Bateriový trubkový zesilovač: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Trubkové zesilovače milují kytaristé kvůli příjemnému zkreslení, které produkují.

Myšlenkou těchto instrunctables je postavit lampový zesilovač s nízkým výkonem, který lze také nosit a hrát na cestách. Ve věku bluetooth reproduktorů je na čase postavit přenosné lampové zesilovače napájené bateriemi.

Krok 1: Vyberte zkumavky, transformátory, baterie a napájecí zdroj vysokého napětí

Trubky

Protože spotřeba energie v elektronkových zesilovačích je obrovským problémem, může výběr správné elektronky ušetřit spoustu energie a prodloužit hodiny hraní mezi dobíjením. Před nějakou dobou existovaly baterie napájené bateriemi, které poháněly malé vysílačky až po letadla. Jejich velkou výhodou byl nižší požadovaný proud vlákna. Obrázek ukazuje srovnání mezi třemi bateriemi napájenými elektronkami, 5672, 1j24b, 1j29b a miniaturní elektronkou používanou v kytarových předzesilovačích, EF86

Vybrané trubky jsou:

Předzesilovač a PI: 1J24B (proud vlákna 13 mA při 1,2 V, napětí 120 V max. Na desce, ruské výroby, levné)

Napájení: 1J29B (32 mA proud vlákna při 2,4 V, 150 V max. Napětí na desce, ruské výroby, levné)

Výstupní transformátor

Pro takové nižší nastavení výkonu lze použít levnější transformátor. Některé experimenty s linkovými transformátory ukázaly, že jsou docela dobré pro menší zesilovače, kde spodní konec není prioritou. Kvůli nedostatku vzduchové mezery funguje transformátor lépe v push-pull. To také vyžaduje více klepnutí.

100V linkový transformátor, 10W s různými odbočkami

(0-10W-5W-2,5W-1,25W-0,625W a na sekundárních 4, 8 a 16 ohmů)

Naštěstí transformátor, který jsem dostal, měl také specifikovaný počet závitů na vinutí, jinak by byla nutná určitá matematika k identifikaci odpovídajících odboček a nejvyšší dostupné impedance. transformátor měl následující počet otáček při každém kohoutku (počínaje zleva):

725-1025-1425-2025-2925 na primární a 48-66-96 zapíná sekundární.

Zde je možné vidět, že 2,5W kohoutek je téměř uprostřed, s 1425 otáčkami na jedné straně a 1500 na druhé. Tento malý rozdíl by mohl být problém v některých větších zesilovačích, ale zde to bude jen přispívat ke zkreslení. Nyní můžeme použít odbočky 0 a 0,625 W pro anody, abychom získali nejvyšší dostupnou impedanci.

Poměr primárních a sekundárních závitů se používá k odhadu primární impedance jako:

2925/48 = 61, s 8 ohmovým reproduktorem to dává 61^2 *8 = 29768 nebo přibližně. 29.7k anoda-anoda

2925/66 = 44, s 8 ohmovým reproduktorem to dává 44^2 *8 = 15488 nebo přibližně. 15,5k anoda-anoda

2925/96 = 30, s 8 ohmovým reproduktorem to dává ^2 *8 = 7200 nebo přibližně. 7,2k anoda-anoda

Protože to hodláme spustit ve třídě AB, impedance, kterou trubice skutečně vidí, je pouze 1/4 vypočtené hodnoty.

Napájení vysokého napětí

I tyto malé elektronky také vyžadují vyšší napětí na deskách. Namísto použití několika baterií v sérii nebo použití těch velkých starých 45V baterií jsem použil menší spínaný napájecí zdroj (SMPS) založený na čipu MAX1771. S tímto SMPS jsem schopen bez problémů znásobit napětí přicházející z baterií na hodnoty až 110 V.

Baterie

Vybrané baterie pro tento projekt jsou Li-Ion baterie, které lze snadno získat v balení 186850. Existuje pro ně online několik desek nabíječek. Jednou důležitou poznámkou je nákup pouze známých dobrých baterií od důvěryhodných prodejců, aby se předešlo zbytečným nehodám.

Nyní, když jsou části zhruba definovány, je čas začít pracovat na obvodu.

Krok 2: Práce na obvodu

Vlákna

K napájení trubkových vláken byla zvolena sériová konfigurace. Existují určité potíže, o kterých je třeba diskutovat.

• Protože předzesilovač a výkonové trubice mají různé vláknové proudy, byly do série s některými vlákny přidány odpory, které obcházejí část proudu.
• Během používání napětí baterie klesá. Každá baterie má při plném nabití původně 4,2 V. Rychle se vybíjejí na nominální hodnotu 3,7V, kde pomalu klesají na 3V, kdy je nutné jej dobít.
• Trubice mají přímé vyhřívané katody, což znamená, že deskový proud protéká vláknem a negativní strana vlákna odpovídá katodovému napětí

Filamentové schéma s napětím vypadá takto:

baterie (+) (8,4 V až 6 V) -> 1 J29b (6 V) -> 1J29b // 300 ohmů (3,6 V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohmů (2,4 V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ohmů (1,2 V) -> 22 ohmů -> Baterie (-) (GND)

kde // představuje v paralelní konfiguraci a -> v sérii.

Rezistory obcházejí nadbytečný proud vláken a anodový proud protékající v každé fázi. Pro správnou předpověď anodového proudu je nutné nakreslit zatěžovací čáru stupně a zvolit provozní bod.

Odhad provozního bodu pro výkonové elektronky

Tyto elektronky jsou dodávány se základním datovým listem, kde jsou křivky vykresleny pro napětí mřížky obrazovky 45 V. Protože jsem měl zájem o nejvyšší výkon, kterého jsem mohl dosáhnout, rozhodl jsem se napájet výkonové trubice na 110 V (při plném nabití), hodně nad 45 V. Abych překonal nedostatek použitelného datového listu, pokusil jsem se implementovat model koření pro elektronky pomocí paint_kip a později zvýšit napětí mřížky obrazovky a zjistit, co se stane. Paint_kip je pěkný software, ale k nalezení správných hodnot vyžaduje určité dovednosti. S pentody se také zvyšuje úroveň obtížnosti. Protože jsem chtěl jen hrubý odhad, netrávil jsem moc času hledáním přesné konfigurace. Testovací zařízení bylo postaveno pro testování různých konfigurací.

Impedance OT: 29k deska na desku nebo přibližně 7k pro provoz třídy AB.

Vysoké napětí: 110V

Po několika výpočtech a testování bylo možné definovat předpětí sítě. Aby se dosáhlo zvoleného předpětí mřížky, je odpor proti úniku mřížky připojen k uzlu vlákna, kde je rozdíl mezi napětím uzlu a zápornou stranou vlákna. Například první 1J29b je na napětí B+ 6V. Připojením rezistoru proti úniku mřížky k uzlu mezi stupni 1J24b je při 2,4 V výsledné síťové napětí -3,6 V vzhledem k vedení GND, což je stejná hodnota, jaká je vidět na negativní straně vlákna druhého 1J29b. Rezistor úniku mřížky druhého 1J29b tedy může jít na zem, jako by to normálně bylo v jiných provedeních.

Fázový měnič

Jak je vidět na schématu, byl implementován parafázový fázový měnič. V tomto případě má jedna z elektronek jednotkový zisk a invertuje signál pro jeden z koncových stupňů. Druhý stupeň funguje jako normální stupeň zisku. Část zkreslení vytvořeného v obvodu pochází z fázového měniče, který ztrácí rovnováhu a pohání jednu silovou trubici tvrději než druhou. Dělič napětí mezi stupni byl zvolen tak, aby k tomu došlo pouze na posledních 45 stupních hlavního objemu. Rezistory byly testovány, zatímco obvod byl monitorován osciloskopem, kde bylo možné oba signály porovnávat.

Fáze předzesilovače

Poslední dvě elektronky 1J24b se skládají z obvodu předzesilovače. Oba mají stejný pracovní bod, protože vlákna jsou paralelní. Rezistor 22 ohmů mezi vláknem a zemí zvyšuje napětí na negativní straně vlákna, což vytváří malé záporné předpětí. Místo výběru deskového odporu a výpočtu bodu předpětí a nezbytného katodového napětí a odporu zde byl deskový odpor upraven podle požadovaného zisku a předpětí.

Když je obvod vypočítán a testován, je na čase pro něj vyrobit desku plošných spojů. Pro schéma a desku plošných spojů jsem použil Eagle Cad. Mají bezplatnou verzi, kde lze použít až 2 vrstvy. Jelikož jsem se chystal desku vyleptat sám, nemá smysl používat více než 2 vrstvy. Pro návrh DPS bylo nejprve nutné vytvořit také šablonu pro elektronky. Po několika měřeních jsem identifikoval správnou vzdálenost mezi kolíky a anodovým kolíkem v horní části trubice. Když je rozložení připraveno, je čas začít se skutečnou stavbou!

Krok 3: Pájení a testování obvodů

SMPS

Nejprve pájejte všechny součásti spínaného napájecího zdroje. Aby fungoval správně, jsou nutné správné součásti.

• Nízký odpor, vysoké napětí Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohmů)
• Nízká ESR, induktor vysokého proudu (220uH, 3A)
• Nízký ESR, vysokonapěťový rezervoárový kondenzátor (10uF až 4,7uF, 350V)
• 0,1 ohm 1W odpor
• Ultrarychlá vysokonapěťová dioda (UF4004 pro 50ns a 400V, nebo cokoli rychlejšího pro> 200V)

Protože používám čip MAX1771 při nižším napětí (8,4 V až 6 V), musel jsem zvýšit induktor na 220 uH. Jinak by napětí při zatížení kleslo. Když je SMPS připraven, otestoval jsem výstupní napětí multimetrem a upravil jej na 110V. Při zatížení trochu klesne a je nutné provést nové seřízení.

Trubkový obvod

Začal jsem pájet propojky a součástky. Zde je důležité zkontrolovat, zda se propojky nedotýkají žádných komponentních nohou. Trubice byly pájeny na bedněné straně po všech ostatních součástech. Se vším pájeným jsem mohl přidat SMPS a otestovat obvod. Poprvé jsem také zkontroloval napětí na deskách a obrazovkách elektronek, abych se ujistil, že je vše v pořádku.

Nabíječka

Obvod nabíječky jsem koupil na ebay. Je založen na čipu TP4056. Pomocí DPDT jsem přepínal mezi sériovou a paralelní konfigurací baterií a připojením k nabíječce nebo k desce s obvody (viz obrázek).

Krok 4: Ohrada, gril a čelní deska a dokončení

Krabice

K zabalení tohoto zesilovače jsem se rozhodl použít starší dřevěnou krabici. Jakákoli dřevěná krabice by fungovala, ale v mém případě jsem měl opravdu dobrý z ampérmetru. Ampermetr nefungoval, takže jsem mohl alespoň zachránit krabici a postavit do ní něco živého. Reproduktor byl upevněn na boku kovovou mřížkou, která umožňovala vychladnutí ampérmetru během používání.

Trubkový gril

Deska plošných spojů s trubičkami byla upevněna na opačné straně reproduktoru, kde vyvrtám otvor, aby byly trubky viditelné zvenčí. Na ochranu trubek jsem vytvořil malý gril s hliníkovým plechem. Udělal jsem nějaké hrubé značky a vyvrtal menší otvory. Všechny nedokonalosti byly opraveny během fáze broušení. Abych dosáhl dobrého kontrastu k čelní desce, nakonec jsem ji natřel černou barvou.

Čelní deska, broušení, přenos toneru, leptání a opět broušení

Čelní deska byla provedena podobně jako PCB. Než jsem začal, obrousil jsem hliníkový plech, aby měl hrubší povrch pro toner. 400 je v tomto případě dostatečně hrubý. Pokud chcete, můžete jít až na 1200, ale je to hodně pískování a po leptání toho bude ještě víc, takže jsem to přeskočil. Tím se také odstraní veškerá povrchová úprava, kterou měl list dříve.

Zrcadlovou čelní desku jsem vytiskl tonerovou tiskárnou na lesklý papír. Později jsem kresbu přenesl pomocí normální žehličky. V závislosti na žehličce existují různá optimální nastavení teploty. V mém případě je to druhé nastavení, těsně před max. teplota. Přenáším to během 10 min. přibližně, dokud papír nezačne žloutnout. Počkal jsem, až vychladne, a zadní stranu plechu jsem chránil lakem na nehty.

Existuje možnost pouhého postřiku tonerem. To také dává dobré výsledky, pokud můžete odstranit veškerý papír. K odstranění papíru používám vodu a ručníky. Jen dávejte pozor, abyste toner nevyndali! Protože zde byl design obrácený, musel jsem čelní desku vyleptat. V leptání je křivka učení a někdy jsou vaše řešení silnější nebo slabší, ale obecně, když se lept zdá dostatečně hluboký, je čas s tím přestat. Po vyleptání jsem jej obrousil od 200 do 1 200. Normálně začínám na 100, pokud je kov ve špatném stavu, ale tento byl potřeba a byl již v dobrém stavu. Změnil jsem zrno brusného papíru z 200 na 400, 400 až 600 a 600 na 1200. Poté jsem to natřel černou barvou, jeden den počkal a znovu obrousil zrnem 1200, jen abych odstranil přebytečnou barvu. Nyní jsem vyvrtal otvory pro potenciometry. Na dokončení jsem použil čirý lak.

Dokončovací úpravy

Po umístění čelní desky ze strany reproduktoru byly všechny baterie a součásti přišroubovány k dřevěné krabici. Abych našel nejlepší polohu SMPS, zapnul jsem ji a ověřil, kde bude zvukový obvod méně ovlivněn. Vzhledem k tomu, že deska zvukových obvodů je mnohem menší než krabice, dostatečné rozestupy a správná orientace stačily na to, aby byl šum EMI neslyšitelný. Poté byla přišroubována ozvučnice reproduktoru a zesilovač byl připraven ke hře.

Některé úvahy

Blízko konce baterií je znatelný pokles hlasitosti, než jsem to neslyšel, ale můj multimetr ukázal, že vysoké napětí se snížilo ze 110 V na 85 V. S baterií klesá i pokles napětí ohřívačů. Naštěstí 1J29b funguje bez problémů, dokud vlákno nedosáhne 1,5 V (s nastavením 2,4 V 32 mA). Totéž platí pro 1J24b, kde se pokles napětí snížil na 0,9 V, když byla baterie téměř vybitá. Pokud je pro vás úbytek napětí problém, existuje možnost použít další čip MAX k převodu na stabilní napětí 3,3V. Nechtěl jsem to použít, protože by to byl další SMPS v tomto obvodu, který by mohl zavést nějaké další zdroje hluku.

Vzhledem k výdrži baterie jsem mohl hrát celý týden, než jsem ji musel znovu dobít, ale hraji pouze 1 až 2 hodiny denně.