Pur'A - Amplificador de Potência Hi-End Classe A

Com um visual vintage, indicadores precisos, grande dissipador de calor exposto, sonoridade de qualidade impecável e uma cara de mau, o Pur'A é meu grande projeto classe A para minha coleção de projetos de amplificadores de potência desenvolvidos nesses muitos anos de DIY

É com muita alegria que publico mais este projeto que prima pela qualidade sonora e pelo visual vintage, que aplico mais uma vez na identidade diyPowered. Por se tratar do meu primeiro projeto finalizado - montar esquema em bancada para ver se funciona e para testar a sonoridade não conta! - de um amplificador classe A, quis fazer tudo direitinho. Fui até um pouco além do que pretendia ao adicionar funcionalidades avançadas naquilo o que deveria ser bastante básico. Mas eu não me aguento e lá fui complicar o projeto.

O projeto Pur'A

Há alguns carnavais, montei de brincadeirinha só pra ver como era o projeto 3 - 5 Watt Class-A Audio Amplifier, publicado no site RED Free Circuit Designs, e achei muito interessante pela qualidade final do áudio - mesmo com toda a simplicidade do esquema. Fiz algumas alterações na época tentando melhorar o que já era bom - e lá fui complicar o projeto - e acabei redesenhando todo o circuito. Na verdade, acabei criando um novo esquema me baseando na mesma simplicidade do projeto original, alterando alguns componentes, aumentando o número e a ordem deles. Consegui uma qualidade surpreendentemente superior ao adicionar poucos e alguns novos componentes, redesenhando o projeto original que acabou se tornando um novo projeto. É complicado, mas em suma, o 3 - 5 Watt Class-A Audio Amplifier serviu como inspiração para o Pur'A, assim como projetos clássicos e minimalistas como Super Class A Amplifier, J. L. Hood Class-A Single-Ended Amplifier e os projetos do gênio Nelson Pass.

Mas ainda não tinha montado um classe A para chamar de meu. E isso me deixava um lugar vazio numa estante cheia de grandes projetos já finalizados. Então, há algumas semanas, encontrei um antigo decodificador de TV a cabo jogado no lixo, enquanto levava Cícero, o labrador para aquela voltinha de final de tarde. Nada hesitante, meti a mão nele e carreguei pra casa.

Desse decoder, aproveitei alguns CIs e o trafo, que possui dois secundários (enrolamento único de 40V x 150mA e duplo de 7V x 800mA) e apenas um primário de 220V. E claro, o gabinete dele. Fiquei alguns dias pensando o que montar naquele gabinete toscão, mas a ideia de finalmente montar meu classe A foi mais forte. Mesmo sabendo que seria complicado colocar tudo dentro desse gabinete com elegância e segurança, me desafiei. De novo.

Fonte de alimentação

Sempre me apego ao projeto da fonte. E quase sempre levo mais tempo definindo seu esquema e características do que trabalhando em outros setores do projeto. É que a fonte, na minha opinião, é parte tão fundamental do projeto quanto o setor que receberá sua alimentação. Não consigo conceber o isolamento de prioridades dentro do projeto onde a fonte de alimentação fica em terceiro plano. Porque de nada adianta PCI com fibra de vidro e componentes selecionados a dedo se você vai montar uma fontezinha porca.

E lembrando: uma fonte mal projetada pode colocar em risco todo um projeto.

Mas voltando ao tópico inicial, meu esquema redesenhado e chamado já na época de Pur'A (píure-Ei) drena cerca de 800mA por canal numa tensão de 24V estabilizados. E quando estamos falando de um classe A, seja ele um solid state ou tube, são 800mA violentamente devorados de forma contínua. E não é pouca coisa. Como costumo respeitar os componentes mantendo uma boa margem de segurança, o projeto original da fonte conta com dois - sim, dois - transformadores de 30V x 1A, um para cada canal, que sustenta uma linha regulada de 24V com um banco de capacitores que somam 27000MF devidamente desacoplados e com resistores auxiliares de 0.10R x 5W. Uma super fonte para um super projeto.

Isso num mundo justo. É que, na época, eu possuía esses dois trafos disponíveis. Para o projeto definitivo do Pur'A, fiquei na mão por alguns dias até me lembrar de uma fonte chaveada que possuo faz tempo que fornece exatamente a tensão que preciso com gordos e redondos 2.5A - mais do que o suficiente para sustentar a queima de corrente das potências. Como a premissa diyPowered é o reaproveitamento das tecnologias, adotei com alguma resistência - não pude perder o trocadilho - a fonte chaveada no projeto. É que não gosto de fontes chaveadas para amplificadores de potência e outros equipamentos que trabalham criticamente com áudio. Mas como a necessidade é maior do que o dinheiro para comprar o um trafo toroidal de 24V x 3A...

Não tem muito o que dizer sobre essa fonte, só que é bem projetada e que possui boa estabilização e corrente. Mantive o banco de capacitores do projeto original, mas reduzi os 27000MF para 20000MF, já que não é necessário tanta coisa assim para a saída de uma chaveada. O resultado? As potências trabalham felizes e devoram suas correntes sem culpa.

Potências

A ideia era pretensiosa: montar as potências num dissipador de calor vertical, afixar todos os componentes dentro do pequeno gabinete e torcer para que cada peça coubesse perfeitamente. Isso sem falar na dissipação interna dos transformadores e da fonte regulada - em tempo: a configuração atual não utiliza trafos, como disse anteriormente. A dissipação das potências era garantida pelo contato maciço com o ar, já que a peça foi montada externamente, mas o calor gerado pelos transformadores e pela regulagem da tensão da fonte era um desafio a ser vencido - mesmo queimando corrente e cozinhando o dissipador, os transistores trabalham dentro da faixa de segurança, bem abaixo da máxima. O gabinete possui frestas de ventilação inferiores bastantes generosas - na base metálica - e apenas uma parte do painel traseiro possui aberturas para ventilação. Não é um projeto dos mais inteligentes no quesito circulação de ar, mas como o aparelho original não necessitava de grandes trocas, não se justificava fazê-lo.

PET - Ponto de Equilíbrio Térmico

Uma função desnecessária que achei legal embutir do Pur'A é o que chamo de PET - Ponto de Equilíbrio Térmico. É o ponto onde as potências entram em trabalho constante e limpo, após alguns minutos do acionamento da fonte de alimentação. É que, dentro das minhas concepções, valvulados e transistorizados classe A somente me convencem de sua qualidade após estarem quentes. E quando eu falo em quentes, falo de cheiro de vapor e de regiões tão aquecidas que se torna inviável tocá-las por mais que 1 segundo =]

Aproveitando o painel original do decoder que possuía três botões (channel down/up e power on/off) adicionei um espelho por trás que, iluminado por LEDs de cores amarelo lâmpada de 6V para power e verdes temos 20 anos de uso. Os verdes é que indicam esse ponto de equilíbrio, onde os dois devem estar acesos e nunca somente o down ou o up - isso indicaria um erro de calibração. Alguns minutos após o acionamento do Pur'A, esses dois LEDs verdes devem se apagar lentamente e em conjunto, indicando visualmente que as potências estão equilibradas e equivalentes. Isso garante que a pureza do som está validada, de certa forma.

E por falar em lâmpadas de 6V, pensei em utilizá-las para o painel do Pur'A. Mas como a minha peleja em busca de uma fonte com mais corrente foi grande, acabei optando por utilizar LEDs mesmo, com resistores limitadores de valores altos para que consumissem a menor corrente possível sem sacrificar seus brilhos. O resultado ficou muito bom e o mais próximo possível do que eu esperava.

Gabinete

Como já teve spoiler antes. o gabinete é herdado de um antigo decodificador de TV a cabo. Nenhuma peça interna foi aproveitada e a parte frontal dele foi revestida com um adesivo estampado com tema amadeirado, e os knobs escolhidos para os controles individuais de volume são de alumínio polido para dar mais ainda um clima vintage. As chaves utilizadas são do tipo alavanca para ligar e desligar e também para o attenuator, uma função muito útil quando se necessita limitar o sinal que chega nas potências, reduzindo a distorção.

Também foi adicionado um LED indicador de clip para cada canal. Na falta de mais LEDs temáticos, os dois LEDs vermelhos de clip foram desgastados até que se eliminasse as lentes, sendo polidos logo em seguida. Isso confere um ar de coisa velha e usada, e também fornece um brilho diferenciado para o conjunto.

Ainda falando em componentes, foram adicionados quatro capacitores de 5000MF cada externamente, sem qualquer informação impressa - retirei a 'embalagem' deles - ficando com aparência de metálicos, apenas. Mais visual vintage. Aproveitando a oportunidade, adicionei o porta fusível e a tomada de força na mesma tampa. Tudo muito ogro e sem frescura.

O painel traseiro traz as conexões para falantes e sinal. Para entrada de sinal, foram adotados par de RCA - meus favoritos - e para as saídas, bornes toscos com fixação por parafusos. Algumas frestas de ventilação e nada mais. Esses bornes de parafusos foram aproveitados de um temporizador padrão de painel elétrico, ou algo parecido, que também encontrei no lixo. E ainda falando nesse temporizador, consegui aproveitar quase toda a placa dele, incluindo um trafo 127V/220V x 20V+20V 100mA que é sempre muito útil para projetos pequenos.

E o grande e bizarro dissipador de calor externo? Esse cara foi retirado de um desktop Dell descartado. Possui uma base pura de cobre em contato com os transistores de saída, uma segunda base de alumínio para fixação e diversas aletas verticais que ajudam muito no contato com o ar. Mesmo julgando ser um dissipador parrudo, ele ferve a picos de 64ºC após alguns minutos de uso. Não utilizei um dissipador maior porque realmente não tenho. Porque esses amplificadores hi-end queimam corrente sem dó.

Fiquei muito contente com o resultado. Muito mesmo. Acho que mais pessoas deveriam se encorajar e colocar na bancada suas ideias e conceitos sem dar muita bola para o que dizem nesses fóruns de garotos mimados. Confie nos seus ouvidos e respeite os componentes.

E vamos lá, fotos!


Teste de temperatura máxima do dissipador...

... e o resultado!

Vista superior 

Detalhe do painel frontal

Cara de mau

Chave de liga/desliga, capacitores e LEDs

LEDs do 'PET' e power

Chaves do attenuator e LEDs peak level

Painel traseiro

LEDs 'PET' ao acionar o Pur'A (ainda não equilibrado)

Log do projeto


Pur'A - Amplificador de potência classe A
SCH/PCB
  __
_______ 100%      HARDWARE  __________ 100%      TESTE  __________ 100%

14/01/2017 - esquema elétrico definido, características casadas e iniciando separação dos componentes

19/01/2017 - iniciando montagem dos circuitos das potências; definido gabinete e dissipador externo afixado

20/01/2017 - montagem dos canais; reguladores de tensão da fonte e ponte montados; banco de capacitores da fonte em montagem; próximos passos serão teste da tensão regulada da fonte e teste individual dos canais previamente montados; chaves, indicadores e demais recursos em montagem e fixação; montagem do circuito de soft start das saídas; mais itens adicionados ao gabinete; banco de capacitores em montagem

* primeiros testes de audição e afinação do circuito surpreendentes, poucos ajustes foram feitos para obter um som claro, aberto, rascante e de muita presença

21/01/2017 - fixação do banco de capacitores; fixação dos terminais RCA de entrada; definições de leds indicadores; fixação de quase todos os componentes externos ao gabinete; em fase de acabamento do gabinete

22/01/2017 - fixação dos bornes de saída, chaves e potenciômetros; conexões internas, áudio e alimentação fixados e conectados; fonte regulada e testada; algum tempo perdido até encontrar os trafos em inversão de fase (são dois trafos internos) mas resolvido em tempo; projeto em fase de finalização, passa agora para inspeção final, teste geral e audição definitiva

23/01/2017 - definições de cores para LEDs indicadores; finalização do controle de equilíbrio com indicador visual, faltando apenas afixar no dissipador e conectar os pontos de monitoramento

24/01/2017 - primeiro fechamento do gabinete para conferir espaços, passagens de cabos e fixação do monitor de ponto de equilíbrio; fixação dos LEDs peak level e teste do attenuator

25/01/2017 - teste de aquecimento para calibração do ponto de equilíbrio monitorado; projeto em fase final

26/01/2017 - monitor de ponto de equilíbrio calibrado e finalizado; peak level testado e calibrado para as chaves do attenuator; como dissipador principal escolhido para as potências está aquecendo demais, será estudado implantação de cooler girando a 20% somente para reduzir alguns graus sem afetar o ponto de equilíbrio termal monitorado

27/01/2017 - verificado consumo excessivo de corrente não previsto inicialmente, transformadores trabalhando no limite - o que não é nada desejável; estudando a possibilidade de reduzir aquecimento e consumo utilizando fonte chaveada, caso não seja possível upgrade dos transformadores

28/01/2017 - teste com a fonte chaveada foi muito promissor, devido aos seus 3A de corrente bem definidos, o que dispensaria os dois trafos e também o regulador da fonte com sua retificação, reduzindo também o volume de componentes internos, mas ainda não é definitiva a alteração do projeto original da fonte

* projeto concluído!

** 30/01/2017

E para demonstrar o funcionamento dos LEDs do peak level, aquele videozinho de sempre.




Ok, eu me rendo! - Iniciando no Atmega via Arduino UNO R3

Como um bluseiro completamente análogo, demorei anos para me render àquilo o que me refiro sempre como infotrônica, ou seja, quando a eletrônica se (con)fundiu com a informática. Minha grande birra é com essa molecada que nunca viu de perto grandes projetos - nem do presente e menos ainda do passado - e me vem com codigozinho de merda para piscar led na plataforma, como já defendi aqui. E ainda me pautando no texto anterior, o microcontrolador é uma super ferramenta, voltada para projetos complexos onde a utilização de eletrônica pura seria onerosa e dispendiosa, e nunca para um punheteirozinho que mora com a mãe ficar piscando ledzinho.

Então, voltando ao tópico inicial... ok, eu me rendo! Vou introduzir o ATMEGA nos projetos do diyPowered daqui em diante. Obviamente, não vou fazer led piscar nem girar motorzinho. A utilização do MC será apenas para projetos mais complexos, onde pretendo otimizar espaço e engrandecer funcionalidades.

Ok, eu me rendo!



Não compre jumpers! Fabrique os seus!



E aproveitando o ensejo, sobre os jumpers que servirão para desenvolvimento, fabrique os seus! Fiz mais de 20 deles utilizando fios flexíveis retirados de um cabo PS2 de qualidade, barra de pinos de placa mãe dessoldados e devidamente separados e limpos e, para fazer um bom acabamento e fixação, espaguete termo-retrátil! 

Projeto Labrador - PH'AMP v2 - Amplificador HI-FI para fones de ouvido (retorno)

Um grande aliado na gravação de voz, principalmente, um bom monitor é essencial em qualquer home studio e já na sua segunda versão, batizada de PH'AMP, mais uma vez surpreende com a grande qualidade e grande gama de respostas

Pois é. Mesmo após a chegada da Q502USB, achei muito necessário possuir um monitor de fones de ouvido à disposição. Porque a saída de fones da Q502USB não vai me dar exatamente o sinal que eu quero ouvir, já que utilizo pela interface USB. Quero ouvir o som grosseiro da saída análoga da placa de som, como sempre o fiz. Não há muito o que dizer sobre esse projeto, tanto pela sua simplicidade quanto pelo seu uso.

A primeira versão do monitor ficou meio bagual - como se diz aqui na fronteira - mas funcionava muito bem e tinha suporte para até 4 fones de ouvido. Isso foi há mais de 4 anos. A única coisa que não consegui implantar na época foi o controle de volume individual para cada saída por falta de espaço físico mesmo, o que obrigava a utilização de fones com controle próprio. 

O novo monitor conta com controles individuais de volume para cada canal, de forma a permitir a compensação do balanço, ajustes finos 'bright/presence' individuais para cada canal, um LED laranja bem legal indicador de ligado e dois LEDs amarelos que indicam clip na entrada. Coisa muito útil e quase indispensável para mim. Fiquei em dúvida se fazia o projeto com bypass manual entre fones e saída para linha ou se mantinha apenas a entrada de áudio tradicional. Fui induzido a manter somente a entrada de áudio tradicional por conta de um outro projeto que está na manga faz tempo, que permitirá um mega bypass entre a fonte original de áudio e a potência, permitindo a audição crua do sinal sem qualquer aplicação do set. E vai ficar muito charmoso, esse novo projeto, todo vintage.

Utilizo o mesmo padrão dos projetos Labrador, com conexões traseiras removíveis e simplificadas. Utilizei como coração do projeto uma placa completa de um antigo par de caixas de som multimídia HI-FI (pelo menos dizia isso) que utiliza uma montagem muito eficiente e bonita, com um CI tapado por um grande dissipador de calor, alimentado por 12V vindo de um regulador 7812. A tensão que chegava nessas caixinhas vinha do monitor de vídeo, e pelo que pesquisei, era algo em torno dos 15V. Não quis remover o dissipador do CI, mesmo morrendo de curiosidade para saber quem é aquele carinha, porque o maior julgador de qualidade é o ouvido. E mesmo no escuro, sem ter ideia de qual CI tenho ali, a qualidade é muito grande, tanto em peso quanto em médios e agudos. Números são importantes, mas quem vai dizer mesmo o que temos tocando são nossos ouvidos. Então, como a qualidade me agrada muito, o projeto é bem feito e o restante do projeto - fonte, filtros, etc. - foi feito por mim, confio no que ouço. 

Deveria ser assim: confio no que ouço. E ponto. E sem mais delongas, vamos aos .jpeg =]


Com seus irmãos no set

LED laranja ao centro e amarelos (laterais)

Controles individuais por canal com bright/presence

Projeto Labrador - PKL2v1 - Monitor visual de ajuste de linha

Ter controle total do sinal de entrada e do sinal de saída de um sistema hi-fi e ainda possuir meios de monitorar a largura desses sinais é primordial para audiófilos e produtores musicais e é com essa premissa que sai da bancada o PKL2v1, um aliado no controle fino e no ajuste da injeção de sinal 

Desde o lançamento do HS-1875Mi, meu amplificador monitor de referência hi-fi, fiquei mais querendo do que precisando produzir um projeto que já existe faz tempo mas que nunca tinha saído nem do papel e menos ainda para testes. E então, mês passado, decidi que já era hora de voltar a produzir meus equipamentos para o home studio, que já conta com uma Behringer Q502USB em substituição ao Mini Hi-End Mixer, que teve seu espaço garantido até que uma interface USB se fez necessária. E como essa necessidade/desejo estava me torturando há meses, lá fui revisar o esquema do PKL2v1 e levar para bancada para ouvir o timbre do bicho. E o trem soa bem que dá gosto.

A ideia básica era controlar o sinal de entrada - vindo de qualquer equipamento - em seu ganho inicial, monitorar esse sinal de entrada para evitar clip; esse sinal, monitorado, afinado manualmente e protegido contra cliques e outros demônios que afligem quem gosta de qualidade, seria aplicado num pré-amplificador/bypass totalmente transparente/flat e seria enviado para um segundo bloco de controle, que contaria com um segundo monitor para evitar um clip secundário - que poderia ser enviado para o fim do processo por algum ajuste de ganho maior na entrada, que ultrapassaria a capacidade de banda do ajuste do pré-amplificador transparente - e que também permitiria o mesmo ajuste manual e proteções do primeiro bloco. Basicamente, um ajuste fino de passagem de sinal entre a fonte e a audição. Ou um super controle fino do que 'chega' e do que 'sai' de forma que o sinal permaneça contínuo e perfeitamente transparente entre a entrada e a saída, sem alterações ou efeitos. Como meu fiel escudeiro atual é o HS-1875Mi, resolvi o esquema do projeto me baseando nas configurações do carinha para casar perfeitamente o set. E lembrando que meu set já conta com o ViAS e com o H2PV1, grandes recursos desenvolvidos por aqui. Até pouco tempo, meu set também contava com as proteções avançadas do SLF2PRO, que, por alguma razão, teve seus varistores fritos ao proteger o conjunto há alguns meses - esqueci de atualizar a postagem do projeto - e eu ainda não peguei para reparar...

Funcionamento do conjunto

Sinal de entrada >> Ajuste manual de ganho fase 1 + peak level >> pré-amplificador transparente/bypass >> Ajuste manual de ganho fase 2 + peak level >> sinal de saída. Este é o caminho do sinal desde a entrada, passando pelos ajustes manuais e automáticos até ser entregue ao final do estágio. Esse processo permite que o sinal original não sofra deformações ou sature a entrada dos demais elementos do conjunto de saída de sinal. Além de ser um grande aliado dos outros equipamentos do set, também protege ouvidos.

Uso e finalidade

Em gravações e mixagens, principalmente, o fator ganho é questão primária para um resultado final decente e agradável. Mas, em diversos equipamentos, não possuímos ajustes finos ou alertas que nos indiquem distorção/clip/overload. É nessas horas que sempre levo em consideração painéis completos e funcionais, por mais que me custe tempo de bancada e alguns dinheiros a mais; quando a gente precisa de um visual de fácil identificação é que a gente começa a considerar as escolhas...

Neste projeto tão especial e simples, consigo ajustar o sinal de entrada de forma individual com LEDs monitores de clip, e também posso compensar o PAN, se for preciso. Com o sinal já 'dentro' do PKL2v1, é aplicado o pré-amplificador transparente para compensar quaisquer perdas. Passado o pré, o sinal chega finalmente aos controles de saída, que possuem também os mesmos LEDs monitores de clip da entrada, mas aplicáveis ao sinal gerado pelo pré-amplificador transparente já atuado pelo potenciômetro. Complicou? Imagine que esse sinal possui três compensações, duas manuais e uma automática, de forma que o sinal de entrada é devidamente ajustado para que você ouça dentro de um nível adequado, sem distorções e com uma constante monitoria em duas fases: entrada e saída. O que 'sai' do PKL2v1 é um sinal constante, ajustável e controlado.

Mais uma vez foi adotado o gabinete de DVD-ROM, que possui um excelente espaço útil e perfil baixo, permitindo que todos os projetos sejam modulares e que possam formar um conjunto visualmente interessante. E também tem o fator blindagem, por ser completamente metálico e também muito bem construído.

Ah. E aquela ideiazinha de pintar os gabinetes do Projeto Labrador (esses montados em gabinete de DVD-ROM são todos catalogados assim) segue mais forte do que nunca. É muito provável que eu o faça dentro de algumas semanas...

Como não poderia deixar de existir, as fotos do projeto.


Painel frontal (azuis: saída / vermelhos: entrada) e os LEDs da
esquerda para direita: output peak level, power e input peak level

Outra coisa que pretendo adotar em breve são painéis impressos com as informações de uso. Até hoje, poucos foram os projetos que ganharam um painel informativo, sendo a maioria como o PKL2v1, sem qualquer informação para quem o vê. Por isso, sempre segui uma lógica visual ao montar os painéis, como nesse caso, da esquerda para a direita:


LED1 = Output Peak Level L | LED2 = Output Peak Level R | LEVEL A1 = Output L | LEVEL B1 = Output R 

Power LED 

LEVEL A2 = Input L | LEVEL B2 = Input R | LED1 = Input Peak Level L | LED2 = Input Peak Level R


Conector de força (220V) e os P10 IN/OUT

Os clássicos pezinhos comerciais da linha Labrador

De baixo para cima: HS-1875Mi, PKL2v1, ViAS e Home2Pro

Home studio (destaque: Behringer Q502USB)

Super LED verde do PKL2v1

Visão geral do PKL2v1

Fico devendo aquele vídeo demonstrativo de sempre. Até a próxima!

Log do projeto

27/11/2016 - Esquema elétrico definido, iniciando montagem do painel
10/12/2016 - Montagem e teste da fonte, acionamento dos LEDs frontais e dos circuitos monitores de sinal; fixação dos conectores traseiros e fiação blindada adicionada
11/12/2016 - Montagem do pré/bypass, ajustes de ganho e primeiros testes de audição; circuito afinado e compensado, filtros e linha configurados; equipamento segue para montagem em gabinete para testes finais
12/12/2016 - Montagem em gabinete, testes de audição e finalização de projeto; publicação em breve!


** 16/12/2016

E como promessa é dívida, aqui vai o vídeo demonstrativo bem na hora dos testes de aferição dos blocos.


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