Este documento descreve o projeto de um amplificador de áudio de alta fidelidade baseado em válvulas eletrônicas utilizando a topologia Circlotron. O amplificador fornece uma potência máxima de 60Wrms com resposta plana de 20Hz a 20kHz e foi projetado e construído pelo autor como trabalho de conclusão de curso.

1. Amplificador de Áudio
Com Válvulas Termoiônicas
Autor: João Carlos Rosa da Cunha
Engenheiro Elétrico.
São Paulo, SP, Brasil
e-mail: ecc189@yahoo.com.br
RESUMO
Este artigo apresenta os resultados do projeto de um
amplificador de áudio de alta fidelidade baseado em válvulas
eletrônicas utilizando uma topologia conhecida como Circlotron
[1]. Este artigo trata da síntese do Trabalho de Conclusão de
Curso apresentado sob o título: Análise e Projeto de Áudio
Amplificador [2]. Portanto, detalhes do projeto e execução podem
ser encontrados no referido trabalho disponível no acervo da
Universidade Cruzeiro do Sul.
ABSTRACT
This article presents the results of the project of an high-
fidelity audio amplifier based on vacuum tubes using a topology
known as Circlotron [1]. This article deals with the synthesis of
the Graduation Conclusion Labor presented under the title:
Análise e Projeto de Áudio Amplificador [2]. Therefore, the design
and implementation details can be found in this work available in
the collection of the Universidade Cruzeiro do Sul.
INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento dos transdutores eletroacústicos e
das válvulas eletrônicas se deu início à amplificação eletrônica
de áudio, e desde então se deu uma busca pela melhoria na
reprodução sonora. A qualidade dos amplificadores de áudio
está relacionada com a capacidade de reprodução fiel de sinais
no spectro acústico, padronizado na faixa de 20Hz a 20kHz.
Um amplificador de áudio ideal deve atuar apenas na
amplitude de um sinal de entrada, sem nenhuma alteração em
sua forma. Normalmente os sinais acústicos são complexos,
formados por uma série de sinais senoidais sobrepostos de
fases e frequências distintas que por vezes podem se estender
muito além da frequência fundamental do sinal composto.
Qualquer alteração em um destes componentes causará
mudança (distorção) no sinal composto. Portanto as
características de um amplificador de alta fidelidade (Hi-Fi)
são basicamente: alta faixa dinâmica (baixo ruído), alta
linearidade, resposta em frequência plana e baixo desvio de
fase no spectro. Amplificadores que atendem estes requisitos
são caros e de difícil projeto. As válvulas eletrônicas são
elementos que trabalham com impedâncias elevadas (muito
maiores que a impedância dos auto-falantes) e portanto, via de
regra, necessitam transformadores para casamento destas
impedâncias. Estes transformadores são uma peça importante
(e cara) nestes amplificadores; por este motivo, quando
surgiram os transistores (que trabalham com impedâncias bem
menores), estes rapidamente foram empregados nos áudio
amplificadores, reduzindo o preço do equipamento. Apesar da
baixa impedância, os transistores tem outras características
(capacitância, velocidade, etc.) que diferem das válvulas e por
vezes são desfavoráveis para amplificação de áudio.
AMPLIFICADORES
A. Classes de amplificadores analógicos de potência.
Os áudio amplificadores analógicos de potência dividem-se
em dois grupos, a saber, os que trabalham com um único
elemento (single end) em classe A e os que trabalham com
dois elementos operando em contra-fase (push-pull). Os
mesmos são classificados conforme o ângulo de condução do
sinal, sendo que: nos amplificadores classe A o ângulo de
condução abrange todo o ciclo (360º), nos amplificadores
classe AB o ângulo de condução está entre 180º e 360º e nos
amplificadores classe B o ângulo de condução é de 180º (os
amplificadores classe C, cujo ângulo de condução é menor que
180º, não são empregados para áudio). Quanto menor o ângulo
de condução maior o rendimento do amplificador.
B. Escolha da topologia
Os amplificadores classe A, apesar da possibilidade de
obter menor distorção, são os que apresentam menor
rendimento, portanto uma boa opção é trabalhar em contra-fase
(push-pull) classe AB. Nos amplificadores valvulados, o
transformador de saída tem grande influência na qualidade do
amplificador. Um bom transformador de saída deve apresentar
uma série de características, por vezes difíceis de obter (muitas
delas são inter-relacionadas), tais como: baixa capacitância
parasita, baixa indutância de dispersão, alta indutância de
entrada, alto fator de acoplamento, baixa resistencia série, etc.
Devido a estes fatos, quanto maior a relação de impedâncias,
maior a dificuldade de controle de alguns parâmetros; neste
caso a configuração Circlotron oferece a possibilidade de
trabalhar com uma menor impedância de entrada, tendo em
contra-partida o maior custo com a fonte de alimentação (deve

2. ser dupla). O circuito apresentado na figura 1 ilustra esta
topologia.
Figura 1 – Amplificador Circlotron.
C. Descrição do circuito
O transformador de saída foi dimensionado para trabalhar
com uma potência maior que 100Wrms com resposta plana
(dentro de 1dB) na faixa de 20Hz a 20kHz. Um quarteto de
6L6 trabalhando em classe AB1 (sem corrente de grade de
controle) são utilizadas (duas e duas em paralelo) para obter
uma menor impedância de saída, trabalhando com 400Vdc em
anodo.
Figura 2 – Diagrama do Amplificador.
Opcionalmente um quarteto de EL34/6CA7 pode ser utilizado
para obter maior potência (trabalhando com 600Vdc). O
circuito do amplificador é apresentado a seguir:
O estágio de entrada é composto por uma 6SC7, duplo
triodo metálico, trabalhando como amplificador diferencial,
amplificando o sinal e invertendo a fase; Q501 e Q502 formam
um gerador de corrente de polarização deste estágio, onde
RV502 deve ser ajustado para 2mA (90Vdc nos anodos). O
sinal então segue para o estágio excitador formado por um
duplo triodo do tipo 6SN7, que provê o ganho de tensão
necessário. O estágio seguinte é composto pelo pentodo de
potência 6L6 (dois em paralelo) trabalhando como seguidor
catódico (ganho de corrente) excitando o primário do
transformador de saída. Como o sinal excitador está
relacionado a terra, devido a tomada central do enrolamento, a
tensão no primário do transformador de saída (extremos do
enrolamento) é aproximadamente o dobro da tensão de
excitação.
O transformador de saída foi feito a partir de um núcleo
toroidal “CNS de FeSi-3% GO chapa M4” com dimensões
15cm, 9cm e 6cm (respectivamente: diâmetro externo,
diâmetro interno e altura), fornecendo uma secção aproximada
de 26cm². Este foi devidamente preparado, sendo isolado e
dividido em oito partes para distribuir os enrolamentos e obter
uma menor capacitância parasita, melhorando assim a resposta
em altas frequências.

3. Devido as dimensões do núcleo e o método de enrolamento,
foi possível obter um transformador de áudio capaz de uma
resposta plana (dentro de 1dB) de 20Hz a 20kHz mesmo
trabalhando com potências em torno de 100Wrms.
Figura 4 – Fonte de Alimentação.
Os enrolamentos são compostos de 1480 espiras no
primário (2x740) e de 136 espiras no secundário (96 para 4
Ω acrescidas de mais 40 para 8 Ω). A figura 3 mostra o
transformador finalizado.
Figura 3 – Transformador de Áudio.
O amplificador fornece uma potência máxima de 60Wrms
(em 4 Ω ou 8 Ω). A relação de espiras do transformador de
áudio transforma estas impedâncias de saída para 950Ω, para
adequar a impedância de trabalho dos pentodos de saída.
Os resistores de catodo do estágio de saída servem para
equalização da condução do par em paralelo e como sensor de
corrente do circuito de proteção.
O enrolamento de 17V de entrada também alimenta o
circuito de arranque e o circuito de proteção (desliga o
amplificador em caso de alguma falha). A figura 5 mostra o
transformador de força finalizado.
Figura 5 – Transformador de Força.

4. Os sinais provenientes dos sensores de corrente são isolados
através de acopladores 4N35 (IC101 e IC102) que fornecem
alta isolação. Cada uma das outras duas secções do
transformador de força fornece as tensões necessárias para
filamento, anodo e polarização das grades do estágio final, bem
como para os anodos do estágio excitador; uma combinação
das tensões de anodo fornece a tensão de alimentação de anodo
para o estágio de entrada. A figura 6 mostra o amplificador
montado utilizando um quarteto de 6L6.
Figura 6 – Vista Frontal do Amplificador.
O ajuste da tensão de polarização (grade de controle) para o
estágio de saída é feita pelos trimpots (RV303 e RV403), o
ajuste de tensão de grade auxiliar (screen) é feita pelos trimpots
(RV301 e RV401) e a limitação de corrente é feita pelos
trimpots (RV302 e RV402). Para efetuar a calibração do
estágio de saída as válvulas devem ser removidas e com um
voltímetro monitorar durante o ajuste as tensões nos
respectivos pinos nos soquetes de V701 e V702. Para tubos
6L6 a tensão de grade de controle deve ser ajustada para
-40Vdc (entre pinos 5 e 8), a tensão de grade auxiliar deve ser
ajustada para 330Vdc (entre pinos 4 e 8) e o limite de corrente
destas grades, deve ser ajustado monitorando o limiar da queda
de tensão (330Vdc) sobre um resistor de carga de 15kΩ
(≈20mA) ligado temporariamente ao circuito (entre os pinos 4
e 8) para este fim. A figura 7 mostra a vista inferior do
amplificador.
Figura 7 – Vista Inferior do Amplificador.
No transformador de força, os enrolamentos S3 e S7 são
utilizados (em série com S4 e S8) para aumentar a tensão de
alimentação de anodo do estágio de saída caso utilize outros
tipos de válvula (6550, EL34, KT88, etc.) capazes de fornecer
maior potência. O trimpot RV202 serve para balancear a
alimentação de filamento das válvulas dos estágios de entrada e
excitador, este deve ser ajustado para o menor nível de ruído de
rede na saída.
Figura 8 – Resposta com Onda Quadrada de 20Hz.
Figura 9 – Resposta com Onda Quadrada de 1kHz.
Figura 10 – Resposta com Onda Quadrada de 20kHz.
D: Resultados
Os testes demonstram resultados compatíveis com o
projeto, fornecendo uma potência de máxima de 60Wrms @
6% de THD. A uma potência de saída de 40Wrms a resposta
em frequência é plana de 20Hz a 20kHz, frequência de corte
inferior menor que 10Hz e superior maior que 60kHz e uma
faixa dinâmica superior a 70dB em toda banda.
A unidade também foi testada com um quarteto de EL34
alimentadas com 600Vdc. Neste caso a potência de saída

5. atingiu 100Wrms com menos de 2% de distorção. Nesta
potência a resposta em frequência foi de 20Hz @ 0dB a 20kHz
@ -0,5dB e uma frequência de corte em 66kHz. O desvio de
fase foi menor que 2° em 20Hz e cerca de 22° em 20kHz.
Para obter um menor desvio de fase em 20kHz o
transformador de saída de áudio deve ser dividido em mais
secções para diminuir a capacitância parasita dos enrolamentos,
neste caso é necessário ter um cuidado extra com os
enrolamentos para não aumentar a indutância de dispersão.
O uso de onda quadrada para avaliação de amplificadores é
uma prática antiga [3], pois esta forma de onda é composta por
uma séria de frequências com amplitude e fases próprias, e
qualquer mudança no espectro de frequência e/ou fase resulta
em deformação do sinal original. As figuras 8, 9 e 10 mostram
a resposta do amplificador trabalhando com onda quadrada
com potência maior que 50Wrms em frequências de 20Hz,
1kHz e 20kHz respectivamente.
CONCLUSÃO
Os dados obtidos do amplificador mostram que os
principais objetivos foram alcançados no projeto. A qualidade
na reprodução sonora reflete os parâmetros levantados durante
os testes. Os cálculos dos transformadores e técnicas de
enrolamento se mostraram eficientes no desempenho destes
componentes.
REFERENCIAS
[1] Parallel Opposed Power Amplifiers, Pat. nº 2,705,265; March 29, 1955.
[2] Cunha, João, Análise e Projeto de Áudio Amplificador, TCC do Curso
de Engenharia Elétrica, Universidade Cruzeiro do Sul, 2012.
[3] John D. Ryder, Engineering Electronics, International Student Edition,
McGraw-Hill, 1957, Chapter 6.