A hora e a vez dos FETs

por Profº SANTO ANGELO – André Corales

Neste post vamos continuar o tema “amplificadores de Guitarras”, repassando um pouco de nossa experiência com um dispositivo que muitos já ouviram falar, mas que a maioria desconhece (ao menos em parte) suas funcionalidades e suas vantagens na amplificação, tanto em sinais de baixa quanto de altíssimas frequências.

Com vocês o FET (Field Effect Transistor), ou transistor de efeito de campo, como é comumente conhecido no meio mais técnico. Mas antes de continuarmos, vamos conhecer mais sobre a história dos FETs.

O advento do transistor na área comercial aconteceu no pós-guerra, ou seja, nos anos 50. A indústria militar já o utilizava anteriormente, desde a década de 30. Oficialmente, o Transistor foi inventado pelos cientistas do Bell Telephone Laboratories no dia 16/12/1947, cinquenta anos depois da descoberta do elétron por Joseh J. Thomson e 100 anos depois do nascimento de Alexander G. Bell, valendo a seus criadores o Premio Nobel de Física em 1956. Para quem quiser saber mais, consulte o link:

http://www.lsi.usp.br/~chip/de_onde_vieram.html

Desde então, muitas facilidades foram criadas nos projetos eletrônicos, possibilitando aos engenheiros e projetistas da época o desenvolvimento de uma ampla gama de equipamentos mais simples, leves e portáteis, com menores consumos de energia. Desta forma, o que durante anos era pouco provável de acontecer (o desaparecimento das válvulas), de repente ocorria de maneira rápida e exponencial, como de fato foram todas as grandes inovações da Humanidade.

Transístor Bipolar

Assim, o transistor bipolar cada vez mais fazia parte do dia a dia dos lares americanos, japoneses e europeus. Mas, como sempre acontece com as grandes ideias, o novo nem sempre vem no momento certo. Assim, Julius Edgard Lilienfeld, um ucraniano que migrou para os USA na década de 20, registrou a primeira patente do que viria a ser o FET nos dias de hoje. Porém, sua tese não funcionara na pratica por limitações do conhecimento da Física e da tecnologia na época, que não permitia o domínio completo de substratos semicondutores, ficando a idéia “hibernando” até as décadas de 50 e 60, quando mais uma vez os militares criaram as condições tecnológicas para seu desenvolvimento.

Julius Edgard Lilienfeld

O funcionamento do FET

Os transistores bipolares pareciam perfeitos na época em que foram lançados, conseguindo substituir as válvulas com grandes vantagens tais como:

  • Eram compactos;
  • Tinham um baixo consumo de energia;
  • Não necessitavam de grandes gabinetes para montagens;
  • Sua fonte poderia ser muito menor em relação às válvulas;
  • Trabalhavam com baixas tensões, gerando menos calor do que as válvulas;
  • Não necessitavam de grandes transformadores para casamento das Impedâncias.
Tipos de transístores

Os engenheiros daquele tempo estavam em estado de graça com o novo dispositivo, porém, como tudo na vida, nem tudo são flores em nossos caminhos, principalmente quando se trata de áudio. Quando surgiram os primeiros amplificadores transistorizados (com transistores bi polares) notou-se uma característica que não agradava nem os projetistas nem os aficcionados por áudio.

Por característica, os transistores trabalham amplificando Corrente Elétrica (I), diferentemente das válvulas que amplificam Tensão Elétrica (V). Portanto, os transistores são dispositivos de baixa Impedância e não necessitam de grandes tensões para funcionarem. Porém, entre as junções dos transistores bipolares, ocorre uma queda de tensão de aproximadamente 0,7 V para os modelos fabricados com Silício e de 0,3V para os fabricados com Germânio.

Esta característica faz com eles comecem a trabalhar (amplificar) a partir desses valores, o que gera um THD (Total Harmonic Distortion) exponencial entre os estágios que ocasionam um resultado sonoro muito ruim.

O transistor tipo FET, em contrapartida ao modelo bipolar, é um dispositivo de altíssima Impedância de entrada, assim como as válvulas, e trabalha como elas, amplificando a Tensão ao invés da Corrente Elétrica, o que possibilita realizar estágios com topologia muito semelhante aos estágios valvulados.

Esta característica aliada à possibilidade de ter Impedâncias de saída mais baixas do que as válvulas, possibilitou que os engenheiros pudessem eliminar de seus projetos o pesado e desajeitado transformador de saída, utilizado para casar a Impedância alta de saída das válvulas com a baixa Impedância dos alto falantes.

Hoje em dia, os amplificadores com transistores FETs na saída são muito comuns tanto em sistemas de amplificação High End para audiófilos como em amplificadores para guitarras, representando uma excelente relação custo beneficio se comparados aos amplificadores valvulados.

Mas atenção: não estamos dizendo que os amplificadores com transistores FETs são melhores ou piores que os amplificados com válvulas, e sim mostrando os primeiros como uma boa alternativa de uso e aquisição, em face ao alto custo dos valvulados no mercado brasileiro e mundial.

Onde as topologias com transistores FETs fazem a diferença.

Após vários anos analisando topologias de amplificadores com FETs, notei que a maioria dos grandes pedais de efeito Overdrive utilizavam em seus estágios os transistores FETs nas mesmas topologias dos amplificadores valvulados no estagio pré-amplificador. Em outras palavras, os projetistas de pedais substituíam praticamente as válvulas (em geral as 12AX7) pelos FETs e, logicamente, polarizando-os com tensões adequadas ao funcionamento.

Fabricantes como Boss (com o lendário OD-1), Wampler, Mad Professor entre outros, adotaram esta filosofia e implementaram comercialmente, com muito sucesso, os seus circuitos de pedais com transistores FETs.

Diante disto, a concorrência, seguindo a tendência, conseguiu implementar excelentes pedais alternativos de Overdriver, com transistores FET em seus estágios. O mesmo raciocínio influenciou outros fabricantes mundiais a criarem excelentes amplificadores finais com os FETs na etapa de saída, claro que com modelos de alta potência.

Bem, a esta altura, você deve estar se perguntando: “por que os amplificadores com FETs não substituíram 100% os valvulados?”.

Apesar de apresentarem praticamente todas as características de uma válvula, o transistor FET, quando utilizado nas topologias de amplificadores de áudio, não possui a característica de saturação que as válvulas, por natureza, apresentam.

Assim, nos transistores FET, durante a saturação no amplificador, são gerados harmônicos de todas as ordens (pares e impares) e nas válvulas somente os harmônicos pares, resultando uma distorção agradável e muito bem vinda para os guitarristas.

Outro fator que influencia em muito o resultado final é o transformador de saída utilizado nos valvulados, que se bem construído, acaba gerando timbres muito agradáveis durante a saturação.

Concluindo, podemos dizer que os amplificadores com FETs na saída e no pré tornaram-se uma excelente opção de custo para aqueles que não podem, em um primeiro momento, adquirir amplificadores totalmente valvulados, se assim o desejarem e gostarem.

Deixe-me saber se concordam ou não com meus pontos de vista, porque só a discussão sadia de várias opiniões é que nos fará evoluir como profissionais.