Cevni ojačevalnik na baterije: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:06

Cevni ojačevalci so priljubljeni pri kitaristih zaradi prijetnega popačenja, ki ga proizvajajo.

Zamisel za te instrukcijske tablice je izdelava cevnega ojačevalnika z nizko močjo, ki ga lahko nosite tudi za igranje na poti. V dobi bluetooth zvočnikov je čas za izdelavo prenosnih cevnih ojačevalnikov na baterije.

1. korak: Izberite cevi, transformatorje, baterije in visokonapetostno napajanje

Cevi

Ker je poraba energije v cevnih ojačevalnikih velik problem, lahko z izbiro prave cevi prihranite veliko energije in povečate čas igranja med polnjenji. Nekaj časa nazaj so obstajale baterije na baterije, ki so se napajale od majhnih radijskih postaj do letal. Njihova velika prednost je bil nižji zahtevani tok filamentov. Slika prikazuje primerjavo med tremi baterijami, ki delujejo na baterije, 5672, 1j24b, 1j29b in miniaturno cevjo, ki se uporablja v kitarskih predojačevalcih, EF86

Izbrane cevi so:

Predojačevalnik in PI: 1J24B (13 mA tok z žarilno nitko pri 1,2 V, največja napetost plošče 120 V, rusko, poceni)

Napajanje: 1J29B (32 mA tok žarilne nitke pri 2,4 V, največja napetost plošče 150 V, rusko, poceni)

Izhodni transformator

Za take nastavitve manjše moči lahko uporabite cenejši transformator. Nekateri poskusi z linijskimi transformatorji so pokazali, da so precej dobri za manjše ojačevalnike, kjer spodnji del ni prioriteta. Zaradi pomanjkanja zračne reže transformator deluje bolje v push-pull. To zahteva tudi več pip.

100V linijski transformator, 10W z različnimi pipami

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W in na sekundarnih 4, 8 in 16 ohmov)

. Na srečo je bil v transformatorju, ki sem ga dobil, navedeno tudi število zavojev na navitje, sicer bi bilo potrebno nekaj matematike, da bi ugotovili ustrezne pipe in najvišjo impedanco na voljo. transformator je imel pri vsakem pipu naslednje število obratov (začenši z leve):

725-1025-1425-2025-2925 na primarnem in 48-66-96 vklopu na sekundarnem.

Tu je mogoče videti, da je pipa 2,5 W skoraj na sredini, s 1425 obrati na eni strani in 1500 na drugi. Ta majhna razlika bi lahko bila težava pri nekaterih večjih ojačevalnikih, vendar se bo tukaj le še povečalo popačenje. Zdaj lahko za anode uporabimo 0 in 0,625 W pipi, da dobimo najvišjo razpoložljivo impedanco.

Razmerje primarnega in sekundarnega obrata se uporablja za oceno primarne impedance kot:

2925/48 = 61, z 8 ohmskim zvočnikom dobimo 61^2 *8 = 29768 ali pribl. 29,7 k anoda med anodo

2925/66 = 44, z 8 ohmskim zvočnikom dobimo 44^2 *8 = 15488 ali pribl. 15,5 k anoda na anodo

2925/96 = 30, z 8 ohmskim zvočnikom dobimo ^2 *8 = 7200 ali pribl. 7,2k anoda med anodo

Ker nameravamo to izvesti v razredu AB, je impedanca, ki jo dejansko vidimo, le 1/4 izračunane vrednosti.

Visokonapetostni napajalnik

Tudi te majhne cevi zahtevajo višje napetosti na ploščah. Namesto da bi uporabil več baterij v seriji ali pa tistih ogromnih starih 45V baterij, sem uporabil manjši napajalnik s preklopnim načinom (SMPS), ki temelji na čipu MAX1771. S tem SMPS lahko brez težav pomnožim napetost, ki prihaja iz baterij, na vrednosti do 110V.

Baterije

Za ta projekt so izbrane Li-Ion baterije, ki jih je mogoče zlahka dobiti v paketu 186850. Za to je na spletu na voljo več polnilnih plošč. Ena pomembna opomba je, da kupujete samo znane dobre baterije od zaupanja vrednih prodajalcev, da se izognete nepotrebnim nesrečam.

Zdaj, ko so deli približno definirani, je čas, da začnete delati na vezju.

2. korak: Delo na vezju

Niti

Za napajanje cevnih filamentov je bila izbrana serijska konfiguracija. Obstaja nekaj težav, o katerih je treba razpravljati.

• Ker imata predojačevalna in napajalna cev različne tokove žarilne nitke, so bili zaporedno dodani upori z nekaterimi nitkami, ki so zaobšli del toka.
• Napetost akumulatorja med uporabo pade. Vsaka baterija ima sprva 4,2 V, ko je popolnoma napolnjena. Hitro se izpraznijo do nazivne vrednosti 3,7 V, kjer se počasi znižajo na 3 V, ko ga je treba napolniti.
• Cevi imajo neposredno ogrevane katode, kar pomeni, da tok plošče teče skozi žarilno nitko, negativna stran žarilne nitke pa ustreza napetosti katode

Shema žarilne nitke z napetostjo izgleda tako:

baterija (+) (8.4V do 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3.6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohmov (2.4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ohmov (1,2 V) -> 22 ohmov -> Baterija (-) (GND)

kjer // predstavlja vzporedno konfiguracijo in -> zaporedno.

Upori zaobidejo dodatni tok žarilnih nitk in anodni tok, ki teče na vsaki stopnji. Za pravilno napoved anodnega toka je potrebno narisati obremenitveno stopnjo in izbrati delovno točko.

Ocenjevanje delovne točke napajalnih cevi

Te cevi so opremljene z osnovnim podatkovnim listom, kjer so krivulje narisane za omrežno napetost zaslona 45V. Ker me je zanimala najvišja moč, ki sem jo lahko dobil, sem se odločil, da napajalne cevi napeljem pri 110V (ko je popolnoma napolnjen), precej nad 45V. Da bi odpravil pomanjkanje uporabnega podatkovnega lista, sem poskušal z paint_kip implementirati model začimb za epruvete in kasneje povečati omrežno napetost zaslona ter videti, kaj se zgodi. Paint_kip je prijetna programska oprema, vendar zahteva nekaj spretnosti za iskanje pravilnih vrednosti. S pentodami se stopnja težavnosti tudi poveča. Ker sem hotel le grobo oceno, nisem veliko časa iskal natančne konfiguracije cn. Testna ploščad je bila zgrajena za preizkušanje različnih konfiguracij.

OT Impedanca: 29k plošča na ploščo ali pribl. 7k za delovanje razreda AB.

Visoka napetost: 110V

Po nekaj izračunih in testiranju je bilo mogoče definirati napetost pristranskosti omrežja. Za dosego izbrane pristranskosti omrežja je upor za puščanje v omrežju priključen na vozlišče z žarilno nitko, kjer je razlika med napetostjo vozlišča in negativno stranjo žarilne nitke. Na primer, prvi 1J29b je pri napetosti B+ 6V. Če priključite upor za uhajanje omrežja na vozlišče med stopnjami 1J24b, je pri 2,4 V nastala napetost omrežja -3,6 V glede na linijo GND, kar je enaka vrednost, ki jo vidimo na negativni strani žarilne nitke drugega 1J29b. Tako lahko upor za puščanje drugega omrežja 1J29b pade na tla, kot bi običajno pri drugih izvedbah.

Fazni pretvornik

Kot je prikazano na shemi, je bil izveden parafazni fazni pretvornik. V tem primeru ima ena od cevi enotni dobiček in spremeni signal za eno od izhodnih stopenj. Druga stopnja deluje kot normalna stopnja povečanja. Del popačenja, ki nastane v tokokrogu, izhaja iz faznega pretvornika, ki izgubi ravnovesje in eno energijsko cev poganja močneje od druge. Delitelj napetosti med stopnjami je bil izbran tako, da se to zgodi le pri zadnjih 45 stopinjah glavne glasnosti. Upori so bili testirani, medtem ko je bilo vezje nadzorovano z osciloskopom, kjer je bilo mogoče primerjati oba signala.

Faza predojačevalnika

Zadnji dve cevi 1J24b sta sestavljeni iz vezja predojačevalnika. Oba imata enako delovno točko, saj sta nitki vzporedni. Upor 22 ohmov med žarilno nitko in maso dvigne napetost na negativni strani žarilne nitke, kar daje majhno negativno pristranskost. Namesto da bi izbrali ploščasti upor in izračunali pristranskost ter potrebno katodno napetost in upor, smo tukaj ploščasti upor prilagodili glede na želeni dobiček in pristranskost.

Ko je vezje izračunano in preizkušeno, je čas, da zanj naredimo tiskano vezje. Za shemo in tiskano vezje sem uporabil Eagle Cad. Imajo brezplačno različico, kjer lahko uporabite do 2 sloja. Ker sem nameraval sam jedkati ploščo, nima smisla uporabljati več kot 2 sloja. Za izdelavo tiskanega vezja je bilo treba najprej ustvariti predlogo za cevi. Po nekaj meritvah sem lahko ugotovil pravilen razmik med zatiči in anodnim zatičem na vrhu cevi. S pripravljeno postavitvijo je čas, da začnete pravo gradnjo!

3. korak: Spajkanje in preskušanje vezij

SMPS

Najprej spajkajte vse komponente napajalnika v preklopnem načinu. Za pravilno delovanje so potrebne ustrezne komponente.

• Nizko upornost, visokonapetostni Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohma)
• Nizka ESR, visokotokovni induktor (220uH, 3A)
• Nizka ESR, visokonapetostni rezervoar (10uF do 4.7uF, 350V)
• 0,1 ohm 1W upor
• Izjemno hitra visokonapetostna dioda (UF4004 za 50ns in 400V ali karkoli hitreje za> 200V)

Ker uporabljam čip MAX1771 pri nižji napetosti (8,4V do 6V), sem moral induktor povečati na 220uH. V nasprotnem primeru bi napetost padla pod obremenitvijo. Ko je SMPS pripravljen, sem z multimetrom preizkusil izhodno napetost in jo nastavil na 110 V. Pod obremenitvijo se bo nekoliko zmanjšal in potrebna je ponovna nastavitev.

Cevno vezje

Začel sem spajkati skakalce in komponente. Tu je pomembno preveriti, ali se skakalci ne dotikajo nog sestavnih delov. Cevi so bile po vseh drugih sestavnih delih spajkane na strani bakra. Z vsem spajkanim bi lahko dodal SMPS in preizkusil vezje. Prvič sem preveril tudi napetost na ploščah in zaslonih cevi, samo da sem se prepričal, da je vse v redu.

Polnilec

Polnilnik, ki sem ga kupil na ebayu. Temelji na čipu TP4056. I Uporabil sem DPDT za preklop med serijsko in vzporedno konfiguracijo baterij ter povezavo s polnilnikom ali vezjem (glej sliko).

4. korak: Ohišje, žar in prednja plošča ter zaključek

Škatla

Za shranjevanje tega ojačevalnika se odločim za uporabo starejše lesene škatle. Vsaka lesena škatla bi delovala, v mojem primeru pa sem imela res dobro iz ampermetra. Ampermeter ni deloval, zato sem lahko vsaj rešil škatlo in v njej zgradil nekaj nivega. Zvočnik je bil pritrjen ob strani s kovinsko rešetko, ki omogoča, da se ampermeter ohladi med uporabo.

Cevni žar

PCB s cevmi je bil pritrjen na nasprotni strani zvočnika, kjer izvrtam luknjo, tako da so cevi vidne od zunaj. Za zaščito cevi sem naredil majhen žar z aluminijasto pločevino. Naredim nekaj grobih oznak in izvrtam manjše luknje. Vse pomanjkljivosti so bile odpravljene v fazi brušenja. Za dober kontrast sprednje plošče sem jo na koncu pobarval v črno.

Prednja plošča, brušenje, prenos tonerja, jedkanje in ponovno brušenje

Prednja plošča je bila narejena podobno kot tiskana vezja. Preden sem začel, sem brusil aluminijasto pločevino, da bi imela bolj grobo površino za toner. 400 je v tem primeru dovolj grobo. Če želite, lahko greste do 1200, vendar je veliko brušenja in po jedkanju bo še več, zato sem to preskočil. S tem se odstrani tudi kakršen koli zaključek, ki ga je imel list prej.

Zrcalno sprednjo ploščo sem s tiskalnikom tonerja natisnila na sijajni papir. Kasneje sem risbo prenesel z običajnim likalnikom. Odvisno od železa obstajajo različne optimalne nastavitve temperature. V mojem primeru je to druga nastavitev, tik pred maks. temperaturo. Prenesem ga v 10 min. pribl., dokler papir ne postane rumenkast. Počakal sem, da se ohladi, in hrbet plošče zaščitil z lakom.

Obstaja možnost samo brizganja po tonerju. Prav tako daje dobre rezultate, če lahko odstranite ves papir. Za odstranjevanje papirja uporabljam vodo in brisače. Pazite le, da ne odstranite tonerja! Ker je bil dizajn tukaj obrnjen, sem moral jedkati prednjo ploščo. Pri jedkanju obstaja krivulja učenja in včasih so vaše rešitve močnejše ali šibkejše, toda na splošno, ko se zdi, da je jedkanje dovolj globoko, je čas, da se ustavimo. Po jedkanju sem ga brušil, začenši z 200 in do 1200. Običajno začnem s 100, če je kovina v slabem stanju, vendar je bila ta potrebna in je bila že v dobri formi. Zrnatost brusnega papirja spremenim z 200 na 400, 400 na 600 in 600 na 1200. Potem sem ga pobarvala v črno, počakala en dan in ponovno brusila z zrnom 1200, samo da odstranim odvečno barvo. Zdaj sem izvrtal luknje za potenciometre. Za zaključek sem uporabil prozoren premaz.

Zaključni dotiki

Baterije in deli so bili pritrjeni na leseno škatlo po namestitvi sprednje plošče s strani zvočnika. Da bi našel najboljši položaj SMPS, sem ga vklopil in preveril, kje bi manj vplivalo na zvočno vezje. Ker je zvočno vezje veliko manjše od škatle, je bil ustrezen razmik in pravilna orientacija dovolj, da je bil hrup EMI neslišen. Odbijač zvočnikov je bil nato privit in ojačevalnik je bil pripravljen za predvajanje.

Nekaj premislekov

Blizu konca baterij je opazen padec glasnosti, prej tega nisem slišal, vendar je moj multimeter pokazal, da se je visoka napetost zmanjšala s 110 V na 85 V. Z baterijo se zmanjšuje tudi padec napetosti grelnikov. Na srečo 1J29b deluje brez težav, dokler žarilna nitka ne doseže 1,5 V (z nastavitvijo 2,4 V 32 mA). Enako velja za 1J24b, kjer se je padec napetosti zmanjšal na 0,9 V, ko je bila baterija skoraj prazna. Če vam pade napetost, obstaja možnost uporabe drugega čipa MAX za pretvorbo v stabilno napetost 3,3 V. Nisem ga hotel uporabiti, ker bi bil v tem vezju še en SMPS, ki bi lahko uvedel nekaj dodatnih virov hrupa.

Glede na življenjsko dobo baterije bi se lahko igral cel teden, preden bi jo moral znova napolniti, vendar se igram le 1 do 2 uri na dan.