Ενισχυτής σωλήνων με μπαταρία: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Οι ενισχυτές σωλήνων αγαπούν τους κιθαρίστες λόγω της ευχάριστης παραμόρφωσης που παράγουν.

Η ιδέα πίσω από αυτά τα εργαλεία είναι η κατασκευή ενός ενισχυτή σωλήνων χαμηλής ισχύος, ο οποίος μπορεί επίσης να μεταφερθεί για να παίζει εν κινήσει. Στην εποχή των ηχείων bluetooth, ήρθε η ώρα να φτιάξουμε φορητούς ενισχυτές σωλήνων με μπαταρία.

Βήμα 1: Επιλέξτε τους σωλήνες, τους μετασχηματιστές, τις μπαταρίες και την παροχή υψηλής τάσης

Σωλήνες

Επειδή η κατανάλωση ενέργειας στους ενισχυτές σωλήνων είναι ένα τεράστιο πρόβλημα, η επιλογή του σωστού σωλήνα μπορεί να εξοικονομήσει πολύ ενέργεια και να αυξήσει τις ώρες αναπαραγωγής μεταξύ των επαναφορτίσεων. Πριν από πολύ καιρό υπήρχαν σωλήνες με μπαταρία, οι οποίοι λειτουργούσαν από μικρά ραδιόφωνα έως αεροπλάνα. Το μεγάλο πλεονέκτημά τους ήταν το χαμηλότερο ρεύμα νήματος που απαιτείται. Η εικόνα δείχνει μια σύγκριση μεταξύ τριών σωλήνων με μπαταρία, των 5672, 1j24b, 1j29b και ενός μικροσκοπικού σωλήνα που χρησιμοποιείται στους προενισχυτές κιθάρας, το EF86

Οι σωλήνες που επιλέξατε είναι:

Προενισχυτής και PI: 1J24B (ρεύμα νήματος 13 mA σε 1.2V, μέγιστη τάση πλάκας 120V, ρωσικής κατασκευής, φθηνό)

Ισχύς: 1J29B (ρεύμα νήματος 32 mA σε 2,4V, μέγιστη τάση πλάκας 150V, ρωσικής κατασκευής, φθηνό)

Μετασχηματιστής εξόδου

Για τέτοιες ρυθμίσεις χαμηλότερης ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας φθηνότερος μετασχηματιστής. Ορισμένα πειράματα με μετασχηματιστές γραμμής έδειξαν ότι είναι αρκετά καλά για μικρότερους ενισχυτές, όπου το κάτω άκρο δεν αποτελεί προτεραιότητα. Λόγω της έλλειψης κενού αέρα, ο μετασχηματιστής λειτουργεί καλύτερα στο push-pull. Αυτό απαιτεί επίσης περισσότερες βρύσες.

Μετασχηματιστής γραμμής 100V, 10W με διαφορετικές βρύσες

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W και στα δευτερεύοντα 4, 8 και 16 ωμ)

. Ευτυχώς ο μετασχηματιστής που πήρα είχε επίσης τον αριθμό των στροφών ανά τύλιγμα, διαφορετικά θα χρειάζονταν κάποια μαθηματικά για να προσδιοριστούν οι κατάλληλες βρύσες και η υψηλότερη διαθέσιμη σύνθετη αντίσταση. ο μετασχηματιστής είχε τον ακόλουθο αριθμό στροφών σε κάθε βρύση (ξεκινώντας από τα αριστερά):

725-1025-1425-2025-2925 στην αρχική και 48-66-96 στροφές στο δευτερεύον.

Εδώ μπορείτε να δείτε ότι η βρύση 2,5W είναι σχεδόν στη μέση, με 1425 στροφές από τη μία πλευρά και 1500 από την άλλη. Αυτή η μικρή διαφορά θα μπορούσε να είναι πρόβλημα σε μερικούς μεγαλύτερους ενισχυτές, αλλά εδώ θα προσθέσει απλώς την παραμόρφωση. Τώρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις βρύσες 0 και 0.625W για τις ανόδους για να αποκτήσουμε την υψηλότερη διαθέσιμη σύνθετη αντίσταση.

Ο λόγος πρωτεύουσας προς δευτερεύουσας στροφής χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της κύριας σύνθετης αντίστασης ως:

2925/48 = 61, με ηχείο 8 ohm αυτό δίνει 61^2 *8 = 29768 ή περίπου 29,7k άνοδος σε άνοδο

2925/66 = 44, με ηχείο 8 ohm αυτό δίνει 44^2 *8 = 15488 ή περίπου. 15,5k άνοδος σε άνοδο

2925/96 = 30, με ηχείο 8 ohm αυτό δίνει ^2 *8 = 7200 ή περίπου. 7,2k άνοδος σε άνοδο

Επειδή σκοπεύουμε να το εφαρμόσουμε στην κλάση ΑΒ, η σύνθετη αντίσταση που φαίνεται ο σωλήνας είναι μόνο το 1/4 της υπολογισμένης τιμής.

Τροφοδοσία υψηλής τάσης

Ακόμη και αυτοί οι μικροί σωλήνες απαιτούν επίσης υψηλότερες τάσεις στις πλάκες. Αντί να χρησιμοποιώ αρκετές μπαταρίες σε σειρά ή να χρησιμοποιώ αυτές τις τεράστιες παλιές μπαταρίες 45V, χρησιμοποίησα ένα μικρότερο τροφοδοτικό μεταγωγής (SMPS) με βάση το τσιπ MAX1771. Με αυτό το SMPS είμαι σε θέση να πολλαπλασιάσω την τάση που προέρχεται από τις μπαταρίες σε τιμές έως 110V χωρίς κανένα πρόβλημα.

Μπαταρίες

Οι μπαταρίες που επιλέχθηκαν για αυτό το έργο είναι μπαταρίες ιόντων λιθίου, που λαμβάνονται εύκολα στο πακέτο 186850. Υπάρχουν αρκετές κάρτες φόρτισης διαθέσιμες στο διαδίκτυο για αυτές. Μια σημαντική σημείωση είναι να αγοράσετε μόνο γνωστές καλές μπαταρίες, από έμπιστους πωλητές, για να αποφύγετε περιττά ατυχήματα.

Τώρα που τα μέρη έχουν προσδιοριστεί χοντρικά, ήρθε η ώρα να ξεκινήσετε να εργάζεστε στο κύκλωμα.

Βήμα 2: Εργασία σε κύκλωμα

Νήματα

Για την τροφοδοσία των νημάτων σωλήνων επιλέχθηκε μια διαμόρφωση σειράς. Υπάρχουν κάποιες δυσκολίες που πρέπει να συζητηθούν.

• Επειδή οι προενισχυτές και οι σωλήνες ισχύος έχουν διαφορετικά ρεύματα νημάτων, οι αντιστάσεις προστέθηκαν σε σειρά με μερικά νήματα για να παρακάμψουν μέρος του ρεύματος.
• Η τάση της μπαταρίας πέφτει κατά τη χρήση. Κάθε μπαταρία έχει αρχικά 4,2V όταν είναι πλήρως φορτισμένη. Εκφορτίζονται γρήγορα στην ονομαστική τιμή των 3,7V, όπου μειώνονται αργά στα 3V, όταν πρέπει να επαναφορτιστεί.
• Οι σωλήνες έχουν άμεση θερμαινόμενη κάθοδο, που σημαίνει ότι το ρεύμα της πλάκας ρέει μέσα από το νήμα και η αρνητική πλευρά του νήματος αντιστοιχεί στην τάση της καθόδου

Το σχήμα νημάτων με τάσεις μοιάζει με αυτό:

μπαταρία (+) (8,4V έως 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3,6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 ohms (2,4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 ωμ (1.2V) -> 22 ohms -> Μπαταρία (-) (GND)

όπου // αντιπροσωπεύει σε παράλληλη διαμόρφωση και -> σε σειρά.

Οι αντιστάσεις παρακάμπτουν το επιπλέον ρεύμα των νημάτων και το ρεύμα ανόδου που ρέει σε κάθε στάδιο. Για να προβλέψουμε σωστά το ρεύμα της ανόδου είναι απαραίτητο να σχεδιάσουμε τη γραμμή φόρτωσης του σταδίου και να επιλέξουμε ένα σημείο λειτουργίας.

Εκτίμηση σημείου λειτουργίας για τους σωλήνες τροφοδοσίας

Αυτοί οι σωλήνες συνοδεύονται από ένα βασικό φύλλο δεδομένων, όπου οι καμπύλες σχεδιάζονται για τάση δικτύου οθόνης 45V. Δεδομένου ότι με ενδιέφερε η υψηλότερη απόδοση που μπορούσα να αποκτήσω, αποφάσισα να λειτουργήσω τους σωλήνες ισχύος στα 110V (όταν φορτιστούν πλήρως), πολύ πάνω από τα 45V. Για να ξεπεράσω την έλλειψη ενός χρήσιμου φύλλου δεδομένων, προσπάθησα να εφαρμόσω ένα μοντέλο μπαχαρικών για τους σωλήνες χρησιμοποιώντας το paint_kip και αργότερα να αυξήσω την τάση του πλέγματος οθόνης και να δω τι θα συμβεί. Το Paint_kip είναι ένα ωραίο λογισμικό, αλλά απαιτεί κάποια δεξιότητα για να βρείτε τις σωστές τιμές. Με τα πεντόδια το επίπεδο δυσκολίας αυξάνεται επίσης. Δεδομένου ότι ήθελα μόνο μια πρόχειρη εκτίμηση, δεν ξόδεψα πολύ χρόνο αναζητώντας την ακριβή διαμόρφωση. Η δοκιμαστική εξέδρα κατασκευάστηκε για να δοκιμάσει τις διαφορετικές διαμορφώσεις.

Αντίσταση OT: 29k πιάτο σε πιάτο ή περίπου. 7k για λειτουργία κλάσης AB.

Υψηλή τάση: 110V

Μετά από κάποιους υπολογισμούς και δοκιμές θα μπορούσε να καθοριστεί η τάση πόλωσης δικτύου. Για να επιτευχθεί η επιλεγμένη προκατάληψη δικτύου, η αντίσταση διαρροής δικτύου συνδέεται με έναν κόμβο νήματος όπου η διαφορά μεταξύ της τάσης του κόμβου και της αρνητικής πλευράς του νήματος. Για παράδειγμα, το πρώτο 1J29b είναι σε τάση Β+ 6V. Συνδέοντας την αντίσταση διαρροής δικτύου στον κόμβο μεταξύ των σταδίων 1J24b, στα 2,4V η προκύπτουσα τάση δικτύου είναι -3,6V σε σχέση με τη γραμμή GND, η οποία είναι η ίδια τιμή που παρατηρείται στην αρνητική πλευρά του νήματος του δεύτερου 1J29b. Έτσι, η αντίσταση διαρροής δικτύου του δεύτερου 1J29b μπορεί να πέσει στη γείωση, όπως θα γινόταν συνήθως σε άλλα σχέδια.

Ο μετατροπέας φάσης

Όπως φαίνεται στο σχήμα, εφαρμόστηκε ένας μετατροπέας φάσης παραφάσης. Σε αυτήν την περίπτωση ένας από τους σωλήνες έχει κέρδος μονάδας και αντιστρέφει το σήμα για ένα από τα στάδια εξόδου. Το άλλο στάδιο λειτουργεί ως κανονικό στάδιο κέρδους. Μέρος της παραμόρφωσης που δημιουργείται στο κύκλωμα προέρχεται από τον μετατροπέα φάσης που χάνει την ισορροπία και οδηγεί τον έναν σωλήνα ισχύος πιο δυνατά από τον άλλο. Ο διαχωριστής τάσης μεταξύ των σταδίων επιλέχθηκε έτσι ώστε αυτό να συμβαίνει μόνο στις τελευταίες 45 μοίρες της κύριας έντασης. Οι αντιστάσεις δοκιμάστηκαν ενώ το κύκλωμα παρακολουθήθηκε με παλμογράφο, όπου μπορούσαν να συγκριθούν και τα δύο σήματα.

Το στάδιο του προενισχυτή

Οι δύο τελευταίοι σωλήνες 1J24b αποτελούνται από το κύκλωμα του προενισχυτή. Και τα δύο έχουν το ίδιο σημείο λειτουργίας αφού τα νήματα είναι παράλληλα. Η αντίσταση 22 ohms μεταξύ του νήματος και της γείωσης αυξάνει την τάση στην αρνητική πλευρά του νήματος δίνοντας ως μικρή αρνητική προκατάληψη. Αντί να επιλέξετε αντίσταση πλάκας και να υπολογίσετε το σημείο πόλωσης και την απαραίτητη τάση καθόδου και αντίσταση, εδώ η αντίσταση πλάκας προσαρμόστηκε σύμφωνα με το επιθυμητό κέρδος και προκατάληψη.

Με υπολογισμένο και δοκιμασμένο το κύκλωμα, ήρθε η ώρα να φτιάξετε ένα PCB γι 'αυτό. Για το σχηματικό και το PCB χρησιμοποίησα το Eagle Cad. Έχουν δωρεάν έκδοση όπου μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει έως και 2 επίπεδα. Δεδομένου ότι επρόκειτο να χαράξω τον πίνακα μόνος μου, δεν έχει νόημα να χρησιμοποιώ περισσότερα από 2 στρώματα. Για να σχεδιάσετε το PCB ήταν πρώτα απαραίτητο να δημιουργήσετε επίσης ένα πρότυπο για τους σωλήνες. Μετά από κάποιες μετρήσεις θα μπορούσα να εντοπίσω τη σωστή απόσταση μεταξύ των πείρων και του πείρου της ανόδου στην κορυφή του σωλήνα. Με τη διάταξη έτοιμη, ήρθε η ώρα να ξεκινήσετε την πραγματική κατασκευή!

Βήμα 3: Συγκόλληση και δοκιμή κυκλωμάτων

SMPS

Συγκολλήστε πρώτα όλα τα εξαρτήματα της τροφοδοσίας Switched mode. Για να λειτουργήσει σωστά απαιτούνται τα σωστά εξαρτήματα.

• Χαμηλή αντίσταση, Mosfet υψηλής τάσης (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohms)
• Χαμηλό ESR, επαγωγέας υψηλής τάσης (220uH, 3A)
• Χαμηλό ESR, πυκνωτής δεξαμενής υψηλής τάσης (10uF έως 4.7uF, 350V)
• Αντίσταση 0,1 ohm 1W
• Πολύ γρήγορη δίοδος υψηλής τάσης (UF4004 για 50ns και 400V, ή οτιδήποτε γρηγορότερο για> 200V)

Επειδή χρησιμοποιώ το τσιπ MAX1771 σε χαμηλότερη τάση (8,4V έως 6V) έπρεπε να αυξήσω τον επαγωγέα στα 220uH. Διαφορετικά η τάση θα πέσει κάτω από φορτίο. Όταν το SMPS είναι έτοιμο δοκίμασα την τάση εξόδου με ένα πολύμετρο και τη ρύθμισα στα 110V. Κάτω από φορτίο θα πέσει λίγο και απαιτείται αναπροσαρμογή.

Κύκλωμα σωλήνων

Άρχισα να κολλάω τους βραχυκυκλωτήρες και τα εξαρτήματα. Εδώ είναι σημαντικό να ελέγξετε αν οι βραχυκυκλωτήρες δεν αγγίζουν κανένα πόδι. Οι σωλήνες συγκολλήθηκαν στην πλευρά του βαρέλι μετά από όλα τα άλλα εξαρτήματα. Με όλα τα συγκολλημένα θα μπορούσα να προσθέσω το SMPS και να δοκιμάσω το κύκλωμα. Για πρώτη φορά έλεγξα επίσης την τάση στις πλάκες και τις οθόνες των σωλήνων, για να είμαι σίγουρος ότι όλα ήταν εντάξει.

Φορτιστής

Το κύκλωμα του φορτιστή που αγόρασα στο ebay. Βασίζεται γύρω από το τσιπ TP4056. Χρησιμοποίησα ένα DPDT για εναλλαγή μεταξύ μιας σειράς και παράλληλης διαμόρφωσης των μπαταριών και μιας σύνδεσης με το φορτιστή ή την πλακέτα κυκλώματος (βλ. Εικόνα).

Βήμα 4: Περίβλημα, σχάρα και πλάκα και φινίρισμα

Το κιβώτιο

Για να κουτί αυτό τον ενισχυτή επιλέγω να χρησιμοποιήσω ένα παλαιότερο ξύλινο κουτί. Οποιοδήποτε ξύλινο κουτί θα λειτουργούσε, αλλά στην περίπτωσή μου είχα ένα πολύ καλό από αμπερόμετρο. Το αμπερόμετρο δεν λειτουργούσε, οπότε θα μπορούσα τουλάχιστον να σώσω το κουτί και να φτιάξω κάτι επίπεδο μέσα του. Το ηχείο ήταν στερεωμένο στο πλάι με τη μεταλλική σχάρα που επιτρέπει στο αμπερόμετρο να κρυώσει κατά τη χρήση.

Η σχάρα σωλήνων

Το PCB με τους σωλήνες στερεώθηκε στην αντίθετη πλευρά του ηχείου, όπου ανοίγω μια τρύπα έτσι ώστε οι σωλήνες να είναι ορατοί από έξω. Για την προστασία των σωλήνων έφτιαξα μια μικρή σχάρα με φύλλο αλουμινίου. Κάνω μερικά τραχιά σημάδια και τρυπούσα μικρότερες τρύπες. Όλες οι ατέλειες διορθώθηκαν κατά τη φάση λείανσης. Για να δώσω μια καλή αντίθεση στην πρόσοψη κατέληξα να τη βάψω μαύρη.

Το Faceplate, τρίψιμο, μεταφορά γραφίτη, χάραξη και τρίψιμο ξανά

Η πρόσοψη έγινε παρόμοια με το PCB. Πριν ξεκινήσω, έτριψα το φύλλο αλουμινίου για να έχω μια πιο τραχιά επιφάνεια για το γραφίτη. Το 400 είναι αρκετά τραχύ σε αυτή την περίπτωση. Αν θέλετε μπορείτε να πάτε μέχρι τα 1200 αλλά είναι πολύ τρίψιμο και μετά την χάραξη θα υπάρχουν ακόμη περισσότερα, οπότε το παρέλειψα. Αυτό αφαιρεί επίσης κάθε φινίρισμα που είχε το φύλλο προηγουμένως.

Εκτύπωσα την κατοπτρική όψη με έναν εκτυπωτή γραφίτη σε γυαλιστερό χαρτί. Αργότερα μετέφερα το σχέδιο χρησιμοποιώντας ένα κανονικό σίδερο. Ανάλογα με το σίδερο υπάρχουν διάφορες βέλτιστες ρυθμίσεις θερμοκρασίας. Στην περίπτωσή μου, είναι η δεύτερη ρύθμιση, λίγο πριν από το μέγιστο. θερμοκρασία. Το μεταφέρω για 10 λεπτά. περίπου, έως ότου το χαρτί αρχίσει να κιτρινίζει. Περίμενα να κρυώσει και προστάτευσα το πίσω μέρος του πιάτου με βερνίκι νυχιών.

Υπάρχει η δυνατότητα απλώς ψεκασμού πάνω στο γραφίτη. Δίνει επίσης καλά αποτελέσματα αν μπορείτε να αφαιρέσετε όλο το χαρτί. Χρησιμοποιώ νερό και πετσέτες για να αφαιρέσω το χαρτί. Απλά προσέξτε να μην αφαιρέσετε το γραφίτη! Επειδή ο σχεδιασμός εδώ ήταν ανεστραμμένος, έπρεπε να χαράξω την πρόσοψη. Υπάρχει μια καμπύλη εκμάθησης στην χάραξη και μερικές φορές οι λύσεις σας είναι ισχυρότερες ή ασθενέστερες, αλλά γενικά όταν η χάραξη φαίνεται αρκετά βαθιά, είναι καιρός να σταματήσει. Μετά το χάραγμα το έτριψα ξεκινώντας από 200 και φτάνοντας μέχρι τα 1200. Κανονικά ξεκινάω με 100 αν το μέταλλο είναι σε κακή κατάσταση, αλλά αυτό ήταν απαραίτητο και ήταν ήδη σε καλή κατάσταση. Αλλάζω το κόκκο γυαλόχαρτου από 200 σε 400, 400 σε 600 και 600 σε 1200. Μετά από αυτό το έβαψα μαύρο, περίμενα μια μέρα και ξήλωσα ξανά με τον κόκκο 1200, μόνο και μόνο για να αφαιρέσω το υπερβολικό χρώμα. Τώρα άνοιξα τις τρύπες για τα ποτενσιόμετρα. Για να το τελειώσω χρησιμοποίησα ένα διάφανο παλτό.

Τελευταίες πινελιές

Οι μπαταρίες και τα εξαρτήματα βιδώθηκαν όλα στο ξύλινο κουτί μετά την τοποθέτηση της πρόσοψης, από την πλευρά του ηχείου. Για να βρω την καλύτερη θέση SMPS, την ενεργοποίησα και επαληθεύτηκα πού θα επηρεαζόταν λιγότερο το κύκλωμα ήχου. Δεδομένου ότι ο πίνακας κυκλωμάτων ήχου είναι πολύ μικρότερος από το κουτί, ο επαρκής χώρος και ο σωστός προσανατολισμός ήταν αρκετοί για να μην ακούγεται ο θόρυβος EMI. Το διάφραγμα ηχείων βιδώθηκε στη συνέχεια και ο ενισχυτής ήταν έτοιμος για αναπαραγωγή.

Μερικές εκτιμήσεις

Κοντά στο τέλος των μπαταριών υπάρχει μια αισθητή πτώση έντασης, πριν δεν μπορούσα να το ακούσω, αλλά το πολύμετρό μου έδειξε ότι η υψηλή τάση μειώθηκε από 110V σε 85V. Η πτώση τάσης των θερμαντήρων μειώνεται επίσης με την μπαταρία. Ευτυχώς το 1J29b λειτουργεί χωρίς πρόβλημα μέχρι το νήμα να φτάσει τα 1.5V (με τη ρύθμιση 2.4V 32mA). Το ίδιο ισχύει και για το 1J24b, όπου η πτώση τάσης μειώθηκε στα 0,9V όταν η μπαταρία είχε σχεδόν αδειάσει. Εάν η πτώση τάσης είναι πρόβλημα για εσάς, υπάρχει η δυνατότητα χρήσης άλλου τσιπ MAX για μετατροπή σε σταθερή τάση 3,3V. Δεν ήθελα να το χρησιμοποιήσω, γιατί θα ήταν ένα άλλο SMPS σε αυτό το κύκλωμα, το οποίο θα μπορούσε να εισάγει κάποιες επιπλέον πηγές θορύβου.

Λαμβάνοντας υπόψη τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, μπορούσα να παίξω μια ολόκληρη εβδομάδα πριν χρειαστεί να την επαναφορτίσω, αλλά παίζω μόνο 1 έως 2 ώρες την ημέρα.