Durante a década de 1980, o mercado brasileiro era bastante fechado às importações. Por isso, muitos equipamentos eletrônicos precisavam ser construídos com os componentes disponíveis no país. Um pequeno grupo de empresas nacionais fabricava equipamentos voltados para música e áudio e, com pouca concorrência estrangeira, dominava boa parte desse mercado.
Naquela época, os transistores já haviam substituído as válvulas em muitos circuitos amplificadores, embora os amplificadores valvulados continuassem existindo — e continuam até hoje. Mas esse é um assunto para outro artigo, até porque também gosto muito de amplificadores valvulados.
O que é um amplificador push-pull?
O push-pull é uma topologia de circuito muito utilizada nos estágios de saída de amplificadores. Em vez de um único dispositivo ser responsável por conduzir todo o sinal de saída, dois dispositivos trabalham de maneira complementar.
Em uma configuração push-pull típica com transistores complementares, um transistor atua predominantemente durante uma parte do ciclo do sinal, enquanto o outro atua na parte oposta.
Essa configuração é diferente de um estágio Classe A, no qual o dispositivo de saída permanece conduzindo durante todo o ciclo do sinal. É importante destacar, entretanto, que push-pull e Classe B não significam a mesma coisa. Push-pull descreve a topologia do circuito, enquanto Classe A, B ou AB descreve a forma como os dispositivos são polarizados e conduzem o sinal.
Uma etapa push-pull pode, por exemplo, operar em Classe B ou Classe AB.
Push-pull e os circuitos integrados de áudio
Com o objetivo de tornar os equipamentos menores e simplificar sua montagem, a indústria de componentes eletrônicos passou a produzir diferentes tipos de circuitos integrados.
Alguns desses componentes reuniam em uma única pastilha grande parte de um amplificador de áudio. Entre os circuitos integrados que se tornaram populares estavam os componentes da conhecida família TDA.
Existiam diversos modelos, destinados a aplicações mono ou estéreo, diferentes tensões de alimentação e diferentes potências de saída.
Alguns apresentavam encapsulamentos que lembravam transistores de potência. Um exemplo bastante conhecido é o TDA2002, utilizado em pequenos amplificadores de áudio, especialmente em aplicações automotivas.
Por que o circuito é chamado de push-pull?
Em uma tradução literal, push-pull significa algo como “empurra-puxa”.
O nome está relacionado à atuação complementar dos dispositivos do estágio de saída. Em uma configuração com transistores NPN e PNP complementares, um deles atua predominantemente em uma parte do ciclo do sinal e o outro na parte oposta.
Em um amplificador de áudio, essa alternância da corrente entregue à carga faz com que o cone do alto-falante se movimente nos dois sentidos. Entretanto, não é o movimento do alto-falante que define a topologia push-pull. Esse movimento é uma consequência do sinal alternado aplicado ao alto-falante.
Push-pull em Classe B e Classe AB
Na Classe B, cada dispositivo de saída conduz aproximadamente durante metade do ciclo do sinal. Essa forma de operação proporciona eficiência maior do que a Classe A, mas apresenta uma desvantagem importante: pode ocorrer a chamada distorção de crossover na região em que um transistor deixa de conduzir e o outro começa a conduzir.
Uma maneira muito utilizada para reduzir esse problema consiste em polarizar os transistores de forma que exista uma pequena sobreposição na condução dos dois dispositivos.
Nesse caso, o estágio passa a operar em Classe AB, uma solução muito comum em amplificadores de áudio porque representa um compromisso interessante entre eficiência e baixa distorção.
Os amplificadores que marcaram uma época
Circuitos desse tipo estavam presentes em muitos amplificadores nas décadas de 1980 e 1990.
Lembro que meu pai me deu de presente uma caixa amplificada. Eu costumava ligar meu violão nela, mas o volume não era muito alto.
Hoje consigo identificar melhor o problema daquele circuito: a sensibilidade de entrada do amplificador era baixa para o sinal fornecido diretamente pelo instrumento. Uma etapa adicional de pré-amplificação seria útil para elevar esse sinal antes de enviá-lo ao estágio de potência.
A etapa de saída utilizava apenas dois transistores bastante conhecidos: TIP31 e TIP32.
Um deles é NPN e o outro PNP, formando um par complementar que pode ser utilizado em uma etapa de saída push-pull.
O pré-amplificador era formado por dois transistores de pequena potência, como o BC549. O alto-falante era relativamente grande, com 10 polegadas. A caixa era feita de madeira aglomerada e o tecido ortofônico era bastante fino, semelhante a uma meia-calça preta.
O amplificador possuía controle de volume e tonalidade. Havia também um cabo de aproximadamente três metros que não era blindado e terminava em um plugue P2 macho.
Esse plugue podia ser conectado, por exemplo, à saída de um rádio FM, permitindo ouvir música em um volume bastante razoável.
Quando o amplificador virou um receptor de rádio
Na época, eu morava em Vila Isabel, no Rio de Janeiro, relativamente próximo às torres de transmissão do Sumaré.
Por causa da intensidade dos sinais de radiofrequência naquela região e do cabo de aproximadamente três metros sem blindagem, acontecia algo curioso: era possível ouvir rádio sem ter um rádio conectado ao amplificador.
Quando o equipamento estava ligado com o volume máximo e o quarto permanecia em silêncio, era possível perceber ao fundo uma mistura muito baixa de sinais provenientes de diferentes estações.
O cabo e partes do circuito acabavam captando sinais de radiofrequência, que podiam ser demodulados involuntariamente por não linearidades existentes no circuito.
Uma forma importante de reduzir esse tipo de interferência seria utilizar cabos blindados, além de boas práticas de aterramento e montagem.
A caixa tinha aproximadamente 60 centímetros de altura e era cinza. Para selecionar entre a entrada de áudio pelo plugue P2 e a entrada P10 existente no painel, havia uma chave rotativa.
Construindo um amplificador push-pull
Para reviver um pouco o estilo daqueles amplificadores, resolvi montar um amplificador push-pull inspirado nos circuitos daquela época.
O circuito utiliza alimentação de 12 V. No meu caso, essa tensão é fornecida por uma bateria LiPo 3S. Esse tipo de bateria possui boa capacidade de fornecimento de corrente e pode ser interessante para alimentar projetos portáteis, desde que sejam observados os cuidados adequados de carga, descarga e proteção.
O alto-falante utilizado é do tipo automotivo. Pensando exclusivamente em qualidade sonora, talvez não fosse minha primeira escolha. No entanto, como eu já possuía alguns desses alto-falantes, achei interessante utilizá-los no experimento.
Seguindo a mesma ideia de reaproveitamento de materiais, o gabinete do amplificador foi construído utilizando a carcaça plástica de um antigo ventilador/aquecedor que havia quebrado. O tamanho e o formato acabaram sendo bastante adequados para criar um amplificador diferente.
Entender o circuito é melhor do que apenas copiar o esquema
Montar um circuito eletrônico é interessante, mas compreender por que cada componente está ali e qual é sua função torna a experiência muito mais útil.
No caso de um amplificador push-pull, entender a atuação complementar dos transistores, as diferenças entre Classe A, Classe B e Classe AB e os problemas relacionados à polarização e à distorção permite ir muito além da simples reprodução de um esquema.
É esse conhecimento que permite analisar, modificar e até desenvolver seus próprios circuitos.