Autor: Antonio A. A. Maioli
Um transformador de saída é um dispositivo que se destina a “casar” a impedância da etapa de saída valvulada (milhares de ohms) com a do alto-falante (tipicamente 4 ou 8 ohms).
Mas como impedância é uma GRANDEZA DINÂMICA, diferentemente da resistência, que é uma grandeza estática, isso significa bem mais do que “casar resistências”.
IMPEDÂNCIA
Mas o que é impedância?
É a resistência oferecida por uma carga indutiva ou capacitiva à passagem da corrente elétrica (mas que diabo, você dirá, isso é a mesma definição de resistência!). A diferença está em que a oposição à passagem se refere à corrente alternada. A impedância terá diferentes leituras em diferentes condições de frequência. Já a resistência será sempre a mesma, seja em corrente contínua ou corrente alternada.
Então, por isso é que sempre se fala em IMPEDÂNCIA DE ENTRADA E SAÍDA, e nunca resistência. Então, esqueça a resistência quando estivermos tratando de TRAFOS DE SAÍDA.
IMPEDÂNCIA REFLETIDA
OK, ao medir a resistência do primário de um trafo de saída, não espere encontrar nada perto da sua impedância nominal – se a impedância é de 5k5, a resistência não será nem perto disso. O Primário não tem impedância por si mesmo; isso porque a impedância do primário é a IMPEDÂNCIA REFLETIDA PELA CARGA LIGADA NO SECUNDÁRIO (o falante).
Difícil? Nada! Explico.
Um trafo de saída tem uma proporção entre as espiras do primário e secundário, que pode ser medida ligando-se uma pequena tensão em um de seus enrolamentos (no secundário é mais fácil) e medindo-se a tensão resultante no outro. Apenas tome cuidado pois mesmo baixa tensão ligada no secundário dá alta tensão no primário!
Bom, conhecida a tensão ligada no secundário e a impedância nominal a que ele se destina – digamos, 8 ohms – já há condições de calcular a impedância a que se destina o primário.
A razão de conversão de impedância é o quadrado da proporção entre o primário e o secundário, e também é o quadrado da razão de conversão de tensão – de acordo com esta equação: Zp/Zs = (Np/Ns)2 = (Vp/Vs)2.
EXEMPLO:
Se for ligada uma tensão de 1 V no secundário, e você medir 20 V no primário, isso significa que o transformador tem uma proporção de espiras de 20:1 entre o primário e o secundário, que corresponde a uma razão de conversão de impedância de 400:1. Isso significa que se você ligar no secundário uma carga de 8 ohms, a impedância refletida para o primário será de 3.2k. Se você ligar uma carga de 4 ohms, a impedância refletida será de 1.6k, e assim por diante...
Sacou? Barbada.
Outro exemplo:
Se você tem um trafo projetado para ser 4.3k:8 ohms, e aplicar um sinal de 1 V no secundário de 8 ohms, você terá 23.18 V no primário, o que corresponde a uma taxa de conversão de voltagem de 23.18:1 ou uma taxa de conversão de impedância de 537.5:1, o que significa que uma carga de 8 ohms no secundário será refletida para o primário como 4.3k.
Como você pode observar, o primário não tem impedância própria, mas apenas reflete a impedância da carga ligada no secundário de volta para o primário.
POTÊNCIA
Além da impedância, a outra grandeza principal que interessa no transformador de saída é sua capacidade de transformação de potência.
No caso do transformador, duas coisas vão determinar sua capacidade: o tamanho do núcleo e a bitola do fio. O tamanho do núcleo é proporcional ao ponto de corte de baixas freqüências desejado e à potência que se deseja transformar (passar do primário para o secundário). Um transformador desenhado para 50W a 100 Hz é bem menor que um para 50W a 20 Hz (atenção a isso para quem quer fazer amplificador de baixo!). Outro fator é o volume de fio que vai ter que caber na bobina. Se você aumenta a bitola do fio, para suportar maior corrente, isso significa necessidade de maior espaço para o mesmo número de espiras, e, conseqüentemente, um núcleo maior.
No Brasil usamos a escala AWG de bitolas de fio, e os fabricantes informam a área da secção transversal do fio e sua respectiva capacidade máxima de corrente.
Então, se você for trabalhar num transformador de saída, comece pelo cálculo do primário (aí é que você vai precisar dominar a “mardita” lei de Ohm... Não domina? Perdeu todos os pontos: volte ao começo...): Ele vai ser dimensionado de acordo com a corrente e a tensão que espera-se que circularão pelo primário.
Se você tem a potência circulante na etapa de saída (que será aplicada no primário do transformador), dada pela corrente x tensão, você já sabe a potência que o seu transformador terá que ter.
Digamos que sua etapa de saída está “empurrando” 5 W no primário (tipo uma EL84 em single-ended), e que a tensão aplicada é de 300V . Isso corresponde a uma corrente de mais ou menos 17 miliampéres – o que é suportado por um fio fino (consulte a tabela AWG...).
Bom. As válvulas de saída possuem requisitos típicos de impedância de saída, o que te dá o segundo elemento do seu primário. Digamos que ele vai rodar 5W (300 V x cerca de 17 mA) a 4.5 k de impedância (na faixa para uma EL84). Você quer usar uma carga de 8 ohms no secundário. Isso significa que você precisará ter uma taxa de conversão de impedância de 562.5:1, a qual corresponde a uma taxa de conversão de voltagem de cerca de 23.71:1. Ora, isso significa que você terá em média cerca de 12.65 V no secundário. Para isso dar os mesmos 5 W registrados no primário, a corrente será de cerca de 395 mA (consulte a tabela AWG para ver a bitola de fio que comporta isso...). Agora, cara-pálida, você já sabe as bitolas de fio que vai precisar no primário e secundário, e também sabe a proporção de espiras que vai precisar.
O tamanho do núcleo, você vai, por enquanto, copiar de um transformador conhecido para a aplicação desejada. O número de espiras de um dos dois enrolamentos (mais fácil o secundário), mesma coisa. O outro enrolamento você está apto a calcular...
Com essas especificações você também pode avaliar a “usabilidade” de um transformador de força que você já tenha, na função de transformador de saída, a la McGyver. Dica: um transformador de força de 220/9 V dá, aproximadamente, a razão de conversão de impedância necessária para um single-ended baseado em EL84, como o AX84. Só que como esse transformador em geral vai ter um núcleo pequeno, dá para prever que o ponto de corte de baixas freqüências do mesmo vai ser acima do necessário para um amplificador de guitarra. Pra resumir: funcionar funciona, mas não vai ter uma curva de resposta adequada.
Para dominar a arte do transformador de saída, você precisará saber: Como calcular o tamanho adequado de núcleo, como calcular o ponto de corte de baixas e altas freqüências (o que vai determinar a quantidade adequada de espiras no primário), como calcular a razão de conversão de impedância e como calcular a potência do transformador. Só vimos essas duas últimas... se você souber as outras duas, também quero aprender.
BOA SORTE! (você vai precisar).
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