Wzmacniacz lampowy o bardzo niskiej mocy i wysokim wzmocnieniu: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Dla rockmanów w sypialni, takich jak ja, nie ma nic gorszego niż skargi na hałas. Z drugiej strony to wstyd mieć 50W wzmacniacz podpięty do obciążenia rozpraszającego prawie wszystko w cieple. Dlatego spróbowałem zbudować przedwzmacniacz o wysokim wzmocnieniu, oparty na słynnym wzmacniaczu mesa, wykorzystującym kilka subminiaturowych lamp o ultraniskiej mocy wyjściowej.

Krok 1: Przegląd, narzędzia i materiały

Te instrukcje będą strukturami takimi jak:

1. Przegląd obwodu: Wzmacniacz
2. Przegląd obwodów: SMPS
3. Lista części
4. Termotransfer
5. Maskowanie
6. Akwaforta
7. Wykończeniowy
8. Dodawanie gniazd
9. Montaż desek
10. Regulacja potencjometrów
11. Montaż wszystkiego wewnątrz obudowy
12. Wynik końcowy i Soundcheck

Do zbudowania tego wzmacniacza potrzebne są narzędzia:

• Wiertarka ręczna, z różnymi wiertłami (jeśli chcesz przewiercić płytkę PCB za pomocą wiertarki ręcznej, potrzebujesz wiertła 0,8-1 mm, normalnie nie znajdującego się w zestawach).
• Lutownica
• Żelazko
• Multimetr
• Pilniki do szlifowania
• Dostęp do drukarki z tonerem
• Plastikowe pudełko do trawienia

I trochę materiałów

• Papier ścierny (200, 400, 600, 1200)
• Farba w sprayu (czarna, przezroczysta)
• Spray do powlekania PCB
• Roztwór do wytrawiania chlorku żelaza
• Lutować

Krok 2: Przegląd obwodu: wzmacniacz

Subminiaturowe tuby na baterie

Do tego projektu użyłem lamp 5678 i 5672. Były używane w przenośnych radioodbiornikach bateryjnych, w których prąd żarowy był problemem. Te lampy wymagają tylko 50mA dla swoich włókien, co czyni je znacznie bardziej wydajnymi niż 12AX7. Dzięki temu pobór prądu jest niski, co wymaga mniejszego zasilania. W tym przypadku chciałem je zasilić zasilaczem 9v 1A, jak to zwykle bywa w pedałach gitarowych.

Lampa 5678 ma mu około 23, co czyni ją lampą o niskim wzmocnieniu w porównaniu z 12AX7, ale być może z kilkoma poprawkami nawet to może wystarczyć. Wiadomo, że wzmacniacze o wysokim wzmocnieniu mają dużo filtrowania między stopniami, gdzie prawie większość sygnału jest zwarta do masy. Może być trochę powietrza do zabawy.

Z drugiej strony model 5672 ma mi 10, ale był najczęściej używany jako lampa mocy w aparatach słuchowych i był już używany w kilku innych wzmacniaczach subminiaturowych (Murder one i Vibratone firmy Frequencycentral). Może wyprodukować do 65 mW czysto…. Nie bój się niskiej mocy, nadal jest dość głośny, gdy jest zniekształcony! Karta katalogowa określa transformator wyjściowy 20k dla tej lampy.

Podobnie jak w poprzednich kompilacjach, zastosowany zostanie transformator pogłosowy 22921.

Stronniczość

Jedną z trudności jest polaryzacja tych lamp bez użycia różnych baterii, ponieważ mają one bezpośrednio żarzone katody. Nie chciałem komplikować tego, więc musiałem użyć stałej konfiguracji biasu. To, z drugiej strony, pozwoliło na stosowanie włókien w seriach, zmniejszając całkowite zużycie włókien. Z 6 lampami, z których każda spada 1,25 V, zbliżyłem się do 9 V zasilacza, wymagało to tylko małego rezystora, co również poprawiło bias pierwszego stopnia. Oznacza to, że całkowity prąd żarnika wynosi tylko 50mA!

Całkiem nieźle jak na zasilacz do pedałów.

Aby to zadziałało, niektóre stopnie mają potencjometr do regulacji pożądanego nastawienia. Odchylenie jest obliczane jako różnica między napięciem po ujemnej stronie żarnika (f-) a siatką rury. Potencjometr reguluje napięcie prądu stałego na siatce lampy, umożliwiając różne konfiguracje biasu i jest bocznikowany przez duży kondensator, działający jako zwarcie do masy dla sygnału.

Na przykład trzeci stopień jest przesunięty blisko punktu odcięcia lampy przy -1,8 V, osiąganym jako różnica między f- (pin 3) przy około 3,75 V a siatką przy 1,95 V. Ten stopień emuluje zimny stopień przesterowania występujący we wzmacniaczach o wysokim wzmocnieniu, takich jak soldano lub podwójny prostownik. 12AX7 w podwójnym prostowniku wykorzystuje rezystor 39k, aby to osiągnąć. Pozostałe stopnie są prawie spolaryzowane, przy około 1,25V.

Krok 3: Przegląd obwodu: zasilacze impulsowe

Zasilanie wysokiego napięcia

Jeśli chodzi o napięcie płyty, lampy te działają idealnie przy napięciu płyty 67,5 V, ale działają również z akumulatorami 90 V lub 45 V. Te baterie były ogromne! Są też trudne do zdobycia i drogie. Dlatego zdecydowałem się na zasilacz impulsowy (SMPS). Dzięki zasilaczowi impulsowemu mogę zwiększyć napięcie z 9 V do 70 V i dodać masywne filtrowanie przed transformatorem wyjściowym.

Obwód użyty w tej instrukcji oparty jest na chipie 555, z powodzeniem stosowanym w poprzednich kompilacjach.

Krok 4: Lista części

Tutaj masz podsumowanie niezbędnych części:

Płyta główna

C1 22nF / 100V _ R1 1M_V1 5678C2 2.2nF / 50V _ R2 33k_V2 5678C3 10uF / 100V _ R3 220k_V3 5678 C4 47nF / 100V _ R4 2,2M _ V4 5678 C5 22pF / 50V _ R5 520k_V5 5678C6 1nF / 100V _ R6 470k_V6 5672C7 10uF / 100V _ R7 22k_TREBBLE 250K liniowy 9 mmC8 22nF / 100V _ R8 100k_MID 50k liniowy 9 mm C9 10uF / 100V _ R9 220k_BASS 250K liniowy 9 mmC10 100nF / 100V _ R10 470k_GAIN 250K / Rejestr dźwięku 9 mmC11 22nF / 100V _ R11 80k_ OBECNOŚĆ 100k liniowy 9 mm C12 470pF / 50V _ R12 100k_VOLUME 1M / Rejestr dźwięku 9 mmC13 10nF / 50V _ R13 15k_B1 10k trimpotC14 22nF / 50V _ R14 330k_B2 50k TripotC15 680pF/50V_R15 220k_B4 50k TripotC16 2.2nF/50V_ R16 100k_SW1 micro DPDTC17 30pF/50V_R17 mm_R17 80k_J_1 220k F / 16V _ R18 50k_J2 DC JackC19 220uF / 16V _ R19 470k_J3 6,35 mm mono komutowanych jackC20 220uF / 16V _ R20 50k_SW2 SPDTC21 220uF / 16V _ R21 100k_LED 3 mmC22 100uF / 16V _ R22 22k_3 mm dioda holderC23 100uF / 16V _ R23 15R / 25R C24 220uF / 16V _ R24 15k C25 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 (rezystor LED, regulacja jasności) C30 22nF/100V _R30 1,5k

Szczególną uwagę należy zwrócić na napięcie znamionowe kondensatora. Obwód wysokiego napięcia wymaga kondensatorów 100 V, ścieżka sygnału za kondensatorami sprzęgającymi może używać niższych wartości, w tym przypadku użyłem 50 V lub 100 V, ponieważ kondensatory foliowe mają taki sam rozstaw pinów. Włókna muszą być odsprzęgnięte, ale ponieważ najwyższe napięcie na żarnikach wynosi 9 V, kondensator elektrolityczny 16 V jest po bezpiecznej stronie i znacznie mniejszy niż kondensator 100 V. Rezystory mogą być typu 1/4W.

555 impulsów impulsowych

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_1

Uwaga na diodę przełączającą! Musi być typu ultraszybkiego, inaczej nie zadziała. W przypadku zasilaczy impulsowych wymagane są również kondensatory o niskim ESR. W przypadku zastosowania normalnego kondensatora 4,7 uF/250 V, dodatkowy kondensator ceramiczny 100 nF równolegle pomaga ominąć przełączanie wysokiej częstotliwości.

Są to części łatwiejsze do znalezienia i można je kupić w każdym sklepie z częściami elektronicznymi. Teraz trudne części to:

OT 3,5W, 22k:8ohm transformator (022921 lub 125A25B) Banzai, Tubesandwięcej

Induktor L1 100uH/3A Ebay, tylko nie kupuj toroidalnego kształtu. Znajdziesz go również w Mouser/Digikey/Farnell.

Nie zapomnij kupić:

• W przypadku obu płyt wystarczy płytka platerowana miedzią o wymiarach 10x10 mm
• 2x 40-pinowe gniazda SIP dla lamp
• Obudowa 1590B
• Niektóre śruby i nakrętki 3 mm
• Gumowe nóżki
• Przelotki z drutu gumowego 5 mm
• Sześć pokręteł 10 mm

Krok 5: Termotransfer

Do przygotowania PCB i obudowy wykorzystuję proces oparty na transferze tonera. Toner zabezpiecza powierzchnię przed wytrawianiem, dzięki czemu po kąpieli trawiącej mamy płytkę z miedzianymi ścieżkami lub piękną obudowę. Proces przenoszenia tonera i przygotowania do wytrawiania składa się z:

• Wydrukuj układ/obraz za pomocą drukarki z tonerem na papierze błyszczącym.
• Przeszlifować powierzchnię obudowy i miedzianej płyty papierem ściernym o ziarnistości 200 do 400.
• Przymocuj wydrukowany obraz do płytki drukowanej/obudowy za pomocą taśmy.
• Podgrzewaj i naciskaj żelazkiem przez około 10 minut. Wykonaj dodatkowy ruch końcówką żelazka na krawędziach, to są trudne miejsca, w których toner się nie przyklei.
• Gdy papier będzie żółtawy, wrzuć go do plastikowego pojemnika wypełnionego wodą, aby go ochłodzić i pozwól wodzie wsiąknąć w papier.
• Ostrożnie wyjmij papier. Lepiej, gdy schodzi warstwami, niż usuwać wszystko za jednym razem.

Szablon wiertła pomaga określić położenie komponentów, wystarczy dodać własną grafikę i gotowe.

Krok 6: Maskowanie

W przypadku obudowy zamaskuj większe obszary lakierem do paznokci. Ponieważ reakcja z aluminium jest znacznie silniejsza niż z miedzią, na większych obszarach mogą wystąpić wżery.

Zapewnienie dodatkowej ochrony gwarantuje, że nie będzie śladów, które zniszczyłyby obudowę.

Krok 7: Trawienie

Do procesu wytrawiania lubię używać plastikowego pojemnika z wytrawiaczem i jednego z wodą do płukania między krokami.

Najpierw kilka wskazówek dotyczących bezpieczeństwa:

• używaj gumowych rękawic do ochrony rąk
• praca na niemetalicznej powierzchni
• Korzystaj z dobrze wentylowanego pomieszczenia i unikaj wdychania powstających oparów
• Użyj trochę papieru, aby chronić swój stół warsztatowy przed możliwymi wyciekami

Tutaj pokazuję tylko wytrawienie obudowy, ale płytka została wytrawiona w tym samym rozwiązaniu. Jedyną różnicą jest to, że na płytkę drukowaną po prostu czekałem około godziny, aż cała niezabezpieczona miedź zniknie. W przypadku aluminium należy zachować szczególną ostrożność, ponieważ chcemy wytrawić tylko zewnętrzną część pudełka.

W przypadku obudowy potrząsam pudełkiem w mieszance trawiącej przez około 30 sekund, aż nagrzeje się w wyniku reakcji i opłukam w wodzie. Powtarzam ten krok jeszcze 20 razy lub do momentu, gdy wytrawienie będzie miało głębokość około 0,5 mm.

Gdy wytrawianie jest wystarczająco głębokie, umyj obudowę wodą i mydłem, aby spłukać cały pozostały wytrawiacz. Oczyszczonym pudełkiem zeszlifuj tonik i lakier do paznokci. W przypadku lakieru do paznokci możesz zaoszczędzić trochę papieru ściernego, używając acetonu, ale pamiętaj, aby dobrze przewietrzyć pomieszczenie!

Krok 8: Wykończenie

W tym kroku użyłem papieru ściernego o ziarnistości 400, aby uzyskać czystą powierzchnię, jak na trzecim zdjęciu. To jest wystarczająco czyste do etapu wiercenia. Wywierciłem wszystkie otwory o różnej wielkości i użyłem pilników do wykonania otworów na gniazda lamp. Płytka drukowana również musi być wywiercona, wiertło 0,8 mm do elementów i 1-1,4 mm do otworów na przewody. W tej konstrukcji użyłem również wiertła 1,3 mm do gniazd rurowych.

Po wierceniu i opiłowaniu pokrywam skrzynkę czarną warstwą farby w sprayu i pozostawiam do wyschnięcia na 24h. Zapewni to lepszy kontrast między wytrawieniem a obudową. Oczywiście następnym krokiem jest zeszlifowanie. Tym razem przechodzę od 400 do najdrobniejszego żwirku. Zmieniam papier ścierny, gdy jedno ziarno usunęło linie poprzedniego. Szlifowanie w różnych kierunkach ułatwia identyfikację, kiedy zniknęły wszystkie poprzednie ślady. Przy świecącej obudowie nakładam 3 warstwy lakieru bezbarwnego i czekam do wyschnięcia przez kolejne 24h. Płytkę drukowaną można zabezpieczyć przed korozją za pomocą powłoki ochronnej. Jak widać na dwóch ostatnich rysunkach lubię mieć ciemnozieloną powłokę. Ta powłoka wymaga dłuższego czasu schnięcia. Odczekałem 5 dni, aby uniknąć odcisków palców na płytce podczas lutowania elementów.

Krok 9: Dodawanie gniazd

Lutowanie gniazd

Zgodnie z układem, rury są montowane po miedzianej stronie płytki. W ten sposób płyta może zbliżyć się do obudowy i zyskać na dodatkowym ekranowaniu przed nieprzyjemnymi zakłóceniami EMI wysokiej częstotliwości pochodzącymi z zasilaczy impulsowych. Jednak używanie miedzianej strony płyty do lutowania komponentów ma pewne wady, takie jak odklejanie się miedzi od płyty. Aby tego uniknąć, zamiast lutować podstawki lamp, zrobiłem większe otwory, w które można było wcisnąć podstawki. Nacisk nieco mniejszego otworu i trochę lutu po obu stronach powinny rozwiązać problem. Użyłem do tego obrobionych gniazd pinowych, bez plastikowej konstrukcji, wcisnąłem metalowy pin w otwór i przylutowałem z obu stron (po stronie komponentów wygląda to jak kropelka lutu, ale pomaga utrzymać pin wklejony), jak pokazano na pierwszych 3 zdjęciach. Zdjęcia 4 i 5 pokazują wszystkie zainstalowane gniazda i zworki.

Wlutowanie do lamp kolejnego zestawu podstawek, tym razem z plastikową konstrukcją, poprawia połączenie z płytą i czyni ją bardziej stabilną. Oryginalne piny lamp są bardzo cienkie, co może prowadzić do złego styku lub nawet wypadnięcia z gniazd. Przylutowując je do gniazd rozwiązujemy ten problem, ponieważ teraz mają ciasne spasowanie. Myślę, że przede wszystkim powinny być wyposażone w odpowiednie piny, takie jak większe lampy!

Krok 10: Montaż desek

Do lutowania elementów zacząłem od oporników, a potem przeszedłem do większych części. Elektroliki są lutowane na końcu, ponieważ są to najwyższe elementy na płycie.

Gdy płyta jest gotowa, nadszedł czas, aby dodać przewody. Jest tu wiele połączeń zewnętrznych, od stosu tonów po kable wysokiego napięcia i żarzenia. Do przewodów sygnałowych użyłem kabla ekranowanego, osłaniając siatkę masy od strony panelu, bliżej wejścia.

Krytyczne przewody znajdują się wokół pierwszego stopnia, wychodząc z gniazda wejściowego i idąc do potencjometru wzmocnienia. Zanim będziemy mogli zbudować wszystko wewnątrz pudełka, musimy to przetestować, aby nadal mieć dostęp do miedzianej strony płyty w celu debugowania, jeśli jest to konieczne.

Do filtrowania wysokiego napięcia dodałem kolejny filtr RC w mniejszej płytce, montowany prostopadle do płytki głównej, jak widać na zdjęciu. W ten sposób połączenia uziemienia, wysokiego napięcia i transformatora są łatwiej dostępne z płytką zamontowaną do obudowy i można je później przylutować.

Budowanie stosu dźwięków

Chociaż zamierzałem przetestować płytkę poza obudową, zbudowałem już w pudełku. W ten sposób wszystkie potencjometry są zamocowane i odpowiednio uziemione. Testowanie obwodu za pomocą nieuziemionych potencjometrów (przynajmniej zewnętrznej osłony) może skutkować okropnymi hałasami. Ponownie do dłuższych połączeń użyłem kabla ekranowanego, uziemionego blisko gniazda wejściowego.

Niestety w tej konstrukcji potencjometry są bardzo blisko siebie, co utrudnia korzystanie z płytki z elementami. W tym przypadku zastosowałem podejście punkt-punkt dla tej części obwodu. Kolejnym problemem było to, że miałem tylko potencjometr PCB 9 mm 50K, więc musiałem go zakotwiczyć do sąsiednich potencjometrów (w stylu montażu panelowego).

Teraz jest też dobry moment na zainstalowanie włącznika/wyłącznika i diody LED z rezystorem 2,7k.

W wyniku dwóch rzędów potencjometrów musiałem spiłować wewnętrzną ściankę wieczka, jak pokazano na zdjęciu, aby pudełko się zamknęło.

Krok 11: Regulacja potencjometrów

Regulacja 555 SMPS

Jeśli SMPS nie działa, nie ma wysokiego napięcia i obwód nie będzie działał poprawnie. Aby przetestować zasilacz, wystarczy podłączyć go do gniazda zasilania 9 V i sprawdzić odczyt napięcia na wyjściu. Powinno wynosić około 70V, w przeciwnym razie należy go wyregulować za pomocą trymera. Jeśli napięcie wyjściowe wynosi 9V to jest problem z płytą. Sprawdź, czy nie ma uszkodzonego mosfeta lub 555. Jeśli potencjometr nie działa, sprawdź obwód sprzężenia zwrotnego wokół mniejszego tranzystora. Zaletą tego SMPS jest mała liczba części, dzięki czemu łatwiej jest zidentyfikować wszelkie błędy lub wadliwe komponenty.

Regulacja potencjometrów płyty głównej

Na etapie testów jest dobry moment, aby skorygować bias za pomocą potencjometrów. Można to zrobić później, ale jeśli ton jest zbyt ciemny lub zbyt jasny, łatwiej jest wprowadzić zmiany teraz.

Pierwszy trimpot kontroluje bias drugiego, trzeciego i wyjściowego stopnia i dlatego jest najważniejszy. Regulowałem ten trypot, mierząc odchylenie trzeciego stopnia, zimnej maszynki do strzyżenia. Jeśli odchylenie jest zbyt wysokie, scena będzie całkowicie odcięta, dając surowe, zimne, gąbczaste zniekształcenie. Jeśli jest spolaryzowany na wyższą temperaturę, stopień wyjściowy będzie zbyt gorący, dodając trochę zniekształceń stopnia mocy i uruchamiając lampę bliżej maksimum. rozpraszanie płyt. W takim przypadku dolna strona głośności głównej powinna być połączona z ujemną stroną pierwszego stopnia, tak aby polaryzacja nadal wynosiła około 5,9V. W moim przypadku brzmiało to lepiej, gdy stopień wyjściowy pracował z napięciem 5,7 V zamiast 6,4 V.

Po prostu zmierz odchylenie na trzecim etapie (środkowa rura w tylnym rzędzie) i sprawdź, czy wynosi około 1,95 V. Drugi potencjometr wystarczy wyregulować do smaku, lub prawie środkowy nastawiony na 1,2 V (mierzony między pinami 3 i 4). Podobnie trzeci potencjometr jest również dostosowany do około. 1V.

Odczyty napięcia na pinach 1 (płytka) do 5 (filament) lampy to:

V1:

V2:

V3:

V4:

V5:

V6:

Zauważ, że włókna w 5672 są odwrócone niż w 5678, więc rurki nie mogą być zamienione. Kolejnym ważnym aspektem do rozważenia jest producent lamp. Dowiedziałem się, że lampy tung-sol grają lepiej w pierwszych pozycjach niż lampy raytheon. Sprawdzając to na oscyloskopie widać, że lampy tung-sol mają większe wzmocnienie niż lampy raytheonowe, które miałem.

Teraz jest też czas, aby przetestować obwód i zobaczyć, jak brzmi, jeśli jest zbyt ciężki bas, sugeruję zmianę kondensatora 47nF między drugim a trzecim stopniem na 10nF, który odfiltruje trochę basu z początkowych stopni i poprawi dźwięk. Jeśli zrobiło się za cienka, po prostu zwiększ ten kondensator do 22nF i tak dalej.

Krok 12: Montaż wszystkiego wewnątrz obudowy

Zacząłem dodawać śruby do płyty głównej. Od wewnętrznej strony dodałem gumowe przelotki z drutu, aby zapewnić trochę luzu między płytą a obudową, a także wytłumić wibracje. Uruchomienie pierwszego stopnia w trybie pentodowym może pomóc, jeśli lampa stanie się mikrofonowana. Następnie dodałem płytkę i przykręciłem ją nakrętkami, podłączyłem tonówkę, włożyłem gniazdo wejściowe i przylutowałem pozostałe przewody.

Z płytą główną na miejscu dodałem transformator wyjściowy, wyregulowałem długość przewodów i włożyłem gniazdo wyjściowe i gniazdo zasilania.

W tym momencie zauważyłem, że moja płyta SMPS nie będzie pasować w pożądanym miejscu (przy bocznej ścianie, z elementami prostopadłymi do tej ściany), ponieważ dodałem gniazdo zasilania po niewłaściwej stronie gniazda wyjściowego… Aby to naprawić, przepiłowałem płytkę SMPS po stronie wejściowej, usuwając cewkę indukcyjną i kondensator, i przylutowując element z powrotem do płytki obróconej o 90 stopni, jak pokazano na rysunku. Ponownie przetestowałem zasilacz SMPS, aby sprawdzić, czy nadal działa, i zakończyłem podłączeniem wysokiego napięcia do płyty głównej przez płytkę filtra RC.

Krok 13: Kontrola dźwięku

Teraz po prostu podłącz wzmacniacz do swojej ulubionej 8-omowej kolumny (w moim przypadku 1x10 z niebieską podkładką Celestion) i użyj zasilacza do pedałów, aby grać na nieogłuszającym poziomie!

Nawiasem mówiąc, jeśli podoba Ci się dźwięk wzmacniacza sprzężenia zwrotnego, gdy przestaniesz grać na końcu dźwięku, poczekaj na środkową część wideo, a sprzężenie zwrotne jest dość łatwe, gdy siedzisz przed kabiną.

Druga nagroda w konkursie kieszonkowym