Batteriebetriebener Röhrenverstärker - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Röhrenverstärker werden von Gitarristen wegen der angenehmen Verzerrung, die sie erzeugen, geliebt.

Die Idee hinter dieser Instrunctables ist, einen Röhrenverstärker mit niedriger Wattzahl zu bauen, der auch unterwegs mitgenommen werden kann. Im Zeitalter der Bluetooth-Lautsprecher ist es an der Zeit, tragbare, batteriebetriebene Röhrenverstärker zu bauen.

Schritt 1: Wählen Sie die Röhren, Transformatoren, Batterien und Hochspannungsversorgung

Rohre

Da der Stromverbrauch in Röhrenverstärkern ein großes Problem darstellt, kann die Wahl der richtigen Röhre viel Strom sparen und die Spielstunden zwischen den Aufladungen verlängern. Vor einiger Zeit gab es batteriebetriebene Röhren, die von kleinen Radios bis hin zu Flugzeugen funktionierten. Ihr großer Vorteil war der geringere erforderliche Heizstrom. Das Bild zeigt einen Vergleich zwischen drei batteriebetriebenen Röhren, der 5672, 1j24b, 1j29b und einer Miniaturröhre, die in Gitarrenvorverstärkern verwendet wird, der EF86

Die gewählten Röhren sind:

Preamp und PI: 1J24B (13 mA Filamentstrom bei 1,2V, 120V max. Plattenspannung, russisch hergestellt, preiswert)

Leistung: 1J29B (32 mA Filamentstrom bei 2,4V, 150V max. Plattenspannung, russisch hergestellt, preiswert)

Ausgangstransformator

Für solche niedrigeren Leistungseinstellungen kann ein billigerer Transformator verwendet werden. Einige Experimente mit Line-Übertragern haben gezeigt, dass sie für kleinere Verstärker recht gut sind, bei denen das untere Ende keine Priorität hat. Aufgrund des fehlenden Luftspalts arbeitet der Transformator im Gegentakt besser. Dies erfordert auch mehr Taps.

100V Netztransformator, 10W mit verschiedenen Anzapfungen

(0-10W-5W-2,5W-1,25W-0,625W und auf der Sekundärseite 4, 8 und 16 Ohm)

. Glücklicherweise hatte der Transformator, den ich bekam, auch die Anzahl der Windungen pro Wicklung angegeben, sonst wäre etwas Mathematik erforderlich, um die geeigneten Abgriffe und die höchste verfügbare Impedanz zu identifizieren. der Transformator hatte an jedem Abgriff die folgende Windungszahl (von links beginnend):

725-1025-1425-2025-2925 auf der Primärseite und 48-66-96 Umdrehungen auf der Sekundärseite.

Hier ist zu erkennen, dass der 2,5-W-Abgriff fast in der Mitte liegt, mit 1425 Umdrehungen auf der einen und 1500 auf der anderen. Dieser kleine Unterschied könnte bei einigen größeren Verstärkern ein Problem sein, aber hier summiert er sich nur zur Verzerrung. Jetzt können wir die 0- und 0,625-W-Abgriffe für die Anoden verwenden, um die höchste verfügbare Impedanz zu erhalten.

Das primäre zu sekundäre Windungsverhältnis wird verwendet, um die primäre Impedanz wie folgt abzuschätzen:

2925/48 = 61, bei einem 8 Ohm Lautsprecher ergibt das 61^2 *8 = 29768 oder ca. 29.7k Anode-zu-Anode

2925/66 = 44, bei einem 8-Ohm-Lautsprecher ergibt das 44^2 *8 = 15488 oder ca. 15.5k Anode-zu-Anode

2925/96 = 30, bei einem 8-Ohm-Lautsprecher ergibt dies ^2 *8 = 7200 oder ca. 7,2k Anode-zu-Anode

Da wir dies in Klasse AB betreiben wollen, beträgt die Impedanz, die die Röhre tatsächlich sieht, nur 1/4 des berechneten Wertes.

Hochspannungsnetzteil

Auch diese kleinen Röhren erfordern auch höhere Spannungen an den Platten. Anstatt mehrere Batterien in Reihe zu verwenden oder diese riesigen alten 45-V-Batterien zu verwenden, habe ich ein kleineres Schaltnetzteil (SMPS) verwendet, das auf dem MAX1771-Chip basiert. Mit diesem SMPS kann ich problemlos die von den Batterien kommende Spannung auf Werte bis zu 110V vervielfachen.

Batterien

Die ausgewählten Batterien für dieses Projekt sind Li-Ion-Batterien, die leicht im 186850-Paket erhältlich sind. Dafür stehen im Internet mehrere Ladekarten zur Verfügung. Ein wichtiger Hinweis ist, nur bekanntermaßen gute Batterien von vertrauenswürdigen Verkäufern zu kaufen, um unnötige Unfälle zu vermeiden.

Nachdem die Teile nun grob definiert sind, ist es an der Zeit, mit der Arbeit an der Schaltung zu beginnen.

Schritt 2: Arbeiten an einer Schaltung

Filamente

Um die Röhrenfilamente mit Strom zu versorgen, wurde eine Reihenkonfiguration gewählt. Es gibt einige Schwierigkeiten, die besprochen werden müssen.

• Da der Vorverstärker und die Endstufenröhren unterschiedliche Filamentströme haben, wurden Widerstände in Reihe mit einigen Filamenten hinzugefügt, um einen Teil des Stroms zu umgehen.
• Die Batteriespannung sinkt während des Gebrauchs. Jeder Akku hat anfangs 4,2 V, wenn er vollständig geladen ist. Sie entladen sich schnell auf den Nennwert von 3,7 V, wo sie langsam auf 3 V sinken, wenn sie wieder aufgeladen werden müssen.
• Die Röhren haben direkt beheizte Kathoden, d.h. der Plattenstrom fließt durch die Wendel und die negative Seite der Wendel entspricht der Kathodenspannung

Das Filamentschema mit Spannungen sieht so aus:

Batterie(+) (8,4V bis 6V) -> 1J29b (6V) -> 1J29b // 300 Ohm (3,6V)->1J24b // 1J24b // 130 Ohm (2,4V)->1J24b // 1J24b // 120 Ohm (1,2 V) -> 22 Ohm -> Batterie (-) (GND)

wobei // für parallele Konfiguration steht und -> in Reihe.

Die Widerstände umgehen den zusätzlichen Strom der Filamente und den Anodenstrom, der in jeder Stufe fließt. Um den Anodenstrom richtig vorherzusagen, ist es notwendig, die Lastlinie der Stufe zu zeichnen und einen Betriebspunkt zu wählen.

Abschätzen eines Betriebspunkts für die Endstufenröhren

Diese Röhren werden mit einem Basisdatenblatt geliefert, in dem die Kurven für eine Schirmgitterspannung von 45 V aufgezeichnet sind. Da ich an der höchsten Leistung interessiert war, die ich bekommen konnte, beschloss ich, die Endstufenröhren mit 110 V (bei voller Ladung) zu betreiben, weit über den 45 V. Um das Fehlen eines brauchbaren Datenblatts zu überwinden, habe ich versucht, mit paint_kip ein Spice-Modell für die Röhren zu implementieren und später die Bildschirmgitterspannung zu erhöhen und zu sehen, was passiert. Paint_kip ist eine nette Software, erfordert aber etwas Geschick, um die richtigen Werte zu finden. Bei Pentoden steigt auch der Schwierigkeitsgrad. Da ich nur eine grobe Einschätzung wollte, habe ich nicht lange nach der genauen Konfiguration gesucht. Der Prüfstand wurde gebaut, um die verschiedenen Konfigurationen zu testen.

OT-Impedanz: 29k Platte-zu-Platte oder ca. 7k für Klasse-AB-Betrieb.

Hochspannung: 110V

Nach einigen Berechnungen und Tests konnte die Gittervorspannung definiert werden. Um die gewählte Gittervorspannung zu erreichen, wird der Gitterleckwiderstand mit einem Filamentknoten verbunden, an dem die Differenz zwischen der Spannung des Knotens und der negativen Seite des Filaments liegt. Zum Beispiel liegt der erste 1J29b auf der B+-Spannung von 6V. Durch Anschließen des Gitterleckwiderstands an den Knoten zwischen den 1J24b-Stufen beträgt die resultierende Gitterspannung bei 2,4 V -3,6 V in Bezug auf die GND-Leitung, was der gleiche Wert ist, der auf der negativen Seite des Glühfadens des zweiten 1J29b zu sehen ist. Der Gitterleckwiderstand des zweiten 1J29b kann also auf Masse gehen, wie es normalerweise bei anderen Designs der Fall wäre.

Der Phasenwender

Wie im Schaltplan zu sehen, wurde ein Paraphase-Phasen-Wechselrichter implementiert. In diesem Fall hat eine der Röhren eine Verstärkung von Eins und invertiert das Signal für eine der Endstufen. Die andere Stufe fungiert als normale Verstärkungsstufe. Ein Teil der in der Schaltung erzeugten Verzerrungen kommt daher, dass der Phaseninverter das Gleichgewicht verliert und eine Endröhre härter antreibt als die andere. Der Spannungsteiler zwischen den Stufen wurde so gewählt, dass dieser erst bei den letzten 45 Grad der Masterlautstärke auftritt. Die Widerstände wurden getestet, während die Schaltung mit einem Oszilloskop überwacht wurde, wo beide Signale verglichen werden konnten.

Die Vorverstärkerstufe

Die letzten beiden 1J24b-Röhren bestehen aus der Vorverstärkerschaltung. Beide haben den gleichen Arbeitspunkt, da die Filamente parallel sind. Der 22-Ohm-Widerstand zwischen dem Glühfaden und Masse erhöht die Spannung an der negativen Seite des Glühfadens, was eine kleine negative Vorspannung ergibt. Anstatt einen Plattenwiderstand zu wählen und den Vorspannungspunkt und die erforderliche Kathodenspannung und den Widerstand zu berechnen, wurde hier der Plattenwiderstand entsprechend der gewünschten Verstärkung und Vorspannung angepasst.

Mit der berechneten und getesteten Schaltung ist es an der Zeit, eine Leiterplatte dafür zu erstellen. Für den Schaltplan und die Platine habe ich Eagle Cad verwendet. Sie haben eine kostenlose Version, in der man bis zu 2 Schichten verwenden kann. Da ich das Board selbst ätzen wollte, macht es keinen Sinn, mehr als 2 Schichten zu verwenden. Zur Gestaltung der Leiterplatte war es zunächst notwendig, auch eine Schablone für die Rohre zu erstellen. Nach einigen Messungen konnte ich den richtigen Abstand zwischen den Stiften und dem Anodenstift an der Oberseite der Röhre feststellen. Wenn das Layout fertig ist, ist es an der Zeit, mit dem echten Bau zu beginnen!

Schritt 3: Löten und Testen der Schaltungen

SMPS

Löten Sie zuerst alle Komponenten des Schaltnetzteils. Damit es richtig funktioniert, sind die richtigen Komponenten erforderlich.

• Niedriger Einschaltwiderstand, Hochspannungs-Mosfet (IRF644Pb, 250V, 0,28 Ohm)
• Niedriger ESR, Hochstrominduktivität (220uH, 3A)
• Niedriger ESR, Hochspannungs-Speicherkondensator (10uF bis 4,7uF, 350V)
• 0,1 Ohm 1W Widerstand
• Ultraschnelle Hochspannungsdiode (UF4004 für 50 ns und 400 V oder etwas schneller für >200 V)

Da ich den MAX1771-Chip bei einer niedrigeren Spannung (8,4 V bis 6 V) verwende, musste ich die Induktivität auf 220uH erhöhen. Andernfalls würde die Spannung unter Last abfallen. Wenn das SMPS fertig ist, habe ich die Ausgangsspannung mit einem Multimeter getestet und auf 110V eingestellt. Unter Last sinkt sie etwas ab und eine Nachjustierung ist erforderlich.

Röhrenschaltung

Ich begann mit dem Löten der Jumper und Komponenten. Hier ist es wichtig zu prüfen, ob die Jumper keine Komponentenbeine berühren. Die Rohre wurden auf der Kupferseite nach allen anderen Komponenten gelötet. Mit allem, was gelötet war, konnte ich das SMPS hinzufügen und die Schaltung testen. Zum ersten Mal habe ich auch die Spannung an den Platten und Schirmen der Röhren überprüft, nur um sicher zu gehen, dass alles in Ordnung ist.

Ladegerät

Die Ladeschaltung habe ich bei ebay gekauft. Es basiert auf dem TP4056-Chip. Ich habe ein DPDT verwendet, um zwischen einer Reihen- und Parallelschaltung der Batterien und einer Verbindung zum Ladegerät oder zur Platine zu wechseln (siehe Abbildung).

Schritt 4: Gehäuse, Grill und Frontplatte und Finish

Die Kiste

Um diesen Verstärker zu verpacken, wähle ich eine ältere Holzkiste. Jede Holzkiste würde funktionieren, aber in meinem Fall hatte ich eine wirklich gute von einem Amperemeter. Das Amperemeter funktionierte nicht, also konnte ich wenigstens die Kiste retten und etwas Schönes darin bauen. Der Lautsprecher wurde an der Seite mit dem Metallgitter befestigt, das es dem Amperemeter ermöglicht, während des Betriebs abzukühlen.

Der Röhrengrill

Die Platine mit den Röhren wurde auf der gegenüberliegenden Seite des Lautsprechers befestigt, wo ich ein Loch bohre, damit die Röhren von außen sichtbar sind. Um die Rohre zu schützen habe ich einen kleinen Grill mit einem Aluminiumblech gemacht. Ich mache einige grobe Markierungen und bohrte kleinere Löcher. Alle Unvollkommenheiten wurden während der Schleifphase korrigiert. Um einen guten Kontrast zur Frontplatte zu geben, habe ich sie schwarz lackiert.

Die Frontplatte, Schleifen, Tonertransfer, Ätzen und nochmal Schleifen

Die Frontplatte wurde ähnlich wie die Platine ausgeführt. Bevor ich anfing, schleifte ich das Aluminiumblech, um eine rauere Oberfläche für den Toner zu haben. 400 ist in diesem Fall grob genug. Wenn Sie möchten, können Sie bis 1200 gehen, aber es ist viel Schleifen und nach dem Ätzen wird es noch mehr geben, also habe ich das übersprungen. Dadurch wird auch jegliches Finish entfernt, das das Blatt zuvor hatte.

Die spiegelrote Frontplatte habe ich mit einem Tonerdrucker auf ein Glanzpapier gedruckt. Später habe ich die Zeichnung mit einem normalen Bügeleisen übertragen. Je nach Bügeleisen gibt es unterschiedliche optimale Temperatureinstellungen. In meinem Fall ist es die zweite Einstellung, kurz vor der max. Temperatur. Ich übertrage es während 10 min. ca., bis das Papier gelblich wird. Ich wartete, bis es abgekühlt war und schützte die Rückseite der Platte mit Nagellack.

Es besteht die Möglichkeit, nur über den Toner zu sprühen. Es liefert auch gute Ergebnisse, wenn Sie das gesamte Papier entfernen können. Ich benutze Wasser und Handtücher, um das Papier zu entfernen. Achten Sie nur darauf, den Toner nicht zu entfernen! Da das Design hier invertiert war, musste ich die Frontplatte ätzen. Es gibt eine Lernkurve beim Ätzen, und manchmal sind Ihre Lösungen stärker oder schwächer, aber im Allgemeinen ist es an der Zeit, aufzuhören, wenn das Ätzen tief genug erscheint. Nach dem Ätzen habe ich es von 200 bis 1200 geschliffen. Normalerweise fange ich mit 100 an, wenn das Metall in schlechtem Zustand ist, aber dieses war notwendig und war bereits in gutem Zustand. Ich ändere die Körnung des Schleifpapiers von 200 auf 400, 400 auf 600 und 600 auf 1200. Danach habe ich es schwarz lackiert, einen Tag gewartet und nochmal mit 1200er Körnung geschliffen, nur um die überschüssige Farbe zu entfernen. Jetzt habe ich die Löcher für die Potentiometer gebohrt. Zum Abschluss habe ich einen Klarlack verwendet.

Feinschliff

Batterien und Teile wurden alle an die Holzkiste geschraubt, nachdem die Frontplatte von der Lautsprecherseite her positioniert wurde. Um die beste SMPS-Position zu finden, habe ich sie eingeschaltet und überprüft, wo die Audioschaltung weniger betroffen wäre. Da die Audioplatine viel kleiner als die Box ist, reichten der angemessene Abstand und die richtige Ausrichtung aus, um das EMI-Rauschen unhörbar zu machen. Die Lautsprecherblende wurde dann festgeschraubt und der Verstärker war spielbereit.

Einige Überlegungen

In der Nähe des Batterieendes gibt es einen merklichen Lautstärkeabfall, bevor ich ihn nicht hören konnte, aber mein Multimeter zeigte, dass die Hochspannung von 110 V auf 85 V abnahm. Der Spannungsabfall der Heizungen nimmt auch mit der Batterie ab. Glücklicherweise funktioniert der 1J29b problemlos, bis das Filament 1,5 V erreicht (bei der Einstellung 2,4 V 32 mA). Gleiches gilt für den 1J24b, bei dem der Spannungsabfall auf 0,9 V reduziert wurde, als die Batterie fast leer war. Wenn der Spannungsabfall für Sie ein Problem darstellt, besteht die Möglichkeit, mit einem anderen MAX-Chip auf eine stabile 3,3V-Spannung umzuwandeln. Ich wollte es nicht verwenden, da es ein weiteres SMPS in dieser Schaltung wäre, das einige zusätzliche Rauschquellen einführen könnte.

In Anbetracht der Akkulaufzeit könnte ich eine ganze Woche spielen, bevor ich ihn wieder aufladen musste, aber ich spiele nur 1 bis 2 Stunden am Tag.