Amplificator de tub alimentat cu baterie: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Amplificatoarele de tuburi sunt iubite de chitaristi datorita distorsiunii placute pe care le produc.

Ideea din spatele acestui instrument funcțional este de a construi un amplificator cu tuburi cu putere redusă, care să poată fi transportat și pentru a juca din mers. Pe vremea difuzoarelor bluetooth, este timpul să construim niște amplificatoare tubulare portabile, alimentate cu baterii.

Pasul 1: Selectați tuburile, transformatoarele, bateriile și sursa de înaltă tensiune

Tuburi

Deoarece consumul de energie în amplificatoarele de tuburi este o problemă uriașă, alegerea tubului potrivit poate economisi multă energie și poate crește orele de joc între reîncărcări. Cu mult timp în urmă, existau tuburi alimentate de la baterii, care alimentau de la radiouri mici la avioane. Marele lor avantaj era curentul de filament mai mic necesar. Imaginea prezintă o comparație între trei tuburi alimentate cu baterii, 5672, 1j24b, 1j29b și un tub miniatural utilizat în preamplificatoarele de chitară, EF86

Tuburile alese sunt:

Preamp și PI: 1J24B (curent filament de 13 mA la 1,2 V, 120 V tensiune maximă a plăcii, fabricat în Rusia, ieftin)

Putere: 1J29B (curent filament de 32 mA la 2.4V, tensiune maximă 150V a plăcii, fabricat în Rusia, ieftin)

Transformator de ieșire

Pentru astfel de setări de putere mai mică poate fi utilizat un transformator mai ieftin. Unele experimente cu transformatoare de linie au arătat că sunt destul de bune pentru amplificatoare mai mici, unde capătul inferior nu este o prioritate. Datorită lipsei unui gol de aer, transformatorul funcționează mai bine la push-pull. Acest lucru necesită, de asemenea, mai multe atingeri.

Transformator de linie 100V, 10W cu diferite robinete

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W și pe secundare de 4, 8 și 16 ohmi)

. Din fericire, transformatorul pe care l-am primit a avut și numărul de ture specificate pe înfășurare specificat, altfel ar fi necesare câteva calcule pentru a identifica robinetele adecvate și cea mai mare impedanță disponibilă. transformatorul a avut următorul număr de spire la fiecare atingere (începând de la stânga):

725-1025-1425-2025-2925 pe primar și 48-66-96 pornește pe secundar.

Aici este posibil să vedeți că robinetul de 2,5 W este aproape în mijloc, cu 1425 de ture pe o parte și 1500 pe cealaltă. Această mică diferență ar putea fi o problemă în unele amplificatoare mai mari, dar aici se va adăuga la distorsiune. Acum putem folosi robinetele de 0 și 0,625W pentru anode pentru a obține cea mai mare impedanță disponibilă.

Raportul primar la secundar se utilizează pentru a estima impedanța primară ca:

2925/48 = 61, cu un difuzor de 8 ohmi acest lucru dă 61 ^ 2 * 8 = 29768 sau aprox. 29,7k anod-la-anod

2925/66 = 44, cu un difuzor de 8 ohmi acest lucru dă 44 ^ 2 * 8 = 15488 sau aprox. 15,5k anod-la-anod

2925/96 = 30, cu un difuzor de 8 ohmi acest lucru dă ^ 2 * 8 = 7200 sau aprox. 7.2k anod-la-anod

Deoarece intenționăm să rulăm acest lucru în clasa AB, impedanța că tubul este de fapt văzut este doar 1/4 din valoarea calculată.

Alimentare de înaltă tensiune

Chiar și aceste tuburi mici necesită, de asemenea, tensiuni mai mari la plăci. În loc să folosesc mai multe baterii în serie sau să folosesc acele baterii imense vechi de 45V, am folosit o sursă de alimentare cu comutare mai mică (SMPS), bazată în jurul cipului MAX1771. Cu acest SMPS pot înmulți fără probleme tensiunea care vine de la baterii la valori de până la 110V.

Baterii

Bateriile alese pentru acest proiect sunt baterii Li-Ion, ușor de obținut în pachetul 186850. Există mai multe plăci de încărcare disponibile online pentru acestea. O notă importantă este să cumpărați numai baterii bune cunoscute, de la vânzători de încredere, pentru a evita accidentele inutile.

Acum, când piesele sunt definite aproximativ, este timpul să începeți să lucrați la circuit.

Pasul 2: Lucrul la un circuit

Filamente

Pentru a alimenta filamentele tuburilor s-a ales o configurație de serie. Există unele dificultăți care trebuie discutate.

• Deoarece preamplificatorul și tuburile de putere au curenți de filament diferiți, s-au adăugat rezistențe în serie cu unele filamente pentru a ocoli o parte din curent.
• Tensiunea bateriei scade în timpul utilizării. Fiecare baterie are inițial 4.2V când este complet încărcată. Se descarc rapid la valoarea nominală de 3,7 V, unde scad încet la 3 V, când trebuie reîncărcat.
• Tuburile au catozi direct încălziți, ceea ce înseamnă că curentul plăcii curge prin filament, iar partea negativă a filamentului corespunde tensiunii catodului

Schema filamentelor cu tensiuni arată astfel:

baterie (+) (8.4V la 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3.6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohmi (2.4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ohmi (1,2V) -> 22 ohmi -> Baterie (-) (GND)

unde // reprezintă în configurație paralelă și -> în serie.

Rezistențele ocolesc curentul suplimentar al filamentelor și curentul anodic care curge în fiecare etapă. Pentru a prezice corect curentul anodic este necesar să trasați linia de încărcare a scenei și să alegeți un punct de operație.

Estimarea unui punct de funcționare pentru tuburile de putere

Aceste tuburi vin cu o foaie de date de bază, unde curbele sunt reprezentate pentru o tensiune a rețelei de ecran de 45V. De vreme ce eram interesat de cea mai mare ieșire pe care o puteam obține, am decis să rulez tuburile de putere la 110V (când sunt complet încărcate), mult peste 45V. Pentru a depăși lipsa unei fișe tehnice utilizabile, am încercat să implementez un model de condimente pentru tuburi folosind paint_kip și, mai târziu, să cresc tensiunea rețelei ecranului și să văd ce se întâmplă. Paint_kip este un software frumos, dar necesită o anumită abilitate pentru a găsi valorile corecte. Cu pentodele, nivelul de dificultate crește, de asemenea. Din moment ce am vrut doar o estimare aproximativă, nu am petrecut mult timp căutând cnfigurarea exactă. Dispozitivul de testare a fost construit pentru a testa diferitele configurații.

Impedanță OT: 29k placă-placă sau aprox. 7k pentru funcționarea clasei AB.

Tensiune înaltă: 110V

După unele calcule și testare, ar putea fi definită tensiunea de polarizare a rețelei. Pentru a obține polarizarea aleasă a rețelei, rezistorul de scurgere a rețelei este conectat la un nod de filament în care diferența dintre tensiunea nodului și partea negativă a filamentului. De exemplu, primul 1J29b este la tensiunea B + de 6V. Prin conectarea rezistorului de scurgere a rețelei la nod între etapele 1J24b, la 2.4V tensiunea rețelei rezultată este de -3.6V în raport cu linia GND, care este aceeași valoare observată pe partea negativă a filamentului celui de-al doilea 1J29b. Deci, rezistența la scurgere a rețelei celui de-al doilea 1J29b poate ajunge la sol, așa cum ar fi în mod normal în alte modele.

Invertorul de fază

După cum se vede în schemă, a fost implementat un invertor de fază parafazică. În acest caz, unul dintre tuburi are un câștig de unitate și inversează semnalul pentru una dintre etapele de ieșire. Cealaltă etapă acționează ca o etapă normală de câștig. O parte din distorsiunea creată în circuit vine de la pierderea echilibrului invertorului de fază și de la acționarea unui tub de putere mai greu decât celălalt. Divizorul de tensiune dintre etape a fost ales astfel încât acest lucru să aibă loc numai la ultimele 45 de grade ale volumului master. Rezistențele au fost testate în timp ce circuitul a fost monitorizat cu un osciloscop, unde ambele semnale puteau fi comparate.

Etapa preamplificatorului

Ultimele două tuburi 1J24b constau din circuitul de preamplificator. Ambele au același punct de funcționare, deoarece filamentele sunt în paralel. Rezistența de 22 ohmi dintre filament și masă ridică tensiunea la partea negativă a filamentului, dând o mică polarizare negativă. În loc să alegeți un rezistor de placă și să calculați punctul de polarizare și tensiunea și rezistorul catodului necesar, aici rezistorul de placă a fost adaptat în funcție de câștigul și polarizarea dorite.

Cu circuitul calculat și testat, este timpul să faceți un PCB pentru acesta. Pentru schematică și PCB am folosit Eagle Cad. Au o versiune gratuită în care se pot utiliza până la 2 straturi. Întrucât intenționam să gravez tabloul, nu are sens să folosesc mai mult de 2 straturi. Pentru proiectarea PCB-ului a fost mai întâi necesar să se creeze și un șablon pentru tuburi. După câteva măsurători, am putut identifica distanța corectă între știfturi și știftul anodic din partea superioară a tubului. Cu aspectul gata, este timpul să începeți construirea reală!

Pasul 3: lipirea și testarea circuitelor

SMPS

Mai întâi lipiți toate componentele sursei de alimentare în modul comutat. Pentru ca acesta să funcționeze corect sunt necesare componentele potrivite.

• Rezistență redusă, Mosfet de înaltă tensiune (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohmi)
• ESR redus, inductor de curent mare (220uH, 3A)
• ESR scăzut, condensator de rezervor de înaltă tensiune (10uF la 4.7uF, 350V)
• Rezistor de 0,1 ohmi 1W
• Diodă de înaltă tensiune ultrarapidă (UF4004 pentru 50ns și 400V, sau ceva mai rapid pentru> 200V)

Deoarece folosesc cipul MAX1771 la o tensiune mai mică (8,4V până la 6V) a trebuit să măresc inductorul la 220uH. În caz contrar, tensiunea ar scădea sub sarcină. Când SMPS este gata, am testat tensiunea de ieșire cu un multimetru și l-am reglat la 110V. Sub încărcare va scădea puțin și este necesară o reajustare.

Circuitul tubului

Am început să lipesc jumperii și componentele. Aici este important să verificați dacă jumperii nu ating picioarele componente. Tuburile au fost lipite pe partea de cooperare după toate celelalte componente. Cu tot ceea ce am lipit, aș putea adăuga SMPS și a testa circuitul. Pentru prima dată am verificat și tensiunea la plăcile și ecranele tuburilor, doar ca să fiu sigur că totul este în regulă.

Încărcător

Circuitul încărcătorului l-am cumpărat pe eBay. Se bazează pe cipul TP4056. Am folosit un DPDT pentru a comuta între o configurație serie și paralelă a bateriilor și o conexiune la încărcător sau la placa de circuit (vezi figura).

Pasul 4: Carcasă, grătar și față și finisare

Cutia

Pentru a boxa acest amplificator aleg să folosesc o cutie mai veche din lemn. Orice cutie din lemn ar funcționa, dar în cazul meu am avut una foarte bună dintr-un ampermetru. Amperometrul nu funcționa, așa că am putut cel puțin să salvez cutia și să construiesc ceva niveț în interiorul ei. Difuzorul a fost fixat lateral cu grătarul metalic care permite ampermetrului să se răcească în timpul utilizării.

Grătarul cu tuburi

PCB-ul cu tuburile a fost fixat pe partea opusă a difuzorului, unde practic o gaură, astfel încât tuburile să fie vizibile din exterior. Pentru a proteja tuburile am făcut un mic grătar cu o foaie de aluminiu. Am făcut niște urme aspre și am făcut găuri mai mici. Toate imperfecțiunile au fost corectate în timpul fazei de șlefuire. Pentru a oferi un contrast bun fațetei am ajuns să o vopsesc în negru.

Faceplate, șlefuire, transfer de toner, gravare și șlefuire din nou

Placa frontală a fost realizată în mod similar cu PCB. Înainte de a începe, am șlefuit foaia de aluminiu pentru a avea o suprafață mai rugoasă pentru toner. 400 este destul de dur în acest caz. Dacă doriți, puteți merge până la 1200, dar este foarte mult șlefuire și după gravură vor fi și mai multe, așa că am omis asta. Aceasta elimină, de asemenea, orice finisaj pe care foaia îl avea anterior.

Am imprimat placa frontală oglindită cu o imprimantă de toner pe o hârtie lucioasă. Mai târziu am transferat desenul folosind un fier de călcat normal. În funcție de fier, există diferite setări optime de temperatură. În cazul meu, este a doua setare, chiar înainte de valoarea max. temperatura. Îl transfer timp de 10 minute. aprox., până când hârtia începe să devină gălbuie. Am așteptat să se răcească și am protejat partea din spate a plăcii cu ojă.

Există posibilitatea de a pulveriza doar tonerul. De asemenea, oferă rezultate bune dacă puteți scoate toată hârtia. Folosesc apă și prosoape pentru a îndepărta hârtia. Aveți grijă să nu scoateți tonerul! Deoarece designul de aici a fost inversat, a trebuit să gravez fața. Există o curbă de învățare în gravare și, uneori, soluțiile dvs. sunt mai puternice sau mai slabe, dar, în general, atunci când gravura pare suficient de profundă, este timpul să vă opriți. După gravare am șlefuit-o începând cu 200 și ajungând până la 1200. În mod normal încep cu 100 dacă metalul este în stare proastă, dar acesta era nevoie și era deja în formă bună. Schimb bobul de șmirghel de la 200 la 400, 400 la 600 și 600 la 1200. După aceea l-am vopsit în negru, am așteptat într-o zi și am șlefuit din nou cu bobul de 1200, doar pentru a îndepărta vopseaua excesivă. Acum am forat găurile pentru potențiometre. Pentru a-l termina am folosit un strat transparent.

Finisaje

Bateriile și piesele au fost înșurubate la cutia de lemn după poziționarea plăcii frontale, din partea difuzorului. Pentru a găsi cea mai bună poziție SMPS, am pornit-o și am verificat unde ar fi mai puțin afectat circuitul audio. Deoarece placa audio este mult mai mică decât cutia, distanța adecvată și orientarea corectă au fost suficiente pentru a face zgomotul EMI inaudibil. Difuzorul difuzorului a fost apoi înșurubat în poziție și amplificatorul a fost gata de redare.

Câteva considerații

Aproape de capătul bateriilor există o scădere notabilă a volumului, înainte să nu-l aud, dar multimetrul meu a arătat că tensiunea ridicată a scăzut de la 110V la 85V. Scăderea tensiunii încălzitoarelor scade, de asemenea, odată cu bateria. Din fericire, 1J29b funcționează fără probleme până când filamentul ajunge la 1,5 V (cu setarea de 2,4 V 32 mA). Același lucru este valabil și pentru 1J24b, unde căderea de tensiune s-a redus la 0,9V când bateria era aproape descărcată. Dacă căderea de tensiune este o problemă pentru dvs., există posibilitatea de a utiliza un alt cip MAX pentru a converti la o tensiune stabilă de 3,3V. Nu am vrut să-l folosesc, deoarece ar fi un alt SMPS în acest circuit, care ar putea introduce câteva surse de zgomot suplimentare.

Având în vedere durata de viață a bateriei, aș putea juca o săptămână întreagă înainte să trebuiască să o reîncărc din nou, dar joc doar 1 - 2 ore pe zi.