Ламповый усилитель со сверхнизкой мощностью и высоким коэффициентом усиления: 13 ступеней (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Для таких рокеров, как я, нет ничего хуже, чем жалобы на шум. С другой стороны, жаль, что усилитель мощностью 50 Вт подключен к нагрузке, рассеивающей почти все тепло. Поэтому я попытался создать предусилитель с высоким коэффициентом усиления на основе известного меза-усилителя, используя несколько сверхминиатюрных ламп для сверхнизкого выхода.

Шаг 1. Обзор, инструменты и материалы

Эти инструкции будут иметь следующую структуру:

1. Обзор схемы: Усилитель
2. Обзор схемы: SMPS
3. Список деталей
4. Термотрансферная
5. Маскировка
6. Травление
7. Отделка
8. Добавление сокетов
9. Сборка досок
10. Регулировка горшков
11. Монтаж всего внутри корпуса
12. Окончательный результат и проверка звука

Для создания этого усилителя требуются некоторые инструменты:

• Ручная дрель с различными сверлами (если вы хотите просверлить печатную плату ручным сверлом, вам понадобится сверло 0,8-1 мм, которое обычно не входит в комплекты).
• Паяльник
• Утюг
• Мультиметр
• Шлифовальные файлы
• Доступ к тонерному принтеру
• Пластиковый ящик для травления

И некоторые материалы

• Наждачная бумага (200, 400, 600, 1200)
• Аэрозольная краска (черная, прозрачная)
• Спрей для покрытия печатных плат
• Раствор для травления хлористого железа
• Припой

Шаг 2: Обзор схемы: усилитель

Сверхминиатюрные лампы для аккумуляторов

Для этого проекта я использовал 5678 и 5672 лампы. Они использовались в портативных батарейных радиоприемниках, где ток накаливания был проблемой. Этим лампам требуется всего 50 мА для своих нитей, что делает их более эффективными, чем 12AX7. Это снижает потребление тока и требует меньшего блока питания. В этом случае я хотел запитать их от источника питания 9 В, 1 А, который обычно используется с гитарными педалями.

Лампа 5678 имеет mu примерно 23, что делает ее лампой с низким коэффициентом усиления по сравнению с 12AX7, но, возможно, с некоторыми настройками даже этого может быть достаточно. Усилители с высоким коэффициентом усиления, как известно, имеют большую фильтрацию между каскадами, где почти большая часть сигнала закорочена на землю. Может быть, есть немного воздуха, с которым можно поиграть.

5672, с другой стороны, имеет mu 10, но в основном использовался в качестве силовой лампы в слуховых аппаратах и уже использовался в некоторых других сверхминиатюрных усилителях (Murder one и Vibratone от Frequencycentral). Он может производить до 65 мВт чистого… иш. Не пугайтесь низкой мощности, она все равно довольно громкая при искажении! В таблице данных указан выходной трансформатор на 20 кОм для этой лампы.

Как и в предыдущих сборках, будет использован преобразователь реверберации 22921.

Смещение

Одна из трудностей состоит в том, чтобы смещать эти лампы без использования разных батарей, поскольку у них есть катоды с прямым нагревом. Я не хотел усложнять это, поэтому мне пришлось использовать конфигурацию с фиксированным смещением. Это, с другой стороны, позволило использовать нити последовательно, уменьшив общий расход нити. С 6 лампами, каждая из которых падает на 1,25 В, я довольно близко подошел к 9 В источника питания, для этого просто потребовался небольшой резистор, который также улучшил смещение первого каскада. Это означает, что общий ток накала составляет всего 50 мА!

Неплохо для блока питания педали.

Чтобы это работало, на некоторых ступенях есть подстроечный резистор для регулировки желаемого смещения. Смещение рассчитывается как разница между напряжением на отрицательной стороне нити накала (f-) и сеткой трубки. Подстроечный резистор регулирует напряжение постоянного тока на сетке лампы, позволяя использовать различные конфигурации смещения, и его обходит большой конденсатор, работающий как замыкание на землю для сигнала.

Третий каскад, например, смещен близко к точке отсечки лампы при -1,8 В, что достигается как разница между f- (вывод 3) при примерно 3,75 В и сеткой при 1,95 В. Этот каскад имитирует каскад холодного ограничения, который есть в усилителях с высоким коэффициентом усиления, таких как Soldano или двойной выпрямитель. Для этого в двойном выпрямителе 12AX7 используется резистор 39 кОм. Остальные каскады почти смещены по центру, примерно при 1,25 В.

Шаг 3: Обзор схемы: SMPS

Источник высокого напряжения

Что касается напряжения на пластине, эти лампы идеально работают с напряжением на пластине 67,5 В, но также работают с батареями на 90 или 45 В. Эти батареи были огромными! Они также труднодоступны и дороги. Вот почему я выбрал импульсный источник питания (SMPS). С помощью SMPS я могу повысить напряжение с 9 В до 70 В и добавить массивную фильтрацию перед выходным трансформатором.

Схема, используемая в этой инструкции, основана на микросхеме 555, успешно использовавшейся в предыдущих сборках.

Шаг 4: Список деталей

Вот краткое изложение необходимых частей:

Материнская плата

C1-22nF / 100V _ R1 1M_V1 5678C2 2.2nF / 50V _ R2 33k_V2 5678C3 10uF / 100V _ R3 220k_V3 5678 С4 47nF / 100V _ R4 2.2M _ В4 5678 С5 22pF / 50V _ R5 520k_V5 5678C6 1nF / 100V _ R6 470k_V6 5672C7 10uF / 100V _ R7 22k_TREBBLE 250k Линейный 9 mmC8 22nF / 100V _ R8 100k_MID 50k Линейный 9 мм С9 10uF / 100V _ R9 220k_BASS 250k Линейный 9 mmC10 100nF / 100V _ R10 470k_GAIN 250k Вход / Аудио 9 mmC11 22nF / 100V _ R 11 80k_ ПРИСУТСТВИЕ 100k Линейный 9 мм С12 470pF / 50V _ R12 100k_VOLUME 1M Вход / Аудио 9 mmC13 10nF / 50V _ R13 15k_B1 10k trimpotC14 22nF / 50V _ R14 330k_B2 Подстроечный резистор 50k C15 680pF / 50V _ R15 220k_B4 Подстроечный резистор 50kC16 2.2nF / 50V _ R16 100k_SW1 micro DPDTC17 30pF / 50V _ R17 80k_J1 6.35 мм Mono jackC18 220u F / 16V _ R18 50k_J2 DC JackC19 220uF / 16V _ R19 470k_J3 6,35 мм Моно коммутацией jackC20 220uF / 16V _ R20 50k_SW2 SPDTC21 220uF / 16V _ R21 100k_LED 3 mmC22 100uF / 16V _ R22 22k_3 мм СИД holderC23 100uF / 16V _ R23 15R / 25R С24 220uF / 16V _ R24 15k С25 10uF / 100V _ R25 100R C26 10uF / 100V _ R26 1.8k C27 220uF / 16V _ R27 1k C28 100uF / 16V _ R28 10k C29 47nF / 100V _ R29 2.7k (светодиодный резистор, регулировка яркости) C30 22nF / 100V _ R30 1.5k

Особое внимание следует уделять номинальному напряжению конденсатора. Для цепи высокого напряжения требуются конденсаторы 100 В, путь сигнала после конденсаторов связи может использовать более низкие значения, в этом случае я использовал 50 В или 100 В, поскольку у пленочных конденсаторов такое же расстояние между выводами. Нити накала должны быть развязаны, но поскольку максимальное напряжение на нити составляет 9 В, электролитический конденсатор на 16 В безопасен и намного меньше, чем на 100 В. Резисторы могут быть типа 1/4 Вт.

555 SMPS

C1 330uF / 16V _ R1 56k_IC1 LM555NC2 2.2nF / 50V _ R2 10k_L1 100uH / 3A C3 100pF / 50V _ R3 1k_Q1 IRF644 C4 4,7uF / 250V _ R4 470R_1

Внимание на переключающий диод! Он должен быть сверхбыстрого типа, иначе ничего не получится. Для ИИП также желательны конденсаторы с низким ESR. Если используется обычный конденсатор 4,7 мкФ / 250 В, дополнительный керамический конденсатор емкостью 100 нФ, включенный параллельно, помогает обойти высокочастотное переключение.

Эти детали легче найти, и их можно приобрести в любом магазине электронных деталей. Теперь самые сложные части:

OT 3,5 Вт, 22 кОм: трансформатор 8 Ом (022921 или 125A25B) Banzai, Tubesandmore

Дроссель L1 100uH / 3A Ebay, только тороидальной формы не покупайте. Вы также можете найти его в Mouser / Digikey / Farnell.

Не забудьте купить:

• Плата, плакированная медью, 10х10 мм подойдет для обеих плат.
• 2 40-контактных гнезда для трубок
• Корпус 1590B
• Некоторые 3 мм винты и гайки
• Резиновые ножки
• Резиновые втулки 5 мм
• Шесть 10 мм ручек

Шаг 5: термотрансферная печать

Для подготовки печатной платы и корпуса я использую процесс, основанный на переносе тонера. Тонер защищает поверхность от травителя, и в результате после ванны травления мы получаем печатную плату с медными дорожками или красивый корпус. Процесс переноса тонера и подготовки к травлению состоит из:

• Распечатайте макет / изображение на тонерном принтере на глянцевой бумаге.
• Отшлифуйте поверхность корпуса и медной панели наждачной бумагой с зернистостью от 200 до 400.
• Прикрепите распечатанное изображение к печатной плате / корпусу с помощью ленты.
• Нагрейте и надавите утюгом примерно на 10 минут. Сделайте несколько дополнительных движений кончиком утюга по краям - это сложные места, где тонер не прилипнет.
• Когда бумага станет желтоватой, залейте ее в пластиковый контейнер с водой, чтобы она остыла, и дайте воде впитаться в бумагу.
• Осторожно удалите бумагу. Лучше, когда он будет сниматься слоями, а не удалять все за одну попытку.

Шаблон для сверления помогает определить расположение компонентов, вам просто нужно добавить свое собственное искусство, и все готово.

Шаг 6: Маскировка

В случае ограждения замаскируйте большие участки лаком для ногтей. Поскольку реакция с алюминием намного сильнее, чем с медью, на больших участках может быть точечная коррозия.

Дополнительная защита гарантирует, что на корпусе не останется следов.

Шаг 7: травление

Для процесса травления мне нравится использовать пластиковый контейнер с травителем и один с водой для ополаскивания между этапами.

Во-первых, несколько советов по безопасности:

• используйте резиновые перчатки, чтобы защитить руки
• работать на неметаллической поверхности
• Используйте хорошо проветриваемое помещение и избегайте вдыхания образовавшихся паров.
• Используйте бумагу, чтобы защитить рабочий стол от возможных утечек.

Здесь я показываю только травление корпуса, но печатная плата была протравлена в том же растворе. Единственная разница в том, что для печатной платы я просто ждал около часа, пока вся незащищенная медь не исчезнет. С алюминием нужно проявлять особую осторожность, поскольку мы хотим протравить только внешнюю часть коробки.

Что касается корпуса, я встряхиваю ящик в смеси для травления примерно 30 секунд, пока он не нагреется из-за реакции, и ополаскиваю его водой. Я повторяю этот шаг еще 20 раз, или пока глубина травления не достигнет 0,5 мм.

Когда травление станет достаточно глубоким, промойте корпус водой с мылом, чтобы смыть остатки травителя. Очистив коробку, удалите тонер и лак для ногтей. Для лака для ногтей вы можете сэкономить немного наждачной бумаги, используя ацетон, но не забудьте хорошо проветривать комнату!

Шаг 8: Завершение

На этом этапе я использовал наждачную бумагу с зернистостью 400, чтобы получить чистую поверхность, как на третьем рисунке. Это достаточно чисто для этапа сверления. Я просверлил все отверстия разного размера и использовал файлы, чтобы сделать отверстия для патрубков трубок. В печатной плате также необходимо просверлить сверло 0,8 мм для компонентов и 1–1,4 мм для отверстий для проводов. В этой сборке я также использовал сверло 1,3 мм для патрубков.

После сверления и опиливания я наношу на коробку черный слой аэрозольной краски и даю ей высохнуть в течение 24 часов. Это даст лучший контраст между травлением и корпусом. Очевидно, следующий шаг - отшлифовать его. На этот раз я перехожу с 400 на самую мелкую. Я меняю наждачную бумагу, когда одна крошка удаляет линии предыдущей. Шлифовка в разных направлениях позволяет легче определить, когда все предыдущие отметки исчезли. Когда корпус сияет, я наношу 3 слоя лака и жду, пока он высохнет, еще 24 часа. Печатную плату можно защитить от коррозии с помощью защитного покрытия. Как вы можете видеть на последних двух рисунках, мне нравится темно-зеленое покрытие. Это покрытие требует более длительного высыхания. Я ждал 5 дней, чтобы на плате не осталось отпечатков пальцев при пайке компонентов.

Шаг 9: Добавление сокетов

Пайка розеток

Согласно схеме, трубки монтируются на медной стороне платы. Таким образом, плата может приблизиться к корпусу и получить дополнительную защиту от неприятных высокочастотных электромагнитных помех, исходящих от SMPS. Но использование медной стороны платы для пайки компонентов имеет некоторые недостатки, например, медь отсоединяется от платы. Чтобы избежать этого, вместо того, чтобы паять патроны для трубок, я проделал большие отверстия там, где патроны можно было вдавить. Давление чуть меньшего отверстия и немного припоя с обеих сторон должны решить проблему. Для этого я использовал механически обработанные гнезда для штырей без пластиковой конструкции, вставил металлический штифт в отверстие и припаял его с обеих сторон (со стороны компонентов это выглядит как капля припоя, но это помогает удерживать штифт прилипшим), как показано на первых 3 картинках. На 4-м и 5-м изображениях показаны все установленные розетки и перемычки.

Припаивание еще одного набора розеток, на этот раз с пластиковой структурой, к трубкам улучшает соединение с платой и делает его более стабильным. Оригинальные штыри трубок очень тонкие, что может привести к плохому контакту или даже выпадению из гнезда. Припаивая их к розеткам, мы решаем эту проблему, так как теперь они плотно прилегают. Я думаю, что в первую очередь они должны были поставляться с подходящими штифтами, например, с большими трубками!

Шаг 10: Сборка плат

Чтобы припаять компоненты, я начал с резисторов и перешел к более крупным деталям. Электролитики припаиваются в конце, так как это самые высокие компоненты на плате.

Когда плата готова, пора добавить провода. Здесь много внешних подключений, от тональной трубы до кабелей высокого напряжения и накала. Для сигнальных проводов я использовал экранированный кабель, экранирующий сетку заземления со стороны панели, ближе к входу.

Критические провода проходят вокруг первой ступени, идущие от входного гнезда и идущие к потенциометру усиления. Прежде чем мы сможем собрать все внутри коробки, нам нужно протестировать это, чтобы у нас все еще был доступ к медной стороне платы для некоторой отладки, если это необходимо.

Для фильтрации высокого напряжения я добавил еще один RC-фильтр на плату меньшего размера, установленную перпендикулярно основной плате, как показано на рисунке. Таким образом, заземление, высоковольтные и трансформаторные соединения легче получить с помощью платы, установленной на корпусе, и впоследствии их можно припаять.

Строим тонкостек

Хотя я собирался протестировать плату за пределами корпуса, я уже сделал тонстек в коробке. Таким образом, все потенциометры зафиксированы и должным образом заземлены. Проверка цепи с помощью незаземленных потенциометров (по крайней мере, внешнего экрана) может привести к ужасным шумам. Опять же, для более длинных соединений я использовал экранированный кабель, заземленный рядом с входным гнездом.

К сожалению, в этой сборке потенциометры действительно расположены близко друг к другу, что затрудняет использование платы с компонентами. В этом случае я использовал подход «точка-точка» для этой части схемы. Другая проблема заключалась в том, что у меня был только потенциометр 9 мм 50K в стиле печатной платы, так что мне пришлось прикрепить его к соседним потенциометрам (стиль монтажа на панели).

Теперь также хорошее время для установки переключателя включения / выключения и светодиода с резистором 2,7 кОм.

В результате двух рядов потенциометров мне пришлось подпилить внутреннюю стенку крышки, как показано на картинке, чтобы коробка закрывалась.

Шаг 11: Регулировка триммера

Регулировка 555 SMPS

Если SMPS не работает, значит, нет высокого напряжения, и схема не будет работать правильно. Чтобы проверить SMPS, просто подключите его к разъему питания 9 В и проверьте напряжение на выходе. Оно должно быть около 70 В, иначе его нужно отрегулировать с помощью подстроечного резистора. Если выходное напряжение 9В, значит, проблема с платой. Проверьте наличие неисправного МОП-транзистора или 555. Если подстроечный резистор не работает, проверьте цепь обратной связи вокруг меньшего транзистора. Преимущество этого SMPS - небольшое количество деталей, поэтому немного легче выявить любые ошибки или неисправные компоненты.

Регулировка подрамников материнской платы

На этапе тестирования самое время отрегулировать смещение с помощью подстроечных резисторов. Это можно будет сделать позже, но если тон слишком темный или светлый, легче внести изменения сейчас.

Первый подстроечный резистор управляет смещением второго, третьего и выходного каскадов и поэтому является наиболее важным. Я отрегулировал этот подстроечный резистор, измерив смещение третьей ступени, холодной машинки для стрижки. Если смещение слишком велико, сцена будет полностью отключена, давая грубые, холодные, губчатые искажения. Если он смещен более горячим, выходной каскад будет слишком горячим, добавляя некоторые искажения силового каскада и приближая лампу к максимальному значению. пластина рассеивания. В этом случае нижняя сторона мастер-громкости должна быть подключена к отрицательной стороне первой ступени, чтобы напряжение смещения все еще составляло около 5,9 В. В моем случае это звучало лучше, когда выходной каскад работал при 5,7 В вместо 6,4 В.

Просто измерьте смещение на третьем этапе (средняя трубка в заднем ряду) и убедитесь, что оно составляет около 1,95 В. Второй подстроечный резистор нужно просто отрегулировать по вкусу или почти смещать по центру при 1,2 В (измеряется между контактами 3 и 4).. Точно так же третий подстроечный резистор также настраивается на прибл. 1В.

Значения напряжения на контактах 1 (пластина) - 5 (нить накала) лампы:

V1:

V2:

V3:

V4:

V5:

V6:

Обратите внимание, что нити в 5672 расположены задом наперед, чем в 5678, поэтому трубки нельзя поменять местами. Еще один важный аспект, который следует учитывать, - это производитель трубки. Я обнаружил, что вольфрамово-зольные лампы в первых позициях звучат лучше, чем лучей. Проверив это с помощью осциллографа, было видно, что вольфрам-зольные лампы имеют больший коэффициент усиления, чем лучевые трубки, которые были у меня.

А теперь самое время проверить схему и посмотреть, как она звучит. Если она слишком тяжелая, я предлагаю заменить конденсатор 47 нФ между второй и третьей ступенью на 10 нФ, что отфильтрует некоторые басы на начальных ступенях и улучшит звук. Если он стал слишком тонким, просто увеличьте этот конденсатор до 22 нФ и так далее.

Шаг 12: Установка всего внутри корпуса

Я начал добавлять винты для материнской платы. С внутренней стороны я добавил резиновые втулки для проводов, чтобы обеспечить некоторый зазор между платой и корпусом, а также для гашения вибрации. Запуск первого каскада в режиме пентода может помочь, если трубка станет микрофонной. Затем я добавил плату и прикрутил ее гайками, подключил тонарм, вставил входной разъем и припаял оставшиеся провода.

Установив материнскую плату на место, я добавил выходной трансформатор, отрегулировал длину проводов и вставил выходной разъем и разъем питания.

В этот момент я увидел, что моя плата SMPS не помещается в желаемом положении (у боковой стены, с компонентами, перпендикулярными этой стене), потому что я добавил разъем питания не на той стороне выходного разъема … Чтобы исправить это, я выпил плату SMPS на входной стороне, удалив катушку индуктивности и конденсатор, и припаял деталь обратно к плате, повернутой на 90 градусов, как показано на рисунке. Я снова протестировал SMPS, чтобы убедиться, что он все еще работает, и закончил, подключив высокое напряжение к основной плате через плату RC-фильтра.

Шаг 13: проверка звука

Теперь просто подключите усилитель к своему любимому кабинету на 8 Ом (в моем случае - 1x10 дюймов с зеленым цветом) и используйте источник питания для педали, чтобы играть на не оглушающем уровне!

Кстати, если вам нравится звук обратной связи вашего усилителя, когда вы прекращаете воспроизведение в конце звука, дождитесь средней части видео, он довольно легко откликается, когда вы сидите перед кабиной.

Второй приз в конкурсе карманных размеров