Handmades

Um amigo que mora nos EUA veio pra cá a passeio, e eu pedi pra ele me trazer um presente: algumas válvulas submini. Então dei início à construção de um Superfly, que é basicamente o Firefly do Doug Hammond usando as válvulas submini. Para esse projeto, estou usando duas 6N16B, fonte SMPS com o 555 e transformador de saída da Schatz.

Alguns podem pensar "ah ele começou um amp (Express com a ECL85), nem terminou aquele e já começou outro?". Sim, sou assim mesmo, começo um monte de coisa ao mesmo tempo e demoro pra terminar todas elas :D

Layout feito no Eagle. A placa de cima é o amplificador, a de baixo é a fonte SMPS.
(https://s15.postimg.cc/henzj8nbb/1_layout.png) (https://postimg.cc/image/henzj8nbb/)

Fonte SMPS pronta. Consegui sem carga cerca de 140V com o timpot no meio, e pouco mais de 180V com o trimpot no máximo. Essa tensão máxima começou a cair com o tempo, enquanto o mosfet começou a esquentar. Acredito que o comportamento seja normal.
(https://s15.postimg.cc/9yopxg7br/2_smps.jpg) (https://postimg.cc/image/9yopxg7br/)

Placa do amplificador, vista pelo lado dos componentes.
(https://s15.postimg.cc/abg43mxbb/4_amp_cima.jpg) (https://postimg.cc/image/abg43mxbb/)

A mesma placa, vista pelo lado das trilhas. Usei soquetes torneados de circuito integrado para conectar as válvulas.
(https://s15.postimg.cc/c392yk3tj/5_amp_baixo.jpg) (https://postimg.cc/image/c392yk3tj/)

E falando nelas... Coloquei um soquete em cada uma também, para facilitar a colocada/retirada delas no circuito.
(https://s15.postimg.cc/6ru6dux6f/6_valvulas.jpg) (https://postimg.cc/image/6ru6dux6f/)

Teste inicial. Um monte de fio pra todo lado :D.
(https://s15.postimg.cc/7hcyq7q07/7_ligado.jpg) (https://postimg.cc/image/7hcyq7q07/)(https://s15.postimg.cc/6f2s7ommf/8_filamentos.jpg) (https://postimg.cc/image/6f2s7ommf/)

O som está mais baixo do que eu esperava. Mas estou tendo alguns problemas com a SMPS (provavelmente causados pela falta de dissipador de calor no mosfet), e acredito que o volume irá aumentar um pouquinho assim que eu resolver esses problemas.

Atualizo o tópico assim que avançar no projeto.

Baita ideia essa dos soquetes nas válvulas ! (aplaus2) E... ponha o dissipador no MOSFET (com pasta térmica).

O dissipador vai ser a própria carcaça do amp, por isso não coloquei ainda. E também tenho que isolar o mosfet da carcaça, mas preciso comprar a mica e bucha de plástico. Mas vou colocar no próximo teste, nem que seja provisoriamente.

Vou usar papelão para isolar entre as placas e a carcaça. Acredito que, mesmo com a tensão mais alta e consequentemente maior diferença de potencial entre o B+ e a carcaça, duas camadas de papelão irão isolar bem. De qualquer maneira, a lâmpada de teste será sempre usada para os testes :D

Dúvida besta, mas que nunca passei por essa situação: no caso do mosfet com mica isolante, devo passar pasta térmica entre o mostef e a mica, entre a mica e a carcaça ou as duas opções ao mesmo tempo? :D Acredito que seja somente entre a mica e o mosfet, mas melhor confirmar antes de fazer besteira.

As duas opções, senão você não vai dissipar o calor tão eficientemente.

A pasta térmica ajuda a conduzir o calor para o dissipador, cobrindo ranhuras no material com um condutor térmico. Nenhum metal, por mais polido que esteja, é completamente liso. Sempre há ranhuras, mesmo que nanoscópicas, e quando se conta todas juntas, acabam afetando a condução de calor de forma mensurável.

Hoje fiz mais alguns testes, com o mosfet aparafusado a uma 1590A que serviu como dissipador. Estou com um problema na SMPS. Com o trimpot no meio, sem carga, obtenho cerca de 154V, que caem para 150V após 1 minuto ou 2, e depois a queda de tensão continua mas lentamente. Observei esse mesmo problema sem o dissipador, mas a tensão caía de maneira muito mais rápida enquanto o mosfet esquentava. Com o mosfet preso à 1590A, o conjunto quase não esquentou, mas teve a queda de tensão.

Ao conectar o amplificador, a tensão caiu de 150V para 70V. A 1590A esquentou consideravelmente, mas ainda ficou "segurável com a mão". Na SMPS, conferi o BC547 e o 555, ambos estavam frios, somente o mosfet esquentou e transferiu o calor para a 1590A. Por não saber se é seguro, não conferi a temperatura do indutor.

Os eletrolíticos não são de baixo ESR. Vou tentar trocá-los e observar se muda esse resultado.

Pra bom entendimento da mensagem do Marcão 1590A = caixa feita de alumínio

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Tenta trocar o diodo por um do tipo "fast recovery" também

O diodo é um UF4007.

Tentei acrescentar um capacitor de 100nF em paralelo com o de alta tensão da SMPS, li em um tópico no DIYSB que é uma sugestão na falta de capacitor com baixo ESR. Ele reduziu a taxa de queda de tensão, mas ainda assim cai pra cerca de 70V ao ligar com carga. Estou considerando a possibilidade de ser o indutor que eu usei, pois há relatos de que essa fonte pode chegar a pouco mais de 300V e a minha não chega a 200V.

Independente disso, o timbre está fenomenal!

Opa! Então vale a pena continuar !!

Com certeza vale a pena! Vou testar as seguintes coisas em relação à SMPS, nessa ordem, e ver se soluciono o problema:

- colocar capacitores de baixo ESR;
- refazer o layout;
- tentar achar um IRF644 para usar no lugar do IRF740.

Como estou na etapa de testes, nem tinha pensado em gravar samples. Mas está tudo montadinho aqui, vou ver se consigo gravar algo hoje.

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Sample gravado com o celular. Ficou um pouco mais grave do que realmente é. Só usei o Superfly e uma caixa 4x12 >d. Tensão de alimentação ainda em 70V.
https://soundcloud.com/marcao_cfh/superfly/s-E2z32 (https://soundcloud.com/marcao_cfh/superfly/s-E2z32)

A comparação da tensão de saída é feita contra o Vbe do BC547. É normal que a tensão de saída não fique estável, especialmente com respeito às variações de temperatura.

Na verdade o 555 não é a melhor opção para se montar esses conversores DC-DC tipo booster. Ele é mais um quebra-galho porque o circuito é baseado no multivibrador astável com o 555. O circuito de realimentação e auto regulagem da tensão gerada não vai funcionar direito e ainda por cima altera a frequência de chaveamento ao usar o pino 5 de entrada do comparador.

Achei que você ia usar o MC34063 que é um ci específico pra essa tarefa e é tão barato e fácil de achar como o 555. Além disso, pra usar um conversor chaveado desses, tem um bocado de cálculos de valores adequados de componentes, frequência,  ciclos on/off e monitoramento de corrente, que precisam ser respeitados pra que funcione a contento nos valores de saída desejados.

Não é o caso desse circuito com o 555, onde mal se sabe como vai ser a relação de ciclo ativo, qual a frequência de chaveamento conforme a realimentação, etc. 

Esse é um bom exemplo de fonte com ele:

http://imajeenyus.com/electronics/20111010_40-400V_supply/

Eu usei o 555 umas duas vezes, e esse circuito é um pouco temperamental.

Os componentes fazem muita diferença, sendo que tanto o indutor quanto capacitores de baixa resistência são praticamente impossíveis de achar no Brasil, a não ser que você mesmo enrole.

Tem um outro chip parecido usado pela blackstar>
(https://obrazki.elektroda.pl/31_1253713755.png)

Eu usei o 555 porque foi a SMPS usada no projeto do Superfly e, como estava lendo muito sobre o Superfly e por conta da correria do dia a dia, acabei me esquecendo do MC34063. Fui na loja de componentes hoje, não tinha capacitores com baixo ESR mas tinha o IRF644. Na próxima ida, procuro o MC34063. Sei que o 555 não é a melhor opção, e que existem CIs bem mais adequados, só me esqueci mesmo.

Vou fazer alguns testes com o IRF644 e com um layout melhor por já ter as coisas em mãos, esse layout que eu fiz ficou bem ruim :D. Vou providenciar o MC34063 assim que voltar na loja.

Uma dúvida: na SMPS com o 555, há um resistor de 56K entre os pinos 5 e 7 do 555. Já na SMPS usada no GTFO, também baseada no 555, esse resistor não existe. Qual é a função dele? Estou no celular agora, então não consigo postar o esquema.

Hoje fiz mais alguns testes, sem resultados muito animadores. Não encontrei capacitores de baixo ESR. Refiz o layout de duas maneiras diferentes, para deixar os componentes mais críticos um mais próximo do outro.

Esse layout fiz para usar o IRF644. Ele tem resistência menor, assim esquenta menos. Ao ligar sem carga, a tensão foi extremamente baixa (cerca de 40V) e o capacitor de alta tensão esquentou e vazou, saindo fumaça. Substituí por outro de maior tensão, e o resultado foi o mesmo... No layout coloquei o 2N5088, mas na montagem usei o BC547, rotacionando o transistor.
(https://s15.postimg.cc/4642h0vbb/irf644.png) (https://postimg.cc/image/4642h0vbb/)

Nesse layout, usei o IRF740. Consegui cerca de 138V com o trimpot no meio sem carga. Novamente ao ligar o amplificador, a tensão caiu para um pouco mais que 60V e o mosfet esquentou bastante. Segundo o Thomas, nas montagens dele o mosfet não esquentou... Apesar disso, o som continua muito bom. Mesma coisa a respeito do transistor na outra placa.
(https://s15.postimg.cc/9hiz1qp3r/irf740.png) (https://postimg.cc/image/9hiz1qp3r/)

Incluo o esquema e layout que estou usando. Pode ser que haja algum erro no amplificador e que eu não estou conseguindo enxergar. É basicamente o esquema do Superfly com master volume, adaptado para as 6N16B. Diminuí a tensão no pré para ele distorcer um pouco mais. A chave de bias foi uma modificação sugerida no DIYSB, mas deixei ela de fora da montagem, ligando os dois resistores diretamente para ter aproximadamente o valor do resistor original (820 ohm).
(https://s15.postimg.cc/nch9kcopj/supschem.png) (https://postimg.cc/image/nch9kcopj/)(https://s15.postimg.cc/xl9qq1faf/superfly.png) (https://postimg.cc/image/xl9qq1faf/)

A energia que era pra ser fornecida na saída da fonte, está sendo desperdiçada no MOSFET (vira calor). Veja se consegue colocar um trimpot no lugar dos resistores que determinam a frequência de oscilação do 555 e assim conseguir achar uma frequência mais adequada para o chaveamento (sem falar no duty cycle que precisaria ser acertado também).
O MOSFET pode esquentar por alguns motivos: transição on-off ou off-on demorada (ou ambas) o que faz com que fique na região linear por mais tempo; frequência de chaveamento alta (quanto mais transições, mais ele vai ficar conduzindo); ele não entra em corte ou condução plenas (no corte a corrente deve ser perto de zero, e na condução a tensão dreno-fonte deve ser perto de zero, de forma que a potência no MOSFET seja baixa em cada caso).

Já calcularam o duty cycle no qual o transistor precisa operar ?

Apesar de eu compreender em partes, não possuo o conhecimento para acertar esses detalhes. Sou do tipo que sabe fazer montagens, desenhar layouts, medir componentes e fazer algumas "debugagens", mas não possuo teoria >>(:.

Fiz um novo teste, vi algumas versões dessa smps sem o resistor de 56K. O removi, e sem carga o comportamento melhorou, mas com carga a tensão torna a cair bastante e o mosfet esquenta. Medi o indutor (fora da placa, claro), e o valor está correto (100uH).

Vou fazer uma placa usando um layout já verificado, mas que acredito que não vá me servir pelo tamanho da placa. Pelo menos consigo verificar se os componentes que estou usando funcionam em um layout verificado, se continuar o mesmo comportamento sei que o problema está ou nos componentes ou na placa do amplificador.

Vou providenciar também um CI mais adequado para a aplicação. Fui na loja de componentes essa semana, e esqueci de comprar o MC34063 )>|.

Bom, olhando o esquema que você postou, com resistores de 1k, 10k e capacitor de 2,2nF  na temporização astável do 555, o que significaria uma frequência de 31168Hz, eu simulei o que seria necessário num circuito com o MC34063 (supondo entrada de 12V, saída de 140V e corrente de 35mA para conseguir uns 5W de potência):

(https://image.ibb.co/jHKKHJ/smps.jpg)

Veja que para usar com o MC34063, precisaria de um indutor de 400uH. Se aumentarmos a frequência, o indutor diminui de valor.  Os períodos Ton = 29us e Toff = 3us.

Eu já testei usar indutores maiores, e muitas vezes ajuda.
Outra peça importante, o mosfet precisa dissipar todo o calor que ele produz.
Eu montei vários amplificadores sem dissipador(IRF644, Rds_on=0,27 ohms), mas com correntes baixas, inferiores a 15mA.

Qualquer coisa maior que isso (corrente ou a resistência) vai exigir dissipador, ou a tensão vai cair com o aquecimento.

Tenho essa mesma fonte com o 555 aqui pra testar. Com o IRF820 (Rds_on=3 ohms) com dissipador a tensão estabilizou em 100v com uma corrente de apenas 7,4mA (usei como carga resistores com valor total de 13,8k ohms).

Para o IRF644 setei a tensão em 200v e ele chegou a aquecer com essa carga de 13,8k ohms (15mA aproximadamente, o que dá uns 3W), mas é possível segurar sem medo de queimar os dedos, é só levemente quente. O IRF820 mesmo com dissipador estava muito quente a ponto de queimar os dedos. Infelizmente não tenho como medir a temperatura e fazer isso de forma mais profissional. Acho que usar um termistor poderia afetar a transferência de calor.

Outro componente que ficou quente ao toque foi o indutor. Isso que estou usando um daqueles chineses do ebay, de 3A.
Talvez um fio mais grosso aquecesse (resistência menor) menos. Vou ver se acho uns de 10A, provavelmente tem uma resistência menor.
Ainda não sei o porquê, mas os toroidais não são indicados, deve ser algo relacionado à carga mudando com a música.

Eu testei essa fonte do 555, mas desde que comecei a comprar na Tayda só uso o MAX1771.
Ele inclusive caiu de preço, de 4 dólares agora é vendido a 2.

O MC34063, por outro lado, parece uma opção interessante com um preço mais amigável, tenho que montar um protótipo com ele também. 

Eu já estava me preocupando em relação a ter que comprar outro indutor, esse deu trabalho pra encontrar um vendedor, e também estava pensando em comprar um CI mais adequado para fazer o teste. Após ler os comentários do teste feito pelo Thomas (agradeço novamente a ajuda!), testei algo aqui e aparentemente resolvi o problema.

Como comentei, fiz duas placas (sem contar a primeira) com layouts diferentes e em cada um usei um IRF diferente. Em uma placa, usei o IRF644, mas por algum motivo que não descobri o capacitor ligado à saída esquenta e estoura. Na outra placa "funcional", usei o IRF740 e a tensão é elevada, mas ao conectar o Superfly o IRF esquenta bastante e a tensão também cai bastante. Bom, sei que essa segunda placa "funciona", já que a tensão está sendo elevada. Também sei que a tensão cai quando o IRF esquenta, e que o IRF644 tem resistência interna bem menor que a do IRF740 (e consequentemente esquenta menos). Nessa placa, nenhum componente esquenta a não ser o IRF.

Então retirei o IRF644 da outra placa e coloquei nessa placa "funcional", para tentar eliminar a possibilidade de o problema ser o IRF740. Vai que resolvesse alguma coisa, ou que o capacitor dessa placa também estourasse :D alguma conclusão sempre dá pra tirar dessas coisas. Coloquei sem dissipador mesmo, fui testando no dedo.

Liguei sem carga. Tensão subiu, exatamente igual a quando estava com o IRF740. Ajustei em cerca de 160V, desliguei tudo e conectei o Superfly. De cara, notei que o som estava diferente, um pouco mais alto e com timbre mais "aveludado". Medi a tensão, estava em 156V logo ao ligar o amp! Caiu um pouquinho, mas nada comparado ao IRF740. Toquei uns 5 minutos, a tensão ficou na faixa dos 150V, e o IRF644 praticamente não esquentou. O problema era o IRF740 mesmo!

Depois que desliguei tudo, me lembrei que eu havia retirado o resistor de 56K. Qual é a função desse resistor? Já vi uma versão dessa SMPS com o resistor e outra sem ele, ambas dadas como funcionais. Depois vou colocá-lo e testar.

Editado: ah e obrigado pela ajuda, xformer. Ainda não consigo acompanhar tanta informação :D mas estou aprendendo um pouquinho mais com cada ajuda sua.

Com o problema da smps resolvido, hora de continuar a montagem.

Placa do amplificador potenciômetros e jack de entrada no lugar. Já deu para perceber o que usei como gabinete para a montagem :D
(https://s15.postimg.cc/45u0an847/9_dentro_1.jpg) (https://postimg.cc/image/45u0an847/)

A nova placa da smps. O mosfet foi aparafusado na caixinha, sendo isolado eletricamente dela. Por erros (meus) de projeto, acabei precisando usar fios para ligar o mosfet à placa. Improvisei uma "arruela não condutora" para evitar contato entre a porca que prende o transformador e os componentes da placa.
(https://s15.postimg.cc/od7g2yl13/10_dentro_2.jpg) (https://postimg.cc/image/od7g2yl13/)

Tudo colocado dentro da caixinha.
(https://s15.postimg.cc/od7g2ysqv/11_dentro_3.jpg) (https://postimg.cc/image/od7g2ysqv/)

Visão traseira. Entrada de alimentação e saída para caixa.
(https://s15.postimg.cc/wipi14wfb/12_tras.jpg) (https://postimg.cc/image/wipi14wfb/)

O ampzinho de frente. Usei knobs mini chicken head. Acho eles feios :D só comprei porque achei um preço muito bom no aliexpress, mas achei que nesse amplificador eles ficaram legais. Transformador Schatz feito de acordo com as especificações passadas ao A.sim.
(https://s15.postimg.cc/d0uul64mf/13_m_o.jpg) (https://postimg.cc/image/d0uul64mf/)

E claro que não poderia faltar uma foto das válvulas acesas.
(https://s15.postimg.cc/q50exvjtj/14_frente.jpg) (https://postimg.cc/image/q50exvjtj/)

Agradeço novamente à ajuda de todos. Assim que possível, posto outro sample de como ele ficou na montagem definitiva.

Que construção linda marcao_cfh! Inspirador!!!
Parabéns!

Parabéns, ficou show!
Tem até mais espaço sobrando que na minha montagem!

Agora falta só fazer um vídeo dele

Linda montagem marcao_cfh!! Aguardamos ansiosos samples!

Muito obrigado, pessoal!

Aqui está um vídeo (https://youtu.be/9w4bCTyCxdI) que gravei, testando algumas regulagens. O potenciômetro da esquerda é o de ganho, e o da direita é o de volume. Não reparem no guitarrista ruim e nem no falante velho que usei :D por incrível que pareça, essa caixinha dá um timbre muito bom.

marcao, parabéns pelo projeto e por todo o trabalho que você teve para construir o Superfly.
O som em si tá legalzinho, mas, magro, quase sem graves, como sempre ocorre quando se utiliza válvulas miniatura.

Eu tenho aqui um pedal Seymour Duncan Mayhem que utiliza 2 mini pentodos Philips de aplicação militar e o som, mesmo acionando o booster, é magrinho que só.
Mas isso, é uma característica inerente às válvulas miniatura, então, não tem como fugir.

Muito bom o som Marcão ! Surpreendente

A falta de graves que se nota não tem relação com o fato de as válvulas serem miniatura.

Ou válvulas miniatura não amplificam DC ?

Pode ser que algum acoplamento esteja com a frequência de corte meio elevada, já que o TS 750 responde a partir de 60 Hz, garantindo bons graves. Não encontrei o esquemático do amplificador, para conferir.

Acho que é mais a fonte que não aguenta a corrente necessária para reprodução de graves e embola, o que faz com que os circuitos ja sejam dimensionados com corte de graves.

Uai, achei que a falta de graves fosse por causa da caixinha... Não faz sentido o tamanho da válvula interferir nisso.

Pessoal, ele tem bastante graves sim. A aparente falta de graves se deve a uma combinação de falta de maneira adequada para gravar (usei uma câmera, cujo microfone influenciou no som) e o falante utilizado, que além de ser pequeno foca mais na região dos médios da guitarra. Testei ele numa caixa Marshall 4x12 (não lembro os falantes) e numa caixa 1x12 com um Jensen JCH 12/70, usando uma guitarra de 7 cordas para conferir a resposta às frequências mais graves. Em ambos os testes sobrou grave - claro que levando em consideração a baixa potência do amplificador.

A.sim, esse é o esquema que utilizei. Fiz algumas modificações: não usei o tone stack, usei as válvulas 6N16B e diminuí os resistores de placa do pré para 220K e 120K com a finalidade de obter mais crunch. Os capacitores de acoplamento usei nos valores indicados.
(https://s15.postimg.cc/8ubvyixqf/Rick_Holt_s_Superfly_Special.png) (https://postimg.cc/image/8ubvyixqf/)

Para quem quiser fazer experimento com conversor DC-DC para conseguir alta tensão e não dispõe dos cis específicos para controle, eu achei este circuito que usa só componentes discretos:
(https://image.ibb.co/eV7xV9/discrete_hv.jpg)

Acho que os transistores do multivibrador astável (oscilador) podem ser de outro modelo já que não são críticos.  Uma hora vou montá-lo e testá-lo.

marcão

Já conhecia esse componente abaixo ? O datasheet diz que supre até 18 mA (mas o uso típico sugere 15 mA) e vai até 450 volts

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005399B.pdf

Talvez com alguma adaptação seja possível aumentar essa corrente de saída, que acha xformer ?

Um dos tipos de aplicação desse circuito integrado é a substituição dos chokes de filtro como relatado no artigo abaixo:

http://www.antiquewireless.org/uploads/1/6/1/2/16129770/37-a_solid-state_filter_choke_or_field_coil_replacement.pdf

Não conhecia não. Parece ser bem interessante e útil. Pena que a tensão mínima de alimentação é quase 14V, o que foge das fontes "padrão" de guitarristas. Essa com o 555 já testei com fonte de 12V (de bancada e uma de 1A chaveada) e até uma 9V (transformador), funcionou beleza. Quer dizer, depois das medidas com a PCL84 eu não sei se forneceu a corrente necessária :D mas está funcionando bem, e não vou abrir a caixinha para medir, senão não consigo montar de novo :D.

Eu também não conhecia esse integrado (a Microchip andou comprando tantas concorrentes que a linha de produtos deles cresceu em demasia e em vários segmentos de aplicação. Bons tempos em que apenas haviam os PICs pra procurar no site).

Mas ele é apenas um regulador linear de tensão, muitíssimo parecido com o velho e bom LM317, inclusive tem o mesmo funcionamento e nomes de terminais.  Apenas que é para alta tensão e por ser em encapsulamento pequeno (TO-92) logo pode apenas dissipar pouca potência e assim a corrente que passa é pouca também.  Não sei se é possível ligar um transistor externo de potência como se faz com os 78XX, para aumentar a corrente de saída (observe que na datasheet tem alguns exemplos de aplicação e não contempla essa possibilidade).

No caso do tópico, ainda restaria o problema de como gerar a alta tensão a partir de fontes mais baixas, pra depois haver a regulação por esse ci.

Ah sim, agora que vi que ele é um regulador. Não dispensa o uso de, por exemplo, uma smps.

Hummm mancada! Realmente ele é apenas um regulador...