Batteridrevet rørforstærker: 4 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Rørforstærkere er elsket af guitarister på grund af den behagelige forvrængning, de producerer.

Ideen bag denne instrunctables er at bygge en rørforstærker med lav watt, som også kan bæres rundt for at spille på farten. I en alder af bluetooth -højttalere er det tid til at bygge nogle bærbare, batteridrevne rørforstærkere.

Trin 1: Vælg rør, transformere, batterier og højspændingsforsyning

Rør

Fordi strømforbrug i rørforstærkere er et kæmpe problem, kan valg af det rigtige rør spare meget strøm og øge spilletiden mellem opladninger. For lang tid siden var der batteridrevne rør, der drev fra små radioer til fly. Deres store fordel var den lavere filamentstrøm, der kræves. Billedet viser en sammenligning mellem tre batteridrevne rør, 5672, 1j24b, 1j29b og et miniaturerør, der bruges i guitarforforstærkere, EF86

De valgte rør er:

Forforstærker og PI: 1J24B (13 mA filamentstrøm ved 1,2V, maks. 120V pladespænding, russisk fremstillet, billig)

Strøm: 1J29B (32 mA filamentstrøm ved 2,4V, 150V maks. Pladespænding, russisk fremstillet, billig)

Output transformer

Til sådanne lavere effektindstillinger kan en billigere transformer bruges. Nogle forsøg med linjetransformatorer viste, at de er ganske gode til mindre forstærkere, hvor bundenden ikke er en prioritet. På grund af manglen på et luftspalte fungerer transformeren bedre ved push-pull. Dette kræver også flere vandhaner.

100V line transformer, 10W med forskellige haner

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

. Heldigvis havde den transformer, jeg fik, også det angivne antal omdrejninger pr. Vikling, ellers ville der være brug for matematik for at identificere de passende vandhaner og den højeste tilgængelige impedans. transformeren havde følgende antal omdrejninger ved hvert tryk (startende fra venstre):

725-1025-1425-2025-2925 på den primære og 48-66-96 tænder for den sekundære.

Her er det muligt at se, at 2,5W hanen næsten er i midten, med 1425 omdrejninger på den ene side og 1500 på den anden. Denne lille forskel kan være et problem i nogle større forstærkere, men her vil det bare øge forvrængningen. Nu kan vi bruge 0 og 0.625W hanerne til anoderne for at opnå den højeste tilgængelige impedans.

Forholdet primær til sekundær drejning bruges til at estimere den primære impedans som:

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

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

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

Fordi vi har til hensigt at køre dette i klasse AB, er impedansen, som røret faktisk ses, kun 1/4 af den beregnede værdi.

Højspændingsforsyning

Selv disse små rør kræver også højere spændinger ved pladerne. I stedet for at bruge flere batterier i serie eller bruge de enorme gamle 45V batterier brugte jeg en mindre switched mode strømforsyning (SMPS) baseret på MAX1771 -chippen. Med denne SMPS er jeg i stand til at multiplicere spændingen fra batterierne til værdier så høje som 110V uden problemer.

Batterier

De valgte batterier til dette projekt er Li-Ion-batterier, der let kan fås i pakken fra 186850. Der findes flere opladerbrætter online til disse. En vigtig bemærkning er kun at købe kendte gode batterier fra pålidelige sælgere for at undgå unødvendige ulykker.

Nu hvor delene er groft definerede, er det tid til at begynde at arbejde på kredsløbet.

Trin 2: Arbejde på et kredsløb

Filamenter

For at drive rørets filamenter blev der valgt en seriekonfiguration. Der er nogle vanskeligheder, der skal diskuteres.

• Fordi forforstærkeren og strømrørene har forskellige filamentstrømme, blev modstande tilføjet i serie med nogle filamenter for at omgå en del af strømmen.
• Batterispændingen falder under brug. Hvert batteri har i første omgang 4,2V, når det er fuldt opladet. De aflades hurtigt til den nominelle værdi på 3,7V, hvor de langsomt falder til 3V, når den skal genoplades.
• Rørene har direkte opvarmede katoder, hvilket betyder, at pladestrømmen strømmer gennem filamentet, og den negative side af filamentet svarer til katodespændingen

Filamentskemaet med spændinger ser sådan ud:

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 // repræsenterer i parallel konfiguration og -> i serie.

Modstandene omgår filamenternes ekstra strøm og anodestrømmen, der strømmer på hvert trin. For korrekt at forudsige anodestrømmen er det nødvendigt at tegne trinets belastningslinje og vælge et betjeningspunkt.

Estimering af et driftspunkt for motorrørene

Disse rør leveres med et grundlæggende datablad, hvor kurverne er tegnet til en skærmgitterspænding på 45V. Da jeg var interesseret i det højeste output, jeg kunne få, besluttede jeg at køre strømrørene ved 110V (når de var fuldt opladet), langt over 45V. For at overvinde manglen på et brugbart datablad forsøgte jeg at implementere en krydderimodel for rørene ved hjælp af paint_kip og senere øge skærmens netspænding og se, hvad der sker. Paint_kip er en god software, men kræver en vis dygtighed for at finde de korrekte værdier. Med pentoder stiger sværhedsgraden også. Da jeg kun ønskede et groft skøn, brugte jeg ikke meget tid på at lede efter den nøjagtige cnfiguration. Testriggen blev bygget til at teste de forskellige konfigurationer.

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

Højspænding: 110V

Efter nogle beregninger og testning kunne netværksspændingen defineres. For at opnå den valgte netforspænding er netlækagemodstanden forbundet til en filamentknude, hvor forskellen mellem nodens spænding og den negative side af filamentet. For eksempel er den første 1J29b ved B+ spændingen på 6V. Ved at forbinde netlækagemodstanden til knuden mellem 1J24b -stadierne ved 2,4V er den resulterende netspænding -3,6V i forhold til GND -linjen, hvilket er den samme værdi, der ses på den negative side af filamentet i den anden 1J29b. Så kan netlækagemodstanden i den anden 1J29b gå til jorden, som den normalt ville gøre i andre designs.

Faseomformeren

Som det ses på skematisk, blev en paraphase fase inverter implementeret. I dette tilfælde har et af rørene en enhedsforstærkning og inverterer signalet for et af udgangstrinnene. Det andet trin fungerer som et normalt gevinststadium. En del af forvrængningen, der skabes i kredsløbet, kommer fra, at faseomformeren mister balancen og driver det ene kraftrør hårdere end det andet. Spændingsdeleren mellem trinene blev valgt, så dette kun sker ved de sidste 45 grader af mastervolumen. Modstandene blev testet, mens kredsløbet blev overvåget med et oscilloskop, hvor begge signaler kunne sammenlignes.

Forforstærkerfasen

De sidste to 1J24b -rør består af forforstærkerkredsløbet. Begge har det samme betjeningspunkt, da filamenterne er parallelle. Modstanden på 22 ohm mellem filamentet og jorden hæver spændingen ved den negative side af filamentet, hvilket giver som lille negativ bias. I stedet for at vælge en plademodstand og beregne forspændingspunktet og den nødvendige katodespænding og modstand, blev plademodstanden her tilpasset efter den ønskede forstærkning og bias.

Med kredsløbet beregnet og testet er det tid til at lave et printkort til det. Til skematisk og PCB brugte jeg Eagle Cad. De har en gratis version, hvor man kan bruge op til 2 lag. Da jeg selv skulle ætser tavlen, giver det ingen mening at bruge mere end 2 lag. For at designe PCB var det først nødvendigt også at oprette en skabelon til rørene. Efter nogle målinger kunne jeg identificere den korrekte afstand mellem stifter og anodestiften øverst på røret. Med layoutet klar er det tid til at starte det rigtige byggeri!

Trin 3: Lodning og test af kredsløb

SMPS

Lod først alle komponenterne i strømforsyningen i skiftet tilstand. For at det fungerer korrekt kræves de rigtige komponenter.

• Lav modstand, højspænding Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohm)
• Lav ESR, høj strøminduktor (220uH, 3A)
• Lav ESR, højspændingsbeholder kondensator (10uF til 4.7uF, 350V)
• 0,1 ohm 1W modstand
• Ultrahurtig højspændingsdiode (UF4004 til 50ns og 400V, eller noget hurtigere ved> 200V)

Fordi jeg bruger MAX1771 -chippen ved en lavere spænding (8,4V til 6V), var jeg nødt til at øge induktoren til 220uH. Ellers ville spændingen falde under belastning. Når SMPS'en er klar testede jeg udgangsspændingen med et multimeter og justerede den til 110V. Under belastning vil den falde en lille smule, og en justering er påkrævet.

Rørkredsløb

Jeg begyndte at lodde jumpere og komponenter. Her er det vigtigt at kontrollere, om springerne ikke rører ved nogen komponentben. Rørene blev loddet på cooper -siden efter alle de andre komponenter. Med alt loddet kunne jeg tilføje SMPS og teste kredsløbet. For første gang tjekkede jeg også spændingen ved pladerne og skærmene på rørene, bare for at være sikker på at alt var OK.

Oplader

Laderkredsløbet købte jeg på ebay. Den er baseret på TP4056 -chippen. I Brugte en DPDT til at skifte mellem en serie og parallel konfiguration af batterierne og en forbindelse til opladeren eller til printkortet (se figur).

Trin 4: Indkapsling, grill og frontplade og afslut

Kassen

For at bokse denne forstærker vælger jeg at bruge en ældre trækasse. Enhver trækasse ville fungere, men i mit tilfælde havde jeg en rigtig god fra et amperemeter. Ammeteret virkede ikke, så jeg kunne i det mindste redde kassen og bygge noget nyt inde i den. Højttaleren blev fastgjort på siden med metalgrillen, der tillod amperemeteret at køle ned, mens den var i brug.

Tube grill

PCB med rørene blev fastgjort på den modsatte side af højttaleren, hvor jeg borer et hul, så rørene er synlige udefra. For at beskytte rørene lavede jeg en lille grill med en aluminiumsplade. Jeg laver nogle grove mærker og borede mindre huller. Alle ufuldkommenheder blev korrigeret under slibningsfasen. For at give en god kontrast til frontpladen endte jeg med at male den sort.

Frontpladen, slibning, toneroverførsel, ætsning og slibning igen

Frontpladen blev udført på samme måde som PCB. Inden jeg startede, slibede jeg aluminiumspladen for at have en mere ru overflade til toneren. 400 er groft nok i dette tilfælde. Hvis du vil, kan du gå op til 1200, men det er meget slibning, og efter ætsningen vil der være endnu mere, så det sprang jeg over. Dette fjerner også enhver finish, som arket tidligere havde.

Jeg printede den spejlvendte frontplade med en tonerprinter på et blank papir. Senere overførte jeg tegningen ved hjælp af et normalt jern. Afhængigt af strygejernet er der forskellige optimale temperaturindstillinger. I mit tilfælde er det den anden indstilling, lige før maks. temperatur. Jeg overfører det i løbet af 10 min. ca., indtil papiret begynder at blive gulligt. Jeg ventede på, at den var kølet af og beskyttede pladens bagside med neglelak.

Der er mulighed for bare at sprøjte over toneren. Det giver også gode resultater, hvis du kan fjerne alt papiret. Jeg bruger vand og håndklæder til at fjerne papiret. Bare pas på ikke at fjerne toneren! Fordi designet her var omvendt, måtte jeg ætsse frontpladen. Der er en indlæringskurve i ætsning, og nogle gange er dine løsninger stærkere eller svagere, men generelt når ætsningen virker dybt nok, er det tid til at stoppe. Efter ætsning slibede jeg det med 200 og op til 1200. Normalt starter jeg med 100, hvis metallet er i dårlig form, men dette var behov og var allerede i god form. Jeg skifter sandpapirkornet fra 200 til 400, 400 til 600 og 600 til 1200. Herefter malede jeg det sort, ventede en dag og slibede igen med 1200 -kornet, bare for at fjerne den overdrevne maling. Nu borede jeg hullerne til potentiometrene. For at afslutte det brugte jeg en klar frakke.

Sidste hånd

Batterier og dele blev alle skruet fast i trækassen, efter at frontpladen var placeret fra højttalersiden. For at finde den bedste SMPS -position tændte jeg den og kontrollerede, hvor lydkredsløbet ville blive mindre påvirket. Da lydkortet er meget mindre end boksen, var tilstrækkelig afstand og korrekt orientering nok til at gøre EMI -støj uhørlig. Højttalerbafflen blev derefter skruet på plads, og forstærkeren var klar til at spille.

Nogle overvejelser

Tæt på batteriets ende er der et mærkbart volumenfald, før jeg ikke kunne høre det, men mit multimeter viste, at højspændingen faldt fra 110V til 85V. Varmeapparaternes spændingsfald falder også med batteriet. Heldigvis fungerer 1J29b uden problemer, indtil filamentet når 1,5V (med indstillingen 2,4V 32mA). Det samme gælder 1J24b, hvor spændingsfaldet reducerede til 0,9V, da batteriet næsten var afladet. Hvis spændingsfaldet er et problem for dig, er der mulighed for at bruge en anden MAX -chip til at konvertere til en stabil 3.3V spænding. Jeg ville ikke bruge det, fordi det ville være en anden SMPS i dette kredsløb, som kunne introducere nogle ekstra støjkilder.

I betragtning af batteriets levetid kunne jeg spille en hel uge, før jeg skulle genoplade det igen, men jeg spiller kun i 1 til 2 timer om dagen.