Тръбен усилвател с батерия: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Ламповите усилватели са обичани от китаристите поради приятното изкривяване, което произвеждат.

Идеята зад тези инструменти е да се изгради лампов усилвател с ниска мощност, който също може да се носи наоколо, за да играе в движение. Във времето на Bluetooth високоговорителите е време да се създадат преносими лампови усилватели, захранвани от батерии.

Стъпка 1: Изберете тръбите, трансформаторите, батериите и захранването с високо напрежение

Тръби

Тъй като консумацията на енергия в ламповите усилватели е огромен проблем, изборът на правилната лампа може да спести много енергия и да увеличи часовете на игра между презарежданията. Преди много време имаше тръби, захранвани от батерии, които се захранваха от малки радиостанции до самолети. Голямото им предимство беше необходимия по -нисък ток на нажежаема жичка. Снимката показва сравнение между три лампи с батерии, 5672, 1j24b, 1j29b и миниатюрна тръба, използвана в предусилвателите за китара, EF86

Избраните тръби са:

Предварително предусилвател и PI: 1J24B (13 mA ток на нажежаема жичка при 1.2V, максимално напрежение на плочата 120V, руско производство, евтино)

Мощност: 1J29B (32 mA ток на нажежаема жичка при 2.4V, 150V макс. Напрежение на плочата, руско производство, евтино)

Изходен трансформатор

За такива настройки с по -ниска мощност може да се използва по -евтин трансформатор. Някои експерименти с линейни трансформатори показаха, че те са доста добри за по -малки усилватели, където долният край не е приоритет. Поради липсата на въздушна междина трансформаторът работи по-добре при натискане. Това също изисква повече кранове.

100V линеен трансформатор, 10W с различни кранове

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W и на вторичните 4, 8 и 16 ома)

За щастие в трансформатора, който получих, също беше посочен броят на завъртанията на намотка, в противен случай щеше да е необходима малко математика, за да се идентифицират адекватните кранове и най -високият наличен импеданс. трансформаторът имаше следния брой завъртания при всеки кран (започвайки отляво):

725-1025-1425-2025-2925 на първичния и 48-66-96 включва на вторичния.

Тук е възможно да се види, че кранчето 2.5W е почти в средата, с 1425 завъртания от едната страна и 1500 от другата. Тази малка разлика може да е проблем при някои по -големи усилватели, но тук тя просто ще добави към изкривяването. Сега можем да използваме кранове 0 и 0,625 W за анодите, за да получим най -високия наличен импеданс.

Съотношението на първичните към вторичните завои се използва за оценка на първичния импеданс като:

2925/48 = 61, с 8 омов високоговорител това дава 61^2 *8 = 29768 или прибл. 29,7k анод към анод

2925/66 = 44, с 8 омов високоговорител това дава 44^2 *8 = 15488 или прибл. 15,5k анод към анод

2925/96 = 30, с 8 ома високоговорител това дава ^2 *8 = 7200 или прибл. 7.2k анод към анод

Тъй като възнамеряваме да изпълним това в клас AB, импедансът, който тръбата всъщност се вижда, е само 1/4 от изчислената стойност.

Захранване с високо напрежение

Дори тези малки тръби също изискват по -високи напрежения в плочите. Вместо да използвам няколко батерии последователно или да използвам тези огромни стари 45V батерии, използвах по -малък захранващ превключващ режим (SMPS), базиран на чипа MAX1771. С този SMPS мога да умножа напрежението, идващо от батериите, до стойности до 110V без никакви проблеми.

Батерии

Избраните батерии за този проект са Li-Ion батерии, които лесно се получават в пакета 186850. Има няколко налични зарядни табла онлайн за тях. Една важна забележка е да купувате само известни добри батерии от надеждни продавачи, за да избегнете ненужни инциденти.

Сега, когато частите са грубо определени, е време да започнете работа по веригата.

Стъпка 2: Работа по верига

Нишки

За захранване на тръбните нишки беше избрана серийна конфигурация. Има някои трудности, които трябва да бъдат обсъдени.

• Тъй като предусилвателят и захранващите тръби имат различни нажежаеми токове, резистори бяха добавени последователно с някои нишки, за да се заобиколи част от тока.
• Напрежението на батерията пада по време на употреба. Всяка батерия първоначално има 4.2V, когато е напълно заредена. Те бързо се разреждат до номиналната стойност от 3.7V, където бавно намаляват до 3V, когато трябва да се презареди.
• Тръбите имат директно нагрявани катоди, което означава, че токът на плочата протича през нишката, а отрицателната страна на нишката съответства на напрежението на катода

Схемата с нажежаема жичка с напрежение изглежда така:

батерия (+) (8.4V до 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3.6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ома (2.4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ома (1.2V) -> 22 ома -> Батерия (-) (GND)

където // представлява паралелна конфигурация и -> последователно.

Резисторите заобикалят допълнителния ток на нишките и анодния ток, протичащ на всеки етап. За правилно прогнозиране на анодния ток е необходимо да се начертае линията на натоварване на етапа и да се избере работна точка.

Изчисляване на работна точка за силовите тръби

Тези тръби се доставят с основен лист с данни, където кривите са начертани за напрежение на мрежата на екрана от 45V. Тъй като се интересувах от възможно най -високата мощност, реших да пусна захранващите тръби на 110V (при пълно зареждане), далеч над 45V. За да преодолея липсата на използваем лист с данни, опитах се да приложа модел на подправки за тръбите, използвайки paint_kip и по -късно увеличих напрежението на мрежата на екрана и вижте какво ще се случи. Paint_kip е хубав софтуер, но изисква известни умения за намиране на правилните стойности. При пентодите нивото на трудност също се увеличава. Тъй като исках само груба оценка, не отделих много време за търсене на точната cnfiguration. Тестовата платформа е създадена за тестване на различните конфигурации.

OT Импеданс: 29k плоча към плоча или прибл. 7k за операция клас AB.

Високо напрежение: 110V

След някои изчисления и тестване напрежението на отклонение на мрежата може да бъде определено. За да се постигне избраното отклонение на мрежата, резисторът за течове на мрежата е свързан към възел с нажежаема жичка, където разликата между напрежението на възела и отрицателната страна на нишката. Например, първият 1J29b е при B+ напрежение от 6V. Чрез свързване на резистора за течове на мрежата към възела между етапите 1J24b, при 2.4V полученото напрежение на мрежата е -3.6V по отношение на линията GND, което е същата стойност, наблюдавана от отрицателната страна на нажежаемата жичка на втория 1J29b. Така че, резисторът за течове на мрежата на втория 1J29b може да заземи, както обикновено в други дизайни.

Фазовият инвертор

Както се вижда на схемата, е реализиран парафазен фазов инвертор. В този случай една от тръбите има единично усилване и инвертира сигнала за един от изходните етапи. Другият етап действа като нормален етап на усилване. Част от изкривяванията, създадени във веригата, идват от фазовия инвертор, който губи равновесие и задвижва една захранваща тръба по -силно от другата. Делителят на напрежението между етапите е избран така, че това да се случи само при последните 45 градуса от главния обем. Резисторите бяха тествани, докато веригата беше наблюдавана с осцилоскоп, където и двата сигнала можеха да бъдат сравнени.

Етапът на предусилвателя

Последните две тръби 1J24b се състоят от веригата на предусилвателя. И двете имат една и съща работна точка, тъй като нишките са паралелни. Резисторът от 22 ома между нажежаемата жица и масата повишава напрежението от отрицателната страна на нажежаемата жичка, като дава малко отрицателно отклонение. Вместо да се избере пластинен резистор и да се изчисли точката на отклонение и необходимото катодно напрежение и резистор, тук пластинният резистор беше адаптиран според желаното усилване и отклонение.

С изчислената и тествана верига е време да направите печатна платка за нея. За схемата и печатната платка използвах Eagle Cad. Те имат безплатна версия, където можете да използвате до 2 слоя. Тъй като щях да гравирам дъската, няма смисъл да използвам повече от 2 слоя. За да се проектира печатната платка, първо беше необходимо също да се създаде шаблон за тръбите. След някои измервания успях да идентифицирам правилното разстояние между щифтовете и анодния щифт в горната част на тръбата. С готовото оформление е време да започнете истинското изграждане!

Стъпка 3: Запояване и тестване на веригите

SMPS

Първо запойте всички компоненти на захранването с превключен режим. За да работи правилно, са необходими правилните компоненти.

• Ниско съпротивление, високо напрежение Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0.28 ома)
• Ниска ESR, силен токов индуктор (220uH, 3A)
• Нисък ESR, резервоар за резервоар с високо напрежение (10uF до 4.7uF, 350V)
• 0,1 ом 1W резистор
• Свръхбърз диод с високо напрежение (UF4004 за 50ns и 400V, или нещо по -бързо за> 200V)

Тъй като използвам чипа MAX1771 при по -ниско напрежение (8.4V до 6V), трябваше да увелича индуктора до 220uH. В противен случай напрежението ще падне под товар. Когато SMPS е готов, тествах изходното напрежение с мултицет и го настроих на 110V. При натоварване той ще падне малко и се налага пренастройка.

Електрическа верига

Започнах да запоявам джъмперите и компонентите. Тук е важно да проверите дали джъмперите не докосват никакви компоненти на краката. Тръбите бяха запоени от страната на медта след всички останали компоненти. С всичко запоено можех да добавя SMPS и да тествам веригата. За първи път проверих и напрежението на плочите и екраните на тръбите, само за да се уверя, че всичко е наред.

зарядно устройство

Схемата на зарядното устройство, която купих в ebay. Той се базира на чипа TP4056. I Използвах DPDT за превключване между последователна и паралелна конфигурация на батериите и връзка към зарядното устройство или към платката (вижте фигурата).

Стъпка 4: Корпус, скара и лицева плоча и завършете

Кутията

За да кутирам този усилвател, избирам да използвам по -стара дървена кутия. Всяка дървена кутия би работила, но в моя случай имах наистина добра от амперметър. Амперметърът не работеше, така че поне можех да спася кутията и да изградя нещо нулево вътре в нея. Високоговорителят е фиксиран отстрани с метална решетка, която позволява на амперметъра да се охлади по време на употреба.

Тръбната скара

Печатната платка с тръбите беше фиксирана от противоположната страна на високоговорителя, където пробивам дупка, така че тръбите да се виждат отвън. За да защитя тръбите направих малка скара с алуминиев лист. Правя някои груби белези и пробивам по -малки дупки. Всички несъвършенства бяха отстранени по време на фазата на шлайфане. За да дам добър контраст на лицевата плоча, накрая я боядисах в черно.

Лицевата плоча, шлайфане, прехвърляне на тонер, ецване и шлайфане отново

Лицевата плоча е направена подобно на печатната платка. Преди да започна, шлайфах алуминиевия лист, за да има по -груба повърхност за тонера. 400 е достатъчно груб в този случай. Ако искате, можете да отидете до 1200, но това е много шлайфане и след гравирането ще има още повече, така че пропуснах това. Това също премахва всяко покритие, което листът е имал преди.

Отпечатах огледалната лицева плоча с тонер принтер върху лъскава хартия. По -късно прехвърлих чертежа с нормално желязо. В зависимост от ютията има различни оптимални температурни настройки. В моя случай това е втората настройка, точно преди макс. температура. Прехвърлям го за 10 мин. прибл., докато хартията започне да става жълтеникава. Изчаках да изстине и защитих задната част на плочата с лак за нокти.

Има възможност просто да напръскате тонера. Той също така дава добри резултати, ако можете да премахнете цялата хартия. Използвам вода и кърпи за премахване на хартията. Само внимавайте да не премахнете тонера! Тъй като дизайнът тук беше обърнат, трябваше да гравирам лицевата плоча. В ецването има крива на обучение и понякога вашите решения са по -силни или по -слаби, но като цяло ецването изглежда достатъчно дълбоко е време да спрете. След ецване го шлайфах, като започнах с 200 и стигнах до 1200. Обикновено започвам със 100, ако металът е в лошо състояние, но този имаше нужда и вече беше в добра форма. Сменям зърното на шкурка от 200 на 400, 400 на 600 и 600 на 1200. След това го боядисах в черно, изчаках един ден и шлифовах отново с 1200 зърна, само за да премахна прекомерната боя. Сега пробих дупките за потенциометрите. За да го завърша, използвах прозрачно покритие.

Довършителни щрихи

Батериите и частите бяха завинтени към дървената кутия след поставянето на лицевата плоча от страната на високоговорителя. За да намеря най -добрата позиция на SMPS, я включих и проверих къде ще бъде по -малко засегната аудио веригата. Тъй като аудио платката е много по -малка от кутията, адекватното разстояние и правилната ориентация бяха достатъчни, за да направят EMI шума нечуваем. След това преградата на високоговорителя се завинтва и усилвателят е готов за възпроизвеждане.

Някои съображения

Близо до края на батериите има забележим спад на силата на звука, преди да не го чуя, но моят мултицет показа, че високото напрежение е намаляло от 110V на 85V. Спадът на напрежението на нагревателите също намалява с батерията. За щастие 1J29b работи без проблем, докато нажежаемата жичка достигне 1.5V (с настройка 2.4V 32mA). Същото важи и за 1J24b, където спадът на напрежението намалява до 0,9 V, когато батерията е почти изтощена. Ако спадът на напрежението е проблем за вас, има възможност да използвате друг MAX чип за преобразуване в стабилно напрежение 3.3V. Не исках да го използвам, защото това ще бъде друг SMPS в тази схема, който може да въведе някои допълнителни източници на шум.

Като се има предвид живота на батерията, можех да играя цяла седмица, преди да се наложи да я заредя отново, но играя само за 1 до 2 часа на ден.