แอมพลิฟายเออร์หลอดที่ใช้แบตเตอรี่: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

แอมป์หลอดเป็นที่ชื่นชอบของนักเล่นกีตาร์เนื่องจากมีการบิดเบือนที่น่าพึงพอใจ

แนวคิดเบื้องหลังคำสั่งสอนนี้คือการสร้างแอมพลิฟายเออร์หลอดกำลังวัตต์ต่ำ ซึ่งสามารถพกพาไปเล่นได้ทุกที่ ในยุคของลำโพงบลูทูธ ถึงเวลาแล้วที่จะสร้างแอมพลิฟายเออร์หลอดแบบพกพาที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ขั้นตอนที่ 1: เลือกท่อ หม้อแปลง แบตเตอรี่ และการจ่ายไฟฟ้าแรงสูง

หลอด

เนื่องจากการใช้พลังงานในแอมพลิฟายเออร์หลอดเป็นปัญหาใหญ่ การเลือกหลอดที่เหมาะสมสามารถประหยัดพลังงานได้มาก และเพิ่มชั่วโมงการเล่นระหว่างการชาร์จซ้ำ นานมาแล้วมีหลอดที่ใช้แบตเตอรี่ซึ่งขับเคลื่อนจากวิทยุขนาดเล็กไปยังเครื่องบิน ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของพวกเขาคือกระแสไส้หลอดที่ต่ำกว่าที่ต้องการ ภาพแสดงการเปรียบเทียบระหว่างหลอดที่ใช้แบตเตอรีสามหลอด คือ 5672, 1j24b, 1j29b และหลอดจิ๋วที่ใช้ในปรีแอมป์กีตาร์ รุ่น EF86

หลอดที่เลือกคือ:

ปรีแอมป์และ PI: 1J24B (กระแสไส้หลอด 13 mA ที่ 1.2V, แรงดันเพลตสูงสุด 120V, ผลิตในรัสเซีย, ราคาไม่แพง)

กำลังไฟ: 1J29B (กระแสไส้หลอด 32 mA ที่ 2.4V, แรงดันเพลตสูงสุด 150V, ผลิตในรัสเซีย, ราคาไม่แพง)

หม้อแปลงไฟฟ้าขาออก

สำหรับการตั้งค่าพลังงานที่ต่ำกว่านั้น สามารถใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่ถูกกว่าได้ การทดลองบางอย่างกับไลน์หม้อแปลงพบว่าค่อนข้างดีสำหรับแอมพลิฟายเออร์ขนาดเล็ก โดยที่ด้านล่างสุดไม่ใช่ลำดับความสำคัญ เนื่องจากไม่มีช่องว่างอากาศ หม้อแปลงจึงทำงานได้ดีขึ้นในการผลัก-ดึง นอกจากนี้ยังต้องใช้ก๊อกมากขึ้น

หม้อแปลงไฟฟ้า 100V, 10W พร้อมก๊อกต่างๆ

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W และรอง 4, 8 และ 16 โอห์ม)

. โชคดีที่หม้อแปลงที่ฉันได้รับมีจำนวนรอบต่อขดลวดที่ระบุ มิฉะนั้น คณิตศาสตร์บางอย่างอาจจำเป็นในการระบุก๊อกที่เพียงพอและอิมพีแดนซ์สูงสุดที่มี หม้อแปลงมีจำนวนรอบดังต่อไปนี้ในแต่ละก๊อก (เริ่มจากด้านซ้าย):

725-1025-1425-2025-2925 สำหรับเครื่องหลักและ 48-66-96 เครื่องจะเปิดเครื่องสำรอง

ในที่นี้จะเห็นได้ว่าก๊อก 2.5W นั้นเกือบจะอยู่ตรงกลาง โดย 1425 รอบที่ด้านหนึ่งและ 1500 ที่อีกด้านหนึ่ง ความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ นี้อาจเป็นปัญหาในแอมพลิฟายเออร์ที่ใหญ่กว่าบางตัว แต่ที่นี่จะเพิ่มการบิดเบือน ตอนนี้เราสามารถใช้ก๊อก 0 และ 0.625W สำหรับแอโนดเพื่อให้ได้อิมพีแดนซ์สูงสุดที่มีอยู่

อัตราส่วนรอบปฐมภูมิถึงทุติยภูมิใช้เพื่อประเมินอิมพีแดนซ์หลักดังนี้:

2925/48 = 61 ด้วยลำโพง 8 โอห์ม จะได้ 61^2 *8 = 29768 หรือประมาณ 29.7k แอโนดต่อแอโนด

2925/66 = 44 ด้วยลำโพง 8 โอห์ม จะได้ 44^2 *8 = 15488 หรือประมาณ 15.5k แอโนดต่อแอโนด

2925/96 = 30 ด้วยลำโพง 8 โอห์ม จะได้ ^2 *8 = 7200 หรือประมาณ 7.2k แอโนดต่อแอโนด

เนื่องจากเราตั้งใจจะใช้สิ่งนี้ในคลาส AB อิมพีแดนซ์ที่เห็นจริงของหลอดจึงเป็นเพียง 1/4 ของค่าที่คำนวณได้

แหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูง

แม้แต่หลอดขนาดเล็กนี้ก็ยังต้องการแรงดันไฟฟ้าที่จานสูงขึ้น แทนที่จะใช้แบตเตอรี่หลายก้อนเป็นชุด หรือใช้แบตเตอรี่ 45V เก่าขนาดใหญ่เหล่านั้น ฉันใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสลับโหมด (SMPS) ที่เล็กกว่าซึ่งใช้ชิป MAX1771 ด้วย SMPS นี้ ฉันสามารถคูณแรงดันไฟฟ้าที่มาจากแบตเตอรี่ให้เป็นค่าที่สูงถึง 110V ได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ

แบตเตอรี่

แบตเตอรี่ที่เลือกสำหรับโครงการนี้คือแบตเตอรี่ Li-Ion ซึ่งหาซื้อได้ง่ายในแพ็คเกจ 186850 มีบอร์ดชาร์จหลายแบบออนไลน์สำหรับสิ่งเหล่านี้ หมายเหตุสำคัญประการหนึ่งคือการซื้อเฉพาะแบตเตอรี่ที่ดีซึ่งเป็นที่รู้จัก จากผู้ขายที่เชื่อถือได้ เพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุที่ไม่จำเป็น

เมื่อกำหนดส่วนต่างๆ อย่างคร่าวๆ แล้ว ก็ถึงเวลาเริ่มทำงานกับวงจร

ขั้นตอนที่ 2: การทำงานกับวงจร

เส้นใย

ในการจ่ายไฟให้กับเส้นใยของหลอด ได้มีการเลือกการกำหนดค่าแบบอนุกรม มีปัญหาบางอย่างที่ต้องพูดคุยกัน

• เนื่องจากหลอดปรีแอมป์และพาวเวอร์ซัพพลายมีกระแสฟิลาเมนต์ต่างกัน จึงมีการเพิ่มตัวต้านทานกระแสไฟแบบอนุกรมโดยมีฟิลาเมนต์บางส่วนเพื่อเลี่ยงผ่านส่วนหนึ่งของกระแสไฟ
• แรงดันแบตเตอรี่ลดลงระหว่างการใช้งาน แบตเตอรี่แต่ละก้อนเริ่มต้นที่ 4.2V เมื่อชาร์จเต็ม พวกเขาปล่อยอย่างรวดเร็วถึงค่าเล็กน้อยของ 3.7V โดยที่พวกเขาจะค่อยๆลดลงเป็น 3V เมื่อต้องชาร์จใหม่
• หลอดมีแคโทดที่ให้ความร้อนโดยตรง หมายความว่ากระแสเพลตไหลผ่านไส้หลอด และด้านลบของไส้หลอดจะสอดคล้องกับแรงดันแคโทด

โครงร่างไส้หลอดที่มีแรงดันไฟฟ้ามีลักษณะดังนี้:

แบตเตอรี่ (+) (8.4V ถึง 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300ohms (3.6V) -> 1J24b // 1J24b // 130 โอห์ม (2.4V) -> 1J24b // 1J24b // 120 โอห์ม (1.2V) -> 22 โอห์ม -> แบตเตอรี่ (-) (GND)

โดยที่ // แสดงถึงการกำหนดค่าแบบขนานและ -> แบบอนุกรม

ตัวต้านทานจะเลี่ยงกระแสส่วนเกินของเส้นใยและกระแสแอโนดที่ไหลในแต่ละขั้นตอน ในการทำนายกระแสแอโนดอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องวาดเส้นโหลดของสเตจและเลือกจุดดำเนินการ

การประมาณค่าจุดดำเนินการสำหรับหลอดไฟฟ้า

หลอดนี้มาพร้อมกับแผ่นข้อมูลพื้นฐาน ซึ่งจะมีการพล็อตเส้นโค้งสำหรับแรงดันกริดหน้าจอที่ 45V เนื่องจากฉันสนใจเอาต์พุตสูงสุดที่ทำได้ ฉันจึงตัดสินใจใช้หลอดไฟฟ้าที่ 110V (เมื่อชาร์จเต็ม) ซึ่งสูงกว่า 45V เพื่อเอาชนะการขาดแผ่นข้อมูลที่ใช้งานได้ ฉันพยายามใช้โมเดลเครื่องเทศสำหรับหลอดโดยใช้ paint_kip และต่อมาเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากริดหน้าจอและดูว่าเกิดอะไรขึ้น Paint_kip เป็นซอฟต์แวร์ที่ดี แต่ต้องใช้ทักษะบางอย่างเพื่อค้นหาค่าที่ถูกต้อง ด้วย pentodes ระดับความยากก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เนื่องจากฉันต้องการเพียงการประมาณคร่าวๆ ฉันไม่ได้ใช้เวลามากในการค้นหา cnfiguration ที่แน่นอน อุปกรณ์ทดสอบถูกสร้างขึ้นเพื่อทดสอบการกำหนดค่าต่างๆ

ความต้านทาน OT: จานต่อแผ่น 29k หรือประมาณ. 7k สำหรับการทำงานของคลาส AB

ไฟฟ้าแรงสูง: 110V

หลังจากการคำนวณและทดสอบแรงดันไฟฟ้าอคติของกริดสามารถกำหนดได้ เพื่อให้ได้อคติกริดที่เลือก ตัวต้านทานการรั่วของกริดจะเชื่อมต่อกับโหนดฟิลาเมนต์ ซึ่งความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าของโหนดกับด้านลบของฟิลาเมนต์ ตัวอย่างเช่น 1J29b ตัวแรกอยู่ที่แรงดัน B+ ที่ 6V โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานการรั่วไหลของกริดกับโหนดระหว่างสเตจ 1J24b ที่ 2.4V แรงดันกริดที่เป็นผลลัพธ์คือ -3.6V ซึ่งสัมพันธ์กับเส้น GND ซึ่งเป็นค่าเดียวกับที่เห็นในด้านลบของไส้หลอดของ 1J29b ที่สอง ดังนั้นตัวต้านทานการรั่วไหลของกริดของ 1J29b ตัวที่สองสามารถลงกราวด์ได้ตามปกติในการออกแบบอื่น

อินเวอร์เตอร์เฟส

ดังที่เห็นในแผนผัง มีการใช้อินเวอร์เตอร์เฟสพาราเฟส ในกรณีนี้หลอดใดหลอดหนึ่งมีอัตราขยายเป็นเอกภาพและสลับสัญญาณสำหรับสเตจเอาท์พุตอันใดอันหนึ่ง อีกสเตจทำหน้าที่เป็นระยะเกนปกติ ส่วนหนึ่งของความผิดเพี้ยนที่เกิดขึ้นในวงจรมาจากเฟสอินเวอร์เตอร์ที่สูญเสียความสมดุลและขับหลอดไฟฟ้าหนึ่งหลอดให้หนักกว่าอีกหลอดหนึ่ง ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้นตอนถูกเลือกเพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ 45 องศาสุดท้ายของระดับเสียงหลักเท่านั้น ตัวต้านทานที่ทดสอบในขณะที่วงจรถูกตรวจสอบด้วยออสซิลโลสโคปซึ่งสามารถเปรียบเทียบสัญญาณทั้งสองได้

เวทีปรีแอมป์

หลอด 1J24b สองหลอดสุดท้ายประกอบด้วยวงจรพรีแอมป์ ทั้งสองมีจุดทำงานเหมือนกันเนื่องจากเส้นใยอยู่ในแนวขนาน ตัวต้านทาน 22 โอห์มระหว่างไส้หลอดและกราวด์จะยกระดับแรงดันที่ด้านลบของไส้หลอดให้มีความลำเอียงเชิงลบเล็กน้อย แทนที่จะเลือกตัวต้านทานเพลตและคำนวณจุดไบแอสและแรงดันแคโทดและตัวต้านทานที่จำเป็น ที่นี่ตัวต้านทานเพลตถูกดัดแปลงตามเกนและไบแอสที่ต้องการ

เมื่อคำนวณและทดสอบวงจรแล้ว ก็ถึงเวลาสร้าง PCB ขึ้นมา สำหรับแผนผังและ PCB ฉันใช้ Eagle Cad พวกเขามีเวอร์ชันฟรีที่หนึ่งสามารถใช้ได้ถึง 2 เลเยอร์ เนื่องจากฉันกำลังจะกัดกระดานด้วยตัวเอง การใช้มากกว่า 2 ชั้นจึงไม่สมเหตุสมผล ในการออกแบบ PCB ก่อนอื่นจำเป็นต้องสร้างเทมเพลตสำหรับหลอดด้วย หลังจากการวัดแล้ว ฉันสามารถระบุระยะห่างที่ถูกต้องระหว่างพินและพินแอโนดที่ด้านบนของท่อได้ เมื่อเลย์เอาต์พร้อมแล้วก็ถึงเวลาเริ่มงานสร้างจริง!

ขั้นตอนที่ 3: การบัดกรีและการทดสอบวงจร

SMPS

ขั้นแรกให้ประสานส่วนประกอบทั้งหมดของแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีส่วนประกอบที่เหมาะสม

• ความต้านทานต่ำ, มอสเฟตไฟฟ้าแรงสูง (IRF644Pb, 250V, 0.28 โอห์ม)
• ESR ต่ำ, ตัวเหนี่ยวนำกระแสสูง (220uH, 3A)
• ESR ต่ำ ตัวเก็บประจุแรงดันสูง (10uF ถึง 4.7uF, 350V)
• ตัวต้านทาน 0.1 โอห์ม 1W
• ไดโอดแรงดันสูงพิเศษ (UF4004 สำหรับ 50ns และ 400V หรืออะไรที่เร็วกว่าสำหรับ >200V)

เนื่องจากฉันใช้ชิป MAX1771 ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า (8.4V ถึง 6V) ฉันต้องเพิ่มตัวเหนี่ยวนำเป็น 220uH มิฉะนั้นแรงดันไฟฟ้าจะลดลงภายใต้ภาระ เมื่อ SMPS พร้อม ฉันทดสอบแรงดันเอาต์พุตด้วยมัลติมิเตอร์และปรับเป็น 110V ภายใต้การโหลด มันจะลดลงเล็กน้อยและจำเป็นต้องมีการปรับใหม่

วงจรหลอด

ฉันเริ่มบัดกรีจัมเปอร์และส่วนประกอบ สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบว่าจัมเปอร์ไม่ได้สัมผัสขาส่วนประกอบใดๆ หรือไม่ ท่อถูกบัดกรีที่ด้านคูเปอร์หลังจากส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมด เมื่อบัดกรีทุกอย่างแล้ว ฉันสามารถเพิ่ม SMPS และทดสอบวงจรได้ เป็นครั้งแรกที่ฉันตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่เพลตและตะแกรงของหลอดด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างเรียบร้อยดี

ที่ชาร์จ

วงจรชาร์จที่ฉันซื้อบนอีเบย์ มีพื้นฐานมาจากชิป TP4056 ฉันใช้ DPDT เพื่อสลับระหว่างชุดแบตเตอรี่และการกำหนดค่าแบบขนานและการเชื่อมต่อกับเครื่องชาร์จหรือแผงวงจร (ดูรูป)

ขั้นตอนที่ 4: สิ่งที่แนบมา ย่างและแผ่นปิดหน้า และเสร็จสิ้น

กล่อง

ในการใส่กล่องแอมพลิฟายเออร์นี้ ฉันเลือกใช้กล่องไม้รุ่นเก่า กล่องไม้อะไรก็ได้ แต่ในกรณีของฉัน ฉันมีกล่องดีๆ หนึ่งอันจากแอมมิเตอร์ แอมมิเตอร์ไม่ทำงาน อย่างน้อยฉันก็สามารถช่วยชีวิตกล่องและสร้างสิ่งที่อยู่ภายในกล่องได้ ลำโพงได้รับการแก้ไขที่ด้านข้างด้วยตะแกรงโลหะที่ช่วยให้แอมมิเตอร์เย็นลงขณะใช้งาน

ย่างหลอด

PCB พร้อมท่อได้รับการแก้ไขที่ด้านตรงข้ามของลำโพงโดยที่ฉันเจาะรูเพื่อให้มองเห็นหลอดได้จากภายนอก เพื่อป้องกันท่อ ฉันทำตะแกรงเล็กๆ ด้วยแผ่นอลูมิเนียม ฉันทำเครื่องหมายหยาบและเจาะรูเล็ก ๆ ความไม่สมบูรณ์ทั้งหมดได้รับการแก้ไขในระหว่างขั้นตอนการขัด เพื่อให้ได้คอนทราสต์ที่ดีกับหน้ากาก ฉันจึงลงเอยด้วยการทาสีดำ

The Faceplate, sanding, toner transfer, etching and sanding อีกครั้ง

แผ่นปิดหน้าทำในลักษณะเดียวกับ PCB ก่อนเริ่มต้น ฉันขัดแผ่นอลูมิเนียมเพื่อให้มีพื้นผิวที่หยาบกว่าสำหรับผงหมึก 400 ถือว่าหยาบพอสำหรับกรณีนี้ ถ้าคุณต้องการคุณสามารถเพิ่มได้ถึง 1200 แต่มันเป็นการขัดมาก และหลังจากการกัดจะมีมากขึ้น ดังนั้นฉันจึงข้ามไป สิ่งนี้จะลบการตกแต่งใด ๆ ที่แผ่นงานเคยมีมาก่อน

ฉันพิมพ์แผ่นปิดหน้าแบบมิเรอร์ด้วยเครื่องพิมพ์ผงหมึกบนกระดาษเคลือบมัน ต่อมาฉันโอนภาพวาดโดยใช้เตารีดธรรมดา การตั้งค่าอุณหภูมิที่เหมาะสมแตกต่างกันขึ้นอยู่กับเตารีด ในกรณีของฉัน การตั้งค่านี้เป็นการตั้งค่าที่สอง ก่อนค่าสูงสุด อุณหภูมิ. ผมโอนภายใน 10 นาที ประมาณจนกระดาษเริ่มเป็นสีเหลือง ฉันรอให้เย็นลงและเคลือบด้านหลังจานด้วยยาทาเล็บ

มีความเป็นไปได้ที่จะเพียงแค่ฉีดทับโทนเนอร์ นอกจากนี้ยังให้ผลลัพธ์ที่ดีหากคุณนำกระดาษออกทั้งหมด ฉันใช้น้ำและผ้าขนหนูเอากระดาษออก เพียงระวังอย่าเอาผงหมึกออก! เนื่องจากการออกแบบที่นี่กลับด้าน ฉันจึงต้องสลักแผ่นปิดหน้า มีเส้นโค้งการเรียนรู้ในการแกะสลัก และบางครั้งวิธีแก้ปัญหาของคุณก็แข็งแกร่งขึ้นหรืออ่อนลง แต่โดยทั่วไปเมื่อการกัดดูเหมือนลึกพอที่จะหยุด หลังจากแกะสลักแล้ว ฉันก็ขัดมันโดยเริ่มจาก 200 และขึ้นไปจนถึง 1200 ปกติฉันเริ่มต้นด้วย 100 ถ้าโลหะมีรูปร่างไม่ดี แต่อันนี้จำเป็นและอยู่ในสภาพดีอยู่แล้ว ฉันเปลี่ยนเม็ดกระดาษทรายจาก 200 เป็น 400, 400 เป็น 600 และ 600 เป็น 1200 หลังจากนั้นฉันทาสีดำ รอวันหนึ่งและขัดอีกครั้งด้วยเม็ด 1200 เพื่อเอาสีที่มากเกินไปออก ตอนนี้ฉันเจาะรูสำหรับโพเทนชิโอมิเตอร์ เพื่อให้เสร็จฉันใช้เสื้อคลุมใส

สัมผัสสุดท้าย

แบตเตอรี่และชิ้นส่วนทั้งหมดถูกขันเข้ากับกล่องไม้หลังจากวางแผ่นปิดหน้าจากด้านลำโพง เพื่อค้นหาตำแหน่ง SMPS ที่ดีที่สุด ฉันเปิดและตรวจสอบว่าวงจรเสียงจะได้รับผลกระทบน้อยกว่าที่ใด เนื่องจากแผงวงจรเสียงมีขนาดเล็กกว่ากล่องมาก ระยะห่างที่เพียงพอและการวางแนวที่ถูกต้องก็เพียงพอที่จะทำให้เสียง EMI ไม่ได้ยิน จากนั้นจึงขันแผ่นกั้นลำโพงให้เข้าที่และเครื่องขยายเสียงก็พร้อมที่จะเล่น

ข้อควรพิจารณาบางประการ

ใกล้กับจุดสิ้นสุดของแบตเตอรี่มีระดับเสียงลดลงอย่างเห็นได้ชัดก่อนที่ฉันจะไม่ได้ยิน แต่มัลติมิเตอร์ของฉันแสดงให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้าสูงลดลงจาก 110V เป็น 85V แรงดันไฟของเครื่องทำความร้อนลดลงด้วยแบตเตอรี่ โชคดีที่ 1J29b ทำงานได้โดยไม่มีปัญหาจนกว่าไส้หลอดจะถึง 1.5V (ด้วยการตั้งค่า 2.4V 32mA) เช่นเดียวกันสำหรับ 1J24b ซึ่งแรงดันไฟฟ้าตกลดลงเหลือ 0.9V เมื่อแบตเตอรี่เกือบหมด หากแรงดันไฟฟ้าตกเป็นปัญหาสำหรับคุณ คุณสามารถใช้ชิป MAX ตัวอื่นเพื่อแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า 3.3V ที่เสถียรได้ ฉันไม่ต้องการใช้มันเพราะมันจะเป็น SMPS อื่นในวงจรนี้ ซึ่งอาจแนะนำแหล่งกำเนิดเสียงพิเศษบางอย่าง

เมื่อพิจารณาอายุการใช้งานแบตเตอรี่แล้ว ฉันสามารถเล่นได้ตลอดทั้งสัปดาห์ก่อนที่จะต้องชาร์จใหม่อีกครั้ง แต่ฉันเล่นได้เพียง 1 ถึง 2 ชั่วโมงต่อวันเท่านั้น