Batteridriven rörförstärkare: 4 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Rörförstärkare är älskade av gitarrspelare på grund av den trevliga distorsion som de producerar.

Tanken bakom denna instrunctables är att bygga en rörförstärkare med låg watt, som också kan bäras runt för att spela på språng. På åldern för bluetooth -högtalare är det dags att bygga några bärbara, batteridrivna rörförstärkare.

Steg 1: Välj rör, transformatorer, batterier och högspänningsförsörjning

Rör

Eftersom strömförbrukning i rörförstärkare är ett stort problem kan valet av rätt rör spara mycket energi och öka speltimmarna mellan laddningarna. För länge sedan fanns det batteridrivna rör, som drivs från små radioer till flygplan. Deras stora fördel var den lägre filamentströmmen som krävs. Bilden visar en jämförelse mellan tre batteridrivna rör, 5672, 1j24b, 1j29b och ett miniatyrrör som används i gitarrförförstärkare, EF86

De utvalda rören är:

Förförstärkare och PI: 1J24B (13 mA filamentström vid 1,2V, max. Plåtspänning 120V, rysk tillverkad, billig)

Effekt: 1J29B (32 mA filamentström vid 2,4V, 150V max. Plattspänning, rysk tillverkad, billig)

Utgångstransformator

För sådana lägre effektinställningar kan en billigare transformator användas. Vissa experiment med linjetransformatorer visade att de är ganska bra för mindre förstärkare, där bottenänden inte är prioriterad. På grund av avsaknaden av ett luftgap fungerar transformatorn bättre vid push-pull. Detta kräver också fler kranar.

100V linjetransformator, 10W med olika kranar

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

. Transformatorn jag fick fick också det antal varv per lindning som anges, annars skulle det behövas lite matematik för att identifiera lämpliga kranar och den högsta tillgängliga impedansen. transformatorn hade följande antal varv vid varje kran (från vänster):

725-1025-1425-2025-2925 på primär och 48-66-96 slår på sekundär.

Här är det möjligt att se att 2,5W kranen är nästan i mitten, med 1425 varv på ena sidan och 1500 på den andra. Denna lilla skillnad kan vara ett problem i vissa större förstärkare, men här kommer det bara att öka till distorsionen. Nu kan vi använda 0 och 0,625W kranar för anoderna för att få den högsta tillgängliga impedansen.

Förhållandet primär till sekundär varv används för att uppskatta den primära impedansen som:

2925/48 = 61, med en 8 ohm högtalare ger detta 61^2 *8 = 29768 eller ca. 29.7k anod-till-anod

2925/66 = 44, med en 8 ohm högtalare ger detta 44^2 *8 = 15488 eller ca. 15,5k anod-till-anod

2925/96 = 30, med en 8 ohm högtalare ger detta ^2 *8 = 7200 eller ca. 7,2 k anod-till-anod

Eftersom vi tänker köra detta i klass AB är impedansen att röret faktiskt syns bara 1/4 av det beräknade värdet.

Högspänningsförsörjning

Även dessa små rör kräver också högre spänningar vid plattorna. Istället för att använda flera batterier i serie eller använda de enorma gamla 45V -batterierna använde jag en mindre switchad strömförsörjning (SMPS) baserad på MAX1771 -chipet. Med denna SMPS kan jag multiplicera spänningen från batterierna till värden så höga som 110V utan problem.

Batterier

De valda batterierna för detta projekt är Li-Ion-batterier, som enkelt kan erhållas i paketet 186850. Det finns flera laddarkort tillgängliga online för dessa. En viktig anmärkning är att bara köpa kända bra batterier från pålitliga säljare för att undvika onödiga olyckor.

Nu när delarna är grovt definierade är det dags att börja arbeta på kretsen.

Steg 2: Arbeta på en krets

Filament

För att driva rörtrådarna valdes en seriekonfiguration. Det finns vissa svårigheter som måste diskuteras.

• Eftersom förförstärkaren och kraftrören har olika filamentströmmar tillsattes motstånd i serie med några filament för att kringgå en del av strömmen.
• Batterispänningen sjunker under användning. Varje batteri har initialt 4,2V när det är fulladdat. De laddar snabbt ut till det nominella värdet 3,7V, där de sakta minskar till 3V när det måste laddas.
• Rören har direkt uppvärmda katoder, vilket innebär att plattströmmen strömmar genom glödtråden och att den negativa sidan av filamentet motsvarar katodspänningen

Glödtrådsschemat med spänningar ser ut så här:

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

där // representerar i parallell konfiguration och -> i serie.

Motstånden kringgår filamentens extra ström och anodströmmen som flödar vid varje steg. För att korrekt förutsäga anodströmmen är det nödvändigt att dra stegets lastlinje och välja en driftpunkt.

Uppskattning av en driftpunkt för kraftrören

Dessa rör kommer med ett grundläggande datablad, där kurvorna är ritade för en skärmnätspänning på 45V. Eftersom jag var intresserad av den högsta effekten jag kunde få bestämde jag mig för att köra kraftrören på 110V (när de var fulladdade), långt över 45V. För att övervinna avsaknaden av ett användbart datablad försökte jag implementera en kryddmodell för rören med paint_kip och senare öka skärmens nätspänning och se vad som händer. Paint_kip är en trevlig programvara, men kräver viss skicklighet för att hitta rätt värden. Med pentoder ökar också svårighetsgraden. Eftersom jag bara ville ha en grov uppskattning ägnade jag inte mycket tid åt att leta efter den exakta cnfigurationen. Testriggen byggdes för att testa de olika konfigurationerna.

OT-impedans: 29k platta till platta eller ca. 7k för klass AB -drift.

Högspänning: 110V

Efter några beräkningar och testning kunde nätförspänningen definieras. För att uppnå den valda nätförspänningen är nätläckmotståndet anslutet till en filamentnod där skillnaden mellan nodens spänning och filamentets negativa sida. Till exempel är den första 1J29b vid B+ spänningen 6V. Genom att ansluta nätläckmotståndet till noden mellan 1J24b -stegen, vid 2,4V är den resulterande nätspänningen -3,6V i förhållande till GND -linjen, vilket är samma värde som ses på den negativa sidan av glödtråden i den andra 1J29b. Så kan nätläckmotståndet i det andra 1J29b gå till marken, som det normalt skulle göra i andra utföranden.

Fasomformaren

Som framgår av schemat, implementerades en parafasfasomvandlare. I detta fall har ett av rören en enhetsförstärkning och inverterar signalen för ett av utgångsstegen. Det andra steget fungerar som ett normalt förstärkningsstadium. En del av förvrängningen som skapas i kretsen kommer från att fasomformaren tappar balansen och driver det ena kraftröret hårdare än det andra. Spänningsdelaren mellan stegen valdes så att detta endast inträffar vid de sista 45 graderna av mastervolymen. Motstånden testades medan kretsen övervakades med ett oscilloskop, där båda signalerna kunde jämföras.

Förförstärkaren

De två sista 1J24b -rören består av förförstärkarkretsen. Båda har samma driftpunkt eftersom filamenten är parallella. 22 ohm motståndet mellan glödtråden och marken höjer spänningen vid den negativa sidan av glödtråden och ger som liten negativ förspänning. Istället för att välja ett plattmotstånd och beräkna förspänningspunkten och nödvändig katodspänning och motstånd, anpassades här plattmotståndet efter önskad förstärkning och förspänning.

Med kretsen beräknad och testad är det dags att göra ett kretskort för den. För schemat och PCB använde jag Eagle Cad. De har en gratisversion där man kan använda upp till 2 lager. Eftersom jag skulle etsa brädan själv är det meningslöst att använda mer än 2 lager. För att utforma kretskortet var det först nödvändigt att också skapa en mall för rören. Efter några mätningar kunde jag identifiera det korrekta avståndet mellan stiften och anodstiftet längst upp på röret. Med layouten klar är det dags att starta det verkliga bygget!

Steg 3: Lödning och testning av kretsarna

SMPS

Löd först alla komponenter i strömförsörjningen i switchat läge. För att det ska fungera korrekt krävs rätt komponenter.

• Lågt motstånd, högspänning Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohm)
• Låg ESR, hög ströminduktor (220uH, 3A)
• Låg ESR, högspänningsbehållarkondensator (10uF till 4,7uF, 350V)
• 0,1 ohm 1W motstånd
• Ultrasnabb högspänningsdiod (UF4004 för 50ns och 400V, eller något snabbare för> 200V)

Eftersom jag använder MAX1771 -chipet vid en lägre spänning (8,4V till 6V) var jag tvungen att öka induktorn till 220uH. Annars skulle spänningen sjunka under belastning. När SMPS är klar testade jag utspänningen med en multimeter och justerade den till 110V. Under belastning kommer det att sjunka lite och en justering krävs.

Rörkrets

Jag började löda hopparna och komponenterna. Här är det viktigt att kontrollera om hopparna inte vidrör någon komponentben. Rören löddes på kopparsidan efter alla andra komponenter. Med allt lödt kunde jag lägga till SMPS och testa kretsen. För första gången kontrollerade jag också spänningen vid plattorna och skärmarna på rören, bara för att vara säker på att allt var OK.

Laddare

Laddarkretsen köpte jag på ebay. Det är baserat på TP4056 -chipet. Jag använde en DPDT för att växla mellan en serie och parallell konfiguration av batterierna och en anslutning till laddaren eller till kretskortet (se bild).

Steg 4: Kapsling, grill och frontplatta och avsluta

Lådan

För att boxa denna förstärkare väljer jag att använda en äldre trälåda. Vilken trälåda som helst skulle fungera, men i mitt fall hade jag en riktigt bra från en ammeter. Ammetern fungerade inte, så jag kunde åtminstone rädda lådan och bygga något nytt inuti den. Högtalaren fixerades på sidan med metallgrillen som gör att amperemätaren kan svalna medan den används.

Rörgrillen

Kretskortet med rören fixerades på motsatt sida av högtalaren, där jag borrar ett hål så att rören syns från utsidan. För att skydda rören gjorde jag en liten grill med en aluminiumplåt. Jag gör några grova märken och borrade mindre hål. Alla brister korrigerades under slipfasen. För att ge en bra kontrast till frontplattan slutade jag måla den svart.

Frontplattan, slipning, toneröverföring, etsning och slipning igen

Frontplattan gjordes på samma sätt som kretskortet. Innan jag började slipade jag aluminiumplåten för att få en grövre yta för tonern. 400 är tillräckligt grovt i det här fallet. Om du vill kan du gå upp till 1200 men det är mycket slipning och efter etsningen blir det ännu mer, så jag hoppade över det. Detta tar också bort all ytbehandling som arket hade tidigare.

Jag skrev ut den spegelblanka frontplattan med en tonerskrivare på ett glansigt papper. Senare överförde jag ritningen med ett vanligt strykjärn. Beroende på järnet finns det olika optimala temperaturinställningar. I mitt fall är det den andra inställningen, strax före max. temperatur. Jag överför den under 10 min. cirka tills papperet börjar bli gulaktigt. Jag väntade på att den skulle svalna och skyddade baksidan av plattan med nagellack.

Det finns möjlighet att bara spraya över tonern. Det ger också bra resultat om du kan ta bort allt papper. Jag använder vatten och handdukar för att ta bort papperet. Var bara försiktig så att du inte tar bort tonern! Eftersom designen här var omvänd måste jag etsa frontplattan. Det finns en inlärningskurva i etsning, och ibland är dina lösningar starkare eller svagare, men när etset verkar tillräckligt djupt är det dags att sluta. Efter etsning slipade jag den med 200 och upp till 1200. Normalt börjar jag med 100 om metallen är i dålig form, men den här var nödvändig och var redan i bra form. Jag byter sandpapperskorn från 200 till 400, 400 till 600 och 600 till 1200. Efter det målade jag det svart, väntade en dag och slipade igen med 1200 -kornet, bara för att ta bort överdriven färg. Nu borrade jag hålen för potentiometrarna. För att avsluta det använde jag en klar kappa.

Finputsning

Batterier och delar skruvades fast på trälådan efter att frontplattan placerats från högtalarsidan. För att hitta den bästa SMPS -positionen slog jag på den och verifierade var ljudkretsen skulle påverkas mindre. Eftersom kretskortet är mycket mindre än lådan var tillräckligt med avstånd och rätt orientering tillräckligt för att göra EMI -ljudet o hörbart. Högtalarbulten skruvades sedan på plats och förstärkaren var klar att spela.

Några överväganden

Nära batteriets ände finns det ett märkbart volymfall, innan jag inte kunde höra det, men min multimeter visade att högspänningen minskade från 110V till 85V. Värmarens spänningsfall minskar också med batteriet. Lyckligtvis fungerar 1J29b utan problem tills glödtråden når 1,5V (med 2,4V 32mA inställning). Detsamma gäller 1J24b, där spänningsfallet minskade till 0,9V när batteriet nästan var urladdat. Om spänningsfallet är ett problem för dig finns det möjlighet att använda ett annat MAX -chip för att konvertera till en stabil 3,3V spänning. Jag ville inte använda den, eftersom det skulle vara en annan SMPS i den här kretsen, som kan introducera några extra bruskällor.

Med tanke på batteriets livslängd kunde jag spela en hel vecka innan jag var tvungen att ladda om det, men jag spelar bara 1 till 2 timmar om dagen.