Batériový trubičkový zosilňovač: 4 kroky (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

Trubkové zosilňovače milujú gitaristi kvôli príjemnému skresleniu, ktoré produkujú.

Myšlienkou týchto nestraktovateľných je postaviť elektrónkový zosilňovač s nízkym výkonom, ktorý je možné nosiť aj pri hraní na cestách. V dobe bluetooth reproduktorov je načase postaviť niekoľko prenosných zosilňovačov napájaných batériami.

Krok 1: Vyberte trubice, transformátory, batérie a zdroj vysokého napätia

Rúry

Pretože spotreba energie v elektrónkových zosilňovačoch je obrovským problémom, výber správnej elektrónky môže ušetriť veľa energie a predĺžiť hodiny prehrávania medzi nabíjaniami. Pred nejakým časom tu boli elektrónky napájané batériami, ktoré napájali malé rádiá až po lietadlá. Ich veľkou výhodou bol nižší požadovaný prúd vlákna. Na obrázku je porovnanie troch elektrónok napájaných batériami, 5672, 1j24b, 1j29b a miniatúrnej trubice používanej v gitarových predzosilňovačoch, EF86

Vybrané rúrky sú:

Predzosilňovač a PI: 1J24B (prúd vlákna 13 mA pri 1,2 V, napätie 120 V max. Platne, ruské, lacné)

Napájanie: 1J29B (vláknový prúd 32 mA pri 2,4 V, napätie 150 V max. Platne, vyrobené v Rusku, lacné)

Výstupný transformátor

Na také nižšie nastavenia výkonu je možné použiť lacnejší transformátor. Niektoré experimenty s líniovými transformátormi ukázali, že sú celkom dobré pre menšie zosilňovače, kde spodný koniec nie je prioritou. Z dôvodu nedostatku vzduchovej medzery funguje transformátor lepšie v režime push-pull. To tiež vyžaduje viac kohútikov.

100V linkový transformátor, 10W s rôznymi odbočkami

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

Našťastie transformátor, ktorý som dostal, mal tiež špecifikovaný počet závitov na jedno vinutie, inak by bola potrebná matematika na identifikáciu adekvátnych odbočiek a najvyššej dostupnej impedancie. transformátor mal pri každom kohútiku (začínajúc zľava) nasledujúci počet závitov:

725-1025-1425-2025-2925 na primárnom a 48-66-96 zapína na sekundárnom.

Tu je možné vidieť, že 2,5W kohútik je takmer v strede, s 1425 otáčkami na jednej strane a 1500 na druhej. Tento malý rozdiel by mohol byť problémom v niektorých väčších zosilňovačoch, ale tu to bude len prispievať k skresleniu. Teraz môžeme použiť anódy 0 a 0,625 W pre anódy na získanie najvyššej dostupnej impedancie.

Pomer primárnych a sekundárnych závitov sa používa na odhad primárnej impedancie ako:

2925/48 = 61, s 8 ohmovým reproduktorom to dáva 61^2 *8 = 29768 alebo približne. 29.7k anóda-anóda

2925/66 = 44, s 8 ohmovým reproduktorom to dáva 44^2 *8 = 15488 alebo približne. 15,5 k anódy k anóde

2925/96 = 30, s 8 ohmovým reproduktorom to dáva ^2 *8 = 7200 alebo približne. 7,2k anóda-anóda

Pretože to plánujeme prevádzkovať v triede AB, impedancia, ktorú trubica skutočne vidí, je iba 1/4 vypočítanej hodnoty.

Napájanie vysokým napätím

Aj tieto malé trubice vyžadujú na doskách vyššie napätie. Namiesto použitia niekoľkých batérií v sérii alebo použitia týchto veľkých starých 45V batérií som použil menší spínaný zdroj (SMPS) založený na čipe MAX1771. S týmto SMPS som schopný bez problémov znásobiť napätie prichádzajúce z batérií na hodnoty až 110 V.

Batérie

Vybrané batérie pre tento projekt sú Li-Ion batérie, ktoré je možné ľahko získať v balení 186850. Na tieto účely je na internete k dispozícii niekoľko nabíjacích dosiek. Jednou dôležitou poznámkou je nákup iba známych dobrých batérií od dôveryhodných predajcov, aby ste predišli zbytočným nehodám.

Teraz, keď sú časti zhruba definované, je čas začať pracovať na obvode.

Krok 2: Práca na obvode

Vlákna

Na napájanie vlákien rúrok bola zvolená sériová konfigurácia. Existujú určité ťažkosti, o ktorých je potrebné diskutovať.

• Pretože predzosilňovač a výkonové trubice majú rôzne vláknové prúdy, rezistory boli pridané do série s niektorými vláknami, aby sa obišla časť prúdu.
• Počas používania napätie batérie klesá. Každá batéria má na začiatku 4,2 V, keď je úplne nabitá. Rýchlo sa vybíjajú na nominálnu hodnotu 3,7V, kde pomaly klesajú na 3V, keď je potrebné ho dobiť.
• Rúrky majú priamo vyhrievané katódy, čo znamená, že doskový prúd preteká vláknom a negatívna strana vlákna zodpovedá katódovému napätiu

Filamentová schéma s napätím vyzerá takto:

batéria (+) (8,4 V až 6 V) -> 1 J29b (6 V) -> 1J29b // 300 ohmov (3,6 V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohmov (2,4 V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ohmov (1,2 V) -> 22 ohmov -> Batéria (-) (GND)

kde // predstavuje v paralelnej konfigurácii a -> v sérii.

Odpory obchádzajú dodatočný prúd vlákien a anódový prúd pretekajúci v každom stupni. Na správnu predpoveď anódového prúdu je potrebné nakresliť zaťažovaciu čiaru stupňa a zvoliť prevádzkový bod.

Odhad pracovného bodu pre výkonové elektrónky

Tieto skúmavky sú dodávané so základným listom, kde sú krivky vynesené pre napätie mriežky obrazovky 45V. Pretože som sa zaujímal o najvyšší výkon, aký som mohol dosiahnuť, rozhodol som sa prevádzkovať výkonové trubice na 110 V (pri plnom nabití), výrazne nad 45 V. Aby som prekonal nedostatok použiteľného technického listu, pokúsil som sa implementovať model korenia pre skúmavky pomocou programu paint_kip a neskôr zvýšiť napätie mriežky obrazovky a zistiť, čo sa stane. Paint_kip je príjemný softvér, ale na nájdenie správnych hodnôt potrebujete určité znalosti. S pentódami sa zvyšuje aj úroveň obtiažnosti. Keďže som chcel iba hrubý odhad, netrávil som veľa času hľadaním presnej konfigurácie. Testovacie zariadenie bolo postavené na testovanie rôznych konfigurácií.

Impedancia OT: 29 k platňa na dosku alebo približne. 7k pre prevádzku triedy AB.

Vysoké napätie: 110V

Po niekoľkých výpočtoch a testovaní bolo možné definovať predpätie siete. Na dosiahnutie zvoleného predpätia mriežky je odpor proti úniku siete spojený s uzlom vlákna, kde je rozdiel medzi napätím uzla a zápornou stranou vlákna. Napríklad prvý 1J29b je pri napätí B+ 6V. Pripojením rezistora na únik mriežky do uzla medzi stupňami 1J24b pri 2,4 V je výsledné napätie siete -3,6 V vzhľadom na linku GND, čo je rovnaká hodnota, aká je vidieť na negatívnej strane vlákna druhého 1J29b. Rezistor na únik mriežky druhého 1J29b teda môže ísť na zem, ako by to normálne bolo v iných prevedeniach.

Fázový menič

Ako je zrejmé zo schémy, bol implementovaný parafázový fázový menič. V tomto prípade má jedna z elektrónok jednotkový zisk a invertuje signál pre jeden z koncových stupňov. Druhá fáza funguje ako normálna fáza zosilnenia. Časť skreslenia vytvoreného v obvode pochádza z toho, že fázový menič stráca rovnováhu a poháňa jednu výkonovú trubicu ťažšie ako druhú. Delič napätia medzi stupňami bol zvolený tak, aby k tomu došlo iba pri posledných 45 stupňoch hlavného objemu. Rezistory boli testované a obvod bol monitorovaný osciloskopom, kde bolo možné oba signály porovnať.

Fáza predzosilňovača

Posledné dve elektrónky 1J24b pozostávajú z obvodu predzosilňovača. Oba majú rovnaký prevádzkový bod, pretože vlákna sú paralelné. Rezistor 22 ohmov medzi vláknom a zemou zvyšuje napätie na negatívnej strane vlákna, čo spôsobuje malé negatívne skreslenie. Namiesto výberu doskového odporu a výpočtu bodu predpätia a potrebného katódového napätia a odporu tu bol doskový odpor upravený podľa požadovaného zosilnenia a predpätia.

Keď je obvod vypočítaný a testovaný, je načase vyrobiť pre neho DPS. Na schému a PCB som použil Eagle Cad. Majú bezplatnú verziu, v ktorej je možné použiť až 2 vrstvy. Keďže som sa chystal leptať dosku sám, nemá zmysel používať viac ako 2 vrstvy. Na návrh DPS bolo najskôr potrebné vytvoriť aj šablónu pre rúrky. Po niekoľkých meraniach som dokázal identifikovať správnu vzdialenosť medzi kolíkmi a anódovým kolíkom v hornej časti trubice. Keď je rozloženie pripravené, je čas začať skutočnú stavbu!

Krok 3: Spájkovanie a testovanie obvodov

SMPS

Najprv spájkujte všetky súčasti napájania v spínanom režime. Na správnu funkciu sú potrebné správne súčiastky.

• Nízky odpor, vysoké napätie Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohmov)
• Nízka ESR, induktor vysokého prúdu (220uH, 3A)
• Nízky ESR, vysokonapäťový rezervoárový kondenzátor (10uF až 4,7uF, 350V)
• 0,1 ohm 1W odpor
• Ultrarýchla vysokonapäťová dióda (UF4004 pre 50ns a 400V alebo čokoľvek rýchlejšie pre> 200V)

Pretože používam čip MAX1771 pri nižšom napätí (8,4 V až 6 V), musel som zvýšiť induktor na 220 uH. V opačnom prípade by napätie pri záťaži kleslo. Keď je SMPS pripravený, vyskúšal som výstupné napätie pomocou multimetra a upravil ho na 110V. Pri zaťažení trochu klesne a je potrebné opätovné nastavenie.

Rúrkový obvod

Začal som spájkovať prepojky a súčiastky. Tu je dôležité skontrolovať, či sa prepojky nedotýkajú žiadnych komponentných nôh. Rúrky boli spájkované na bedrovej strane za všetkými ostatnými komponentmi. So všetkým spájkovaným som mohol pridať SMPS a otestovať obvod. Prvýkrát som tiež skontroloval napätie na doskách a obrazovkách elektrónok, aby som sa uistil, že je všetko v poriadku.

Nabíjačka

Obvod nabíjačky som kúpil na ebay. Je založený na čipe TP4056. Použil som DPDT na prepínanie medzi sériovou a paralelnou konfiguráciou batérií a pripojením k nabíjačke alebo k doske plošných spojov (pozri obrázok).

Krok 4: Ohrada, gril a predná doska a dokončenie

Box

Na zabalenie tohto zosilňovača som použil starší drevený box. Akákoľvek drevená krabica by fungovala, ale v mojom prípade som mal naozaj dobrú ampérmetr. Ampérmeter nefungoval, takže som mohol krabicu aspoň zachrániť a postaviť do nej niečo živé. Reproduktor bol upevnený na boku kovovou mriežkou, ktorá umožňovala vychladnutie ampérmetra počas používania.

Rúrkový gril

DPS s trubicami bola upevnená na opačnej strane reproduktora, kde vyvŕtam dieru, aby boli trubice viditeľné zvonku. Na ochranu rúrok som vyrobil malý gril s hliníkovým plechom. Urobil som hrubé značky a vyvŕtal menšie diery. Všetky nedokonalosti boli opravené vo fáze brúsenia. Aby bol čelný panel v dobrom kontraste, skončil som ho natretý na čierno.

Predná doska, brúsenie, prenos tonera, leptanie a opäť brúsenie

Čelná doska bola vyrobená podobne ako PCB. Predtým, ako som začal, som brúsil hliníkový plech, aby mal hrubší povrch pre toner. 400 je v tomto prípade dostatočne hrubý. Ak chcete, môžete ísť až do 1200, ale je to veľa brúsenia a po leptaní toho bude ešte viac, takže som to preskočil. Tým sa tiež odstráni akákoľvek povrchová úprava, ktorú mal list predtým.

Zrkadlovú čelnú dosku som vytlačil tonerovou tlačiarňou na lesklý papier. Neskôr som kresbu preniesol pomocou normálnej žehličky. V závislosti od žehličky existujú rôzne optimálne nastavenia teploty. V mojom prípade je to druhé nastavenie, tesne pred max. teplota. Prenášam to počas 10 min. približne, kým papier nezačne žltnúť. Počkal som, kým vychladne a zadnú stranu taniera som chránil lakom na nechty.

Je možné, že toner iba nastriekate. Poskytuje tiež dobré výsledky, ak môžete odstrániť všetok papier. Na odstránenie papiera používam vodu a uteráky. Dávajte si pozor, aby ste nevybrali toner! Pretože bol dizajn tu obrátený, musel som prednú dosku vyleptať. V leptaní je krivka učenia a niekedy sú vaše riešenia silnejšie alebo slabšie, ale vo všeobecnosti, keď sa lept zdá dostatočne hlboký, je načase prestať. Po leptaní som ho brúsil od 200 po 1 200. Normálne začínam so 100, ak je kov v zlom stave, ale tento bol potrebný a už bol v dobrom stave. Mením zrno brúsneho papiera z 200 na 400, 400 na 600 a 600 na 1200. Potom som ho natrel na čierno, jeden deň počkal a znova prebrúsil zrnom 1200, aby som odstránil prebytočný lak. Teraz som vyvŕtal otvory pre potenciometre. Na dokončenie som použil číry lak.

Dokončovacie dotyky

Batérie a diely boli po umiestnení predného panelu zo strany reproduktora priskrutkované k drevenej krabici. Aby som našiel najlepšiu polohu SMPS, zapol som ho a overil, kde bude zvukový obvod menej ovplyvnený. Pretože doska zvukových obvodov je oveľa menšia ako krabica, dostatočné rozstupy a správna orientácia stačili na to, aby bol šum EMI nepočuteľný. Ozvučnica reproduktora bola potom priskrutkovaná na miesto a zosilňovač bol pripravený hrať.

Niektoré úvahy

Blízko konca batérií je znateľný pokles hlasitosti, predtým som to už nepočul, ale môj multimetr ukázal, že vysoké napätie kleslo z 110 V na 85 V. Pokles napätia ohrievačov klesá aj s batériou. Našťastie 1J29b funguje bez problémov, kým vlákno nedosiahne 1,5 V (s nastavením 2,4 V 32 mA). To isté platí pre 1J24b, kde sa pokles napätia znížil na 0,9 V, keď bola batéria takmer vybitá. Ak by vám pokles napätia robil problém, existuje možnosť použitia ďalšieho čipu MAX na premenu na stabilné napätie 3,3V. Nechcel som to použiť, pretože by to bol ďalší SMPS v tomto obvode, ktorý by mohol zaviesť niekoľko ďalších zdrojov hluku.

Vzhľadom na výdrž batérie som mohol hrať celý týždeň, kým som ju musel znova nabiť, ale hrám iba 1 až 2 hodiny denne.