domingo, 7 de junho de 2015

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 VCE 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 fT de centenas de MHz (acima de fT 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).

4 comentários:

  1. Observando meio atentamente meio desatentamente (hihi) o esquema, teço os seguintes comentarios:
    - O esquema de geração de tensoes positivas/negativas podia ser enormemente simplificado se ao inves de entrar com DC no computador, entrasse AC. Essa foi uma grande bola fora da microdigital, talvez perpetrada pelo fato de todas as fontes serem iguais - desde o TK82C ate o TK95.
    - Eu nao achei em lugar algum o consumo em mA de cada parte do TK90X. Talvez um circuito mais elaborado fosse mais estavel, dependendo da corrente consumida
    - A microdigital é conhecida por fazer coisas que "funcionam". O circuito nao é perfeito, mas milhares de TKs funcionam perfeitamente ate hoje :)
    - Qual a semelhança desse circuito com o circuito do Sinclair spectrum?
    - O sinal de RF do TK nao e "tao ruim" assim. Nós que "levantamos a barra" e agora nao estamos acostumados com a porcaria que usavamos antigamente :)

    ResponderExcluir
  2. Valeu, Tabajara, pelas longas e pertinentes observações. Respondendo a pergunta, no circuito da Sinclair, o aumento da tensão é feito por um transformador que, ao que me parece, tem maior capacidade do que o charge pump adotado no TK90X.

    Achei interessante o lema de que a Microdigital faz a coisa funcionar, mesmo que de forma pouco ortodoxa.

    ResponderExcluir
  3. Bom, agora fiquei na dúvida se é seguro usar a fonte citada na parte 1, de 9v 1A...
    É exatamente esta que estou usando hoje no meu TK90x.
    Outra coisa, estou implementando nele o mod A/V do Eduardo Luccas, esse mod funcionaria corretamente com essa fonte?

    Abraço e parabéns pelo trabalho, mantendo nossos queridos TKs vivos...

    ResponderExcluir
  4. Bom, agora fiquei na dúvida se é seguro usar a fonte citada na parte 1, de 9v 1A...
    É exatamente esta que estou usando hoje no meu TK90x.
    Outra coisa, estou implementando nele o mod A/V do Eduardo Luccas, esse mod funcionaria corretamente com essa fonte?

    Abraço e parabéns pelo trabalho, mantendo nossos queridos TKs vivos...

    ResponderExcluir

Seu comentário é bem vindo, mas peço que use este espaço adequadamente.