Tube Curve Tracer: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:48

Detta är för alla rörförstärkare och hackare där ute. Jag ville bygga en rörförstärkare som jag kunde vara stolt över. Men när jag kopplade upp det fann jag att några 6AU6 bara vägrade att snedvrida var de skulle.

Jag har en 1966 -kopia av RCA Receiving Tube Manual och efter att ha designat elektronik av alla slag i cirka 30 år, förstår jag att de publicerade data på en enhet ibland måste tas med ett litet saltkorn. Men rördata som publiceras i dessa böcker är definitivt INGEN garanti för beteende i en verklig krets för något exemplar.

Jag gillar de små tallrikskurvfamiljdiagrammen, som på bilden ovan, i boken och DET var det jag ville se för rören jag hade. Med hjälp av en rörtestare, till och med en välkalibrerad högkvalitativ, ger du bara en datapunkt på en plattkurva bland den familjen. Och du vet inte ens vilken kurva det är. Det är inte särskilt upplysande. Att köpa en kurvspårare på marknaden kan vara dyrt och sällsynt (du kan hitta en gammal TEK 570 på EBAY en gång om året för $ 3000 eller högre) och att hitta en lokalt är ute.

Så jag bestämde mig för att bygga en. P. S. Jag har slutfört några förbättringar av denna TCT här:

Steg 1: Kretsdesignen

Jag behövde en krets som skulle vara relativt enkel men som skulle ge en hög platt- och skärmnätspänning samt en stegstyrningsspänning med steg om ½ V, 1V vardera. För plattdriften använde jag en halv sinusvåg rakt av en högspänningstransformator lindning sedan jag insåg att plattströmmen skulle följa samma karakteristiska väg som går upp i vågen som att komma ner. Vågformen behöver inte vara exakt, kalibrerad eller någon speciell form så länge den steg och föll på ett icke-abrupt sätt. Det behövde inte ens ha samma form varje gång den steg eller föll. Formen på den resulterande kurvan bestäms enbart av egenskaperna hos röret som testas. Detta eliminerade behovet av en precisionshögspänningsrampgenerator men jag behövde fortfarande skaffa transformatorn för detta …

Jag ville ha flera röruttag för de olika befintliga bastyperna men så småningom bestämde jag mig för fyra: 7 och 9 -stifts miniatyr plus oktaluttag. Jag inkluderade också ett 4 -poligt uttag för att testa gamla likriktarrör.

Den stegade förspänningsgeneratorn är en ostliknande 4-bitars R-2R-stege av digital-till-analog-omvandlare som drivs av en räknare som avanceras av 60 Hz-vågen från en annan lindning på transformatorn.

Glödtrådsspänningen kom från en transformator som slets ur en gammal ReadRite -rörkontroll från 1940 -talet som gav många glödtrådsspänningar från 1,1 V till 110 V OCH en omkopplare för att välja dem.

Att hitta en omkopplingsmetod för att rymma alla de olika och olika rörets basuttag visade sig i bästa fall vara meningslös så jag undvek hela problemet och använde patchkablar med varje numrerad stift och varje drivsignal som kom ut till 5-vägs banankontakter. Detta gav mig den ultimata anslutningsflexibiliteten och hindrade mig från att tänka på att försöka hitta en bra växlingsmetod.

Slutligen var det största problemet att mäta plattströmmen. Jag mätte inte katodströmmen eftersom det är summan av ALLA elementströmmar inklusive skärmnätet. Platsen där plattströmmen mäts (vid plattan) höjdes till cirka 400V i toppen av vågen. Så efter att ha delat plattans spänning till 0-6V med en motståndsdelare så att OP-AMP IC: er kunde arbeta med det, behövdes en stor förstärkning, mycket välbalanserad differentialförstärkare. LMC6082 OP-AMP med dubbla precisioner gjorde detta mycket bra och för att starta upp sin signalomfång ingår jord så att den kan kopplas upp som enmatning.

Både plattström- och plattspänningsavläsningar matades sedan ut på BNC-kontakter till ett oscilloskop som arbetar i A-B-läge så att det slutliga diagrammet över dessa två kvantiteter kunde ritas mot varandra.

Vissa människor har skrivit för att be om en tydlig kopia av schemat eftersom den som dyker upp var ganska flummig. Jag har tagit bort den och ersatt den med en PDF -version. Den gröna linjen omsluter hela kretsen på det lilla handkopplade kretskortet. Ett par delar av kretsen utökas i steg 7.

Det fanns ett par överraskningar i bygget och jag kommer att prata om dem senare.

Steg 2: Gör frontpanelen

Jag bestämde mig för att jag skulle bygga den på en 19 "x 7" x 1/8 "tk aluminiumställpanel som jag råkade ha lagt mig omkring. Det skulle senare stödjas av en trälåda gjord av skrothyllor.

Det första fotot ovan visar några av de viktigaste delarna placerade på panelen för att bestämma ett bra arrangemang. Det stora öppna utrymmet representerar var ett handkopplat kretskort skulle sättas på avstånd. Flera arrangemang prövades. Efter att ha täckt hela panelen med målartejp och märkt borrpunkter, (allt jag hade var ett par Greenlee -chassistansar och en liten borrpress för att göra hål med) borrade jag alla hål. Obs! Börja alltid med ett litet (1/16”) pilothål, även i aluminium och arbeta upp till den större storleken i steg. Jag använde tre storlekar av borr för att göra 1/2”hål för banankontakterna. Användningen av en center punch är också en bra idé.

På bilden står en trådrulle för glödtrådsspänningsomkopplaren eftersom den ännu inte var separerad från transformatorn.

Hål borrades för två transformatorer vid denna tidpunkt.

Det svåraste hålet att göra var det 9-poliga hålhålet eftersom jag inte hade en stans med den diametern utan var tvungen att använda det för det 7-poliga hålhålet och sedan fila ut det till den större storleken. Det var ett jobb.

Det enda rektangulära hålet var för strömbrytaren. Det arkiverades också från ett runt hål.

Steg 3: Montera panelen

Det första jag skulle göra innan några delar var på var att märka så många av föremålen på panelen som möjligt innan jag monterade några delar. Detta gjordes med en gammal överföring av LetraSet -bokstäver från skoltiden. Så vitt jag vet kan detta bara köpas i England nuförtiden. Jag täckte den sedan i tre lager med transparent spray Varathane -beläggning. Jag vet inte hur hållbart detta kommer att bli med tiden men än så länge så bra … Stegen på filamentomkopplaren gjordes senare för hand eftersom jag inte hade några bokstäver av lämplig storlek.

Den ljusbeige färgade säkringshållaren är uppe till höger nära ingångshålet där sladden går. Nedan finns neonpilotlampan och ON-OFF-omkopplaren. Du kanske eller kanske inte märker att omkopplaren ser ut att vara i uppläget men faktiskt säger AV. Denna switch är en engelsk DPST -strömbrytare. Alla strömbrytare där är UP = OFF/DOWN = ON inte som här i Nordamerika där det är tvärtom. Logiken som används vid inställning av elektrisk kod för PÅ/AV -omkopplare här är att när en av misstag faller mot en omkopplare är det mer sannolikt att den påverkar nedåt än uppåt och så ansågs det säkrare om det som styrs av den omkopplaren stängs AV inte PÅ. Jag har ingen aning om varför England är tvärtom, men jag gillade bytet ändå. När den kastas ger den en mycket solid "Thunk".

G2 V -omkopplaren ska välja den spänning som matas till skärmnätet. Detta skulle senare bli en kruka. G1 Step -omkopplaren väljer storleken på nätsteget (för närvarande) antingen ½ V -steg från 0 till -7,5V eller 1V -steg från 0 till -15V. De två BNC -kontakterna märkta H och V är vertikala och horisontella signaler till omfattningen. G BNC -kontakten är frekvensomriktarens vågform så att den kan ses om så önskas. Drivspänningarna är de röda 5-vägs banankontakterna och de svarta är naturligtvis anslutna till uttagen. Alla motsvarande numrerade sockelstift är parallella.

PUSH TO TEST -knappen stänger anslutningen till plattan på röret som testas så att den bara drar ström när du blir ombedd att göra det. Ingen idé att vända ryggen bara för att bara ta reda på genom lukt att något inte stämmer! (Skulle inte vara första gången för mig.)

Steg 4: Montering av kretskortet

Brädan är en bit perforerad glasfiber ca 2 "x 5". Jag gjorde en gissning om brädstorlek och började bara sätta delar på den. Min metod är att bygga lite - testa det - bygga lite mer - testa det etc. Detta hindrar en dålig del/krets från att förstöra många fler med det hela i en blixt. Skruvplintremsorna hålls på plats med 2-delat epoxilim eftersom det inte finns någon kopparkrets på botten att lödda på med som vanligt.

Kretsen var handkopplad med PTP-teknik. Det är "punkt-till-punkt" -teknologi. Grovt men någon förkortning får det att låta högteknologiskt, eller hur? Strax till vänster om det lilla kylflänsen syns två identiska 1megohm -motstånd. Det här är vad jag först använde för plattströmsspänningsfallande motstånd R3 och R4. Som framgår av steg 7 måste dessa bytas ut. Kretsen är inte vacker på botten men då tänkte jag inte på snygghet i det här steget.

Steg 5: O Ja … Patch Wires

Jag hackade några oanvändbara mätarledningar till ca 7”längder och lödde bananpluggar i båda ändarna. Dessa ledningar är gjorda med en fantastisk flexibel tråd som du måste gå långt för att köpa. Pluggarna: en röd och en svart som du kan se. Den röda är för drivänden och den svarta är för kontakten på kontakten, inte att det spelar någon roll, men det verkade bättre att de matchade färgerna på kontakterna jag hade. Jag är så modemedveten.

Eftersom jag visste att jag skulle behöva kunna bekräfta kalibreringen av plattströmmen med en helt annan metod, gjorde jag en patch för katoden med en skillnad. Jag visar den med en liten låda med strömbrytare. Inuti lådan finns ett 10 Ohm motstånd som kan kopplas in i kretsen eller ur den. Katodens "enhet" är faktiskt bara anslutning till jord (0V). När motståndet kopplas in "kan en räckvidd läggas på katodänden på plåstret och den faktiska katodströmmen för en triod kan mätas för att bekräfta vad dess platta drar. Detta förutsätter att nätet alltid har en negativ spänning. Normalt kopplas motståndet ut. När omkopplaren vänds fram och tillbaka under ett test kan skillnaden i plattström ses med hela kurvfamiljen som växlar upp och ner lite. Effekten är så liten (kanske 2-4%) att det inte gör någon verklig skillnad för motivet för att mäta röret men illustrerar att även ett 10 Ohm motstånd i katoden kan göra en synlig förändring.

Steg 6: Gifta dig med kretskortet med resten av det

Kortet använder skruvplintar för att ansluta ledningar så att jag kunde ta bort kortet för vidare konstruktion/ändringar efter att ha testat delar av det. Jag satte den på gångjärnsstopp i ena änden och raka i andra änden så att jag kunde lyfta den för åtkomst till andra sidan för snabba mätningar eller ändringar utan att behöva koppla bort en miljon ledningar.

För det mesta var värme inte ett problem, men jag lade den lågspännings positiva regulatorn på ett litet kylfläns för säkerhets skull. De 3-terminala regulatorerna som 7805 som jag använde kan släppa ut cirka 1 Watt utan kylfläns men det är alltid bra att hålla saker svala när det finns någon chans att göra det billigt. Dess jordterminal är förspänd upp till +10V med en 2N3906 -transistor och ett par motstånd. Detta ger +15V som differentialförstärkaren kör på. Detta är ett bra sätt att få vilken spänning du vill från en av de vanliga regulatorerna. Variabilitet eller programmerbarhet kan göras på samma sätt genom att använda en kruka eller D/A -omvandlare istället för ett av motstånden. Eftersom en mängd olika AC -spänningar är tillgängliga från Xfrmr var det lätt att välja en spänning för denna regulator. 25V var det. Och eftersom det drar så lite nuvarande halvvågsriktning gjorde det bra att leverera regulatorn.

Som du kan se på bilden började jag snöra på ledningarna istället för att bunta ihop dem alla med plastband. Jag har alltid beundrat utseendet på en välsnörd sele och ville prova det här men det fanns ingen snörningssnöre att hitta någonstans. Kanske några av er vet var det kan fås. Jag använde en broderitråd som föreslogs av min fru och drog över en klump vax. Jag använde standard snörningsknoppar till min sele. För dem som är villiga att lära sig denna konstiga konst, ger Googling "sele snörning" ett par instruktionssajter.

Den gamla ReadRite -rörkontrollen hade en intressant metod för kalibrering. Genom att sätta ändarna på en keramikgryta över en del av primärlindningen och ansluta torkaren till nätspänningskällan kan spänningen som testaren arbetade på justeras över eller under den nominella för att ta hand om lokala variationer i väggspänning som kan hända då och då. (Kom ihåg att det här var designat och använt under andra världskrigets tider.) Tja, den här krukan måste bara inkluderas här eftersom transformatorn var utformad så att ingen av ändarna av den delen lindning var vid nominell nätspänning och så kunde inte användas som- är. Den grytan, som blir ganska varm, kan ses som det vita föremålet som hålls av den perforerade rörmokaren som spänner metall nära transformatorn.

När jag upptäckte vad alla anonyma ledningar på den gamla ReadRite-glödtransformatorn var upptäckte jag naturligtvis att den hade en högspänningslindning! Så min plattspänningskälla löstes och jag eliminerade en transformator.

Steg 7: Lite mer om kretsen

Bias Generator: För att hålla sakerna relativt enkla och låga ström, användes CMOS-logik i 4000-serien. Dessa saker som var allestädes närvarande på 1980 -talet kommer att fungera på alla spänningar från 3V till 18V. Det betyder att strömmen kan vara var som helst i det intervallet, den kan ändras om det behövs och kommer faktiskt att fungera även om det finns stora mängder krusning eller annat ljud på den. Det är bra för batteridrivna applikationer. Det kan fortfarande köpas idag på någon av de vanliga butikerna (Mouser, Digi-Key, etc.) även om de inte tillverkar alla typer som de brukade. Det drar också bredvid squat power. Så jag använde en 4040 12-bitarsräknare som jag hade liggande som 4-bitarsräknaren för stegning av förspänningen. Stegstorleken ändras genom att ändra spänningsspänningen för den. Eftersom rörspänningen måste vara negativ drivs räknaren mellan jord som dess positiva skena och en negativ skena för den andra änden. "VDD" -nålen är således jordad. Ett TIPS 107 med ett förspänningsnätverk som liknar 7805 levererar minusmatningsvolymen till chipsets "VSS" -stift. En panelmonterad omkopplare med grytor för varje intervall kalibrerar den maximala förspänningen som genereras. Räknaren driver en billig R-2R motståndsstege för att göra en enkel Dig-Analog-omvandlare och sedan ut till banankontakten går den.

Plattströmförstärkaren: Eftersom plattströmmen avkänns med ett 100 Ohm motstånd, R1 i serie med plattan, höjs dess spänning till cirka 400V. Det gjordes mindre med två motståndsavdelare, en för varje ände av 100 Ohm motståndet. Det visas som R3, R4, R5. R6 på schemat och den lilla potten och placerad nära Push To Test-knappen på schemat. Grytan balanserar dessa två avdelare så att förstärkarens utsignal läser noll när nollström flödar i rörets platta. Jag använde först några gamla motstånd med stort värde för R3, R4 men när jag testade det såg kurvorna ut mer som ordballonger än enstaka rader. Jag bifogar en bild på det jag såg. Du kan också se att displayen är lite krossad i grundlinjen. Jag bytte dessa motstånd till mer moderna 5% motstånd och kalibrerade om. Samma sak men lite mindre. Varje kurva på displayen tar 1/120 sekund att spåra med räckviddspotten först att gå upp kurvan och sedan komma tillbaka ner på samma sätt. Men mellan de två utflykterna skulle motståndet värma och svalna tillräckligt för att ändra deras värde! Motstånd kommer att ändra värde beroende på temperatur, inte mycket men kommer att göra det. Jag trodde inte att det kunde hända så snabbt men att byta dem igen till 1% metallfilmstyper löste i stort problemet.

Förstärkaren är en konventionell differentialförstärkare som används för instrumentering men med en förstärkningsförändrande omkopplare för att ge den två utgångsområden och två grytor för områdeskalibrering. Detta ger 2V/1mA och 2V/10mA utgångsskalor.

Skärmnätdrivkretsen är helt enkelt en filtrerad kruka som hängs av den likriktade plattans spänningskälla med en högspänningstransistor som emitterföljare för att driva spänning till banankontakten. Filtret är ganska långsamt och tar ett par sekunder att sätta sig när grytvredet flyttas.

Steg 8: Drift

Jag slog på den.

Efter att röken slocknat … fungerade kretsen förvånansvärt bra. Jag fann att balansen i differentialförstärkaren behövde cirka 20 minuters uppvärmningstid för att slå sig ner ganska bra. Efter den tiden behövde 25 Ohm balanspotten justeras för att ge en mycket horisontell linje på omfånget när ingen plattström flyter. Efter ett tag att justera detta på brädet varje gång jag använde enheten togs det bort från panelen och visas som den medelstora bruna vredet nära de röda banankontakterna. Jag vet inte varför jag inte gjorde det tidigare.

Ett par skärmdumpar av kurvor visas.

Eftersom varje kurva på displayen genereras på 1/60 sekund och det finns 16 till en skanning innan den upprepas, kommer skanningarna med cirka 4 skanningar per sekund. Detta blinkande fungerar men är inte riktigt roligt när man försöker göra en mätning. En lösning är att fånga varje plot med en lång tids exponering på kameran. Eller … använd ett lagringsutrymme. Det du ser är en gammal men en godbit - ett HP 1741A analogt lagringsutrymme med variabel uthållighet. Displayen kommer att blomma efter ett tag, men i cirka 30 sekunder presenteras ett mycket observerbart diagram. Det kommer att lagra en skärm, ovisad, i timmar. Det går OK.

Skott av kurvor för en 6AU6A pentod samt en 6DJ8 -triod presenteras. 6DJ8 har skalfaktorer 50V / division horisontellt och 10 mA / division vertikalt medan 6AU6A har skalfaktor 50V / division horisontellt och 2,5 mA / division vertikalt. Dessa skalfaktorer är en kombination av kurvspårarens utgångsområde och den vertikala känsligheten som ringer upp på omfånget. Noll i alla fall är det nedre vänstra hörnet av skärmen. Dessa togs helt enkelt genom att hålla kameran nära skärmen. Efter att ha tålat med det ett tag bestämde jag mig för att vidta drastiska åtgärder och slog ihop en RIKTIGT ostliknande metod för att hålla kameran fäst vid omfånget… Mer rörmokare. Kameran monteras i den med en kort 1/4”bult genom botten i sitt monteringshål. Att rikta kameran innebar att vrida bandet precis rätt. Uppenbarligen kan jag inte visa kameran i detta fäste eftersom det behövdes för att ta bilden!

Steg 9: Boxen och slutartikeln

Lådan, liksom alla andra delar av detta projekt, sattes ihop av skrotmaterial till hands. Det är en enkel fyrsidig låda utan botten men påskruvade gummifötter. Bitarna var jig-sågade ur en extra spånskiva bokhylla som hade 3 sidor täckta med samma faner som ovansidan och undersidan. Nedskärningarna gjordes med tanke på att kanterna med faner ska visas på lådans framsida. Oönskad kant visades oundvikligen på baksidan och botten. Bitarna hålls ihop med spånskivor som är kvar från några Ikea köksskåp från för 10 år sedan. Skruvhuvudena är täckta med vita plastskruvhuvudlock från samma källa och färgas sedan svart med en permanent markör. Lådan tog ungefär 2 och ½ timme att göra.

Steg 10: Slutligen

Enheten har besvarat mina frågor om förspänning av 6AU6A och låtit mig justera min förstärkardesign för att ta hänsyn till gamla rör. Enkelt uttryckt, de uppträder sämre när de åldras.

Uppenbarligen kan enheten förbättras med fler klockor och visselpipor. Det skulle vara bra att ha en digital panelspänningsmätare som indikerar skärmens nätspänning uppringd med den ratten bland annat. Också fler och högre styrningsintervall eller stegstorlekar. Och medan vi är på gång, vad sägs om att fånga handlingen till internminnet så att den kan laddas upp till en dator. Kanske kan kurvspåraren vara Windows -baserad och komma med en mus. Då kunde test göras från vilken plats som helst med internetuppkoppling. Eller kanske inte. P. S. Jag har slutfört ett par förbättringar av denna TCT här: