Mosfet's no lugar de válvulas

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JAB
Membro Novato
# out/20
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Antes destes 2k, mandei fazer trafos de 5k, 3k5, etc. e, conforme experimentava, ví que poderia aventurar em maiores potências. Veja que eu estava caminhando por caminhos novos. A meta era baixa realimentação, faixa de frequência a partir de 15Hz(ilusão inicial), baixa TDH e a cereja do bolo que seria aquele som do passado (som da válvula). No início até queria 6W apenas.

Se fosse pela receita de bolo padrão, com estes 2k1 (2k encomendado) e a minha fonte de 370Vcc, poderia ter chegado perto de uns 30W. Até cheguei porém o TDH aumentava muito.

Conforme ia experimentando, procurei um bias e uma máxima potência de som com o menor TDH possível. Então, 370Vcc com estes 2k deu os 21W. Poderia ter sido 25W e até um pouco mais.

Uma limitação também foi a potência de repouso, pois com 200mA de bias os mosfets dissipam 75W. Tive que limitar por aí. Poderia ir muito mais aumentando o bias e conseguindo mais potência de saída mas achei que 21W estava razoável. Como já falei, com o devido bias cheguei a 40W mas assava carne nos dissipadores.

O baixo rendimento também se dá pelo afastamento do Vpp do sinal amplificado afastado dos limites superiores e inferiores da alimentação (740V e o Vth do mosfet).
Conforme o esquema:
215,5*2*1,4=603Vpp
Veja que este valor é 81% da excursão total possível (740) mas aí teria TDH mais alto se excursionasse mais.

Até hoje não sei, para música comum, qual seria a máxima distorção tolerável. No passado, os válvulados comuns comerciais eram 6% na máxima potência. Admitindo 6% como aceitável poderia no meu caso, ou ter mais potência de saída ou maior rendimento elétrico do sistema.

Importante citar que o planejamento inicial era baixa potência com um trafo comercial de 6BQ5 que eu tinha em casa. A coisa ficou tão ruim em resposta de frequência que comecei a aventurar em experiências e acabou no que deu.

Como já comentei, a única coisa que eu não tenho controle e estoque são trafos de saída. Dependo sempre de terceiros que nunca sei se eles realmente fazem o que especifico. Se dependesse de mim teria meus 15Hz -3dB (talvez precisasse de uma jamanta para transportar hehehehe).

JAB
Membro Novato
# out/20
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Complementando:

Como amplificadores de áudio não é muito a minha praia, demoro as vezes para entender algumas colocações.

Entendi agora o que comentastes. Temos a impedância do trafo 2k1 e a impedância dos mosfets, que sei por literatura que é bastante baixa. E em paralelo ficam mais baixas ainda.

Esta é a vantagem de se trabalhar com tensões altas e baixas correntes onde esta impedância interna do mosfet pouco interferm. Já nas válvulas ela é bem maior.

Geralmente estas impedâncias podem ser observadas pelos gráficos VDS x Vgate onde se verifica a inclinação da curvas.

Como o STW9N150 esta sendo usado como linear, fora do padrão (chaveamento). olhei o data sheet e ele nem apresenta estas curvas. Por outros mosfets observados esta impedância interna é desprezível.

macaco veio
Veterano
# out/20 · Editado por: macaco veio
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Vou dizer que penso do seu projeto.
Primeiro é a viabilidade dos componentes. 370V na fonte não é nada amigavel. Os capacitores fabricados acha-se com certa facilidade 220uF/400V mas 370V a folga é muito pequena (toda vez que ligar o primeiro pulso da muito mais que 400). Penso que voce deveria ajustar para 320V (no máximo uns 330) que é um valor razoavel em 6bq5. Assim a fonte fica mais barata e mais viavel de achar (caps de 500V é uma nota).
Baixar a corrente de forma a ter dissipadores muito menores, eu não sei o comportamento de mosfet com o calor, mas com transistores comuns é um tal põe ventilador, esquenta esfria o som fica diminuindo e baixando o volume por causa do controle automatico de corrente de bias e as avalanches de vez em quando queimando tudo.
1% de distorção pra baixo (6% de distorção num ampli de guitarra o musico nem sente mas pra som é muito hoje em dia).
Um PP AB bom rende 60% (tipo consome 100W pra dar 60W), Se conseguir entre 40% a 60% num SE classe A ta fazendo milagre. Conseguindo essas caracteriscas a Watagem final que der é a que será e pronto.
A resposta de frequência é o trafo que vai determinar, em torno de 30hz -3db é bem razoavel para ate uns 15W (os falantes não vão responder abaixo disso não). Uma tensaõ Vdc menor também daria um trafo de saida menor (a tensão continua menor no trafo diminui o ponto de saturação).

JAB
Membro Novato
# out/20
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Na verdade não uso capacitores de 500V e sim dois em série de 400V.
Uso 4 capacitores, 2 antes do indutor da fonte e 2 depois. E, para esta potência, não é baixa capacitância.
Como a fonte foi desenvolvida para estudos, ela é superdimensionada. Nem parei para dimensionar só para o amplificador, mas sei que não é pouca coisa.
Esta fonte é regulada pelo primário à triac com o TCA785.

https://drive.google.com/file/d/1Sm3-o_1mKkYlxikTCPnFk0wY94tnTbdR/view ?usp=sharing

Minha potência útil é 21W e a potência consumida é de 80W, um pouco mais talvez. Isto dá +-25%.
Segundo a teoria do SE, classe A, o rendimento teórico é 25%.
Não está tão fora.

Eu até não me preocupei muito com isso pois investi bastante nos parâmetros de qualidade.
-minha distorção é de 0,5%
-a resposta é de -3db de 25hz a mais de 30kHz nos extremos
-em 25Hz aparece uma distorção de 5% mas acho que é do ferro pois não vejo no osciloscópio nenhum clip, superior ou inferior.

Se optasse por um PP sei que teria um alto rendimento. Como já comentei, tirei 40W, mas não era o que me propus a fazer.

É difícil encontrar por aí um SE nesta potência.

Foi uma oportunidade de fazer uma coisa bastante simples pois quase toda a infra estrutura para 7W, 15W e, por pouco mais 21W, eu já tinha.

No futuro, com a prática alcançada, posso mandar fazer um novo trafo agora para 15W e acomodar tudo. Meu QUADII é 15W PP. A fonte seria bem mais em conta.

Já tenho um pré desenvolvido com mosfets também, em separado, com excelentes características é só usar em qualquer amplificador.

Vamos ver. Já está tudo pronto. Estava providenciando a caixa e os af's, Um woofer de 12" e um tweeter. Os indutores dos filtros já fiz.

Só não comprei ainda o woffer pois queria um com as qualidades sonora dos antigos e não encontro nenhuma sugestão por aí. Não quero woofer para "pancadão". É outra praia que não surfei....

JAB
Membro Novato
# out/20
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Circuito de controle da fonte:

https://drive.google.com/file/d/13jBWaGVw5L5eSdnS9E3Uy3P3DsmEHh9j/view ?usp=sharing

macaco veio
Veterano
# out/20
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Na verdade não uso capacitores de 500V e sim dois em série de 400V.
É assim que faço quando uso 6L6 com tensão VCC de 450V, mas a sugestão era justamente pra a evitar a serie pois assim ja passa a ser o dobro de capacitores (e de preço) com metade de capacitancia e um VCC de 370V.
Mas já vi que está pouco se importando com preço (que não é meu caso de pobre mortal). Parece ser mais um simples hobby de se usar mosfet no lugar da válvula pois vai acabar saindo o mesmo preço de um valvulado ou talvez até mais caro.
O mais estranho estranho é ter 325Vac e somente 370Vdc.

JAB
Membro Novato
# out/20
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Não lembro bem dos detalhes agora mas, fontes com filtro pi, tendem a apresentar o valor de pico do trafo como Vcc (~450Vp). Veja literatura.

No meu caso, o triac chaveia para a tensão dc se manter em 370Vcc.

Os 325Vac seriam o trafo puro ligado em 127 ou 220V.

Mas quanto aos custos, concordo contigo que se poderia baixar a potência para 10W ou 15W. Com isso até se poderia usar apenas um mosfet, um trafo saída menor e uma fonte bem mais econômica.
A frequência mínima poderia ser 30Hz -3db sem maiores problemas.

Os princípios seriam os mesmos do esquemático que enviei. É só tirar um mosfet e usar uma fonte de menos tensão. Esta tú tira de letra.
Também ajustar o bias para uma corrente menor o que não é problema. Usei no protótipo um trim pot com dupla finalidade:
-ajustar o bias
-procurar o bias com a menor TDH

Mas está valendo as dicas.

Preciso agora tratar da caixa e do woofer de 12" (se bobear pego um de 15").
Aceito sugestões.

Com quase 70 anos não vou fazer economia de palitos em banquete.

Em último caso jogo tudo fora e fico com meu QUADII.

JAB
Membro Novato
# out/20
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Complemento:

Quando encomendei o trafo de 2k, pedi que ele fosse fácil de abrir e trocar o carretel para futuras experiências.

Para minha surpresa ganhei de presente um outro carretel com duplo enrolamento de primário para push pull.

Fiz as experiências com ela e obtive 40W mas, como falei anteriormente, não era o meu objetivo por enquanto..

macaco veio
Veterano
# out/20 · Editado por: macaco veio
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Não conhecia este tca785, caraca! voce ajustou a fonte pelo primário do transformador! Isso dá segurança? O que acontece se queimar o triak ou o tca?
Sai queimando tudo que tiver na frente! Nunca tinha visto isso não.

JAB
Membro Novato
# out/20
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Um bom projeto completo deve prever suas seguranças mas o meu foco era ter uma fonte rapidamente para iniciar os trabalhos no amplificador. Desta maneira a fonte ficou sem maiores proteções. Só no fuzível.
A vantagem da regulação com o triac é que ele não é dissipativo.

Por definição: fuzível é o último a queimar na proteção de circuitos eletrônicos.

Existem outras proteções rápidas, eletrônicas simples mas fica sempre prá depois.

Antes desta fonte tinha uma menor que era alimentada por um Varivolt manual. Ficava quase louco fazendo medições precisas com um olho no osciloscópio e uma mão no Varivolt para manter o Vcc estável. Com esta fonte acabou este sufoco.

Outra desvantagem de chavear a senoide de alimentação é o ripple maior pois a onda é recortada, ficando um maior espaço para a descarga dos capacitores do filtro pi. Compensei isto com um bom indutor choque e capacitâncias mais elevadas.

https://drive.google.com/file/d/1lDUKNOBOxNIXqrfQz14hkTWtIJl5NfN6/view ?usp=sharing

O link acima é a última parte da fonte. É o automático de controle que atua para manter os 370Vcc.

Tenho um controle manual que me permite varias de 300Vcc à proximo a 400Vcc e o automático que mantém a tensão ajustada.

No passado a regulação era feita pelas tiratrons.

https://drive.google.com/file/d/1jjduN5hjRcKCYf56p3e2vlQf7Um0GdK_/view ?usp=sharing

link acima do datasheet do TCA785

JAB
Membro Novato
# out/20
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https://www.te1.com.br/2019/04/download-software-tone-stack-calculator -gratis/

Sugestão para estudo dos controles de tonalidade.
- alterar o valor dos resistores e capacitores
-determinar se os potenciometros seriam lineares ou log
-correr o cursor dos potenciômetros e verificar a resposta

Tem 7 opções de controles.

Utilizo a opção James

macaco veio
Veterano
# out/20
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Tentei baixar o programa mais por curiosidade, nao baixa não (nem permitindo os coockies).
Tone-stack é muito ineficiente, a vantagem é que quando os potenciometros envelhecem, ficam sujos etc o ruido não aparece tanto, Já o baxandau se os potenciometros não forem bons e novos qualquer coisinha chia ao girar.

JAB
Membro Novato
# out/20
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Era o que nós tínhamos nas décadas de 60 e 70. Hoje uso WD40 se o bicho chiar.

O tone stack, na opção James que estou usando, bateu com as varreduras de frequência que eu fiz. Não testei as outras opções mas acho que também devem bater pois acredito que o programa segue a matemática que define a resposta dos filtros.

Abaixo link sobre os cálculos para o James.
https://drive.google.com/file/d/1W_AuESxBMhWWWX15YtEpSSapjRWs0o8e/view ?usp=sharing

A vantagem que ví no aplicativo foi a de ter uma ordem de grandeza dos componentes a serem utilizados. Depois vem o ajuste fino auditivo que foi o que fiz.

No início do projeto fiz um James mas não estava satisfeito.
Pelo tone stack observei onde estava o problema.

Meu tempero é um reforço de graves e um de agudos, com os médios mais atenuados. Sem exageros. Gosto de sentir os baixos e os pratos com os médios discretos.

Observei que quando levantava os graves e os agudos, os médios subiam muito junto. Isto não dava o ponto que queria.

Ensaiei pelo tone stack a mudança dos capacitores e depois montei o circuito. Aí funcionou muito bem.

E uma pena não conseguires baixar. Os caras sempre mudam os procedimentos nos links. Um dia funciona e no outro não funciona mais.
Acho que é uma ótima ferramenta. me poupou semanas de trabalho.

Vai outro link para tentar baixar. Eu acabei de baixar e instalei para testar:
https://pt.freedownloadmanager.org/Windows-PC/Tone-Stack-Calculator-GR ATUITO.html

Schelb
Veterano
# out/20
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Cara, num entendi nada, mas é muito massa de ler.. kkk

JAB
Membro Novato
# out/20
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Schelb, o assunto trata de usar mosfets no lugar de válvulas.

Os mosfets modernos podem trabalhar em alta tensão, no caso 1500V.
Quando iniciei os testes logo ví que eles apresentavam ótima resposta de frequência, baixa distorção harmônica, baixa excitação e facilidade de montagem. Trabalham com altíssimas potências e altas correntes. Até muito além do necessário para este trabalho.

O assunto trata dos amplificadores de saída, do driver e do pré. Tudo à mosfet.

Optei em fazer um single ended classe A por capricho. Era para ser de apenas uns 6W mas, pelas facilidades acabei em 21W. O preço disto é uma alta dissipação.

A meta era obter o "som da válvula" da década de 60. Mistura de som e sensação.

Depois das válvulas nunca mais encontrei aquele som. O trabalho é tentar acha-lo.

Até comprei umas KT66 para fazer um valvulado mas, a curiosidade e o desafio, me conduziram ao mosfet.

Já esta pronto. Só falta agora a caixa e o woofer de 12 ou 15" com um tweeter.

Não quero um woofer para "pancadão" quero um do tipo antigo, cujo funiconamente era macio. Estou inclusive no aguardo de sugestões, se conseguir ser compreendido no que quero.

Nestas discussões descobri um outro tipo de interesse que é o do pessoal das guitarras. Passei um ano batalhando para uma TDH zero e eles queriam uma distorção de harmônicas pares. O que eu desconhecia totalmente.

É esta a apresentação. O parceiro macaco veio está sempre presente dando algumas dicas.

Esta última que mandei foi sobre um programa que permite se avaliar graficamente a resposta de um sistema de controle de tonalidade onde se pode alterar reistores e capacitores para ver a resposta. Achei muito útil.

Abraço

Schelb
Veterano
# out/20
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Vlw a explicação ... heheh .. acho mto bacana essa experimentação aí .. acho difícil uma coisa emular tão bem outra, sempre haverá as particularidades de cada componente e projeto, masss, quem sabe chega num outro negócio que também é bom, talvez lembre, mas ao seu modo ...

JAB
Membro Novato
# out/20
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Valeu.
Até agora tudo bem.

Mauricio Luiz Bertola
Veterano
# out/20
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JAB
Estou inclusive no aguardo de sugestões, se conseguir ser compreendido no que quero.
https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-968550925-alto-falante-12-guit arra-dynamic-30w-by-eld-power-_JM?variation=32787614389#reco_item_pos= 6&reco_backend=machinalis-seller-items-pdp&reco_backend_type=low_level &reco_client=vip-seller_items-above&reco_id=a371d5fe-2dce-417a-8f5d-51 a173d753c7

Matec
Membro
# out/20 · Editado por: Matec
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Olá JAB

Muito legal sua postagem.
Eu deixei de prestar a atenção no THD faz tempo. Os amplificadores classe A nunca terão THD baixo, e nem por isso o som deles é desagradável.
O motivo pelo qual você chegou nesses valores de impedância do transformador de saída me deixaram curioso.

PS. Fiz uns cálculos aqui, e realmente você chegou numa regulagem prática e impedância, muito próximas do que pude chegar.
Parabéns

Abs

JAB
Membro Novato
# out/20 · Editado por: JAB
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Mauricio, agradeço a dica.
Pergunto se ele é específico para guitarra ou também pode ser para áudio normal, com uma boa resposta nos graves?

Abraço

JAB
Membro Novato
# out/20 · Editado por: JAB
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Matec, desde o início do projeto estava focado no menor TDH possível e foi o que me surpreendeu no mosfet.

Inicialmente, antes de usar o trafo, fiz medições com carga resistiva, e me surpreendi com a resposta em frequencia, o baixo TDH e baixa excitação.

Passei depois ao trafo, testando várias impedâncias e fui sentindo firmeza em explorar maiores potências. Só parei nos 21W citados pois o rendimento teórico do classe A, SE é baixo (25%). Se utilizasse 40W dissiparia 160W o que é meio bizarro.

Com o paralelo dos mosfets poderia ir muito além mas achei que já estava de bom tamanho os 21W.

Mauricio Luiz Bertola
Veterano
# out/20
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JAB
Para guitarra.
AF's para áudio (e suas subdivisões) não soam bem para guitarra e vice-versa.
Abç

JAB
Membro Novato
# out/20
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Matec, voltando as tuas colocações anteriores, veja que não comecei com um planejamento bem definido.
Comecei como curiosidade pensando em 6W apenas, baseado num velho amplificador com uma 6BQ5. Só queria trocar seis por meia dúzia, trocando a válvula pelo mosfet por curiosidade.

Veja que interessante. A válvula te obriga a usar alta tensão por ela ser como é. Não tenho muita manobra para definir uma potência específica sem uma tensão elevada apropriada. Não tenho muita opção em trocar I por V para uma determinada potência.

Já o mosfet não. Poderia, com a impedância apropriada, usar baixas tensões
conforme já conversado acima com o macaco veio.
Claro que, baixando a tensão, teria que aumentar a corrente e a consequente excitação para obter esta corrente. Teria ainda a influência da resistência de dreno que poderia ocasionar altas perdas no dispositivo.
Conforme o datasheet, os mosfets testados possuem de 1,5 à 3 ohms de rds. Para 0,1Arms (meu caso) a perda seria de 0,03W. Se fosse 1A, seria de 3W (relacionados à 21W).
Então, a alta tensão (370Vcc) foi, meio que sem querer, uma boa opção.

Com um pouco de paciência e cálculos poderia se chegar, para os meus 21W, qual a impedância do trafo ideal versus Vcc para o melhor rendimento e custo final do projeto.

370Vcc me obrigou, a usar na fonte, capacitores caros.

Matec
Membro
# out/20
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Veja que interessante. A válvula te obriga a usar alta tensão por ela ser como é. Não tenho muita manobra para definir uma potência específica sem uma tensão elevada apropriada. Não tenho muita opção em trocar I por V para uma determinada potência.

JAB

Veja que não é o dispositivo que se utiliza que vai gerar as perdas, e sim o próprio circuito. Então, tanto faz você utilizar válvulas ou mosfets, em classe A a relação entre potência dissipada e potência útil vai sempre ficar nos 30%. Desse modo, não precisa ficar se preocupando em encontrar saídas para um problema que não tem solução.
Falando mais sobre a utilização de válvulas e mosfets, mesmo sabendo sobre o valor de Rds dos mosfets, esse valor é muito menor que a resistência interna das válvulas, então utilizar mosfets em um valor de tensão menor não será um problema. O que pode aliviar um pouco o problema da fonte.
No entanto se você pretende fazer amplificadores em classe A, o problema da fonte parruda vai permanecer, só que o consumo de corrente vai subir, proporcionalmente ao da tensão diminuir.


Com um pouco de paciência e cálculos poderia se chegar, para os meus 21W, qual a impedância do trafo ideal versus Vcc para o melhor rendimento e custo final do projeto.

A fórmula é uma velha conhecida. Apesar da simplicidade, vai ter uma ótima precisão, principalmente com mosfets.

Z = (Vcc^2) / P
Abs

JAB
Membro Novato
# out/20
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Matec, é isso aí.

Quando falei na paciência e cálculos me referia também ao velho problema dos máximos e mínimos. Considerando, além do V*I, da excitação, dissipação, custos, etc, temos também a influência do rds.

Em algum momento, girando com todas estas variáveis haverá um ponto ideal de se definir o Vcc e o Zprimário em função de uma determinada potência.

O bonito disto tudo não é só se chegar a um amplificador mas todo o desafio para treinarmos o que aprendemos nas escolas, livros e ao longo da vida. Eu nem cheguei perto destes estudos agora mas aos poucos vai se chegando perto.

Aguardo ansioso o momento de algum outro curioso fazer umas experiências destas e relatar alguma descoberta que melhore a performance.

A válvula, com excessão de rolar de cima da mesa, cair e quebrar, ela é muito mais resistente a muitos descuidos elétricos.

O mosfet exige um pouco mais de cuidado inicial, principalmente no ajuste do bias e não ultrapassar o VDSS. Nada que não se resolva trocando idéias.

Matec
Membro
# out/20
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Aguardo ansioso o momento de algum outro curioso fazer umas experiências destas e relatar alguma descoberta que melhore a performance.


Aguarde sentado. Tem pouca gente no mundo fazendo esse tipo de experiências.
Só vi um Russo que fazia experiências como as suas...
Saída mosfet com OT

Abs

JAB
Membro Novato
# out/20
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E o cara foi muito discreto.

Apenas 250mW.

Estou agora encomendando mais um trafo de Zp=1000ohms/Zs=4 e 8 para fazer testes com uma Vcc mais baixa. Mantendo os 21W.

Segundo os cálculos a fonte deverá baixar para uns 260Vcc.

Isto deverá satisfazer o critério de custo mais baixo em capacitores. A corrente aumentou apenas uns 25%.

Matec
Membro
# out/20
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E o cara foi muito discreto.

Apenas 250mW.


Você não viu a pagina completa, se rolar a página verá que ele foi mais longe que 250mW.

JAB
Membro Novato
# out/20
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Ví agora Matec.

Ele foi a 90W só que tudo em PP.

De qualquer modo, a filosofia foi a mesma.

Veja que ele explorou bem as características dos mosfets. Foi a 90W com uma fonte de baixa tensão. Veja as impedâncias dos trafos de saída.

O paradoxo é que, se formos baixando a impedância a ponto de fazer um transformador 1:1, a tensão vcc seria irrisória e chegaríamos ao estágio atual da tecnologia de pontes ou simetria complementar (sem necessidade de trafos).

Isto mostra claramente que é mais saudosismo usar trafos do que tecnologia.

No caso das pontes nem capacitor é necessário e na simetria um bom capacitor seria necessário mas com bem menos perdas do que trafos.

É neste ponto que, se não fosse hobby, não valeria investir tempo (e dinheiro) em desenterrar dinossauros.

macaco veio
Veterano
# out/20
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Isto mostra claramente que é mais saudosismo usar trafos do que tecnologia.
É nesse ponto que eu acho que para um som hi-fi um classe AB com par diferencial e bons transistores de saida praticamente imbativel se comparado com qualquer outra configuração, porque não se quer colorido artificial nenhum no som. Já para guitarra se quer segunda harmonica e a deformação da onda conforme a tensão de sinal aplicado no trafo de saida que conforme o nivel deste sinal aproxima ou afasta do ponto de saturação, isso ao meu ver causa distorção no sinal aumentando tanto harmônicos pares como impares. Logicamente um trafo 1 : 1 acho que não faria sentido (tem que haver uma boa diferença). Já li a respeito que os amplificadores transistorizados antigos com estagios acoplados a transformador soavam melhores para guitarras.
Os entusiastas de hi-fi valvulados não trocam por transistorizados de jeito nenhum (metem o pau nos transistorizados) mas eles estão sendo enganados, todo valvulado tem segunda harmonica, elas fazem o som ficar bonito, e ainda a valvula dá uma especie compressão, o ataque é mais suave por causa da viagem dos átomos até a placa, na junção do semicondutor é direto (não tem viagem). Válvulas grandes a viagem é mais longa ainda, KKKK.

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