Batteridrevet rørforsterker: 4 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Rørforsterkere er elsket av gitarister på grunn av den behagelige forvrengningen de produserer.

Ideen bak denne instrunctables er å bygge en rørforsterker med lav watt, som også kan bæres rundt for å spille på farten. På en alder av bluetooth -høyttalere er det på tide å bygge noen bærbare, batteridrevne rørforsterkere.

Trinn 1: Velg rørene, transformatorene, batteriene og høyspenningsforsyningen

Rør

Fordi strømforbruk i rørforsterkere er et stort problem, kan det å velge riktig rør spare mye strøm og øke spilletiden mellom ladningene. For lenge siden var det batteridrevne rør, som drev fra små radioer til fly. Deres store fordel var den lavere filamentstrømmen som kreves. Bildet viser en sammenligning mellom tre batteridrevne rør, 5672, 1j24b, 1j29b og et miniatyrrør som brukes i gitarforforsterkere, EF86

De valgte rørene er:

Forforsterker og PI: 1J24B (13 mA filamentstrøm ved 1,2V, maks. 120V platespenning, russisk produsert, billig)

Strøm: 1J29B (32 mA filamentstrøm ved 2,4V, maks 150V platespenning, russisk produsert, billig)

Utgangstransformator

For slike lavere effektinnstillinger kan en billigere transformator brukes. Noen eksperimenter med linjetransformatorer viste at de er ganske gode for mindre forsterkere, der bunnenden ikke er prioritert. På grunn av mangel på et luftgap fungerer transformatoren bedre i push-pull. Dette krever også flere kraner.

100V linjetransformator, 10W med forskjellige kraner

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W og på sekundær 4, 8 og 16 ohm)

. Transformatoren jeg fikk, hadde heldigvis også angitt antall omdreininger per vikling, ellers ville det være nødvendig med litt matematikk for å identifisere tilstrekkelige kraner og den høyeste impedansen som er tilgjengelig. transformatoren hadde følgende antall omdreininger ved hvert trykk (fra venstre):

725-1025-1425-2025-2925 på primær og 48-66-96 slår på sekundær.

Her er det mulig å se at 2,5W kranen er nesten i midten, med 1425 svinger på den ene siden og 1500 på den andre. Denne lille forskjellen kan være et problem i noen større forsterkere, men her vil det bare øke forvrengningen. Nå kan vi bruke 0 og 0.625W kraner for anodene for å oppnå den høyeste impedansen som er tilgjengelig.

Forholdet primær til sekundær sving brukes til å estimere primærimpedansen som:

2925/48 = 61, med en 8 ohm høyttaler gir dette 61^2 *8 = 29768 eller ca. 29.7k anode-til-anode

2925/66 = 44, med en 8 ohm høyttaler gir dette 44^2 *8 = 15488 eller ca. 15,5k anode-til-anode

2925/96 = 30, med en 8 ohm høyttaler gir dette ^2 *8 = 7200 eller ca. 7,2k anode-til-anode

Fordi vi har tenkt å kjøre dette i klasse AB, er impedansen som røret faktisk er sett bare 1/4 av den beregnede verdien.

Høyspent strømforsyning

Selv disse små rørene krever også høyere spenning ved platene. I stedet for å bruke flere batterier i serie, eller bruke de enorme gamle 45V -batteriene, brukte jeg en mindre strømforsyning (SMPS) basert på MAX1771 -brikken. Med denne SMPS kan jeg multiplisere spenningen fra batteriene til verdier så høye som 110V uten problemer.

Batterier

De valgte batteriene for dette prosjektet er Li-Ion-batterier, som enkelt kan fås i pakken fra 186850. Det er flere ladetavler tilgjengelig online for disse. En viktig merknad er å kjøpe bare kjente gode batterier, fra pålitelige selgere, for å unngå unødvendige ulykker.

Nå som delene er grovt definert, er det på tide å begynne å jobbe med kretsen.

Trinn 2: Arbeide på en krets

Filamenter

For å drive rørtrådene ble det valgt en seriekonfigurasjon. Det er noen vanskeligheter som må diskuteres.

• Fordi forforsterkeren og kraftrørene har forskjellige filamentstrømmer, ble motstander lagt til i serie med noen filamenter for å omgå en del av strømmen.
• Batterispenningen synker under bruk. Hvert batteri har i utgangspunktet 4,2V når det er fulladet. De lades raskt ut til den nominelle verdien på 3,7V, hvor de sakte reduseres til 3V når den må lades opp.
• Rørene har direkte oppvarmede katoder, noe som betyr at platestrømmen strømmer gjennom filamentet, og den negative siden av filamentet tilsvarer katodespenningen

Filamentskjemaet med spenninger ser slik ut:

batteri (+) (8,4V til 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3,6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohm (2,4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ohm (1.2V) -> 22 ohm -> Batteri (-) (GND)

hvor // representerer parallell konfigurasjon og -> i serie.

Motstandene omgår den ekstra strømmen til filamentene og anodestrømmen som strømmer i hvert trinn. For å korrekt forutsi anodestrømmen er det nødvendig å tegne belastningslinjen til scenen og velge et operasjonspunkt.

Estimering av et driftspunkt for kraftrørene

Disse rørene kommer med et grunnleggende datablad, der kurvene er plottet for en skjermnettspenning på 45V. Siden jeg var interessert i den høyeste effekten jeg kunne få, bestemte jeg meg for å kjøre strømrørene på 110V (når den var fulladet), langt over 45V. For å overvinne mangelen på et brukbart datablad prøvde jeg å implementere en kryddermodell for rørene ved å bruke paint_kip og senere øke skjermnettspenningen og se hva som skjer. Paint_kip er en fin programvare, men krever litt dyktighet for å finne de riktige verdiene. Med pentoder øker vanskelighetsgraden også. Siden jeg bare ønsket et grovt estimat, brukte jeg ikke mye tid på å lete etter den nøyaktige cnfigurasjonen. Testriggen ble bygget for å teste de forskjellige konfigurasjonene.

OT-impedans: 29k plate-til-plate eller ca. 7k for klasse AB -drift.

Høyspenning: 110V

Etter noen beregninger og testing kan nettspenningen defineres. For å oppnå den valgte nettforspenningen, er lekkasjemotstanden koblet til en filamentnode hvor forskjellen mellom spenningen til noden og den negative siden av filamentet. For eksempel er den første 1J29b ved B+ spenningen på 6V. Ved å koble nettlekkasjemotstanden til noden mellom 1J24b -trinnene, ved 2,4V er den resulterende nettspenningen -3,6V i forhold til GND -linjen, som er den samme verdien som er sett på den negative siden av filamentet til den andre 1J29b. Så lekkasjemotstanden til den andre 1J29b kan gå til bakken, slik den normalt ville gjort i andre design.

Faseomformeren

Som vist i skjematikken, ble en parafase faseomformer implementert. I dette tilfellet har ett av rørene en enhetsforsterkning og inverterer signalet for et av utgangstrinnene. Det andre stadiet fungerer som et normalt gevinststadium. En del av forvrengningen som oppstår i kretsen kommer fra at faseomformeren mister balansen og driver det ene kraftrøret hardere enn det andre. Spenningsdeleren mellom trinnene ble valgt slik at dette bare skjer ved de siste 45 grader av mastervolumet. Motstandene ble testet mens kretsen ble overvåket med et oscilloskop, hvor begge signalene kunne sammenlignes.

Forforsterker -scenen

De to siste 1J24b -rørene består av forforsterkerkretsen. Begge har samme operasjonspunkt siden filamentene er parallelle. 22 ohm motstanden mellom filamentet og bakken hever spenningen på den negative siden av filamentet og gir som liten negativ skjevhet. I stedet for å velge en plate motstand og beregne forspenningspunktet og nødvendig katodespenning og motstand, ble platemotstanden her tilpasset ønsket forsterkning og forspenning.

Med kretsen beregnet og testet er det på tide å lage en PCB for den. For skjematisk og PCB brukte jeg Eagle Cad. De har en gratis versjon der man kan bruke opptil 2 lag. Siden jeg skulle etse brettet selv, gir det ingen mening å bruke mer enn 2 lag. For å designe PCB var det først nødvendig å lage en mal for rørene. Etter noen målinger kunne jeg identifisere riktig avstand mellom pinner og anodestiften øverst på røret. Med oppsettet klart er det på tide å starte det virkelige bygget!

Trinn 3: Lodding og testing av kretsene

SMPS

Først loddes alle komponentene i strømforsyningen i byttet modus. For at den skal fungere riktig, kreves de riktige komponentene.

• Lav motstand, høy spenning Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohm)
• Lav ESR, høy strøminduktor (220uH, 3A)
• Lav ESR, høyspentreservoar kondensator (10uF til 4.7uF, 350V)
• 0,1 ohm 1W motstand
• Ultrahurtig høyspenningsdiode (UF4004 for 50ns og 400V, eller noe raskere for> 200V)

Fordi jeg bruker MAX1771 -brikken ved lavere spenning (8,4V til 6V), måtte jeg øke induktoren til 220uH. Ellers ville spenningen falle under belastning. Når SMPS er klar testet jeg utgangsspenningen med et multimeter og justerte den til 110V. Under belastning vil den synke litt, og en justering er nødvendig.

Rørkrets

Jeg begynte å lodde hopperne og komponentene. Her er det viktig å sjekke om hopperne ikke berører noen komponentben. Rørene ble loddet på kobbersiden etter alle de andre komponentene. Med alt loddet kunne jeg legge til SMPS og teste kretsen. For første gang sjekket jeg også spenningen på platene og skjermene på rørene, bare for å være sikker på at alt var OK.

Lader

Laderkretsen kjøpte jeg på ebay. Den er basert på TP4056 -brikken. I Brukte en DPDT til å veksle mellom en serie og parallell konfigurasjon av batteriene og en tilkobling til laderen eller til kretskortet (se figur).

Trinn 4: Innkapsling, grill og frontplate og ferdig

Boksen

For å bokse denne forsterkeren velger jeg å bruke en eldre trekasse. Enhver trekasse ville fungere, men i mitt tilfelle hadde jeg en veldig god en fra et amperemeter. Ammeteret fungerte ikke, så jeg kunne i det minste redde esken og bygge noe nytt inni den. Høyttaleren var festet på siden med metallgrillen som gjør at amperemeteret kan avkjøles mens den er i bruk.

Rørgrillen

Kretskortet med rørene ble festet på motsatt side av høyttaleren, hvor jeg borer et hull slik at rørene er synlige utenfra. For å beskytte rørene lagde jeg en liten grill med en aluminiumsplate. Jeg lager noen grove merker og boret mindre hull. Alle feilene ble korrigert under slipefasen. For å gi en god kontrast til frontplaten endte jeg med å male den svart.

Frontplaten, sliping, toneroverføring, etsing og sliping igjen

Frontplaten ble gjort på samme måte som PCB. Før jeg begynte, slipte jeg aluminiumsplaten for å ha en grovere overflate for toneren. 400 er grovt nok i dette tilfellet. Hvis du vil kan du gå opp til 1200, men det er mye sliping, og etter etsen blir det enda mer, så jeg hoppet over det. Dette fjerner også overflaten som arket hadde tidligere.

Jeg skrev ut den speilvendte frontplaten med en tonerskriver på et glanset papir. Senere overførte jeg tegningen med et vanlig strykejern. Avhengig av strykejernet er det forskjellige optimale temperaturinnstillinger. I mitt tilfelle er det den andre innstillingen, like før maks. temperatur. Jeg overfører det i løpet av 10 min. ca., til papiret begynner å bli gulaktig. Jeg ventet på at den skulle kjøle seg ned og beskyttet baksiden av tallerkenen med neglelakk.

Det er mulighet for å bare spraye over toneren. Det gir også gode resultater hvis du kan fjerne alt papiret. Jeg bruker vann og håndklær for å fjerne papiret. Bare vær forsiktig så du ikke fjerner toneren! Fordi designet her var omvendt, måtte jeg etse frontplaten. Det er en læringskurve i etsning, og noen ganger er løsningene dine sterkere eller svakere, men generelt når etsen virker dypt nok, er det på tide å stoppe. Etter etsning slipte jeg den med 200 og opp til 1200. Normalt starter jeg med 100 hvis metallet er i dårlig form, men dette var behov og var allerede i god form. Jeg bytter sandpapirkorn fra 200 til 400, 400 til 600 og 600 til 1200. Etter det malte jeg det svart, ventet en dag og pusset igjen med 1200 -kornet, bare for å fjerne overdreven maling. Nå boret jeg hullene for potensiometrene. For å fullføre det brukte jeg en klar strøk.

Finpuss

Batterier og deler ble alle skrudd fast i trekassen etter at frontplaten var plassert, fra høyttalersiden. For å finne den beste SMPS -posisjonen slo jeg den på og bekreftet hvor lydkretsen ville bli mindre påvirket. Siden lydkortet er mye mindre enn boksen, var tilstrekkelig avstand og riktig orientering nok til å gjøre EMI -støyen uhørlig. Høyttalerbaffelen ble deretter skrudd på plass og forsterkeren var klar til å spille.

Noen betraktninger

I nærheten av batteriets ende er det et merkbart volumfall, før jeg ikke kunne høre det, men multimeteret mitt viste at høyspenningen gikk ned fra 110V til 85V. Varmeapparatets spenningsfall reduseres også med batteriet. Heldigvis fungerer 1J29b uten problemer til filamentet når 1,5V (med 2,4V 32mA -innstillingen). Det samme gjelder 1J24b, der spenningsfallet redusert til 0,9V da batteriet nesten var tømt. Hvis spenningsfallet er et problem for deg, er det mulighet for å bruke en annen MAX -brikke for å konvertere til en stabil 3.3V spenning. Jeg ønsket ikke å bruke det, fordi det ville være en annen SMPS i denne kretsen, som kan introdusere noen ekstra støykilder.

Med tanke på batterilevetiden, kunne jeg spille en hel uke før jeg måtte lade den igjen, men jeg spiller bare 1 til 2 timer om dagen.