Un amplificateur à lampe à ultra faible puissance et gain élevé : 13 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Pour les rockers comme moi, il n'y a rien de pire que les plaintes pour bruit. Par contre, il est dommage d'avoir un ampli 50W branché sur une charge dissipant presque tout en chaleur. J'ai donc essayé de construire un préampli à gain élevé, basé sur un célèbre amplificateur mesa utilisant des tubes subminiatures pour un rendement ultra faible.

Étape 1: Présentation, outils et matériaux

Ces instructables seront des structures comme:

1. Vue d'ensemble du circuit: L'amplificateur
2. Aperçu du circuit: Le SMPS
3. Liste des pièces
4. Transfert thermique
5. Masquage
6. Gravure
7. Finition
8. Ajout de sockets
9. Assemblage des planches
10. Réglage des potentiomètres
11. Tout monter à l'intérieur de l'enceinte
12. Résultat final et Soundcheck

Il y a quelques outils nécessaires pour construire cet amplificateur:

• Perceuse à main, avec différents forets (au cas où vous voudriez percer le PCB avec une perceuse à main, vous avez besoin d'un foret de 0,8 à 1 mm, que l'on ne trouve normalement pas dans les kits).
• Fer à souder
• Fer à repasser
• Multimètre
• Fichiers de ponçage
• Accès à une imprimante toner
• Boîte en plastique pour la gravure

Et quelques matériaux

• Papier abrasif (200, 400, 600, 1200)
• Peinture en aérosol (noir, transparent)
• Spray de revêtement de PCB
• Solution de gravure au chlorure ferrique
• Souder

Étape 2: Présentation du circuit: l'amplificateur

Tubes subminiatures pour batteries

Pour ce projet, j'ai utilisé des tubes 5678 et 5672. Ils étaient utilisés dans les radios portables à batterie, où le courant de filament était un problème. Ces tubes ne nécessitent que 50mA pour leurs filaments, ce qui les rend bien plus efficaces que le 12AX7. Cela maintient la consommation de courant faible, nécessitant une alimentation plus petite. Dans ce cas, je voulais les alimenter avec une alimentation 9v 1A, comme couramment utilisée avec les pédales de guitare.

Le tube 5678 a un mu d'environ 23, ce qui en fait un tube à faible gain par rapport au 12AX7, mais peut-être qu'avec quelques ajustements, même cela pourrait suffire. Les amplificateurs à gain élevé sont connus pour avoir beaucoup de filtrage entre les étages, où presque la majorité du signal est court-circuitée à la terre. Il peut y avoir de l'air avec lequel jouer.

Le 5672, quant à lui, a un mu de 10, mais était principalement utilisé comme tube de puissance dans les appareils auditifs, et était déjà utilisé dans d'autres amplificateurs subminiatures (Murder one et Vibratone, de Frequencycentral). Il peut produire jusqu'à 65 mW de propreté… plutôt. N'ayez pas peur de la faible puissance, elle est toujours assez bruyante lorsqu'elle est déformée ! La fiche technique spécifie un transformateur de sortie 20k pour ce tube.

Comme dans les versions précédentes, le transformateur de réverbération 22921 sera utilisé.

Biaisage

Une des difficultés est de polariser ces tubes sans utiliser de batteries différentes, car ils ont des cathodes chauffées directement. Je ne voulais pas compliquer les choses, j'ai donc dû utiliser une configuration de polarisation fixe. Ceci, d'autre part, a permis l'utilisation des filaments en série, réduisant la consommation totale de filaments. Avec 6 tubes, chacun chutant de 1,25V, je me suis rapproché du 9V de l'alimentation, cela nécessitait juste une petite résistance, ce qui a également amélioré la polarisation du premier étage. Cela signifie que le courant de filament total n'est que de 50 mA !

Assez bien pour une alimentation à pédale.

Pour que cela fonctionne, certaines étapes ont un potentiomètre pour ajuster le biais souhaité. Le biais est calculé comme la différence entre la tension du côté négatif du filament (f-) et la grille du tube. Le potentiomètre ajuste la tension continue sur la grille du tube, permettant les différentes configurations de polarisation et est contourné par un grand condensateur, fonctionnant comme un court-circuit à la terre pour le signal.

Le troisième étage, par exemple, est polarisé près du point de coupure du tube à -1,8 V, obtenu comme la différence entre f- (broche 3) à environ 3,75 V et la grille, à 1,95 V. Cet étage émule l'étage d'écrêtage à froid que l'on trouve dans les amplificateurs à gain élevé, tels que le soldano ou le double redresseur. Le 12AX7 dans un double redresseur utilise une résistance de 39k pour y parvenir. Les autres étages sont presque polarisés au centre, à environ 1,25 V.

Étape 3: Présentation du circuit: le SMPS

Alimentation haute tension

Concernant la tension de plaque, ces tubes fonctionnent idéalement avec des tensions de plaque à 67,5V, mais fonctionnent également avec des batteries 90V ou 45V. Ces batteries étaient énormes ! Ils sont également difficiles à trouver et coûteux. C'est pourquoi j'ai opté pour une alimentation à découpage (SMPS) à la place. Avec le SMPS, je peux augmenter le 9V à 70V et ajouter un filtrage massif avant le transformateur de sortie.

Le circuit utilisé dans cette instructables est basé sur la puce 555, utilisée avec succès dans les versions précédentes.

Étape 4: Liste des pièces

Voici un résumé des pièces nécessaires:

Carte mère

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 linéaire 9 MMC8 22nF / 100V _ R8 100k_MID 50k Linear 9 mm C9 10uF/100V_R9 220k_BASS 250k Linéaire 9 mmC10 100nF/100V_R10 470k_GAIN 250k Log/Audio 9 mmC11 22nF/100V_R11 80k_ PRESENCE 100k Linéaire 9 mm C12 470pF/50V_R12 10k_R12 100k_VOLUME 9 mmC_nC14 Potentiomètre 1M1350K 330k_B2 Potentiomètre 50kC15 680pF/50V_R15 220k_B4 Potentiomètre 50kC16 2,2nF/50V_ R16 100k_SW1 micro DPDTC17 30pF/50V_R17 80k_J1 Jack mono 6,35 mmC18 220u F/16V_R18 50k_J2 DC JackC19 220uF/16V_R19 470k_J3 6,35 mm Mono-commutateur JackC20 220uF/16V_R20 50k_SW2 SPDTC21 220uF/16V_R21 100k_LED 3 mmC22 100uF/16V_R22 22k/16V_R22 22k/16V/100uF_R21 220uF/16V_R21 100k_LED 3 mmC22 100uF/16V_R22 22k/16V_R_24 22k/16V/100uF C26 10uF/100V_R26 1,8k C27 220uF/16V_R27 1k C28 100uF/16V_R28 10k C29 47nF/100V_R29 2,7k (résistance LED, ajustez la luminosité)C30 22nF/100V_R30 1,5k

Attention particulière à la tension nominale du condensateur. Le circuit haute tension nécessite des condensateurs 100V, le chemin du signal après les condensateurs de couplage peut utiliser des valeurs plus faibles, dans ce cas j'ai utilisé 50V ou 100V car les condensateurs à film ont le même espacement des broches. Les filaments doivent être découplés, mais comme la tension la plus élevée sur les filaments est de 9V, un condensateur électrolytique de 16V est du côté sûr et bien plus petit qu'un 100V. Les résistances peuvent être du type 1/4W.

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_ VR1 1k R5 R5 150k_traD2

Attention à la diode de commutation ! Il doit être du type ultra rapide, sinon cela ne fonctionnera pas. Pour les SMPS, des condensateurs à faible ESR sont également souhaités. Dans le cas où un condensateur normal de 4,7 uF/250 V est utilisé, un condensateur céramique supplémentaire de 100 nF en parallèle permet de contourner la commutation haute fréquence.

Ce sont les pièces les plus faciles à trouver et peuvent être obtenues dans n'importe quel magasin de pièces électroniques. Maintenant, les parties délicates sont:

Transformateur OT 3.5W, 22k:8ohm (022921 ou 125A25B) Banzai, Tubesandmore

Inductance L1 100uH/3A Ebay, n'achetez pas la forme toroïdale. Vous le trouverez également chez Mouser/Digikey/Farnell.

N'oubliez pas d'acheter:

• Une planche plaquée cuivre, 10x10 mm fera l'affaire pour les deux planches
• 2x prises SIP 40 broches pour les tubes
• Une enceinte 1590B
• Quelques vis et écrous de 3 mm
• Pieds en caoutchouc
• passe-fils en caoutchouc 5 mm
• 6 boutons de 10 mm

Étape 5: Transfert thermique

Pour préparer le PCB et le boîtier j'utilise un procédé basé sur le transfert de toner. Le toner protège la surface du décapant, et par conséquent après le bain de décapage nous avons le PCB avec les pistes de cuivre ou une belle enceinte. Le processus de transfert du toner et de préparation à la gravure consiste à:

• Imprimez la mise en page/l'image avec une imprimante à toner en utilisant du papier glacé.
• Poncer la surface du boîtier et de la plaque de cuivre à l'aide d'un papier abrasif grain 200 à 400.
• Fixez l'image imprimée sur le PCB/l'enceinte à l'aide de ruban adhésif.
• Appliquez de la chaleur et de la pression avec le fer à repasser pendant environ 10 minutes. Faites quelques mouvements supplémentaires avec la pointe du fer sur les bords, ce sont les endroits difficiles où le toner ne collera pas.
• Lorsque le papier semble jaunâtre, placez-le dans un récipient en plastique rempli d'eau pour le refroidir et laissez l'eau s'imprégner dans le papier.
• Retirez le papier avec précaution. C'est mieux quand il se détache en couches, au lieu de tout enlever en une seule tentative.

Le gabarit de perçage permet d'identifier le positionnement des composants, il vous suffit d'ajouter votre propre art et le tour est joué.

Étape 6: masquage

Pour l'enceinte, masquez les zones plus larges avec du vernis à ongles. Étant donné que la réaction avec l'aluminium est beaucoup plus forte qu'avec le cuivre, il pourrait y avoir des piqûres dans des zones plus grandes.

Donner une protection supplémentaire garantit qu'il n'y aura pas de marques pour ruiner l'enceinte.

Étape 7: gravure

Pour le processus de gravure, j'aime utiliser un récipient en plastique avec un agent de gravure et un autre avec de l'eau pour rincer entre les étapes.

Tout d'abord, quelques conseils de sécurité:

• utiliser des gants en caoutchouc pour protéger vos mains
• travailler sur une surface non métallique
• Utiliser une pièce bien ventilée et éviter de respirer les fumées qui en résultent
• Utilisez du papier pour protéger votre établi des éventuels déversements

Ici, je ne montre que la gravure du boîtier, mais le PCB a été gravé dans la même solution. La seule différence est que pour le PCB, j'ai juste attendu environ une heure jusqu'à ce que tout le cuivre non protégé ait disparu. Avec l'aluminium, il faut faire très attention, car nous ne voulons graver que l'extérieur de la boîte.

Pour l'enceinte, je secoue la boîte dans le mélange de gravure pendant environ 30 secondes, jusqu'à ce qu'elle se réchauffe en raison de la réaction et la rince à l'eau. Je répète cette étape encore 20 fois, ou jusqu'à ce que la gravure ait une profondeur d'environ 0,5 mm.

Lorsque la gravure est suffisamment profonde, lavez l'enceinte avec de l'eau et du savon pour rincer tout le produit de gravure restant. Une fois la boîte nettoyée, poncez le toner et le vernis à ongles. Pour le vernis à ongles, vous pouvez économiser du papier abrasif en utilisant de l'acétone, mais pensez à bien aérer la pièce !

Étape 8: Finition

Dans cette étape, j'ai utilisé du papier abrasif grain 400 pour obtenir une surface propre, comme sur la troisième photo. C'est assez propre pour l'étape de perçage. J'ai percé tous les trous de différentes tailles et utilisé les fichiers pour faire les trous pour les douilles des tubes. Le PCB doit également être percé, I un foret de 0,8 mm pour les composants et 1-1,4 mm pour les trous de fil. Dans cette construction, j'ai également utilisé une perceuse de 1,3 mm pour les douilles de tube.

Une fois le perçage et le limage terminés, je donne à la boîte une couche de peinture noire en aérosol et la laisse sécher pendant 24h. Cela donnera un meilleur contraste entre la gravure et l'enceinte. De toute évidence, la prochaine étape consiste à le poncer. Cette fois, je passe de 400 au grain le plus fin. Je change le papier de verre lorsqu'un grain a enlevé les traits du précédent. Le ponçage dans différentes directions permet d'identifier plus facilement lorsque toutes les marques précédentes ont disparu. Avec l'enceinte qui brille, j'applique 3 couches de vernis transparent et j'attends qu'il sèche encore 24h. Le PCB peut être protégé de la corrosion en utilisant un revêtement protecteur. Comme vous pouvez le voir dans les deux dernières figures, j'aime avoir un revêtement vert foncé. Ce revêtement nécessite des temps de séchage plus longs. J'ai attendu 5 jours pour éviter d'avoir des traces de doigts sur la carte lors de la soudure des composants.

Étape 9: Ajout de sockets

Souder les douilles

Selon la disposition, les tubes sont montés du côté cuivre de la carte. De cette façon, la carte peut se rapprocher du boîtier et bénéficier d'un blindage supplémentaire contre les EMI haute fréquence désagréables provenant du SMPS. Mais l'utilisation du côté cuivre de la carte pour souder des composants présente certains inconvénients, tels que le cuivre se détache de la carte. Pour éviter cela, au lieu de souder les douilles du tube, j'ai fait des trous plus grands où les douilles pourraient être enfoncées. La pression d'un trou un peu plus petit et de la soudure des deux côtés devrait résoudre le problème. Pour cela, j'ai utilisé les douilles à broches de style usiné, sans la structure en plastique, forcé la broche métallique dans le trou et soudé des deux côtés (du côté des composants, cela ressemble à une goutte de soudure, mais cela aide à garder la broche coincée), comme le montrent les 3 premières photos. Les 4e et 5e photos montrent toutes les prises et cavaliers installés.

Souder un autre jeu de douilles, cette fois avec la structure en plastique, aux tubes améliore la connexion à la carte et la rend plus stable. Les broches d'origine des tubes sont très fines, ce qui peut entraîner un mauvais contact ou même une chute des douilles. En les soudant aux douilles, nous résolvons ce problème, car maintenant ils ont un ajustement serré. Je pense qu'ils auraient dû être livrés avec des broches appropriées en premier lieu, comme les tubes plus gros !

Étape 10: Assemblage des planches

Pour souder les composants, j'ai commencé par les résistances et je suis passé aux pièces plus grandes. Les électrolytiques sont soudés à la fin, car ce sont les composants les plus élevés de la carte.

Avec la carte prête, il est temps d'ajouter les fils. Il y a beaucoup de connexions externes ici, de la pile de tons aux câbles haute tension et filaments. Pour les fils de signal, j'ai utilisé un câble blindé, protégeant le maillage de terre du côté du panneau, plus près de l'entrée.

Les fils critiques se trouvent autour du premier étage, provenant de la prise d'entrée et allant au potentiomètre de gain. Avant de pouvoir tout construire à l'intérieur de la boîte, nous devons la tester, afin que nous ayons toujours accès au côté cuivre de la carte pour un débogage, si nécessaire.

Pour le filtrage haute tension, j'ai ajouté un autre filtre RC dans une carte plus petite, montée perpendiculairement à la carte principale, comme on le voit sur la photo. De cette façon, les connexions à la terre, à haute tension et au transformateur sont plus faciles d'accès avec la carte montée sur le boîtier et peuvent être soudées par la suite.

Construire le tonestack

Bien que j'allais tester la carte à l'extérieur de l'enceinte, j'ai déjà construit le tonestack dans la boîte. De cette façon, tous les potentiomètres sont fixés et correctement mis à la terre. Tester le circuit avec des potentiomètres non mis à la terre (au moins le blindage extérieur) peut entraîner des bruits horribles. Encore une fois, pour les connexions plus longues, j'ai utilisé un câble blindé, mis à la terre près de la prise d'entrée.

Malheureusement, dans cette version, les potentiomètres sont très proches les uns des autres, ce qui rend difficile l'utilisation d'une carte avec les composants. Dans ce cas, j'ai utilisé une approche point à point pour cette partie du circuit. Un autre problème était que je n'avais qu'un potentiomètre de style PCB de 9 mm 50K, de sorte que je devais l'ancrer aux potentiomètres voisins (style montage sur panneau).

C'est aussi le bon moment pour installer l'interrupteur marche/arrêt et la LED avec la résistance de 2,7k.

À la suite de deux rangées de potentiomètres, j'ai dû limer la paroi intérieure du couvercle, comme indiqué sur la photo, afin que la boîte se ferme.

Étape 11: Ajuster les potentiomètres

Réglage du 555 SMPS

Si le SMPS ne fonctionne pas, il n'y a pas de haute tension et le circuit ne fonctionnera pas correctement. Pour tester le SMPS, connectez-le simplement à la prise d'alimentation 9V et vérifiez la lecture de la tension à la sortie. Il doit être autour de 70V, sinon il faut le régler avec le trimpot. Si la tension de sortie est de 9V, il y a un problème avec la carte. Recherchez un mauvais mosfet ou 555. Si le potentiomètre ne fonctionne pas, vérifiez le circuit de retour autour du plus petit transistor. Un avantage de ce SMPS est le faible nombre de pièces, il est donc un peu plus facile d'identifier les erreurs ou les composants défectueux.

Réglage des trimpots de la carte mère

Pendant la phase de test, c'est le bon moment pour ajuster le biais avec les potentiomètres. Cela peut être fait plus tard, mais si le ton est trop sombre ou trop clair, il est plus facile d'apporter des modifications maintenant.

Le premier potentiomètre contrôle la polarisation des deuxième, troisième et étages de sortie et est donc le plus important. J'ai ajusté ce trimpot en mesurant le biais du troisième étage, la tondeuse à froid. Si le bias est trop élevé, la scène sera complètement coupée, donnant une distorsion brute, froide et spongieuse. S'il est polarisé plus chaud, l'étage de sortie sera trop chaud, ce qui ajoutera une certaine distorsion de l'étage de puissance et rapprochera le tube du maximum. dissipation des plaques. Dans ce cas, le côté inférieur du master volume doit être connecté au côté négatif du premier étage, de sorte que la polarisation soit toujours autour de 5,9V. Dans mon cas, cela sonnait mieux lorsque l'étage de sortie fonctionnait à 5,7 V au lieu de 6,4 V.

Il suffit de mesurer le biais au troisième étage (tube du milieu dans la rangée arrière) et de vérifier qu'il est d'environ 1,95 V.. De même, le troisième potentiomètre est également ajusté à env. 1V.

Les lectures de tension aux broches du tube 1 (plaque) à 5 (filament) sont:

V1:

V2:

V3:

V4:

V5:

V6:

Notez que les filaments du 5672 sont à l'envers par rapport au 5678, de sorte que les tubes ne peuvent pas être intervertis. Un autre aspect important à considérer est le fabricant du tube. J'ai découvert que les tubes tung-sol sonnaient mieux dans les premières positions que les tubes raytheon. En le vérifiant avec un oscilloscope, il était visible que les tubes tung-sol avaient plus de gain que les tubes Raytheon que j'avais.

C'est aussi le moment de tester le circuit et de voir comment il sonne, s'il est trop grave, je suggère de changer le condensateur 47nF entre le deuxième et le troisième étage à 10nF, cela filtrera certaines basses des étages initiaux et améliorera le son. S'il devient trop mince, augmentez simplement ce condensateur à 22 nF et ainsi de suite.

Étape 12: tout monter à l'intérieur du boîtier

J'ai commencé à ajouter les vis pour la carte mère. À l'intérieur, j'ai ajouté les passe-fils en caoutchouc, pour donner un peu d'espace entre la carte et le boîtier et aussi pour amortir certaines vibrations. En faisant fonctionner le premier étage en mode pentode, cela pourrait aider si le tube devient microphonique. Ensuite, j'ai ajouté la carte et l'ai vissée avec les écrous, connecté la pile de tons, inséré la prise d'entrée et soudé les fils restants.

Avec la carte mère en position, j'ai ajouté le transformateur de sortie, ajusté la longueur des fils et inséré la prise de sortie et la prise d'alimentation.

A ce stade j'ai vu que ma carte SMPS ne rentrait pas dans la position souhaitée (au niveau du mur latéral, avec les composants perpendiculaires à ce mur) car j'ai ajouté la prise d'alimentation du mauvais côté de la prise de sortie… Pour réparer cela j'ai scié la carte SMPS du côté de l'entrée, en enlevant l'inducteur et le condensateur, et en soudant la pièce à la carte tournée de 90 degrés, comme indiqué sur l'image. J'ai à nouveau testé le SMPS pour voir s'il fonctionnait toujours, et j'ai terminé en connectant la haute tension à la carte principale, via la carte de filtre RC.

Étape 13: Soundcheck

Maintenant, branchez simplement l'amplificateur à votre baffle 8 ohms préféré (dans mon cas un 1x10 avec un celestion greenback) et utilisez votre alimentation pour pédales pour jouer à des niveaux non assourdissants !

D'ailleurs, si vous aimez le larsen de votre ampli lorsque vous arrêtez de jouer à la fin d'un son, attendez le milieu de la vidéo, il larsen assez facilement lorsque vous êtes assis devant le cab.

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