Fontes de tensões do TK90X (parte 2)

Em continuação à postagem anterior, discutirei sobre o gerador de tensões de +12V do TK90X.

Figura: Danjovic

O funcionamento foi minuciosamente descrito no site do Danjovic, recomendo que leia o seu artigo. Em resumo, a ULA fornece um sinal de 3,5 MHz que faz com que o transistor Q4 comute rapidamente e este, por sua vez, faz com que em cada metade do ciclo um dos transistores de potência Q5 ou Q6 conduza. O ideal seria que a saída dessa dupla oscile entre 0 a 9 volts, porém descontando a tensão de saturação V_CE de 0,5 V para BD136 e BD139, a amplitude máxima da onda quadrada seria de 8 V. Danjovic verificou que a amplitude neste ponto era de apenas 4 V, o que implica que os transistores não estão saturando (isto é, não chegando à máxima condução).

A tensão de saída oscilante movimenta dois circuitos charge pump, um para +12V e outro para −5V. No primeiro caso, o capacitor C51 é carregado durante um semiciclo com +9 V (teoricamente); no próximo semiciclo, esta tensão é adicionada à da alimentação produzindo cerca de +18 V (mas descontando as tensões de junção dos diodos e de saturação dos transistores, seria pouco menos de 15 V) que é transferido para o capacitor C52 de 10 μF. Posteriormente um circuito regulador com resistor R68 e diodo zener D24 produz a tensão desejada de +12 V.

Seria assim na teoria, mas na prática, a saída é bem menor, cerca de 8 V no meu TK90X. O diodo zener nem está conduzindo neste estado. A tensão armazenada pelo eletrolítico C52 é de +11 V, bem abaixo dos +16 V teóricos. Danjovic tentou substituir o capacitor C51 que faz charge pumping, mas não obteve bons resultados. Se este capacitor de 100 nF for carregado com 9 V, armazenará uma carga de 900 nC; mas como o carregamento ocorre somente durante um dos semiciclos, a carga num ciclo completo será a metade, isto é, 450 nC. Ocorrem 3,5 milhões de ciclos de carga em cada segundo, portanto a corrente máxima teórica seria de 4,5×10⁻⁷ C × 3,5×10⁻⁶ s⁻¹ = 1,6 A. Este cálculo mostra que não é a capacitância que limitaria a corrente fornecida. Mesmo assim substituí o C51 por um multicamadas (para evitar indutância parasita) de 220 nF, mas a tensão subiu apenas alguns décimos de volt.

O resistor R68 (47 Ω ao invés de 100 Ω do esquema) é responsável por substancial queda de tensão, de 3 V. Pela lei de Ohm, conclui-se que 63 mA percorrem R68. A linha de +12 V alimenta o LM1886 (9 a 17 mA) e LM1889 (24 a 45 mA), portanto este valor está coerente. Considerando 17 mA mais 45 mA dos circuitos integrados, mais 20 mA de corrente zener do 1N759, seriam necessários 82 mA para uma operação segura da fonte, mas a queda em R68 subiria para 3,9 V. Quando substituí o R68 para 15 Ω, a tensão de saída subiu para um pouco mais de +10 V que é bem melhor que 8V, mas ainda abaixo de 12 V. Notei ainda um aquecimento significativo nos transistores Q5/Q6.

Os transistores parecem não saturar completamente na frequência de 3,5 MHz. Embora os três dispositivos tenham f_T de centenas de MHz (acima de f_T o transistor não amplifica corrente), não quer dizer que consigam comutar em frequências elevadas. Substituí o BC547 do Q4 por MPS2222 que é mais indicado para comutação e consegui um aumento de 0,3 V na saída, demonstrando que não estava havendo saturação (Danjovic conseguiu resultados semelhantes usando BC338). A próxima tentativa seria substituir Q5 e Q6 por transistores melhores; pensei em um par complementar de MOSFETs de canal N e P, mas não sei quais dispositivos usar. Acredito que os resultados serão bem melhores e, de quebra, dispensaria o Q4 que providencia a excitação das bases dos BD136/BD139. Se alguém tiver alguma sugestão, será muito bem vinda.

A tensão de alimentação do LM1886 é de 12 V (o datasheet não especifica a tolerância, mas parece não ser crítico) e do LM1889 é de 12 a 18 V. A fonte original fornece uma tensão baixa demais, talvez seja esse o motivo do sinal de RF ser tão ruim no TK90X (embora seja bem aceitável nas mods de A/V).