Mosfet's no lugar de válvulas

Autor Mensagem
JAB
Membro Novato
# 17/out/20 16:40
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Macaco veio, em paralelo e ao contrário com o que estou fazendo, testo algumas configurações para ver se pego uma maneira de conseguir umas harmônicas pares.

Pergunto se, ao invés de fazer uma saída em potência que cause a distorção, não poderia se ter uma saida linear, de alto rendimento, PP, etc com DTH mínima e, no pré, obter a distorção?

Uma vez conseguida a distorção, depois é só amplificar linearmente o sinal. Em qualquer potência.

Cheguei a pensar em fazer um prézinho valvulado, com a pior válvula possível que gere a distorção, em baixa potência, e depois largar em qualquer amplificador. Pode ser até sem transformador.

Pela teoria, uma onda retangular é composta por harmônicas ímpares e, uma onda triangular, por harmônicas pares.

Não estudei nada ainda a respeito mas, ao invés de achatar os topos assemelhando o sinal à uma retangular, procurássemos linearizar a subida do sinal, assemelhando a uma triangular não se conseguisse um plantel de harmônicas pares? Não deixando saturar em momento algum.

Vou dar uma congelado no meu projeto atual e dar uma pesquisada nisto.

macaco veio
Veterano
# 17/out/20 17:16
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no pré, obter a distorção?
É assim que a maioria tenta fazer, alguns fazem hibridos com apenas uma 12ax7 no pre, outros transistorizados com todo tipo imaginavel de softclip (com diodos, etc).
Mais recentemente tenho visto alguns alguns esquemas que eles têm tentado mexer mais na etapa de potência, por exemplo alguns de contrabaixo tem um controle automático de ganho alterando o ganho pela realimentação negativa da unidade de potência para obter limitação ou compressão (assim diminui o ruido de quando isto é feito no pré).
Quando tiver tempo veja este livro deste japones que é todo dedicado a amplificaçãp de guitarra (disponivel de graça). http://www.thatraymond.com/downloads/solidstate_guitar_amplifiers_teem u_kyttala_v1.0.pdf

JAB
Membro Novato
# 17/out/20 18:33 · Editado por: JAB
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Vou baixar para ver com calma. Esta em inglês.

Vejam por favor este link com a foto de um FFT que tirei do osciloscópio.

A fundamental de 1kHz, bem a esquerda, esta cortada para permitir ver melhor as harmônicas. A amplitude desta fundanental é 18,9Vrms

Vemos então, a direita da fundamental, 4 sequências principais de harmônicas que interpretei como a 1ª até a 4ª harmônicas.

Então: 1ª-2kHz, a 2ª-3kHz, a 3ª-4kHz e a 4ª-5kHz.

As harmônicas pares seriam então: os 3kHz e os 5kHz???? As ímpares os 2kHz e os 4kHz????

Num artigo sobre o som de guitarras, o autor deixou a entender que as harmônicas ideais seriam uma oitava acima ou seja 2kHz que seria a 1ª que é ímpar.

Aloprei ou estou contando errado? A fundamental conta como 1ª???

O FFT está em vermelho e o verde é o sinal de saída do amplificador.



https://drive.google.com/file/d/1kY9N8NdIHV0NkM5B5uMYWehg6gwd8COq/view ?usp=sharing

Matec
Membro
# 17/out/20 19:40
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Eu acho quer você está vendo 1ª 3ª e 5ª harmônicas. Essa distorção é de clipagem, basicamente é onda quadrada.

Olá macaco veio Tudo bem aí?

O Teemu, se não me engano é Finlandês. Japonês com certeza não é. :)

Abs

macaco veio
Veterano
# 17/out/20 20:21
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JAB
Que eu saiba eu sempre contei a primeira como fundamental pois segunda e quarta é número par. Assim aplicando 1khz a segunda é 2Khz, esse gráfico parece isso aí que o Matec disse.
Matec
Tudo bem, to aqui aprendendo um pouco sobre mosfet.
Caraca! pensei que o puto era japonês, não sei de onde tirei essa ideia, acho que tenho alguma coisa aqui de japonês e memorizei errado. KKKK

JAB
Membro Novato
# 17/out/20 20:39
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Então a fundamental conta como 1ª, é isto que preciso ter certeza para fazer mais análises.

A fundamental é também a 1ª em 1kHz, as demais são ímpares.

No caso link abaixo, a foto é da resposta normal em 25Hz do meu amplificador onde então, pelo entendido, tenho a fundamental e a 1ª em 25Hz e a 2ª (50hz) com 300mV e a 3ª (75Hz) em 200mV.

Se assim for, até fico um pouco aliviado pois abaixo de 100Hz, esta 2ª harmônica aparece e, se não for ruim que lá fique. Tem uma 3ª harmônica em menor nível que estraga um pouco a foto.

Estas harmônicas não encontrei explicação. Acredito ser alguma não linearidade no núcleo do trafo pois o sinal está bem enquadrado no bias longe dos extremos que poderiam ocasionar algum clip.

https://drive.google.com/file/d/1Wb_8Ljy8q93F0kv4XyNHMQlc-YpmMWze/view ?usp=sharing

JAB
Membro Novato
# 17/out/20 20:51
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Complementando:

Segundo o livro Análise de circuitos em engenharia, capítulo 17, página 482 que trata da série de Fourier o livro diz sem dúvidas: A frequência da primeira harmônica é a fundamental.

Acho que morreu as dúvidas.

macaco veio
Veterano
# 17/out/20 21:59
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até fico um pouco aliviado pois abaixo de 100Hz, esta 2ª harmônica aparece e, se não for ruim que lá fique.
Isso vai de encontro com o que penso que acontece, A segunda harmonica na frequencia mais baixa será sempre mais alta, pois na mais baixa frequencia é o momento que trafo esta mais próximo da saturação do núcleo.
A terceira harmônica é praticamente impossivel de sumir, ela aparece em qualquer amplificador, ela so some num amplifcador transistorizado com entrada diferencial e muito bem feito com nivel de ruido exageradamente baixo, (0,0 e qualquer coisa).
Assim quando se tocar a corda mais grave de guitarra, ela reforçada em segunda hamonica tende a modular as cordas de frequencia mais aguda. Se ela estiver reforçada em terceira harmonica ela tenderá a modular as outras em frequência impar e da a distorção rachada e embrulhada nos acordes. Se a quinta for muito alta da efeito que os guitarristas chamam de efeito ring modulador (toca a primeira e escuta a quinta junto).

JAB
Membro Novato
# 18/out/20 21:50 · Editado por: JAB
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Boa noite macaco veio.

Fiquei o dia todo sem computador.

Bastou a dica de um amigo para passar uma borracha nos contatos das memórias RAM e tudo voltou ao normal. Poupei uns R$ duzentão.

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Acima de 100Hz não tenho nem 2ª ou 3ª harmônica. Em 10Hz elas são bastante significativas.

Depois da 3ª não aparece mais nada (insignificante).

Só pode ser o núcleo porque não vejo no osciloscópio qualquer proximidade de saturação ou corte no sinal sobre o bias.

Como é protótipo coloquei um trim pot para ajuste fino do bias e, ao aparecer estas harmônicas, levanto ou baixo o bias para ver a reação mas é inoperante. Motivo porque acho que é o núcleo.

Esta TDH medida e calculada é de 4,5% em 25Hz. Em 1kHz é de 0,36% com 21W.

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Hoje liguei meu tocador de CD no amplificador.

A saída de CD é muito intensa. Tive que desligar o driver e liguei o pré direto no amplificador de saída.

Como a realimentação estava no supridouro do driver tive que mudar para o supridouro do amplificador de saída. Tive que inverter os fios do trafo do primário.

O som está muito bom. Só me falta a caixa boa agora.

Nem se compara o som MP3 com um CD. Percebe-se detalhes incríveis nas músicas.

O problema é encontrar muitas músicas para baixar, mesmo pagando. É tudo MP3.

Matec
Membro
# 19/out/20 01:06
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O som está muito bom. Só me falta a caixa boa agora.


Ótimo, pelo visto você chegou no ponto onde as coisas começam à ficar claras. Parabéns. Acho que vamos ver muitos amplificadores saindo desse projeto.
:D

JAB
Membro Novato
# 19/out/20 07:58 · Editado por: JAB
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Matec, outro assunto que quero entender melhor é sobre a impedância dos alto falantes.

Medições feitas diretamente nos af's, indicam que a impedância nominal, 4 ou 8 ohms, se apresentam apenas nas primeiras dezenas de Hz, depois ela vai subindo ficando bastante alta em 25kHz. Cheguei a medir 30 ohms com um af de 4 ohms.

Estas impedâncias se refletem ao primário e por consequência, devido ao vgs*gm*zp, aumentam significativamente a tensão de dreno. Daí o risco aos mosfets. As válvulas resistem melhor.

Nas experiências e medições para especificações uso uma carga artificial não indutiva, ou seja, fixa em toda gama de frequências mas, com os af's, verifico grandes picos de tensão devido a estas altas impedâncias.

Estes picos com música e alto falante as vezes indicam um pico de tensão equivalente à 40W, 50W mas na verdade não é. É a impedância naquela frequência que foi alta. Se fosse na carga artificial seria a potência de projeto 21W.

Achei o seguinte artigo e bateu com algumas medições que fiz:

https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/almanaque/763-curva-de-imped ancia-de-um-alto-falante.html#:~:text=A%20imped%C3%A2ncia%20de%20um%20 alto,quando%20o%20valor%20%C3%A9%20menor.&text=A%20partir%20da%20freq% C3%BC%C3%AAncia%20em,o%20seu%20valor%20aumenta%20gradualmente.

Matec
Membro
# 19/out/20 09:34
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JAB

Impedância pode ser considerada uma resistência dinâmica, ligada á frequência de trabalho.
Alto Falantes tem a sua impedância "nominal" medida em 1kHz.
Abaixo de 1kHz ela costuma ser menor do que o valor nominal, exceto na frequência de ressonância do falante.
Acima de 1Khz a impedância sobe também, devido ao componente indutivo da bobina.

A possibilidade de ruptura do mosfet existe o tempo inteiro, não só na alta frequência.
O mais grave que pode ocorrer para que um componente seja destruído, é quando em altíssimos transientes de sinal, o componente sai do ponto de condução máximo para um estado de corte total de corrente, nesse ponto sim, existe a possibilidade de ultrapassar em muito o VDSS. Alguns chamam isso de "efeito Flyback". No entanto os atuais mosfets para altas tensões, são feitos para trabalhar em fontes chaveadas, onde esse efeito é comum, e chega até a ser aproveitado de forma positiva, em determinado tipo de fonte.

Outro fator que deve ser levado em consideração é a indutância primária do transformador. Conforme a frequência sobe, essa indutância vai cada vez mais se tornar presente, de forma a se tornar parte relevante da carga do componente, (válvula ou mosfet). Se essa carga sobe, ela acaba por limitar a potencia entregue ao falante. Isso diminui também a potência que o componente trabalha.

O mais importante, é que apesar das variações de impedância dos falantes, eles continuam sendo uma carga para o componente ativo. Isso é muito diferente do que não ter carga nenhuma.

Abs

JAB
Membro Novato
# 19/out/20 10:20 · Editado por: JAB
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Realmente.

Numa dessas experiências, com tudo funcionando normalmente, houve a ruptura do mosfet.

Verifiquei depois que o problema estava nas transições do filtros de grave, médio e agudo para a caixa de som.

O gape dos filtros entre as passagens quase que abriam a carga (filtros mal projetados).

Quase que desisti do projeto mas continuei as pesquisas e descobri uma maneira segura de operar. Veja link abaixo como filosofia de projeto.

Ele também serve para valvulados.


Quando tensão de dreno se aproximar da tensão VDSS, conforme pré ajustado, O mosfet de proteção conduz e garante uma carga que não permite a tensão subir. Ela ceifa os picos acima do ajustado.

Com isso resolvi o problema da ruptura dos mosfets.

Veja que a tensão máxima teórica é de 2*370Vcc=740V. Os 1300V ajustados dá uma boa margem de tolerância sem prejudicar o som pois os cortes só se darão muito acima do esperado.

Devido a extrema preguiça não tentei projetar algo linear e não por corte abrupto. A atuação linear exigiria circuito mais elaborado, que fosse inserindo carga proporcional ao sinal elevado.
O outro inconveniente de inserir uma lineariedade seria algum atraso.

Caso os alto falantes se desliguem a tensão de dreno vai a milhares de volts.

.bmp

https://drive.google.com/file/d/1-57IoVnIlmckGzpxu9y9KPKTNa2sv7mG/view ?usp=sharing

.png

https://drive.google.com/file/d/1YBqTG0f70EglcFw9IFCvcGqe8rgAZ7dc/view ?usp=sharing

Matec
Membro
# 19/out/20 11:46
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JAB

Esse seu sistema talvez pudesse trabalhar no secundário do transformador. Trabalharia com menor tensão.

JAB
Membro Novato
# 19/out/20 11:49
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O problema é que o secundário trabalha em ac e qualquer solução para contornar este detalhe ocasionaria algum atraso.

Já pensei nisso.

JAB
Membro Novato
# 19/out/20 12:05
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Complementando:

O sistema completo tem como sequencia (opcional) um transistor ou mosfet que acende um led ou até mesmo um relé auto retido que desliga a alimentação. O sistema de sinalização final usa a fonte baixa tensão. Detalhes apenas.

O sistema é pouco dissipativo uma vez que é eventual e só trabalha nos picos de tensão. O Mosfet de segurança pode ficar alojado num dos dissipadores.

macaco veio
Veterano
# 20/out/20 17:35
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Só pode ser o núcleo porque não vejo no osciloscópio qualquer proximidade de saturação ou corte no sinal sobre o bias.
O que penso que acontece:
As linhas magnéticas da tensão DC da fonte ocupam parte do nucleo com as linhas em uma direção (quero dizer em apenas um sentido), a tensão AC do sinal ocupam mas com as linhas nos dois sentidos conforme a fase inverte. Se o sinal fosse senoidal em 60hz um semiciclo coincidiria com tensão contínua existente ficando um semiciclo maior do que outro. Mas o sinal é uma onda aleatoria qualquer, assim aleatoriamente a tensão DC influencia na fase positiva do semiciclo (por isso em baixas frequencias). O desenho de uma onda senoidal reforçada em segunda harmonica é justamente a desigualdade no desenho de cada semiciclo (um semiciclo é mais gordo e outro mais fino). Um amplificador transistorizado com entrada não diferencial (apenas um transistor) gera alguma segunda harmonica justamente pelo mal funcionamento criando alguma desigualdade entre os semiciclos do sinal. Nos meios guitarrísticos sabe-se que amplificador valvulado SE tem o som preferido ao invés do PP porque o single ended gera mais harmonicas. As vezes me pergunto, será que um PP com transformador debalanceado (enrolamentos sem preocupação de resistencias iguais na divisão do primário) não geraria mais harmonicas do que um perfeitamente equilibrado? Um dia farei um teste (quando tiver um osciloscopio beleza e não um digital de bolso que tenho). Outra questão seria, será que é só com válvula ou o transformador influenciaria mesmo se fosse transistores comuns? São questões que ainda não vi resposta.

JAB
Membro Novato
# 20/out/20 18:33
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Conforme o que falastes pesquisei num trabalho da UNICAMP sobre distorção por transformadores na rede elétrica e obtive o abaixo que corrobora com tua tese:

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/qualidade/a5.pdf

Copiei um trecho:

Não linearidades com características de função par (f(x)=f(-x)) não são típicas das cargas elétricas. A presença de harmônicas pares está, em geral, associada a problemas de mau funcionamento das cargas não lineares, à exceção dos fenômenos relacionados a arcos elétricos.
Quando uma tensão apresenta harmônicas pares ocorre uma interação com algumas cargas não lineares[6], principalmente retificadores, levando à produção, inclusive, de uma componente CC na corrente da rede CA. Como sabido, isso leva o fluxo dos transformadores a operar de forma desequilibrada, aumentando unidirecionalmente a saturação e as perdas do transformador. Tal situação é ilustrada na figura 5.3.b.


Macaco veio, este osciloscópio de bolso que falastes ele tem FFT?

Para experiências com áudio não é necessário osciloscópios muito sofisticados mas um FFT é realmente fundamental.

Os 4,5% de DTH no meu sinal de 25Hz não é vizível na onda de saída. Parece uma senoide purinha mas as medonhas estão lá.

macaco veio
Veterano
# 20/out/20 22:32
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este osciloscópio de bolso que falastes ele tem FFT?
Nada, é muito simplezinho mas pelo preço faz até demais. Vem em kit mas eu já comprei montado.
https://hackaday.com/2017/11/09/review-jye-tech-dso150-oscilloscope-ki t/
já até pensei em comprar algo bem melhor mas não tenho muito tempo para dedicar.

JAB
Membro Novato
# 20/out/20 22:42
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Considero o osciloscópio o melhor e fantástico instrumento de trabalho.

Já trabalhei com muitos nas empresas que trabalhei e alguns meus. Eram analógicos.

O primeiro acho que era do tempo da guerra. Nem tela com divisões tinha. Era só o tubo. Tinha que usar pedacinhos de papel para marcar os tempos e níveis.

Depois fui trabalhando com alguns melhores talvez do mundo na década de 70.

Hoje tenho um DSO-2012A da Keysight. Muito bom.
No início reinei muito com os digitais mas logo fui me acostumando (e viciando) nas facilidades do bicho.

Demorei pra usar o FFT mas é um abraço.

Pra quem gosta da coisa é bom ter um.

Ramsay
Veterano
# há 21 horas · Editado por: Ramsay
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JAB
Parece que o assunto se esgotou por aqui.
Tudo, ou quase tudo, já foi amplamente debatido e esmiuçado ao máximo, no que se refere a construção de um amplificador classe A não push-pull e feito com mosfets.
Mas, eu faço uma pergunta ao autor do tópico:
Qual foi o ferro utilizado na confecção do seu trafo de saída?
Foi GNO (grão não orientado-laminas mais claras e mais espessas) ou GO (laminas mais finas e escuras).
Pergunto isso porque tem a ver com a dissipação do(s) mosfet(s) de saída.

JAB
Membro Novato
# há 14 horas
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Ramsay, o trafo de saída foi mandado confeccionar fora e eu não tive nenhum controle sobre ele. Foi uma evolução na potência que fui buscando conforme aventurava nas facilidades que o mosfet oferecia.

O trafo atual foi um dos 4 que mandei fazer na busca de uma melhor resposta em frequência, DTH e potência de saída. Cheguei a 2k de impedância em 370Vcc.
Esta limitação se deu devido à minha própria imposição de limitar a dissipação, pois este núcleo superdimensionado, permitiria que eu fosse bem mais mas a dissipação também era alta. Parei nos 21W.

Estou aguardando a chegada de um 5º enrolamento para a impedância de 1k agora para diminuir a tensão da fonte e verificar o funcionamento do mosfet em Vcc mais baixo (calculado 260Vcc).

Estou no momento aguardando também a chegada de um alto falante de 15" para a confecção da caixa e continuar a principal busca dos efeitos do som da década de 60 dos valvulados (meta inicial).

Não sei se quem confeccionou o trafo tem ainda maiores dados sobre o ele. Vou tentar conseguir com ele mais especificações. Acredito ser GO e visualmente me parece lâminas finas.

O sistema está praticamente pronto. P=21W, DTH=0,4% em 1kHz com 21W, resposta sem realimentação de 47Hz à >30kHz e, com realimentação 27Hz à >30kHz, temperatura nos dissipadores 60° C para Vcc= 370V.

Se tiveres alguma sugestão de cálculo para um melhor rendimento agradeço.

Boa parte da dissipação de deu devido ao ponto de bias para a menor DTH.
A menor DTH se deu com um bom afastamento do sinal dos extremos inferiores e superiores da alimentação Vcc (>Vth e <2*Vcc). Isto naturalmente aumentava a dissipação mas fiquei próximo ao rendimento teórico de 25%.

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