Amplificador de tub amb bateria: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Els amplificadors de tubs són estimats pels guitarristes a causa de la agradable distorsió que produeixen.

La idea darrere d’aquests instrumentos és construir un amplificador de tub de baixa potència, que també es pugui transportar per jugar sobre la marxa. A l’època dels altaveus bluetooth, és hora de construir alguns amplificadors de tubs portàtils i alimentats per bateries.

Pas 1: seleccioneu els tubs, transformadors, bateries i subministrament d'alta tensió

Tubs

Com que el consum d’energia als amplificadors de tubs és un problema enorme, triar el tub adequat pot estalviar molta energia i augmentar les hores de joc entre recàrregues. Fa molt de temps hi havia tubs amb bateria, que funcionaven des de ràdios petites fins a avions. El seu gran avantatge era el menor corrent de filament requerit. La imatge mostra una comparació entre tres tubs amb bateria, el 5672, 1j24b, 1j29b i un tub en miniatura utilitzat en els preamplificadors de guitarra, l’EF86

Els tubs escollits són:

Preamp i PI: 1J24B (corrent de filament de 13 mA a 1,2 V, 120 V de tensió màxima de la placa, fabricació russa, econòmic)

Potència: 1J29B (corrent de filament de 32 mA a 2,4V, tensió màxima de la placa de 150V, fabricació russa, econòmic)

Transformador de sortida

Per a aquestes configuracions de potència més baixes, es pot utilitzar un transformador més barat. Alguns experiments amb transformadors de línia van demostrar que són bastant bons per a amplificadors més petits, on l'extrem inferior no és una prioritat. A causa de la manca d'un buit d'aire, el transformador funciona millor en push-pull. Això també requereix més tocs.

Transformador de línia de 100V, 10W amb diferents aixetes

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W i a la secundària de 4, 8 i 16 ohms)

. Per sort, el transformador que he obtingut també tenia el nombre de voltes per bobinatge especificat, en cas contrari, caldrien algunes matemàtiques per identificar les aixetes adequades i la impedància més alta disponible. el transformador tenia el següent nombre de voltes a cada toc (començant per l'esquerra):

725-1025-1425-2025-2925 a la primària i 48-66-96 gira a la secundària.

Aquí és possible veure que l’aixeta de 2,5 W és gairebé al mig, amb 1425 girs per una banda i 1500 per l’altra. Aquesta petita diferència pot ser un problema en alguns amplificadors més grans, però aquí només se sumarà la distorsió. Ara podem utilitzar les aixetes 0 i 0,625W per als ànodes per obtenir la impedància més alta disponible.

La relació de girs primaris a secundaris s’utilitza per estimar la impedància principal com:

2925/48 = 61, amb un altaveu de 8 ohms, això dóna 61 ^ 2 * 8 = 29768 o aprox. 29,7k d'ànode a ànode

2925/66 = 44, amb un altaveu de 8 ohms això dóna 44 ^ 2 * 8 = 15488 o aprox. 15,5k d'ànode a ànode

2925/96 = 30, amb un altaveu de 8 ohm, això dóna ^ 2 * 8 = 7200 o aprox. 7.2k d'ànode a ànode

Com que pretenem executar-ho a la classe AB, la impedància que es veu realment el tub és només 1/4 del valor calculat.

Font d'alimentació d'alta tensió

Fins i tot aquests petits tubs també requereixen tensions més altes a les plaques. En lloc d’utilitzar diverses bateries en sèrie o d’utilitzar aquelles enormes i antigues bateries de 45V, vaig utilitzar una font d’alimentació en mode commutat (SMPS) més petita basada al voltant del xip MAX1771. Amb aquest SMPS puc multiplicar la tensió que provenen de les bateries fins a valors de fins a 110 V sense problemes.

Bateries

Les bateries escollides per a aquest projecte són bateries de ions de li, fàcilment obtingudes al paquet 186850. Hi ha diverses taules de carregador disponibles en línia per a aquestes. Una nota important és comprar només bateries bones conegudes de venedors de confiança per evitar accidents innecessaris.

Ara que les parts estan definides aproximadament, és hora de començar a treballar al circuit.

Pas 2: Treballar en un circuit

Filaments

Per alimentar els filaments dels tubs es va triar una configuració en sèrie. Hi ha algunes dificultats que s’han de discutir.

• Com que el preamplificador i els tubs de potència tenen diferents corrents de filament, es van afegir resistències en sèrie amb alguns filaments per evitar una part del corrent.
• La tensió de la bateria cau durant l'ús. Cada bateria té inicialment 4,2 V quan està completament carregada. Es descarreguen ràpidament fins al valor nominal de 3,7 V, on disminueixen lentament fins a 3 V, quan s’ha de recarregar.
• Els tubs tenen càtodes escalfats directes, és a dir, el corrent de la placa flueix a través del filament i el costat negatiu del filament correspon a la tensió del càtode.

L'esquema de filaments amb tensions té aquest aspecte:

bateria (+) (8,4V a 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3,6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohms (2,4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ohms (1,2 V) -> 22 ohms -> Bateria (-) (GND)

on // representa en configuració paral·lela i -> en sèrie.

Les resistències eviten el corrent extra dels filaments i el corrent d'ànode que flueix a cada etapa. Per predir correctament el corrent d'ànode cal dibuixar la línia de càrrega de l'etapa i triar un punt d'operació.

Estimació d’un punt de funcionament dels tubs de potència

Aquests tubs vénen amb un full de dades bàsic, on es representen les corbes per obtenir una tensió de xarxa de 45V. Com que m'interessava la màxima sortida que podia obtenir, vaig decidir fer funcionar els tubs de potència a 110V (quan estiguessin completament carregats), molt per sobre dels 45V. Per superar la manca d'un full de dades útil, vaig intentar implementar un model d'espècies per als tubs mitjançant paint_kip i, posteriorment, augmentar el voltatge de la xarxa i veure què passa. Paint_kip és un bon programari, però requereix certa habilitat per trobar els valors correctes. Amb els pentodes, el nivell de dificultat també augmenta. Com que només volia una aproximació aproximada, no vaig passar molt de temps buscant la configuració exacta. La plataforma de prova es va construir per provar les diferents configuracions.

Impedància OT: 29 k placa a placa o aprox. 7k per a operació de classe AB.

Alt voltatge: 110V

Després d'alguns càlculs i proves, es podria definir el voltatge de polarització de la xarxa. Per aconseguir el biaix de la xarxa escollit, la resistència de fuita de la xarxa es connecta a un node de filament on es diferencia la tensió del node i el costat negatiu del filament. Per exemple, el primer 1J29b té una tensió B + de 6V. En connectar la resistència de fuita de la xarxa al node entre les etapes 1J24b, a 2,4V la tensió de xarxa resultant és de -3,6V en relació amb la línia GND, que és el mateix valor que es veu al costat negatiu del filament del segon 1J29b. Per tant, la resistència a la fuita de la xarxa del segon 1J29b pot anar a terra, com ho faria normalment en altres dissenys.

L’inversor de fase

Com es veu a l'esquema, es va implementar un inversor de fase parafàsica. En aquest cas, un dels tubs té un guany d’unitat i inverteix el senyal d’una de les etapes de sortida. L’altra etapa actua com una etapa de guany normal. Part de la distorsió creada al circuit prové del fet que el convertidor de fase perd l'equilibri i condueix un tub de potència més fort que l'altre. Es va triar el divisor de tensió entre les etapes de manera que només es produeixi en els darrers 45 graus del volum mestre. Les resistències es van provar mentre es controlava el circuit amb un oscil·loscopi, on es podien comparar els dos senyals.

L’etapa del preamplificador

Els dos darrers tubs 1J24b consisteixen en el circuit de preamplificador. Tots dos tenen el mateix punt de funcionament, ja que els filaments estan en paral·lel. La resistència de 22 ohms entre el filament i la terra eleva la tensió al costat negatiu del filament donant com a petit biaix negatiu. En lloc de triar una resistència de placa i calcular el punt de polarització i la tensió i resistència necessàries del càtode, aquí la resistència de placa es va adaptar segons el guany i la polarització desitjats.

Amb el circuit calculat i provat, és hora de fer-ne un PCB. Per a l’esquema i el PCB he utilitzat Eagle Cad. Tenen una versió gratuïta on es poden utilitzar fins a 2 capes. Com que jo anava a gravar el tauler jo mateix, no té cap sentit utilitzar més de 2 capes. Per dissenyar el PCB, primer calia crear també una plantilla per als tubs. Després d'algunes mesures, vaig poder identificar l'espaiat correcte entre els pins i el pin d'ànode a la part superior del tub. Amb el disseny preparat, és hora d’iniciar la construcció real.

Pas 3: Soldar i provar els circuits

SMPS

Primer soldeu tots els components de la font d'alimentació en mode commutat. Perquè funcioni correctament es requereixen els components adequats.

• Resistència baixa, Mosfet d'alta tensió (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohms)
• Baix ESR, alt inductor de corrent (220uH, 3A)
• Condensador de dipòsit d'alta tensió, ESR baix (10uF a 4.7uF, 350V)
• Resistència de 0,1 ohm 1W
• Diodo d’alta tensió ultraràpid (UF4004 per a 50ns i 400V, o qualsevol cosa més ràpida per a> 200V)

Com que estic fent servir el xip MAX1771 a una tensió inferior (8,4 V a 6 V), vaig haver d'augmentar l'inductor a 220 uH. En cas contrari, la tensió cauria sota càrrega. Quan el SMPS està llest, he provat la tensió de sortida amb un multímetre i l'he ajustat a 110V. Sota la càrrega caurà una mica i cal un reajustament.

Circuit de tubs

Vaig començar a soldar els ponts i components. Aquí és important comprovar si els saltadors no toquen cap pota component. Els tubs es van soldar al costat de la botella després de la resta de components. Amb tot soldat, podria afegir el SMPS i provar el circuit. Per primera vegada també vaig comprovar el voltatge de les plaques i pantalles dels tubs, només per estar segur que tot estava bé.

Carregador

El circuit del carregador el vaig comprar a ebay. Es basa al voltant del xip TP4056. He utilitzat un DPDT per canviar entre una configuració en sèrie i paral·lela de les bateries i una connexió al carregador o a la placa de circuit (vegeu la figura).

Pas 4: tancament, graella i placa frontal i acabat

La Caixa

Per caixar aquest amplificador, trio utilitzar una caixa de fusta més antiga. Qualsevol caixa de fusta funcionaria, però en el meu cas en tenia una molt bona d’un amperímetre. L’amperímetre no funcionava, de manera que almenys vaig poder rescatar la caixa i construir-hi alguna cosa meravellosa. L'altaveu es fixava al lateral amb la graella metàl·lica que permetia refredar l'amperímetre mentre s'utilitzava.

La graella del tub

El PCB amb els tubs es va fixar al costat oposat de l’altaveu, on he perforat un forat perquè els tubs siguin visibles des de l’exterior. Per protegir els tubs vaig fer una petita graella amb una làmina d'alumini. Faig algunes marques rugoses i he forat petits forats. Totes les imperfeccions es van corregir durant la fase de poliment. Per donar un bon contrast al frontal, el vaig acabar pintant de negre.

La placa frontal, poliment, transferència de tòner, gravat i poliment de nou

La placa frontal es va fer de manera similar a la del PCB. Abans de començar, vaig polir la làmina d'alumini per tenir una superfície més rugosa per al tòner. 400 és prou aspre en aquest cas. Si voleu, podeu pujar a 1200, però és molt de poliment i després de l'aiguafort encara n'hi haurà més, així que ho he saltat. Això també elimina qualsevol acabat que tenia el full anteriorment.

Vaig imprimir la placa frontal emmirallada amb una impressora de tòner en un paper brillant. Més tard vaig transferir el dibuix amb una planxa normal. En funció de la planxa, hi ha diferents ajustaments de temperatura òptims. En el meu cas, és la segona configuració, just abans del màxim temperatura. El transfereixo durant 10 min. aprox., fins que el paper comenci a quedar groguenc. Vaig esperar que es refredés i vaig protegir la part posterior del plat amb esmalt d’ungles.

Hi ha la possibilitat de ruixar sobre el tòner. També dóna bons resultats si podeu treure tot el paper. Utilitzo aigua i tovalloles per treure el paper. Tingueu cura de no treure el tòner. Com que el disseny aquí estava invertit, vaig haver de gravar la placa frontal. Hi ha una corba d’aprenentatge a l’aiguafort i, de vegades, les solucions són més fortes o més febles, però, en general, quan l’aiguafort sembla prou profund, és hora d’aturar-se. Després de gravar-lo, el vaig polir començant per 200 i fins a 1200. Normalment començo per 100 si el metall està en mal estat, però aquest era necessari i ja estava en bona forma. Canvio el gra de paper de vidre de 200 a 400, 400 a 600 i 600 a 1200. Després, el vaig pintar de negre, vaig esperar un dia i vaig tornar a polir amb el gra de 1200, només per eliminar l'excés de pintura. Ara he perforat els forats dels potenciòmetres. Per acabar-ho he fet servir una capa clara.

Tocs finals

Les bateries i les peces es van cargolar a la caixa de fusta després de col·locar la placa frontal, des del costat de l’altaveu. Per trobar la millor posició SMPS, l'he encès i he verificat on el circuit d'àudio quedaria menys afectat. Com que la placa de circuit d’àudio és molt més petita que la caixa, l’espai adequat i l’orientació correcta eren suficients per fer inaudible el soroll EMI. El deflector de l’altaveu es va cargolar al seu lloc i l’amplificador estava a punt per reproduir-se.

Algunes consideracions

Prop del final de les bateries hi ha una caiguda de volum notable abans que no pogués escoltar-lo, però el meu multímetre va mostrar que l’alta tensió disminuïa de 110V a 85V. La caiguda de tensió dels escalfadors també disminueix amb la bateria. Afortunadament, l'1J29b funciona sense cap problema fins que el filament arriba a 1,5 V (amb el paràmetre 2,4 V 32 mA). El mateix passa amb l’1J24b, on la caiguda de tensió es va reduir a 0,9 V quan la bateria estava gairebé esgotada. Si la caiguda de tensió és un problema per a vosaltres, hi ha la possibilitat d’utilitzar un altre xip MAX per convertir-lo en un voltatge estable de 3,3 V. No volia utilitzar-lo, perquè seria un altre SMPS en aquest circuit, que podria introduir algunes fonts de soroll addicionals.

Tenint en compte la durada de la bateria, podria tocar una setmana sencera abans d’haver de tornar a carregar-la, però només jugo d’1 a 2 hores al dia.