Vantagem transformadores com derivação central

[Ledod]

 Bom dia pessoal, venho aqui perguntar uma dúvida que me surgiu após pensar muito sobre o assunto.

 Como o título do tópico indica, quais seriam as vantagens em usar um retificador de onda completa com derivação central, em vez de uma retificação por ponte de diodos, pelo menos no que se refere a parte do B+ em circuitos valvulados?

 No livro sobre eletrônica que estou estudando o autor coloca que o uso de 4 diodos é mais eficiente, sendo seu custo menor que um transformador com o dobro de espiras no secundário, a menos que a tensão a ser retificada seja próxima a queda de tensão de condução dos diodos (já que na configuração em ponte a queda de tensão é maior, pois temos dois diodos em condução).
 Alguns gianinis possuem retificação em ponte, mas na maioria dos casos em amplificadores valvulados ainda temos apenas 2 diodos e a derivação central, e mesmo projetos mais modernos ainda temos essa configuração...

Sobre isso levantei as hipóteses sobre as vantagens:

-Tradicionalismo: Antigamente se usava no lugar dos diodos uma válvula retificadora e com o passar do tempo apenas retiraram a válvula e manteram o mesmo projeto só que com o uso de diodos.
-Há um melhor balanceamento das tensões, já que o transformador tem um terra "limpo" e portanto uma referência precisa para a tensão de B+

Sobre as desvantagens:

-Menor eficiência: Apenas um diodo está em condução em cada metade do ciclo, portanto só um dos braços do transformador tem corrente circulando enquanto o outro braço está cortado, sendo que em ponte ambos os braços estão em condução ao mesmo tempo.
-Maior custo: Há necessidade de dobrarmos o número de espiras do secundário para termos as tensões necessárias, em um transformador pequeno de 12v isso não é um problema significativo, já em um transformador de 300v...
-Área maior da secção transversal do núcleo para acomodar um maior número de espiras, transformador maior.
-Diodos são submetidos a uma tensão reversa duas vezes maior, necessidade de observar qual a tensão reversa máxima suportada pelos diodos escolhidos.

 Bem, pergunto aos mais experientes neste sentido, existe mais alguma razão especial para o uso não tradicional de um retificador por ponte de diodos ao invés do circuito com tomada central?

Muito obrigado!!!

Um grande abraço

[Eduardo]

Olá Ledod

Eu estou escrevendo um artigo justamente sobre este tema em meu site www.nartlof.com

A única vantagem técnica do transformador com derivação central é que a queda de tensão no diodo será contada apenas uma vez. No caso de diodos de silício fica mesmo ridículo este tipo de cuidado em tensões da ordem de 250V a 400V. No caso de válvulas a vantagem é óbvia, já que por menor que seja a queda de tensão ela será da ordem de 20V a 40V.

Outro dado que pode ajudar a jogar uma luz sobre o assunto é que o custo dos diodos de silício caiu vertiginosamente nos últimos 15 anos. Um 1N4007 em 1997 era vendido no comercio por algo perto de um real. Hoje custa cinco ou seis centavos. O barateamento foi tanto que os modelos de 1N4001 a 1N4006 saíram de produção.

Os kits modernos para oJCM800 estão vindo com transformador de força sem tomada central. E mesmo os tradicionalistas que gostam da retificação valvulada (que tem umas vantagens durante o warm-up) estão partindo para o retificador Garrard. Este circuito consiste numa ponte retificadora mista com dois diodos de silício e uma válvula diodo dupla como a GZ34 ou 5Y3.

Outro fator que você deve levar em conta é que a maior parte dos projetos disponíveis na internet foram desenhados sem uma otimização para produção em série. O AX84 ou o IALL, por exemplo, poderiam perfeitamente usar pontes retificadoras. Mas o custo cobrado para enrolar um transformador com ou sem tomada é o mesmo. Nessa perspectiva eu prefiro o transformador com tomada central.

Agora, analisando do ponto de vista de otimização para produção em série, você tem toda razão. Não há justificativa técnica relevante para determinar o uso da tomada central. Vai do gosto.

Abraços

Eduardo

[fallout]

Mas e a questão do ruído? Li que os transformadores com tomada central produzem menos ruído, apesar que nunca usei um transformador sem tomada central.
Se for assim seria uma otima noticia pois daria para reduzir o tamanho dos transformadores, meu firefly só não esta pronto adivinhem por que? Usei um caretel pequeno e não coube o enromamento dos filamentos.

[Ledod]

 Extamente Eduardo ! Muito obrigado pela resposta, foi o que pensei. Interessante o artigo de seu site. Parabéns!

 O único ponto que acho que irei discordar é em relação ao preço, pois em um transformador com tomada central, iremos utilizar o dobro da quantidade de fio, tornando o projeto mais caro. Isso só pensando na questão dos materiais mesmo, sem pensar na mão de obra.

 Um ponto que eu pensei também foi a questão da bitola dos fios, que poderá ser menor em um transformador com derivação central. Em um transformador comum, retificado por ponte de diodos o enrolamento está constantemente sendo percorrido por corrente, assim, a potência eficaz é calculada considerando o período inteiro da senóide.
 Já para um transformador com tomada central, cada enrolamento é responsável por apenas metade do ciclo, sendo que em uma metade do ciclo ele está cortado. Assim, calculando a potência eficaz, consideramos apenas metade da senóide dentro do período inteiro! Portanto a corrente eficaz no enrolamento seria menor, fazendo com que a bitola dos fios seja também menor...
 Rabisquei umas contas aqui e me parece que esse valor seria a metade do valor de pico (ainda não tenho certeza) em vez do valor de pico multiplicado por 0,707 (dividido por raiz de 2). Ou seja o fio pode ser mais fino que ele irá aguentar! 
 Tudo isso projetando este transformador especificamente para esta aplicação de retificador de onda completa com derivação. Mesmo assim, creio que ainda a questão da bitola ainda não salve o retificador com derivação central...
 Enfim, vamos discutindo !!


Um grande abraço!
Mensagem Mesclada OFF: Olha que doida a fonte deste cara: http://vinylsavor.blogspot.com/2011/02/single-ended-amplifier-concept-part-5.html 
 haha tem louco pra tudo!

[Eduardo]

Oi Ledod

O cara das fotos se preocupou mais com a estética que com a funcionalidade. As válvulas para vapor de mercúrio retificam pelo menos 500mA, enquanto que as a vávuo não passam dos 300mA. Ele queria mesmo uma desculpa para usar as a vapor de mercúrio.

Suas considerações sobre os enrolamentos estão corretas no tocante as bitolas de fio e quantidades. No entanto o mercado não funciona desta forma. Os transformadores são cobrados pelo número de VAs, não importa como estão enrolados. Ao menos nas empresas com que eu trabalho ninguém parece se importar muito com as bobinas. O que manda é o tamanho do núcleo.

Abraços

Eduardo

[Fernando Bello]

Até onde me lembro, a escolha desse tipo e retificação era a frequência da rede.
Por favor me corrijam se eu estiver errado pois não me lembro mesmo mas se retificarmos em ponte temos 120Hz, audível em um amp de guitarra / baixo, retificando onda 60Hz, quase inaudível, era isso?

[Eduardo]

Oi Bello

Não é bem por aí. Os tipos de retificação que estamos discutindo são duas modalidades diferentes de onda completa. As duas geram riple de 120Hz. A que gera 60Hz é a retificação de meia onda.

O riple de 60Hz é muito mais audível que o de 120Hz, por ser mais difícil de filtrar. Cada vez que a frequência dobra, a necessidade de capacitores de filtro cai pela metade.

Ledod, faltou falar que o artigo no meu site não está completo. Ainda vou abordar os dobradores e multiplicadores de tensão, tanto de meia onda quanto onda completa.

Abraços

Eduardo

[Ledod]

 Muito bom Eduardo! Com certeza, artigos assim são sempre bem vindos para qualquer um que esteja estudando eletrônica. Sobre os dobradores de tensão, para um circuito que utilize apenas válvulas de baixa potência, poderia ser um meio interessante para se gerar a tensão necessária, em vez de utilizarmos dois transformadores invertidos.... Isso fica para um outro tópico!
 
 Talvez esse seja o ponto onde quero chegar!
 Me corrija se eu estiver errado! Por exemplo, enrolando-se um transformador de 12+12 @ 1A teremos no secundário  uma potência aparente de 24VA, exigindo um núcleo de aproximadamente 4,8 cm² . Para um transformador de 12 v @ 1A teremos 12VA no secundário e necessitaríamos de um núcleo de aproximadamente 3,4 cm²  (utilizando uma fórmula empírica: Anúcleo = 7,5 * raiz (Saparente/frequência) )
 Ou seja, nos dois casos, após a retificação e filtragem teríamos 14,4 Vdc com 1A de corrente nominal, porém um transformador seria menor que o outro!

Bello

Realmente, como o Eduardo falou, o ripple na saída de um retificador de onda completa é 120Hz, não importando se ele tem derivação central ou não. O que acontece também é de se falar que o de retificação em onda completa com derivação é a junção de dois meia onda, cada um sendo responsável por meio ciclo do sinal...

Fallout

Com certeza, poderia fazer caber o carretel no transformador...

OFF:

 Estive lendo meu livro de microeletrônica (Sedra e Smith) e tem uma fórmula bem prática para dimensionar capacitores de filtro para retificadores de onda completa: (para retificadores de meia onda, substituir 2*f por metade do ciclo que é f)

 Vr=Vp/(2*f*C*R)   onde:

Vr= Tensão de pico a pico de ripple (aproximado para um dente de serra)
Vp= Tensão de pico da senóide a ser retificada
f= frequência
C= Valor do capacitor em farads
R= Resistência de carga

Ex: Vp=100 Vr=2 V (ripple de 2v) f=60 R=10K. Calcular o capacitor necessário:

C = 100/(2*60*2*10000)

C= 4,16^-5 ou seja um capacitor de 41,6 uF

[Eduardo]

Oi Ledod

Por exemplo, enrolando-se um transformador de 12+12 @ 1A teremos no secundário  uma potência aparente de 24VA, exigindo um núcleo de aproximadamente 4,8 cm² . Para um transformador de 12 v @ 1A teremos 12VA no secundário e necessitaríamos de um núcleo de aproximadamente 3,4 cm²  (utilizando uma fórmula empírica: Anúcleo = 7,5 * raiz (Saparente/frequência) )
 Ou seja, nos dois casos, após a retificação e filtragem teríamos 14,4 Vdc com 1A de corrente nominal, porém um transformador seria menor que o outro!

Ai é que está o problema. 0-12V por 1A ou 12+12 por 1A tem a mesma potência de 12VA. No de 12+12 o fabricante considera que cada tramo do enrolamento irá conduzir apenas 500mA.

Para ser exato, um bom fabricante irá perguntar qual será o uso do transformador. Se for para retificador, a potência será de 16,9VA e não 12VA. Lembrando do princípio da conservação da energia, o retificador não pode criar tensão a mais do nada. Num retificador com entrada capacitiva, o transformador será exigido em intervalos muito breves com correntes muito altas, quase de curto circuito, durante a carga dos capacitores. Nenhuma corrente é drenada do transformador no tramo descendente da senoide e na maior parte do tramo ascendente. Isso vale para o CT e a ponte! Ambos padecem do mesmo mal!

O problema é que há poucos fabricantes que sabem o que estão fazendo. A maior parte são enroladores de fio que saíram de grandes fábricas e abriram seu próprio negócio sem nunca ter estudado o assunto. Sabem que os 12+12 precisam de 40% mais corrente, mas não sabem porque. Nos transformadores sem CT, simplesmente fazem como se a carga fosse resistiva! Se a carga for um retificador, vai precisar dos mesmo 40% a mais de corrente porque só haverá condução quando a tensão estiver perto do pico da senoide!

Nos retificadores a válvula, o valor máximo do capacitor era algo que se leva em conta pelo limite de corrente de pico da válvula. Nos retificadores de silício, como o 1N4007, a corrente de pico é de 30A, contra 1A de uma 5U4GB. Será difícil ter um capacitor de fonte tão alto a ponto de estourar a corrente máxima do diodo, mas ela existe. Por esta razão você pode fazer um transformador menor quando a retificação é valvulada, pois ele irá conduzir por mais tempo e o pico de corrente será menor. O único fabricante que leva em conta este efeito no Brasil é a Linx. Os demais, se levarem em conta a natureza da carga, estão fazendo muito.

Esta é a razão porque muita gente aqui no fórum acha que o Zé da esquina é um grande cara! O Zé da esquina enrola transformadores para os valvulados pela metade do preço da Linx ou da Líder! Só não sabem que o Zé da esquina é um tapado que só sabe pegar números em uma tabela. Ele faz um transformador subdimensionado para a carga, que esquenta e ronca, e nossos colegas menos avisados caem na conversa achando que fizeram um ótimo negócio.

Estudo, minha gente! Estudo! Quem não sabe o que está fazendo, se não faz papel de bobo, é feito bobo por mais alguém!

Abraços

Eduardo

[Ledod]

 Muito obrigado Eduardo! Mais uma que aprendo aqui no handmades. O legal daqui é que quem tem mais experiência prática pode ajudar quem não tem e vice versa, sempre caminhando junto. Muito obrigado de verdade.

 Sobre esse fato de o fabricante dividir a corrente entre os dois enrolamentos eu não sabia ! Por isso achava um absurdo os cálculos que fiz para um transformador ficarem tão diferentes da realidade. A teoria (considerando apenas o livro de microeletrônica) fala apenas das questões do pico inverso de tensão, número de espiras do secundário e o fato de que em retificação com derivação um dos semiciclos está cortado. Não menciona sobre os transformadores (até porque esse não é o interesse do livro) e sobre as correntes envolvidas.
 Sim, exatamente o que o livro coloca, os diodos sofrem um pico de corrente enorme nos momentos em que o capacitor é carregado. Após isso quem dá conta de alimentar a carga é apenas o capacitor.
 Se aumentarmos o valor do capacitor, mais corrente será drenada da fonte nesse curto espaço de tempo, portanto um maior capacitor num circuito as vezes não é a melhor escolha... Precisamos ter coerência. Com retificação à válvula a história complica ainda mais!!

 Novamente muito obrigado Eduardo!

Um abraço!
 

[Eduardo]

Oi Ledod

Para mim é uma satisfação poder ajudar. Na faculdade a gente vê uma porção de coisas como sendo assuntos estanques. Na realidade do mercado, o projeto de um rádio de pilhas precisa levar em conta o tamanho do casco dos navios cargueiros que podem atracar no porto mais próximo! Tem que caber um número certo dentro do container!

Muita gente mede o consumo do carro em quilometros por litro de combustível. Em logistica o consumo é medido em tonelada-metro por real de energia! Um conceito bem mais amplo.

A escolha do retificador está ligado a toda uma teia de custos e consequências que fazem o projeto ser ou não viável para um certo publico alvo.

Para nós, reles Handmades que fazemos uma ou duas unidades de nossos projetos, muita coisa fica a critétio do que está mais a mão.

Infelizmente eu não conheço um curso universitário que dê para o estudante esta visão de conjunto interdiciplinar. Cada professor, ou autor de livro, se preocupa apenas com seu tema e esquece do mundo em volta.

Abraços

Eduardo

[Ledod]

 Realmente, é bem isso o que disse, infelizmente... Os professores as vezes são tão bitolados que se "esquecem" de certos assuntos, ou por preguiça, ou por precisar cumprir uma carga horária e ficam engessados em apenas um tema, sem expandir os horizontes (sem trocadilho!). Meu professor de eletrônica por exemplo mencionou que não existem leds brancos... Dai o aluno pensa, e os leds que estão no flash do meu celular? Ou em luzes de iluminação? O professor não sabe responder!
 Realmente, nós sabemos que não existe a cor branca, que ela é uma mistura de cor e os leds produzem um comprimento de onda fixo! Procurando na internet e em revistas descobri que o led branco que nós temos na verdade é um led azul/ultravioleta recoberto por uma camada de material que possuí fosforo em sua composição (por isso que eles possuem cor amarelada quando desligados) dando a impressão de "cor branca".
 Meu professor dá uma excelente aula, mas depois desse dia comecei a me questionar sobre a veracidade das coisas, infelizmente...

 Talvez esse seja um dos problemas do educação no Brasil, onde o professor finge que ensina e o aluno finge que aprende !

Por sorte temos um "porto" como o handmades, onde a experiência de cada um é trazida a tona, com pessoas dispostas a responder por puro prazer, sem cobrar nada...


Um abraço!

[Eduardo]

Oi Ledod

Eu convivi por 14 anos naquele meio, por isso sei bem como funciona os bastidores e porquês do que acontece. Mas é coisa para se falar em outro fórum. Embora a discussão do ensino superior no Brasil seja apaixonante, como moderador eu devo cortá-la. Estamos saindo do tema deste tópico.

Abraços

Eduardo

[hauf]

É por essas e outras que acredito que meu primeiro amp valvulado, vai esperar no mínimo este ano inteiro!
O buraco é mais fundo do que aparenta ser!!! Parabéns senhores!!                                                                           

[Ledod]

 Sim, já está virando um off topic não? Eu sempre escrevo coisas muito a mais do que o necessário haha

hauf

 Na verdade não é que o buraco é mais fundo!! Existem muitos bons projetos já consagrados e que já possuem os valores de componentes "acertados" digamos assim. Assim, basta ter dinheiro para comprar os materiais, mão de obra e conhecimento na montagem, para que se tenha um projeto que funciona e já foi testado e aprovado, copiado durante muitas décadas, sendo que seu resultado é previsível!
 O que estamos discutindo é o porquê fazer de um jeito em vez de fazer de outro. Por que usar derivação central ou não? 
 
Um abraço!