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sábado, 31 de agosto de 2013

OCTOSWITCH - CHAVEADOR DE PEDAIS

Dado o know-how que obtive ao desenvolver o hexaswitch, consegui fazer um chaveador mais simples, usando um PIC com menos pinos. Essa versão não permite que se escolha bancos de presets, assim ele pode selecionar e armazenar apenas 8 presets (patches) de 8 loops, que ficam gravados na memória EEPROM de forma a não perder as configurações quando o equipamento for desligado.

Como o 16F628 possui apenas 16 portas de entrada/saída, e destes 8 são usados para acionar os relés/chaves dos loops e respectivos leds, sobraram 8 portas pra acionar um display e ler as chaves de seleção e programação. Aí começam os malabarismos pra aproveitar ao máximo as portas que sobraram. Como são 8 chaves (momentâneas) para selecionar os presets e mais duas chaves de controle (programa e bypass) totalizando 10 chaves. A princípio eu pensei em fazer uma matriz de chaves, mas isso consumiria mais portas do que desejava pois para acionar 8 leds também deveria ter um sistema de matriz ou multiplexação. Optei por usar um display de 7 segmentos para mostrar o número do preset selecionado e um decodificador BCD para 7 segmentos que é o ci CD4511, que usa 4 entradas em binário. Assim, tirando as 4 portas para acionar o 4511, sobraram 4 portas pra ler as chaves.
Havia a opção de usar outro ci que seria um codificador de 16 entradas para 4 saídas binárias. Mas como eu não queria usar mais integrados, resolvi usar uma técnica de codificação usando simples diodos, o que funcionou nas simulações. Em tese 4 entradas codificadas poderiam distinguir até 16 chaves. Mas como 10 eram suficientes e isso simplifica o layout, deixo sobrando 6 possibilidades, para futuras expansões.

O esquema é o abaixo:

E o firmware para o 16F628(A):

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:1002D000031D6E290430BD063D08860064003A08FF
:1002E000043C031D77290830BD063D0886006400E4
:1002F0003A08053C031D80291030BD063D088600E4
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:100350003D088600BA01B32851290508BE00F030D7
:10036000BE053E08A000A1011030A200A30150204C
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:1003A0000A2A64003E08083C031DD9290430BA001B
:1003B0000A2A64003E08033C031DE1290530BA0007
:1003C0000A2A64003E08053C031DE9290630BA00EC
:1003D0000A2A64003E08093C031DF1290730BA00CF
:1003E0000A2A64003E08063C031DF9290830BA00B9
:1003F0000A2A64003E080C3C031D012A0930BA0099
:100400000A2A64003E080A3C031D092A0A30BA0081
:100410000A2ABA0164003A08003C0319132A013081
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:02400E00103F61
:00000001FF

Aqui um rascunho do layout em placa 10x5cm:


A operação é simples. Ao ligar o chaveador, entra no preset 1. As chaves P1 a P8 selecionam os presets com os loops (são 8) acionados indicados pelos respectivos leds.  A chave BYPASS simplesmente desliga todos os loops (e leds) e mantém o preset atual. Ao apertar BYPASS novamente, volta ao preset que estava com os loops que estavam ativados.  Para programar os loops em cada preset, basta escolher primeiro o preset a ser configurado e apertar PROGRAM, que o display vai mostrar 0 (indicando que está em modo de programa) e as chaves P1 a P8 passam a ligar e desligar os loops (P1 para o loop 1 e assim por diante). O led do loop aceso indica se ele vai estar ativo ou não. Para sair do modo de programa, basta apertar a chave de PROGRAM novamente que o display volta a apresentar o número do preset que foi programado.
O Nevio do Handmades, montou esse chaveador e fez alguns vídeos bem instrutivos demonstrando o funcionamento:
https://www.youtube.com/watch?v=CEMsefys2do
http://www.youtube.com/watch?v=xtyX6BHv2Ro



quarta-feira, 28 de agosto de 2013

PLANILHA de ELETRÔNICA


Uma das melhores ferramentas pra quem gosta de eletrônica é uma planilha eletrônica. Com ela se consegue fazer cálculos e guardar tabelas, fazer algumas simulações e gráficos. Fiz uma compilação de diversas planilhas esparsas em uma única, de forma a poder acessar rapidamente uma utilidade. Elas ajudam a fazer cálculos básicos com resistores, capacitores, leds, transistores, configurar alguns integrados conhecidos, tem tabelas de referência, conversão de unidades, cálculos de filtros, amplificadores, áudio, etc

Você pode baixá-la aqui:
http://www.filedropper.com/eletronica


Ela funciona no Excel mesmo com versão mais antiga, mas é necessário instalar os suplementos da planilha (funções avançadas, solver, etc). Para escolher uma utilidade, selecione nas abas inferiores. As entradas de dados geralmente estão em cor vermelha e célula amarela. Muitas unidades e sub-multíplos e múltiplos podem ser selecionados também por uma janela de seleção.

Veja algumas planilhas implementadas












segunda-feira, 26 de agosto de 2013

USANDO VÁLVULAS COMPACTRON PARA AMPLIFICADORES


Há algum tempo eu consegui algumas válvulas do tipo Compactron, criadas pela GE. Elas foram as últimas desenvolvidas antes dos transistores dominarem os circuitos eletrônicos. Eu ganhei umas 12AL11 do Ricardo (Kem) e juntos compramos mais algumas 6AS11 e 6AF11 de um vendedor nos EUA. Essas válvulas Compactron tem 12 pinos e precisam de um soquete diferente dos normais usados nas válvulas mais comuns (com soquete noval e octal). Os soquetes foram adquiridos junto à Altana Tubes do Eduardo, loja especializada em válvulas e componentes acessórios.

Vou falar um pouco dessas Compactron. A 12AL11 é constituída por 2 pentodos dentro de um invólucro só e pode ser usada para fazer um amplificador de áudio de baixa potência (pela datasheet, até 4,2W de saída) e tem um projeto do engenheiro italiano Ciotto usando uma compactron 6AL11 que se diferencia somente pela tensão dos filamentos (6,3V contra 12,6V da minha).

Já as 6AS11 e 6AF11 são semelhantes e cada uma tem dois triodos e um pentodo de potência. Resolvi brincar com elas primeiro porque tenho delas em maior número. Para isso primeiro precisava construir uma infraestrutura mínima pra poder fazer uns experimentos. Então fiz uma placa de circuito impresso para soldar o soquete de 12 pinos. Vejam como ficou a plaquinha para o soquete e os bornes KRE para fazer as conexões. O desenho na placa foi traçado a mão mesmo (mais régua e gabarito de furos), com caneta de circuito impresso, apenas marcando os pontos das ilhas com punção.

A plaquinha tem 5x5 cm e o soquete coube junto com 4 bornes KRE de 3 posições, totalizando assim o acesso aos 12 pinos das válvulas.

Como não tinha idéia de um circuito completo do amplificador, não desenhei um layout para o circuito inteiro e resolvi montá-lo em placa de matriz de contatos (protoboard). Como não dá pra trabalhar com essas matrizes com uma tensão muito alta, resolvi adotar uma tensão razoavelmente baixa, menor do que 200Vdc e assim poder usar outro circuito que havia montado um tempo atrás: um comversor DC-DC elevador de tensão:
Esse conversor está sendo testado junto com mais alguns amigos do Handmades (Plautz, Eduardo e Kem) e inicialmente ele é voltado pra ser usado em unidade pré amplificadoras com válvulas, onde se precisa de alta tensão com baixa corrente. Futuramente o Plautz vai publicar um documento completo sobre esse conversor no site do Handmades. Bom, por hora informo que esse conversor consegue elevar uma tensão de 12Vdc de uma fonte comum ou chaveada para 190V @ 25mA de corrente fornecida (potência de quase 5W). O componente principal é um MC34063 que é bem conhecido, barato e facilmente encontrável. A plaquinha tem 5x5 cm e eu fiz com pinos para poder ser usada na protoboard. A tensão de saída é programável através de um resistor externo à placa do conversor.
A curiosidade nossa era saber se esse conversor poderia alimentar um pequeno amplificador de potência e se ele aguentaria a carga.  Pra não deixar o conversor no limite eu programei o conversor para 180Vdc e um pouco mais de 25mA de capacidade de corrente.  Isso não deveria causar problemas para uma montagem em matriz de contatos. Bastaria ter uma fonte de 12V para o conversor e outra de 6V para os filamentos.

Era hora de pensar no circuito do amplificador. O principal componente de um amplificador de potência valvulado é o transformador de saída. Como a potência não poderia ser exagerada e queria usar somente uma unidade compactron, a topologia de saída deveria ser single ended. Eu tinha enrolado um pequeno transformador de saída push-pull de 10k de impedância de primário e 8 ohms de secundário. Resolvi aproveitar esse mesmo e usar o center tap para ligar na grade de screen do pentodo e fazer um circuito ultra linear a 50%.  Só tive que desmontar o núcleo, que estava com as chapas E e I intercaladas e recolocá-las de volta, só que agrupadas de um lado somente as Es e de outro as Is.
Pegando um gráfico de curvas do pentodo da 6AS11, tracei a reta de carga para uma carga de 10k e tensão de alimentação de 180Vdc.
Com base nos cálculos, acho que poderia obter até 1 W de saída, considerando as perdas.
Para fazer o pentodo trabalhar nessa potência, o resistor de catodo (auto-polarização) deveria ser aproximadamente 180 ohms. Apesar de que as curvas para ultra linear são diferentes das curvas para pentodos, o gráfico ajuda a ter uma idéia dos valores a serem usados. Além disso, depois eu aumentei a tensão da grade de screen, de forma que a potência obtida deveria ser um pouco maior do que a calculada.

Para os triodos, resolvi usar apenas um, para não saturar o sinal e criar uma grande distorção do som. Como não tinha os gráficos das curvas dos triodos, foi meio que na base das informações de aplicações da datasheet e trocando os componentes pra obter um bom resultado. Usei a unidade de triodo 1 que tem maior mu. No fim o circuito montado ficou assim (modo gambiarra máximo):
A montagem com o conversor em pé na protoboard, um potenciômetro de volume com sinal vindo do Diskman, o transformadorzinho de saída ao fundo e a placa principal em primeiro plano. (obs. essa é uma versão com os componentes mais organizados na protoboard - a do vídeo que vem mais abaixo tava mais bagunçada)
A 6AS11 acesa e funcionando.

Liguei as fontes e medi as tensões de alimentação. Deu um pouco mais de 190V. Medi a tensão no resistor de catodo de 180 ohms e deu 4V e alguma coisa, o que significa que tem um consumo de 23mA (corrente de catodo = corrente de placa + corrente de screen) e assim o conversor estava aguentando o amplificadorzinho (no triodo a corrente é muito pouca).  Ligado com uma caixinha de PC da Soundblaster passiva de 8 ohms coloquei o diskman pra tocar. Vejam o vídeo, até que o som não ficou ruim.



Esse vídeo foi gravado antes de eu aumentar a tensão na grade de screen. Depois de aumentá-la eu consegui um volume mais alto. 
O esquema elétrico ficou assim:









Macrofotografias de circuitos integrados

Quando se tem como hobby a montagem de circuitos eletrônicos hoje é indispensável o uso de circuitos integrados pois eles facilitam e miniaturizam as montagens. Mas a gente só enxerga o encapsulamento e não vê o que tem dentro dele. Eu andei colecionando várias fotos ampliadas das pastilhas semicondutoras de vários integrados.

Essa acima é a fotografia de como é um 741, um amplificador operacional de uso geral e dos mais consagrados. Vejam onde os terminais do encapsulamento são conectados ao chip, nos pequenos quadrados de cor mais clara. Nessa pastilha tem 20 transistores bipolares.

Esse é da versão CMOS do famoso 555, um circuito que pode ser usado como timer (multivibrador monoestável) ou oscilador (multivibrador astável). O nome do ci deriva do fato que existia uma rede de 3 resistores de 5kohms (devem ser a região listrada na parte direita da foto) internamente para servir de referência para os disparos e descargas no comparador. Os pontos pretos são os de conexão aos terminais.

Esse é um 709, o primeiro amplificador operacional feito em circuito integrado (existiam os transistorizados discretos e mesmo com válvulas eletrônicas).

Esse é um 74S00, versão schottky (rápida) do 7400, um circuito integrado TTL (lógica transistor-transistor) com 4 portas NAND de duas entradas.

Aqui uma foto do Intel 4004, o primeiro microprocessador da história criado em 1971 e que revolucionou a construção de computadores e da eletrônica. Ele era de 4 bits e a pastilha tinha 2300 transistores e foi usado inicialmente em calculadoras eletrônicas.

Acima a foto de um Intel 8008 de 1972, já era de 8 bits e contava com 3500 transistores.

Esse é o ilustre Intel 8080 de 1974, também de 8 bits, mas um "chipão" de 40 pinos. Possuía 4500 transistores e 78 instruções, podia endereçar 64kbytes de memória. Foi a base dos primeiros microcomputadores (Altair 8800) e do sistema operacional CP/M.

Talvez o mais famoso dos microprocessadores de 8 bits, o Z80(A) da Zilog criado em 1976, tinha 8500 transistores e compatibilidade de instruções com o 8080 e consequentemente com o CP/M. Foi usado em muitos computadores pessoais da década de 70 e 80, entre eles: TRS-80, ZX-81, ZX-Spectrum, e mesmo em videogames.

Uma foto do 6502 (da Mos Technology) de 1975 com 3510 transistores. Um processador de 8 bits usado nos famosos Apple e Apple II e uma variação (6507) usada nos videogames Atari 2600.

Esse é um Motorola 68000, de 16 bits e 1979 com 68000 transistores. Foi o processador do Apple MacIntosh.

Um microprocessador da RCA, o CDP1802 COSMAC, de 1974 com 5000 transistores. Ele é um CMOS e portanto de baixo consumo, o que fez dele usado em satélites e sondas espaciais. 

Acima um circuito integrado "mais moderno", um microcontrolador PIC 12C508 de 8 pinos 

Outro microcontrolador moderno: um ATMEGA8 AVR da Atmel.

Por último um integrado MC34063, um conversor DC-DC para step-up, step-down e inversor de sinal, que estou usando muito ultimamente. É um integrado bem barato, versátil, pequeno de 8 pinos.










OS DESCOBRIDORES DA ELETRÔNICA


Os homens que criaram as bases para a eletrônica e que foram homenageados com as unidades que utilizamos em física e eletricidade..


== Ampère ==
André Marie Ampère
Nascido em 1775, morto em 1836
Nacionalidade francesa
Sua obra: lei de Avogadro-Ampère, lei de ampère que define a intensidade da corrente elétrica; prova da interação entre os fenômenos elétricos e magnéticos.

== Oersted ==
Hans Christian Oersted
Nascido em 1777, morto em 1851
Nacionalidade dinamarquesa
Sua obra: unificação da eletricidade e do magnetismo; isolou o alumínio

== Fresnel ==
Augustin Jean Fresnel
Nascido em 1788, morto em 1827
Nacionalidade francesa
Sua obra: teoria ondulatória da luz; lentes de Fresnel

== Poisson ==
Simeon-Denis Poisson
Nascido em 1781, morto em 1840
Nacionalidade francesa
Sua obra: lei de Poisson (lei matemática da distribuição de probabilidades); fórmula do princípio que uma carga neutra é o estado natural da meteria e descreveu a eletrificação como sendo a separação de dois tipos de eletricidade, ele enunciou também o conceito que permitiu o nascimento da noção de potencial elétrico.

== Fizeau ==
Hippolyte Fizeau
Nascido em 1819, morto em 1896
Nacionalidade francesa
Sua obra: efeito Doppler-Fizeau determinação da velocidade; o capacitor dentro dos circuitos de indução

== Maxwell ==
James Clerk Maxwell
Nascido em 1831, morto em 1879
Nacionalidade escocesa
Sua obra: teoria cinética dos gases; tratado de unificação da eletricidade e do magnetismo

== Kirchhoff ==
Gustav Robert Kirchhoff
Nascido em 1824, morto em 1887
Nacionalidade alemã
Sua obra: invenção do eletroscópio; enunciou as leis gerais dos circuitos (malhas e nós); imaginou também o conceito de corpo negro que permitiu com os trabalhos de Planck a abrir os caminhos para a mecânica quântica.

== De Coulomb ==
Charles Augustin de Coulomb
Nascido em 1736, morto em 1806
Nacionalidade francesa
Sua obra: lei de Coulomb; balança de torção

== Volta ==
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta
Nascido em 1745, morto em 1827
Nacionalidade italiana
Sua obra: pilha voltaica; eudiômetro

== Young ==
Thomas Young
Nascido 1773, morto em 1829
Nacionalidade inglesa
Sua obra: teoria tricromática

== Humphrey Davy ==
Humphrey Davy
Nascido em 1778, morto em 1829
Nacionalidade inglesa
Sua obra: condutividade dos metais; fundação da teoria eletroquímica; descoberta do processo de fabricação do alumínio

== Huygens ==
Christiaan Huygens
Nascido em 1629, morto em 1695
Nacionalidade holandesa
Sua obra: tratado da luz em 1678

== Gray ==
Stephen Gray
Nascido em 1666, morto em 1736
Nacionalidade inglesa
Sua obra: experimentos com corpos carregados com eletricidade e definição das diferenças que existem entre os isolantes e os condutores, deduziu que as ligas metálicas são os melhores condutores.

== Boyle ==
Robert Boyle
Nascido em 1627, morto em 1691
Nacionalidade inglesa
Sua obra: Origem Mecânica ou Produção de Eletricidade

== Newton ==
Isaac Newton
Nascido em 1643, morto em 1727
Nacionalidade inglesa
Sua obra: teoria da gravitação

== Gilbert ==
William Gilbert
Nascido em 1544, morto em 1603
Nacionalidade inglesa
Sua obra: magnetos; tratado sobre magnetismo de 1600

== Franklin ==
Benjamin Franklin
Nascido em 1706, morto em 1790
Nacionalidade americana
Sua obra: trabalho sobre a meteorologia; teoria sobre o fluido único

== Joule ==
James Prescott Joule
Nascido em 1818, morto em 1889
Nacionalidade inglesa
Sua obra: estudou a natureza do calor e sua relação com o trabalho mecânico; descobriu a relação entre a corrente elétrica através de uma resistência e o calor dissipado chamada de leid e Joule.

== Fourier ==
Jean Baptiste Joseph Fourier
Nascido em 1768, morto em 1830
Nacionalidade francesa
Sua obra: iniciou as investigações sobre a série de Fourier e sua aplicação em problemas de fluxo de calor.

== Galvani ==
Luigi Galvani
Nascido 1737, morto em 1798
Nacionalidade italiana
Sua obra: estudos sobre bioeletricidade e invenção das primeiras baterias.

== Faraday ==
Michael Faraday
Nascido em 1791, morto em 1867
Nacionalidade inglesa
Sua obra: estudou  o campo magnético em volta de um condutor carregando uma corrente elétrica contínua, e estabeleceu as bases para o conceito de campo magnético na física. Descobriu a indução eletromagnética, diamagnetismo e as leis da eletrólise.

== Lenz ==
Heinrich Friederich Emil Lenz
Nascido 1804, morto 1865
Nacionalidade alemã
Sua obra: formulador da lei de Lenz

== Lorentz ==
Hendrik Antoon Lorentz
Nascido em 1853, morto em 1928
Nacionalidade holandesa
Sua obra: importantes contribuições no campo do eletromagnetismo, teoria do elétron e relatividade, efeito Zeeman

== Romagnosi ==
Gian Domenico Romagnosi
Nascido 1761, morto em 1835
Nacionalidade italiana
Sua obra: o primeiro a sugerir a existência de relação entre eletricidade e magnetismo.


== Henry ==
Joseph Henry
Nascido em 1797, morto em 1878
Nacionalidade americana
Sua obra: descobridor do fenômeno eletromagnético da auto indutância e indutância mútua.

== Edison ==
Thomas Alva Edison
Nascido em 1847, morto em 1931
Nacionalidade americana
Sua obra: inventor da lâmpada elétrica, fonógrafo, entre outros.

== Marconi ==
Guglielmo Marconi
Nascido em 1874, morto em 1937
Nacionalidade italiana
Sua obra: desenvolvimento de um sistema de radiotelegrafia.

== Landell de Moura ==
Roberto Landell de Moura
Nascido em 1861, morto em 1928
Nacionalidade brasileira
Sua obra: padre, cientista, precursor da radiodifusão e transmissão de voz sem fio por meio de rádio ou luz.

== Hertz ==
Heinrich Rudolph Hertz
Nascido em 1857, morto em 1894
Nacionalidade alemã
Sua obra: esclareceu e expandiu a teoria eletromagnética da luz que tinha sido proposta por Maxwell; foi o primeiro a demonstrar satisfatoriamente a existência das ondas eletromagnéticas construindo um aparato para produzir e detetar ondas de rádio VHF e UHF.

== Ohm ==
Georg Simon Ohm
Nascido em 1789, morto em 1854
Nacionalidade alemã
Sua obra: determinou que há uma proporcionalidade direta entre a diferença de potencial (tensão) aplicada sobre um condutor e a corrente elétrica resultante que flui através dele, conhecida como lei de Ohm; com isso foi capaz de definir a relação fundamental entre tensão, corrente e resistência, que representam a verdadeiro início da análise dos circuitos elétricos.

== Boole ==
George Boole
Nascido em 1815, morto em 1864
Nacionalidade inglesa
Sua obra: inventor da álgebra booleana, que é a base de toda aritmética de computadores modernos, um dos fundadores do campo da ciência dos computadores.

== Lee de Forest ==
Lee de Forest
Nascido 1873, morto em 1961
Nacionalidade americana
Sua obra: inventor do audion, uma válvula eletrônica que amplificava sinais elétricos relativamente fracos, um dos pais da era da eletrônica.

== Tesla ==
Nikola Tesla
Nascido em 1856, morto em 1943
Nacionalidade: croata, depois americano
Sua obra: seus trabalhos formam a base dos modernos sistema elétricos em corrente alternada, incluindo os sistemas de distribuição polifásicos a motores AC.

== Bell ==
Alexander Graham Bell
Nascido em 1847, morto em 1922
Nacionalidade escocesa
Sua obra: inventor do telefone

== Wheatstone ==
Charles Wheatstone
Nascido em 1802, morto em 1875
Nacionalidade inglesa
Sua obra: desenvolvimento da ponte de Wheatstone inventada por Samuel Hunter Christie; mediu a velocidade da eletricidade num fio.

== d’Arsonval ==
Jacques-Arsène d’Arsonval
Nascido em 1851, morto em 1940
Nacionalidade francesa
Sua obra: inventor do galvanômetro de bobina móvel e do amperímetro por termopar; contribuiu para o campo da eletrofisiologia, propôs o uso da energia térmica dos oceanos.

== Thévenin ==
Léon Charles Thévenin
Nascido em 1857, morto em 1926
Nacionalidade francesa
Sua obra; estendeu a lei de Ohm para a análise de circuitos elétricos mais complexos – teorema de Thévenin

== De Morgan ==
Augustus De Morgan
Nascido em 1806, morto em 1871
Nacionalidade britânica (nasceu na Índia)
Sua obra: formulou as leis de De Morgan e introduziu o termo indução matemática.

== Shockley ==
William Bradford Shockley
Nascido em 1910, morto em 1989
Nacionalidade: americana (nascido em Londres)
Sua obra:co-inventor do transistor

== Brattain ==
Walter Houser Brattain
Nascido em 1902, morto em 1987
Nacionalidade americana
Sua obra: co-inventor do transistor

== Bardeen ==
John Bardeen
Nascido em 1908, morto em 1991
Nacionalidade americana
Sua obra: co-inventor do transistor e fundamentos da teoria da supercondutividade.

== Kilby ==
Jack St Clair Kilby
Nascido em 1923, morto em 2005
Nacionalidade americana
Sua obra: inventor do circuito integrado, calculadora de mão e impressora térmica




domingo, 25 de agosto de 2013

VTVM

Um dos meus instrumentos mais antigos é um VTVM (vacuum tube volt meter) de marca Leader modelo LV-76A. Um VTVM chamado também de voltímetro eletrônico era um valioso instrumento da era dos circuitos a válvula pois apresentava uma grande impedância de entrada (>10Mohms) e portanto influenciava muito pouco nas medições de circuitos eletrônicos graças à válvulas triodos dos seus circuitos internos. Hoje os modernos multímetros digitais podem até ter a mesma impedância ou maior do que os VTVMs, inclusive maior precisão, mas nenhum tem o charme e nostalgia desses aparelhos que parecem lancheiras, com seu grande visor analógico com ponteiros e escalas múltiplas, que precisava ser ligado bem antes de ser usado, para aquecer bem a válvula e deixar as medições estáveis.
Recentemente consegui o esquema dele e uma idéia de um circuito eliminador de pilha de 1,5V que é usada pra realizar as medições de resistência. Como a pilha com o tempo perde a carga e pode vazar, estragando os componentes e os contatos internos desse valioso instrumento, logo fiz o circuitinho com um regulador LM317T numa placa universal e instalei no lugar da pilha. Seguem abaixo a foto do aparelho, esquema do VTVM e esquema do eliminador de bateria:


Pretendo ainda um dia fazer um VTVM a partir dos esquemas básicos (todos eles são muito semelhantes) usando um microamperímetro, válvula 12AU7 e 6AL5.





AULA SOBRE VÁLVULA TERMOIÔNICA

Agora vou voltar um pouco no tempo e explicar como funciona e o princípio básico de operação de uma válvula eletrônica muito usada antigamente antes da existência dos transistores e da eletrônica com semicondutores. A eletrônica de fato começou com a invenção da válvula termoiônica que é um dispositivo capaz de amplificar sinais elétricos.

Há muitos anos eu tive essa aula de laboratório de eletrônica e recebi uma apostila que tenho até hoje, na época ainda editada com o uso de desenhos feitos a mão e texto datilografado. Resolvi digitar todo o texto e desenhei as figuras no Paint, de forma a deixar tudo de forma digital, ao qual transcrevo a seguir.

TRIODO: Características e uso como amplificador
Objetivo: estudar as características do Triodo, polarização e o seu funcionamento como amplificador.
Introdução teórica: triodo é uma válvula a vácuo com três eletrodos: catodo (emissor de elétrons), placa (receptor de elétrons) e grade (controladora do fluxo de elétrons que se dirigem à placa).

Existem dois tipos de aquecimento do catodo: a) direto e b) indireto, como mostra a figura abaixo:

Onde:
eb = tensão de placa
ib = corrente de placa
egk = tensão de grade
Localização dos terminais e características da válvula 12AU7 duplo triodo:

O funcionamento dessa válvula se dá aplicando uma diferença de potencial entre o catodo (-) e a placa (+)  e uma diferença de potencial entre catodo e a grade, formando assim um campo elétrico no interior da válvula.
Aquecendo o catodo, essa libertará elétrons que serão atraídos pela placa. Dependendo do potencial da grade, irá existir maior ou menor fluxo de elétrons, se a grade estiver negativa, deixará passar alguns elétrons, repelindo outros, e quanto mais negativa a grade, menor o fluxo de elétrons, até que a corrente chegue a zero, denominando assim o ponto de corte da válvula.
Essa válvula é aplicada em amplificadores, osciladores, misturadores, etc.
CURVA CARACTERÍSTICA DA PLACA:  Existem três tipos de curvas características, podendo cada uma ser obtida através das outras, porque para levantarmos essas curvas, utilizamos apenas das medidas ib (corrente de placa), eb (tensão de placa) e egk (tensão da grade).
1)      Curvas característica de placa: para o levantamento dessas curvas, obtém-se ib em função de eb, mantendo-se egk constante:


ib = f(eb)  com egk constante (vários valores)
A partir dessas curvas obtemos o parâmetro rp (resistência de placa) que é a relação entre a variação de eb e a variação de ib:
rp = ∆eb/∆ib   sendo egk constante
Fazendo essa variação em torno de um ponto (Q), variando-se esse ponto também variamos o valor de rp.
Exemplo:
rp1 = ∆eb/∆ib  =  (eb2 – eb1)/(ib2 – ib1)   com egk = -2V
rp2 = (eb3 – eb4)/(ib3 – ib4)   com egk = -10V
rp1 ≠ rp2

1)      CURVAS CARACTERÍSTICAS DE TRANSFERÊNCIA: para o levantamento dessa curva, obtém-se ib em função de egk, mantendo-se eb constante:
ib = f(egk)   com eb constante

A partir dessa curva obtemos o parâmetro gm (transcondutância ou condutância mútua), é a relação entre a variação de ib e a variação de egk:
gm = ∆ib/∆egk   com eb constante
1)      CURVA CARACTERÍSTICA DE CORRENTE CONSTANTE: para o  levantamento dessas curvas, obtém-se eb em função de egk, mantendo-se a corrente de placa constante:
eb = f(egk)   com ib constante
A partir dessa curva obtemos o parâmetro μ (fator de amplificação) que determina a eficácia da tensão de placa em relação à tensão de grade, no controle da corrente:
µ = - ∆eb/∆egk    com ib constante
Quanto menor a variação de eb e egk, mais preciso será µ.

TRIODO COMO AMPLIFICADOR – LIMITAÇÕES E POLARIZAÇÃO
Quanto às limitações de operação de um triodo como amplificador, podemos citar o fato de que a tensão de grade não pode ser positiva, ou seja, egk deve ser negativa. Caso contrário, o par grade-catodo funcionaria como um diodo, e se não colocarmos um resistor na entrada da grade, para limitar a corrente, a válvula poderá ser danificada, pois a corrente será grande. No ponto onde a tensão de grade for nula, a corrente de placa será máxima, é chamada ponto de saturação.
Outra limitação existente é o fato de que não podemos ter tensão de grade muito negativa, o que poderia acarretar corrente de placa nula, pois todos os elétrons seriam impedidos de atingir a placa pela grade, deste modo a tensão de placa permanece igual a Ebb. No ponto onde a corrente de placa é nula, a tensão de placa é máxima e igual a Ebb, é chamado de ponto de corte.
A amplificação com triodo também pode ser vista através das curvas características, para isto, basta analisarmos a equação:
eb = Ebb – Rload * ib  (veja circuito)
Como Ebb e Rload são constantes, esta é a equação de uma reta. Esta reta é chamada de reta de carga estática, e para localizá-la na curva característica de placa, temos dois pontos particulares, dados por:
eb = Ebb – Rload * ib
Para eb = 0, ib = Ebb/Rload
Para ib = 0, eb = Ebb

Circuito amplificador utilizando triodo:
ee = sinal de entrada
Aplicando-se a lei de Kirchoff ao circuito de grade, e ao circuito de placa,  obtemos:
egk = ee – Ecc (a queda de tensão em R1 é desprezível)
eb = Ebb – Rload * ib
Supondo que ee é do tipo ee(t) = Ee sen ωt, obtemos:
Notamos que a tensão de placa eb é formada por uma componente contínua Eb0  e uma componente variável, que chamaremos sinal de placa, ou tensão de saída (es), e pode ser vista sobre a resistência de carga Rload. Observa-se também que o sinal de placa corresponde ao sinal de grade ee, amplificado e com fase invertida.
Para que haja amplificação é necessário polarizar o sinal a ser amplificado. A fonte Ecc é chamada fonte de polarização de grade  e sua função é nunca permitir que a tensão de grade se torne positiva, logo o valor de Ecc, em módulo, deve ser superior ao valor máximo de ee, de modo que egk será sempre negativa. Caso contrário a válvula entraria em estado de saturação, deixando de amplificar.
O resistor Rg é chamado de resistência de escape de grade, e tem por função descarregar as cargas eventualmente acumuladas na grade, e ainda, não sobrecarregar o estágio anterior, por isso seu valor é alto.
A função do resistor R1 é limitar a corrente de grade, pois caso a tensão de grade se torne positiva, a corrente seria alta e danificaria a grade.
Com o circuito abaixo,  é possível polarizar um triodo utilizando-se uma única fonte:
Podemos observar  que neste circuito, a corrente de placa (ib) circula através do resistor Rk, de modo a haver uma queda de tensão sobre ele. Sendo a corrente de grade normalmente nula, ou então desprezível, a queda de tensão em Rg1 é muito pequena. Se analisarmos a malha formada por Rk, Rg1 e pelo par grade-catodo, observamos que a tensão egk deve ser:
egk = -Rk * ib
Observamos então que a grade fica polarizada negativamente em relação ao catodo, conseguindo assim uma auto-polarização.
Mas se usarmos somente o resistor Rk, quando variarmos o sinal de entrada, estaremos variando a corrente de placa (ib), o que acarretar uma variação em egk, e isso iria mudar o ponto de trabalho, modificando assim o valor da amplificação do circuito. Como isso é indesejável, utilizaremos um capacitor Ck chamado de capacitor de desacoplamento, em paralelo com Rk, de modo a conseguir uma tensão constante em Rk. Para isso, Ck deve ser dimensionado de tal forma que mesmo para as variações mais lentas de corrente de placa produzidas por  sinais de entrada de baixa frequência, sua reatância (Xck) seja bem menor do que o valor de Rk.
Na prática, normalmente se faz Xck = 1/10 de Rk, como C = 1/(ωXc)  temos que C = 10 / (2 x π x Fb x Rk), onde Fb é a frequência mais baixa do sinal de entrada utilizado. De modo que Ck seja praticamente um curto circuito para os sinais alternados e um circuito aberto para sinais contínuos, que passarem através de Rk, mantendo Erk constante, pois se Ebb é constante, ib terá uma componente contínua ibo e de valor constante, de forma a manter egk constante.
O capacitor C1 (capacitor de desacoplamento) é utilizado para bloquear a componente contínua do sinal de entrada, que alteraria a polarização da grade e consequentemente  o ponto de trabalho do amplificador.
O capacitor C2 e o resistor Rg2 formam um filtro, cuja finalidade é bloquear a componente contínua que apareceria no sinal de saída devido a fonte Ebb. Como nós desejamos que o sinal de saída apresente somente a componente variável, correspondente ao sinal de entrada amplificado, é necessário o uso desse filtro.
A fim de verificar como se comporta o ganho do amplificador em função da frequência, vamos analisar o circuito equivalente (diferencial) do amplificador:

O capacitor Cpk representa a capacitância inter eletródica existente entre a placa e catodo, cujo efeito será particularmente sensível em altas frequências.
No caso de frequências baixas, as reatãncias das capacitâncias em paralelo (Cpk e Ck) é tão elevada que elas podem ser desprezadas frente a Rk e R1, respectivamente.  Porém as capacitâncias de C1 e C2 terão grande influência no ganho do circuito, pois suas reatâncias serão elevadas, de modo que C1 atenuará o sinal de entrada antes de chegar à grade e C2 atenuará o sinal da placa antes da saída. Como o ganho é dado pela relação es/ee, podemos concluir que para baixas frequências o ganho será baixo.
Circuito equivalente para baixas frequências:
Para médias frequências, todos os capacitores, excluindo Cpk, podem ser considerados como curto circuitos. Cpk ainda será considerado circuito aberto, pois o valor de sua capacitância é extremamente baixa.
Circuito equivalente para frequências médias:
Conseguimos assim um circuito equivalente utilizando somente elementos resistivos. Partindo deste circuito podemos calcular a amplificação que é definida como:
A = Es/Ee  onde: 
Es = valor eficaz da tensão de saída e
Ee = valor eficaz da tensão de entrada
Por outro lado podemos verificar que Espp/Eepp também é igual à amplificação.
De fato Espp/Eepp =  (2 * raiz (2) * Es) / (2 * raiz (2) * Ee) = A
No caso do circuito acima a amplificação será dada pela expressão:
Av = (- μ * R//)/ (R// + rp)    onde   R// = Rload // Rg2
Em altas frequências, as capacitâncias C1 e C2 podem ser desprezadas, pois sua reatância é baixa (considera-se curto). A capacitância Cpk é constituída pela capacitância inter eletródica e dos demais componentes do circuito. Apresentará uma reatância relativamente baixa de modo a diminuir a impedância de saída do circuito, causando um decréscimo no ganho do amplificador.
            Circuito equivalente para altas frequências:



Normalmente a variação do ganho em função da frequência é muito grande, então, se quisermos construir um gráfico para analisarmos esta variação é conveniente usarmos uma escala logarítmica. Para isso foi definido Gv – ganho em tensão como sendo:
Gv = 20 log Av     ou seja    Gv =  20 log (es/ee)   (dB)
Obs: o decibel (dB) provém da unidade Bel  (B), valendo 1/10
Como a variação de frequência também é muito grande, também é conveniente usar uma escala logarítmica para a frequência.
Abaixo temos o esboço do gráfico da variação do ganho em função da frequência, chamado de diagrama de Bode.

O ponto A determina a frequência de corte inferior e o ponto B a superior. Estas frequências são correspondentes ao ponto onde o ganho se reduz a 70,7% do ganho máximo, dizemos então que o ganho caiu em 3dB.
PARTE EXPERIMENTAL
obs: os itens a até d deverão ser realizados com a tensão de entrada nula (em curto).
a)      montar o circuito abaixo:
a)      medir Erko e egko com osciloscópio em DC, e comparar estas medidas
Erko = 5,5V         egko = -4V
b)      com os valores de Ebb (250V) , Rload (22k) e egk, traçar a reta de carga, mostrando o ponto de trabalho Q e achar suas coordenadas (Eb0 e Ib0).
a)      medir Ib0 e Eb0 e compara com os resultados obtidos graficamente.
Eb0 = 110V     (gráfico = 130V)
Ib0 = 110V/22k = 5mA    (gráfico = 5,2mA)
b)      usando  o gerador de áudio, fazer a tensão de entrada ee(t) = 1 sen ωt  (V); variar a frequência desde 12Hz a 1MHz, preenchendo a tabela seguinte.
c)       determine a frequência de corte inferior e a superior.
d)      ajustar  Ebb para 150V e substituir C1 por um resistor de 100k. Verificar e justificar o que acontece, tendo-se o sinal de entrada no nível máximo.
Frequência (Hz)
Ee (Vpp)
Es (Vpp)
Av
Gv    (dB)
12
2
16
8
18,06
20
2
22
11
20,83
50
2
23
11,5
21,2
100
2
24
12
21,58
200
2
24
12
21,58
500
2
25
12,5
21,94
1000
2
25
12,5
21,94
2000
2
26
13
22,28
5000
2
26
13
22,28
10000
2
26
13
22,28
20000
2
26
13
22,28
50000
2
27
13,5
22,6
100000
2
25
12,5
21,94
200000
2
23
11,5
22,2
500000
2
18
9
19,1
1000000
2
8
4
12,04