con ganancias idénticas en cada una de las dos mitades, ya que si usáramos una simple resistencia como generadora de la corriente de polarización, las dos mitades del par diferencial tendrían diferente ganancia, con lo cual, estamos mejorando el balance entre ambos triodos.

Esto es debido a que:


Con lo cual la relación para un par diferencial hecho con una 12AX7, 250V de alimentación de placa, resistores de carga de 100K y una corriente de polarización de 3mA, tendríamos una reacción de 1.087 veces. Con lo cual el perfecto balance de ambas ramas del par diferencial, deja de ser perfecto… (Es común ver en esquemas comerciales donde usen este tipo de etapas, resistores de carga de distinto valor para cada rama del par diferencial para compensar la diferencia de corrientes entre ambas placas y dejar la excursión lo más parecida en ambos triodos)


Como verán, la relación entre I1 e I2 se acercará a 1 cuanto mas alto sea el valor de Rk, dicho de otra manera, cuanto mas se acerque a infinito, mas idénticas serán las corrientes de ánodo de cada uno de los triodos (siempre y cuando las características de ambos sean idénticas) Esto se cumple con una fuente de corriente constante en cátodo, ya que una fuente de corriente se comporta como una impedancia infinita.

Punto de trabajo de la primer etapa:
Teniendo lo anteriormente explicado ya en claro comencé a evaluar el punto de trabajo de dicho par diferencial, mirando detenidamente las curvas de placa de la 12AX7A y buscando cual seria la recta de carga que mas me conviniese, teniendo en cuenta que esta sería la primer etapa y por ello necesitaría toda la sensibilidad disponible.
Opté por trazar una recta de carga en las curvas características de placa, como si estuviera construyendo un amplificador de tensión en clase A con cátodo común, con resistores de carga anódica de 100K, y asumiendo una tensión de alimentación de placa de 300V, la recta de carga de CC quedó definida de la siguiente manera:



Recta de carga de CC

Figura Nº1

_____ Valores limite de tensión de placa o corriente de placa

_____Valor estático o de polarización

_____Recta de carga de CC

<--> Excursión de la tensión de entrada (-1,6 a -0,8)

Como verán, con una tensión de alimentación de placa de 300V y una resistencia de carga de ánodo de 100KΩ me quedan definidos unos cuantos datos importantes, como el valor de la fuente de corriente constante será del total máximo que pueda circular por la resistencia de carga anódica (3mA), la corriente en reposo por cada ánodo será la mitad, así, la suma de ambas corrientes será el valor de la corriente constante de cátodo, en nuestro caso 1,5mA por cada placa; además de esto, la tensión que aparecerá sobre cada placa será de 150Vcc y, la tensión entre grilla y cátodo será cercano a -0,8V, con lo cual, podremos excursionar la tensión de entrada entre 0V y 1,6V y, la excursión de tensión de salida por cada placa sería teóricamente de entre 95V (para cuando la grilla este con cero volts con respecto a cátodo) y 195V (cuando tengamos -1,6V en grilla), con lo cual tendremos una excursión neta de 100V en cada placa para una variación de 1,6V de tensión de entrada, y con una variación de corriente de placa de entre 2,1mA y 1,1mA, esto es cierto, si es que tuviéramos la misma excursión de tensión de entrada en cada grilla, pero con oposición fase, lo cual no es cierto, ya que la segunda grilla estará colocada a cero volts, con lo cual, la ganancia de tensión será la mitad. Notese además, como ante una variación de tensión simétrica de entrada, obtenemos una variación no simétrica a la salida de la etapa, esto se debe a la deformación de la parte baja de las curvas características de la válvula, introduciendo armónicos de orden par principalmente, estos armónicos pares quedarán cancelados dentro de la misma etapa, pues, la tensión que nos interesa es la diferencia entre la tensión de ánodo uno y ánodo dos, volviendo a tener una tensión con una deformación simétrica.

Verifiquemos en la Fig. 2 como se cumple la ganancia de la primer etapa (de acuerdo al esquema de la figura 4):



Figura Nº: 2

Donde el canal 1 es la tensión que aparece entre placa 1 y GND (en azul) y el canal 2 es la tensión aplicada entre grilla 1 y GND (en rojo).

Observemos la tensión de polarización de cátodo/grilla del primer par diferencial en la Fig. 3



Figura Nº:3

Donde el trazo es la tensión que alcanzan los cátodos con respecto a GND con entrada en
cortocircuito (lo que significa que las grillas están a -883mV con respecto a los cátodos).



Figura Nº: 4

Segunda etapa
Esta etapa es la que se encarga principalmente de controlar a los pentodos de salida, con lo cual, además de aportar mas ganancia aún a la que ya obtenemos con la primer etapa, necesitamos que la salida de esta etapa pueda, entregar la tensión necesaria para hacer excursionar al máximo las grillas nº1 de los pentodos de salida, obtener una buena velocidad de carga y descarga de las capacidades parasitas de las éstas, como explicaré más adelante y además, a diferencia de la primer etapa, la cual tiene una impedancia de carga de CA bastante alta (los resistores de grilla de la segunda etapa son de 1MΩ ), el circuito de grilla nº1 de los pentodos de salida ofrecerá una impedancia de carga de CA mucho mas baja, del orden de 220KΩ, con lo cual, si la resistencia de carga de CC fuera de 100KΩ como en la primer etapa, y la resistencia de placa fuera de 62,5KΩ, la propia impedancia de carga de CA nos daría una atenuación de -3.6dBV, dicho de otra manera, nos bajaría la excursión de salida un 33%; con lo cual, decidí tener una resistencia de carga de CC de aproximadamente un 10% de la impedancia de carga de CA y, con una 12AU7, podía obtener una resistencia de placa prácticamente 10 veces menos (7700Ω), además, aumentar la corriente de placa a algo mas del doble.
Por todo lo demás, básicamente, la segunda etapa es similar a la primera, salvo que la tensión de entrada ya no será por la grilla de uno de los tríodos, sino que amplificará la diferencia entre ambas grillas. Es el momento de hacer una aclaración importante y recordar que la primer etapa puede entregar una tensión cresta a cresta de 100V por cada tríodo, con una variación de 1,6Vpp, esto es así si todo el circuito operara a lazo abierto, lo cual no es cierto, esta ganancia en la primer etapa es necesaria para poder garantizar los 36dB de ganancia a lazo abierto de todo el sistema, y conseguir el margen de ganancia de 10dB del lazo cerrado, la realidad es que la tensión necesaria para tener la máxima excursión de la etapa de salida son unos 70Vpp grilla a grilla, y esto se cumple con tan solo 6Vpp grilla a grilla del par diferencial de la segunda etapa, por eso aclaro, ambas etapas tienen suficiente ganancia, para determinar la ganancia a lazo abierto de todo el sistema, y dejar el margen necesario de ganancia para la operación a lazo cerrado.

Veamos un poco las curvas características de placa de la 12AU7:



Figura Nº: 5

En la fig. 4 están representados, como en la Fig. 1 el punto de polarización de cada tríodo, donde en color verde se puede observar que, la corriente por cada tríodo es de 3.75mA (fuente de corriente constante ajustada a 7.5mA), tensión en placa de 198.75V y punto de polarización de grilla a aproximadamente -9,2V (todo esto en verde) y excursión de corriente (de 2.7mA a a 4.8mA) y tensión de placa ( de 227V a 173V) producidos por una excursión de tensión de grillas de 6.7V a 12.5V (5.8V de excursión pico a pico).

Veamos como se cumple la ganancia de AC en la realidad:



Figura Nº: 6

Donde el canal 1 es la tensión que aparece entre placa 1 y GND (en azul) y el canal 2 es la tensión aplicada entre grilla 1 y GND (en rojo)

Y la polarización de grillas:



Figura Nº:7

Como verán, tanto en la primer etapa como en la segunda, el relevamiento de ganancias y polarización estática conservan mucha similitud con el planteo teórico.

Slew Rate:
Hablemos un poco sobre la corriente necesaria para garantizar un slew rate determinado. Uno se preguntará “ por qué mas corriente de placa, si la capacidad ánodo-cátodo y la capacidad ánodo-grilla son del orden de algunos picofaradios, con la resistencia de placa de esta valvula debería alcanzar”, la verdad es que no es tan así, pensemos un poco, la única corriente con la que contamos para cargar y descargar dichas capacidades es solamente la corriente de ánodo, que depende puramente de la polarización de la valvula, mas allá de la resistencia anódica de la valvula, y una cosa es cargar 10pF a 10V, pero distinto es cargar esos mismos 10pF a 300V ya que el tiempo requerido para cargarlo es:


O dicho de otra manera:


Con lo cual, si queremos cargar 10pF a 300V en 1uS necesitaríamos 3mA.

Dicho, explicado y entendido todo lo anterior, comenzaremos con el diseño de las fuentes de alimentación y fuentes de corriente constante de las distintas secciones del equipo, punto de partida de la segunda parte de este proyecto.


____________________________





me guardo la tercera y ultima parte (que todavia estoy pasando en limpio) para el gran final... aguantense ansiosos!
31/07/2012 #2
Moderador

Avatar de hazard_1998

[APORTE] Diseño, desarroyo y construcción de un amplificador clase AB1 Valvular

Retomando desde donde quedamos en la primer parte de este articulo, comencemos a interiorizarnos en la fuente de alimentación del proyecto.
Con lo cual, separaré este capítulo en las siguientes secciones:

• Fuentes de corriente constante de CC
• Fuentes de tensión negativa para polarización de etapa de potencia
• Alimentación de filamentos de etapas de señal
• Alimentación de filamentos de etapas de potencia
• Fuentes de alimentación de alta tensión de etapas de señal
• Fuente de alimentación de alta tensión principal (de potencia)
• Diseño, cálculo y confección de transformador de alimentación

Fuentes de corriente constante de CC
Tal como se trató el tema en la primer parte de este artículo, la polarización de las etapas de entrada y excitación de cada uno de los canales, se lograrán con la implementación de una fuente de corriente constante para cada sección, de esta manera, nos aseguramos: máxima linealidad de la etapa, balance perfecto y rechazo a ripple y variaciones de tensión de fuente.

Fuente de corriente constante de etapa de entrada (primer etapa)
Cómo ya hemos aproximado en la primer parte de este artículo, la fuente de corriente constante necesaria, debe proporcionar 3mA de sink (hacia abajo) constantes, con una variación de tensión del orden de 10Vpp , dejando un margen de excursión de tensión suficiente como para poder llevar a condición de saturación de entrada sin perjudicar el funcionamiento de dicha fuente de corriente, pero además, dimensionar dicha fuente para que tolere transitorios (ante encendido o apagado) de la mayor tensión de excursión posible (recordemos que la tensión de alimentación de esta etapa es de 300Vcc) con lo cual, la elección de los semiconductores y topología decantó por un MJE340 (Vce=300V, Pc=20W, Segunda ruptura 12W@Vce=300V en 1mS) y funcionamiento mediante tensión de referencia de base por diodo Zener, ya que, en este tipo de fuentes, las variaciones de tensión de polarización de base debido a variaciones de temperatura quedan auto compensadas (tanto Q1 como Z1 poseen coeficiente térmico negativo, un aumento de temperatura en Q1 hace disminuir la tensión Base – Emisor (Vbe) aumentando la tensión sobre P1, como este aumento de temperatura también afecta a Z1, la tensión sobre éste disminuye, haciendo decrecer nuevamente la tensión sobre P1), veamos un momento la figura 8:



Figura Nº:8

Como se ve en el esquema de la figura 8, la corriente de colector es determinada por el preset P1, el cual fija la carga de una fuente de tensión formada por Q1, Z1 y R1, la corriente que circula por P1 es la suma de las corrientes de colector y de base de Q1.
Suponiendo que R1 pueda proveer la corriente de base necesaria, y la corriente de polarización de Zener, la tensión que aparece sobre P1 es entonces, la tensión de Zener, menos la tensión de barrera Base-Emisor de Q1, osea, (5.1V-0.7V), aproximadamente 4.4V sobre el preset P1. Con un Hfe cercano a 40 para una Ic de 3mA, la diferencia entre la corriente de colector y la de emisor es negligible.
Cabe aclarar un punto en particular, como se ve en el esquema de la figura 8, la alimentación de dicha fuente de corriente constante es de -55V (se ha utilizado la tensión de fuente negativa que utilizaremos para el control de bias de la etapa de potencia) y esto tiene un porqué: Seguir teniendo margen de tensión disponible en la fuente de corriente, para que, mas allá de cuanto sea la excursión de tensión de grilla de entrada, la fuente de corriente no entre en saturación.
¿Como sabemos cuánto es la mínima tensión necesaria entre colector y su punto de referencia
para mantener constante la corriente de colector ? Simple, dicha fuente de corriente saturará cuando la tensión colector-emisor de Q1 tienda a su valor de saturación, para nuestro caso 0.2Vce sumados a la tensión sobre bornes de P1. En la práctica, lo ideal es que nuestra fuente de corriente tenga suficiente margen de operación de tensión, sin que llegue a su límite, para evitar alinealidades debido a la saturación de Q1.

Fuente de corriente constante de etapa excitadora (segunda etapa)
En este caso, la fuente de corriente constante no dista mucho a la de la primer etapa, con la
salvedad de que la corriente a suministrar ya no serán 3mA, sino que deberá ser de alrededor de de 7,5mA, con lo cual, hay que dimensionar térmicamente el montaje (7,5mA y 50V en reposo y Pd 0,45W)

Fuentes de tensión negativa para polarización de etapa de potencia
Todas las etapas amplificadoras necesitan de una polarización determinada, la cual fija su punto de trabajo, las etapas de señal quedan polarizadas a través de las fuentes de corriente constante comentadas anteriormente, las etapas de potencia, también necesitan ser polarizadas para el correcto funcionamiento de la etapa, comencemos a interiorizarnos en este tema.

Este artículo trata sobre un amplificador que opera en clase AB1, recordemos un poco los distintos términos:

Operación en clase A: (tanto en etapas simples como en etapas simétricas) Se dice que opera en clase A porque la corriente que circula por el dispositivo de salida, lo hace durante todo el ciclo, es decir, el dispositivo opera durante los 360°

Operación en clase B: (solo para etapas simétricas) Se dice que opera en clase B una etapa simétrica cuando cada dispositivo de dicha etapa controla la corriente que fluye a la carga solo durante un semiciclo, cada dispositivo se encarga de la mitad de la tarea, un dispositivo controla en un semiciclo y el otro dispositivo en el otro semiciclo (180° cada uno)

Operación en clase AB: (solo para etapas simétricas) Si un circuito simétrico puede operar en clase A, o en clase B, también puede operar en un punto intermedio, a este punto intermedio se le llama clase AB.

La principal diferencia de operación entre clase A y clase B es el uso o no, de una corriente de reposo, ya que para que la etapa funcione en clase A, ésta, debe estar polarizada al punto de que siempre circule corriente por ambos dispositivos (en este caso pentodos), en cambio en clase B, los dispositivos de salida deben estar polarizados justo al corte, justo antes de que comiencen a conducir, vale decir, que ajustando la corriente de reposo podremos configurar la etapa para que opere en clase A, B o en un intermedio (clase AB).

La diferencia entre clase AB1 o a AB2, es el hecho de que opera sin corriente de grilla de entrada (AB1), o con corriente de grilla de entrada (AB2), esto es debido a que las grillas de entrada se operen o no con tensiones positivas con respecto a cátodo.

Para ajustar la corriente de reposo en nuestra etapa de salida, lo que debemos es, ajustar la tensión entre grilla y cátodo de los pentodos de salida, hasta dejar la corriente de cátodo a su valor de reposo (en nuestro caso 44mA por cada pentodo).
Y esto se puede lograr de dos maneras básicas, cada una con ventajas y desventajas

Polarización por cátodo, o “auto-bías”:
Se utiliza una resistencia intercalada entre cátodo y GND para producir la tensión necesaria para polarizar la válvula.

Ventajas:
Ajusta automáticamente la corriente de reposo a medida que la válvula envejece, además, adapta mejor la etapa ante sobrecarga, ya que la corriente de placa queda limitada a causa de la auto polarización, cambiando el punto de operación dependiendo de la corriente media que circula por cátodo.

Desventajas:
El punto de operación es difícil de modificar, ya que éste depende del valor de la resistencia de polarización. Como la corriente de placa también pasa a través de esta resistencia, y se necesitan valores de tensión de polarización importantes (del orden de 40V aproximadamente), esta resistencia debe ser de gran tamaño, para poder soportar la potencia disipada sin dañarse, disminuyendo la eficiencia de la etapa, puesto que parte de la potencia entregada por la etapa la disipan las resistencias de polarización, además, la tensión que cae sobre estas resistencias, se resta de la tensión de alimentación, obteniéndose menor potencia de salida al limitar la tensión máxima de excursión de las válvulas de salida.

Polarización fija:
Este método utiliza una fuente de tensión negativa, para proporcionar la tensión necesaria de polarización de las válvulas de salida.

Ventajas:
Se puede implementar con componentes discretos de pequeño tamaño.
Tanto el punto de polarización como el balance entre cada válvula se puede ajustar mediante
presets.
A diferencia de la polarización por cátodo, toda la tensión de alimentación esta disponible para
lograr la máxima excursión de salida.

Desventajas:
Suele ser necesario revisar periódicamente el punto de polarización de la etapa de salida, ya que a medida que las válvulas de salida envejecen, es necesario corregir la polarización.

Personalmente me incliné por usar polarización fija, por el hecho de poder aprovechar al máximo la fuente de alimentación, y lograr la mayor potencia posible con la tensión que ésta me entrega, además, nos permite poder ajustar más precisamente el punto de trabajo de la etapa, pudiendo inclusive, probar distintos valores de polarización. Veamos el esquema de la figura 9:



Figura Nº: 9

Como vemos en el esquema de la figura 9, utilizamos una fuente de tensión estabilizada constituida por Q1, R5, Z1, Z2, C2 y C3; De esta manera logramos obtener una tensión negativa de -47,4V independientemente de la tensión de entrada, inclusive logramos reducir el ripple que aparece sobre C4.
La tensión que se obtiene de C2 alimenta al preset P2 con el que podremos ajustar la tensión de bias que aplicaremos a las grillas Nº1 de los pentodos de salida, P2 será el que utilicemos para ajustar el balance de corriente de reposo de ambas válvulas, R1 y R3 son las resistencias de carga de CA de la etapa driver.

Alimentación de filamentos de etapas de señal y de filamentos de etapas de potencia.
Con motivo de separar ambos canales, y a su vez las etapas de señal y de potencia, he decidido también, separar eléctricamente las alimentaciones de filamentos de las válvulas de señal, de las de potencia, y a su vez también entre canales, teniendo el equipo como único punto en común la fuente de alimentación de alta tensión.
La principal diferencia entre las alimentaciones de filamento de señal y de potencia, además del dimensionamiento necesario, es que en las alimentaciones de señal proveí de toma central a dichos devanados, con la intención de colocar esa toma central a GND para cancelar el ruido de 50Hz que pueda interferir con las etapas de señal.
En las alimentaciones de las etapas de potencia, esto no es tan necesario, ya que la señal de entrada de estas posee una amplitud tal, que el acoplamiento de 50Hz proveniente de filamentos, queda enmascarado dentro de la relación señal/ruido existente, no obstante, queda a verificar en los ensayos de funcionamiento.
Con lo cual podríamos ya comenzar a contabilizar consumos como para estimar los distintos devanados del transformador de alimentación:

Alimentación de etapa de señal: 2 x (3.15V+3.15V, 300mA) (cada canal)

Alimentación de etapas de potencia 2 x (6.3V, 900mA) (cada canal)

Fuentes de alimentación de alta tensión de etapas de señal
Tal como habremos visto en la primer parte de este artículo, la tensión de alimentación de placa de las etapas de señal, están estimadas en 300Vcc, y, como la tensión de alimentación de la etapa de potencia será del orden de entre 375 y 425Vcc, deberemos disminuir la tensión de alimentación de alta tensión hasta un valor próximo a su tensión nominal de funcionamiento
(300Vcc).
La solución más simple, puede ser usar un resistor en serie con la fuente de alimentación, desacoplándolo con un condensador a GND.
El valor se puede estimar perfectamente usando Ley de Ohm, sabiendo que contamos con una
etapa que opera con una fuente de corriente constante de 3mA y otra etapa con su fuente de
corriente constante ajustada a 7,5mA y, una atenuación de tensión del orden de 100Vcc, podemos calcular que dicho resistor debería ser de 9523Ω y que disipará unos 1.05W de potencia, el valor comercial mas cercano es de 10KΩ.
En la práctica se utilizaron resistores de 10KΩ/3W, uno por cada canal, y un condensador electrolítico de 47μF/385V también por cada canal.
Proveyendo además de atenuación de tensión de alimentación, mayor rechazo a ripple, ya que
este atenuador de tensión también opera como un filtro paso bajo.


Fuente de alimentación de alta tensión principal (de potencia)
Esta fuente de alimentación, es la única común a todas las etapas de este amplificador, esto fue decidido así, como una solución de compromiso, teniendo en cuenta los materiales con los que disponía (condensadores electrolíticos), además del hecho de que podía contar con la mayor potencia de alimentación disponible para cada canal, si estos poseían un factor de simultaneidad menor a 1.
Con lo cual se utilizaron dos devanados del transformador de poder (uno por cada columna de un transformador en núcleo UI) en paralelo, rectificador de onda completa y dos condensadores de 330μF/450V cada uno, interconectados en paralelo.


La corriente total que debe entregar dicha fuente de alta tensión es la suma de todas las etapas, tanto las de señal como las de potencia, a saber:

Canal izquierdo: 3mA + 7.5mA + 120mA

Canal derecho: 3mA + 7.5mA + 120mA

Como ya aclaramos en el comienzo, el proyecto lo concebí como un “doble monoaural simétrico”, con lo cual, ¿por qué no hacer que el transformador de alimentación sea simétrico? Pudiendo construir dicho transformador con una geometría de dos columnas, esto es perfectamente realizable, pudiendo utilizar cada columna como alimentación de cada canal.
Es así como comencé por el cálculo de las distintas partes de la fuente y de dicho transformador.

Estimación de consumos
Teniendo en claro ya los distintos consumos a alimentar por cada columna, podríamos comenzar a calcular el transformador, comencemos:

Alimentación de filamentos de etapa de entrada:
6.3Vca 600mA (Primer etapa + segunda etapa) = 6.78VA

Alimentación de filamentos de etapa de salida:
6.3Vca 1.8A (0.9A cada 6L6GC) =11.34VA

Alimentación de fuente de tensión negativa:
40Vca 50mA = 2VA

Alimentación de fuente de alta tensión:
300Vca 200mA * =60VA

*La corriente que entrega la fuente de alta tensión es estimada sumando los consumos de las etapas de entrada, driver y potencia, teniendo en cuenta que para una potencia máxima antes del recorte, de 25W de salida, el promedio de potencia entregada con programa musical está 6dB por debajo, además, se estima una corriente de AC un 54% mayor a la corriente media de CC, ya que el factor de cresta lo estimé en 2,2:1.

Lo cual nos da un consumo total de unos 80,12VA por canal, y que debe entregar cada columna del transformador.
Dándonos aproximadamente una corriente de entrada de 364mA por cada columna.
Ya que el factor de servicio de este transformador es bastante menor a 1, podemos ensayar tentativamente una densidad de corriente igual o menor a 2,9A/mm2 Con lo cual, podemos comenzar a dimensionar los alambres de los distintos devanados

NPrim = 364mA 0.1255mm2 Ø = 0.40mm
NAT = 200mA 0.0689mm2 Ø = 0.30mm
NBias = 50mA 0.0175mm2 Ø = 0.15mm
NFil1 = 1.8A 0.64mm2 (2.8A/mm2) Ø = 0.90mm
NFil2 = 600mA 0.214mm2 Ø = 0.50mm

Calculando el área transversal del núcleo como: utilizando el núcleo a 10750Gauss de densidad de flujo nos dará un núcleo de 9.8Cm2 de sección transversal para cada columna, la laminación que utilizaremos es de 25mm de ancho de pierna, con lo cual, podremos utilizar un carrete con apilado 40mm, obteniendo así, 10Cm2 de sección transversal para cada columna.

Calculo de las espiras del primario y relación de espiras:


Datos del circuito magnético:
VI: Tensión aplicada al devanado primario (220Vca).
BMax: Densidad de flujo máxima en Gauss o líneas de fuerza por Cm2 (10750G).
FL: Frecuencia de línea (50Hz).
Sn: Sección transversal del núcleo (10Cm2).
KFe: Coeficiente de apilado (0.99).

Teniendo ya estos datos, reescribamos la formula:


Redondeemos en 930 espiras.

Calculo de relaciones de transformación:

Secundario de alta tensión:


Secundario de Bias:


Secundario de Filamentos de etapa de salida:


Secundario de Filamentos de etapas de señal:



(*) Se ha agregado un 5% de tensión adicional en vacío para compensar la caída de tensión bajo carga de dicho devanado, manteniendo la alimentación de filamentos lo más cercano a la tensión nominal de los mismos.

(*¶) La construcción de estos devanados se realizó bobinándolos bifilares, de 14 espiras, y luego, interconectando en serie dichos bobinados, colocando el punto central resultante a GND de cada canal.


Dicho, explicado y entendido todo lo anterior, comenzaremos con el diseño de la etapa de salida, incluyendo el transformador de salida de audio, punto de partida de la tercera parte de este proyecto.
31/07/2012 #3
Moderador

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[APORTE] Diseño, desarroyo y construcción de un amplificador clase AB1 Valvular


Transformador de salida

Datos de la etapa:

Rl placa a placa (ZP)= 5500Ω (IK0 =2 x 88mA, Va =375V)

Zs =8Ω

Rp = 24KΩ

Fc (Inferior) = 15Hz (-3.01dB)

Fc (Superior) = 75KHz (-3.01dB)

Donde:

RL placa a placa: es la impedancia reflejada al primario placa a placa
Zs es la impedancia de carga conectada al secundario
Rp es la resistencia de placa de cada válvula de salida
Fc (Inferior) y Fc (Superior) son las frecuencias de corte en su codo de -3.01dB tanto en el limite
inferior como en el superior de la banda de paso del citado transformador.

Calculo de la frecuencia de corte inferior



Ecuación Nº: 1

La Ecuación Nº1 es fundamental, puesto que es la que nos indica la frecuencia de corte
inferior del transformador, para entenderla analicemos el siguiente circuito equivalente:


Donde vemos que están representadas ambas válvulas de salida como generadores de tensión con una resistencia en serie cada una (estas son las respectivas resistencias de placa) y ambas reactancias inductivas de las dos porciones del primario del transformador.
Como vemos, del circuito de la Fig.1 se desprende que, la reactancia inductiva del primario del transformador, actúa como una impedancia de carga sobre cada una de las válvulas, convirtiendo la etapa de acoplamiento de impedancias en una suerte de divisor de tensión, puesto que, parte de la corriente de placa fluirá a través de la XL del primario de dicho transformador, y no hacia la carga, produciendo una atenuación dependiendo de la reactancia inductiva del primario.


Calculo de la frecuencia de corte superior:


Este sería el límite de inductancia de dispersión que deberíamos alcanzar para lograr dicho ancho de banda a lazo abierto.

Calculo de las espiras de primario

Al= 9,77μHy N² (medido utilizando un bobinado patrón sobre el núcleo disponible)



Donde Np es el número de espiras de la porción de primario entre el punto central y cada extremo.

Calculo de las espiras de secundario



Cálculo de la sección de alambres

Con motivo de minimizar las pérdidas por I²R en los primarios, se utilizó una densidad de corriente baja, del orden de 1A/mm² sobre todo, por el hecho de que la longitud de dichos alambres será extensa. Con lo cual, se bobinaron con alambre de 0.30mm de diámetro, dos en paralelo.
En el caso del secundario, se optó por usar el mismo diámetro, con razón de unificar medidas, con diez alambres en paralelo de 0.30mm se consiguió una densidad de corriente de 2.5A/mm² para una potencia de 25W constantes.

Disposición de devanados





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Tipo de Archivo: gif Figura 3-01.gif (5,4 KB (Kilobytes), 1063 visitas)
Tipo de Archivo: gif Formula 3-02.gif (5,5 KB (Kilobytes), 1057 visitas)
Tipo de Archivo: gif Formula 3-03.gif (8,6 KB (Kilobytes), 1052 visitas)
Tipo de Archivo: gif Formula 3-04.gif (5,2 KB (Kilobytes), 1055 visitas)
Tipo de Archivo: gif Formula 3-05.gif (6,0 KB (Kilobytes), 1069 visitas)
Tipo de Archivo: jpg trafo pushpull.jpg (68,2 KB (Kilobytes), 1034 visitas)
01/08/2012 #4
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Estoy leyendo lo de tu diseño , lo de las fuentes de corriente constante , bias , alimentación de filamentos

Yo había oido de alimentar los filamentos de la primera etapa con dc

Esperamos la 3ª Parte

Saludos !
01/08/2012 #5
Moderador

Avatar de hazard_1998

DOSMETROS dijo: Ver Mensaje
Yo había oido de alimentar los filamentos de la primera etapa con dc
Saludos !
seee. siempre esta esa opcion como ultimo recurso, pero la opcion de dejar balanceado a tierra el devanado de alimentacion de filamentos tambien es valido y se comporta mas que bien....

DOSMETROS dijo: Ver Mensaje
Esperamos la 3ª Parte

Saludos !
Como le va estimado 2M? espero que bien! le cuento que estoy retomando la redaccion del 3er capitulo, donde precisamente estoy dibujando el corte de los bobinados de los trafos de salida, para poder ilustrar mejor la construccion de los mismos, calculo que en unas semanas, si es que no se me complican mis horarios, podré postear el capitulo en cuestion...

así como lo vengo redactando, se entiende bien? o quedan puntos medio truncos en el texto? espero ansioso sugerencias, criticas etc!
11/08/2012 #6


Yo tambien estoy leyendo el proyecto, admirable ud. es un maestro: espero la tercer parte.
Saludos.
13/08/2012 #7
Moderador

Avatar de hazard_1998

DAXMO dijo: Ver Mensaje
Yo tambien estoy leyendo el proyecto, admirable ud. es un maestro: espero la tercer parte.
Saludos.
no creo que sea para tanto DAXMO.

le comento que las partes del proyecto las estoy pasando a maquina segun como me vaya dando el tiempo, ya que estoy muy complicado por estos dias. asi que se va a ir completando de a poco.
22/09/2012 #8
Moderador

Avatar de hazard_1998

Bueno, como para completar y redondear el aporte, subo el esquema del ampli, completito completito
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf esquema ampli con 6L6WGC version 12-05-2012.pdf (111,2 KB (Kilobytes), 306 visitas)
30/09/2012 #9

Avatar de Rorschach

imagenes construccion trafo de salida.-
Estuve viendo, como construiste el trafo de alimentacion,pero no pude ver ,o no lo encontre,las imagenes de la construccion del trafo de salida.-¿ donde las puedo ubicar?
Ter comento que ya empece a construir el primer trafo de salida.-
Un abrazo Gustavo
30/09/2012 #10
Moderador

Avatar de hazard_1998

Gustavo Moretton dijo: Ver Mensaje
Estuve viendo, como construiste el trafo de alimentacion,pero no pude ver ,o no lo encontre,las imagenes de la construccion del trafo de salida.-¿ donde las puedo ubicar?
Ter comento que ya empece a construir el primer trafo de salida.-
Un abrazo Gustavo
estimado gustavo, lamento decirte que no le saqué fotos al bobinado de los trafos, hace un año que no tengo camara de fotos (se me murió la TZ3 de Lumix..) pero te comento, que mas allá de la diferencia de materiales aislantes que usé, y de la disposicion de devanados, el trafo de alimentacion y los de salida, constructivamente son parecidos. fijate eso sí, como dejé dispuestos las distintas secciones de bobinado, esta dibujado el esquema de bobinado mas arriba.
30/09/2012 #11

Avatar de Rorschach

Ok.voy volver a ver tu trafo de alimentacion.-
Ya termine las 2 primeras bobinas del primario,luego mando imagenes,en mi tema.-
Saludos
30/09/2012 #12


Hazard

Una vez mas mis felicitaciones, es un circuito moderno con componentes actuales, utilizando valvulas, ademas es bien sencillo tiene y es un concepto.
Me encanto la alimentacion y la distribucion de las corrientes, practicamente funciona como dos bloques mono en un mismo gabienete, la separacion estereo debe ser fantastica.
Me estoy tomando mi tiempo para ver el diagrama muy muy bueno Esos trafos en paralelo...
Me tengo que animar a bobinarme los trafos yo mismo, tengo que fabricarme una maquinita, vi los de gustavo re prolijos, ta bueno ademas la satisfaccion de hacer todo.
Un saludo
01/10/2012 #13

Avatar de Rorschach

Pregunta a Hazard
Estimado Hazard : por lo que vi en imagenes,¿el primario del trafo de alimentacion lo bobinaste a random?

¿El bobinado de los trafos de salida tambien los bobinaste a granel?


Un Abrazo
Gustavo
01/10/2012 #14
Moderador

Avatar de hazard_1998

Gustavo Moretton dijo: Ver Mensaje
Estimado Hazard : por lo que vi en imagenes,¿el primario del trafo de alimentacion lo bobinaste a random?

¿El bobinado de los trafos de salida tambien los bobinaste a granel?

Un Abrazo
Gustavo
decis si lo bobiné a granel? si, está bobinado a granel.

si, todos estan bobinados a granel, ya que mi bobinadora, al ser eléctrica, se dificulta bobinar capa por capa, sin contar con un devanador mecánico. y por la cantidad de espiras que tiene, si hacía el bobinado a manivela, todavía estaría bobinando....
01/10/2012 #15

Avatar de 0002

Un gran aporte , siempre he querido hacerme un amplificador a válvulas, en parte no he podido por la dificultad de encontrar ciertos materiales (las válvulas y material para bobinar los transformadores sobre todo), pero creo que sí armo uno será éste definitivamente. Maestro Hazard .

Saludos.
21/10/2012 #16

Avatar de rosbuitre

Impresionante trabajo. mis felicitaciones por el ampli y por documentarlo tan detalladamente, una gran aporte para los amantes de los valvulares.
Abrazo, Osvaldo
22/10/2012 #17


sencillamente impresionante,menudo trabajo hazard.por lo que veo debes de ser ingeniero en electronica para llegar a ese nivel.bueno el tema es que yo solo soy tecnico y tengo un taller de reparacion e instalacion de electronica marina.radares,radios,sonar etc para barcos de pesca.el caso es que dispongo de un stock de valvulas y algun transformador de desguace de radios antiguas y me gustaria aprovecharlos para construirme un ampli a valvulas.dispongo de la 807,E88CC,6AS6W,EF92,EF95,EL41 Y 42,EL84 Y 85.concretamente pensaba utilizar las 807 pero no las tengo emparejadas,no sé si este es demasiado problema.el transformador tiene varios secundarios,uno de 310vca/500ma,otro de 23vca/5a,otro de 12,6+12,6vca/7a(estos dos ultimos pensaba en conectarlos en serie para obtener 48vca para el circuito de polarizacion de las rejillas).tengo varios exquemas donde se utilizan las kt88/el34 y pensaba sustituirlas por las 807 y modificando la polarizacion claro.sé que las 807 dan menos potencia.el gran problema que veo es la eleccion del trafo de salida.he mirado los modelos1645 y 1650 de hammond pero de este ultimo hay varias versiones con diferentes impedancias de entrada y no sé cual elegir.sé que la impedancia placa a placa es funcion de la tension de placa y de la corriente de placa en reposo,pero entonces estará variando siempre cuando la valvula amplifique una señal bf porque tambien lo haran la tension y corriente de placa no?.bueno estoy hecho un lio con esto y la verdad tengo unas ganas tremendas de hacer un ampli como el de hazard,pero reciclando todo ese material que lleva tantos años guardado en el taller.gracias por la atencion y un saludo a todo el foro que es una gran escuela.
22/10/2012 #18
Moderador

Avatar de hazard_1998

morrisey dijo: Ver Mensaje
sencillamente impresionante,menudo trabajo hazard.por lo que veo debes de ser ingeniero en electronica para llegar a ese nivel.bueno el tema es que yo solo soy tecnico y tengo un taller de reparacion e instalacion de electronica marina.radares,radios,sonar etc para barcos de pesca.el caso es que dispongo de un stock de valvulas y algun transformador de desguace de radios antiguas y me gustaria aprovecharlos para construirme un ampli a valvulas.dispongo de la 807,E88CC,6AS6W,EF92,EF95,EL41 Y 42,EL84 Y 85.concretamente pensaba utilizar las 807 pero no las tengo emparejadas,no sé si este es demasiado problema.el transformador tiene varios secundarios,uno de 310vca/500ma,otro de 23vca/5a,otro de 12,6+12,6vca/7a(estos dos ultimos pensaba en conectarlos en serie para obtener 48vca para el circuito de polarizacion de las rejillas).tengo varios exquemas donde se utilizan las kt88/el34 y pensaba sustituirlas por las 807 y modificando la polarizacion claro.sé que las 807 dan menos potencia.el gran problema que veo es la eleccion del trafo de salida.he mirado los modelos1645 y 1650 de hammond pero de este ultimo hay varias versiones con diferentes impedancias de entrada y no sé cual elegir.sé que la impedancia placa a placa es funcion de la tension de placa y de la corriente de placa en reposo,pero entonces estará variando siempre cuando la valvula amplifique una señal bf porque tambien lo haran la tension y corriente de placa no?.bueno estoy hecho un lio con esto y la verdad tengo unas ganas tremendas de hacer un ampli como el de hazard,pero reciclando todo ese material que lleva tantos años guardado en el taller.gracias por la atencion y un saludo a todo el foro que es una gran escuela.
los devanados de 12.6+12.6 son los que se utilizan para alimentar los filamentos, los 310Vca son para la alimentacion anodica, habrá que ver que te conviene hacer ahi, por lo pronto las 807 son una opcion tentadora, pero no podrás utilizarlas en conexion ultralineal, ya que manejan poca disipacion de grilla2 y tambien poca tension de esa misma grilla, habria que ver si se podría usar una derivacion de grilla2 pero en lugar del 43%, quizá al 18% o al 15%...
andá separandote las E88CC, las EL84, las 807 y el trafo de fuente.. sería buenisimo saber con que cantidad contas de cada una...
24/10/2012 #19


Hola de nuevo hazard,gracias por tu respuesta. acabo de ver el datasheet de la 807 y efectivamente la maxima tension en la g2 es de 300v por lo que tendré que descartarlas no?.pues es una pena ya que dispongo de 9 unidades,las e88cc debe de haber unas 40 unidades y sobre 15 transformadores.la tension de 155+155 vca yo creo que debe ser de 1A porque en el mismo devanado tiene salida de 140 v y lleva fusible de 500ma+500ma del de 155vca(no se usaria la salida de 140).estos trafos son de desguace de unos antiguos receptores de posicionamiento por lineas decca que funcionaban con valvulas,eran enormes.me dá la risa cuando lo comparo con los modernos gps.adjunto exquema y fotos
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24/10/2012 #20
Moderador

Avatar de hazard_1998

morrisey dijo: Ver Mensaje
Hola de nuevo hazard,gracias por tu respuesta. acabo de ver el datasheet de la 807 y efectivamente la maxima tension en la g2 es de 300v por lo que tendré que descartarlas no?.pues es una pena ya que dispongo de 9 unidades,las e88cc debe de haber unas 40 unidades y sobre 15 transformadores.la tension de 155+155 vca yo creo que debe ser de 1A porque en el mismo devanado tiene salida de 140 v y lleva fusible de 500ma+500ma del de 155vca(no se usaria la salida de 140).estos trafos son de desguace de unos antiguos receptores de posicionamiento por lineas decca que funcionaban con valvulas,eran enormes.me dá la risa cuando lo comparo con los modernos gps.adjunto exquema y fotos
tranquilo, esas 807 son un lujo, se podrian usar en conexion pentodo (no ultralineal) con las pantallas a 300V via resistencias que limiten la corriente de grilla2, y el trafo de fuente se podria usar tranquilamente tambien.. dame algo de tiempo y lo analizamos mas en detalle
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