Amplificateur à tube alimenté par batterie : 4 étapes (avec photos)

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

Les amplificateurs à lampes sont appréciés des guitaristes en raison de la distorsion agréable qu'ils produisent.

L'idée derrière cet instrunctables est de construire un amplificateur à tube de faible puissance, qui peut également être transporté pour jouer en déplacement. À l'ère des haut-parleurs Bluetooth, il est temps de construire des amplificateurs à tubes portables alimentés par batterie.

Étape 1: Sélectionnez les tubes, les transformateurs, les batteries et l'alimentation haute tension

Tubes

Parce que la consommation d'énergie dans les amplificateurs à tubes est un énorme problème, le choix du bon tube peut économiser beaucoup d'énergie et augmenter les heures de jeu entre les recharges. Il y a longtemps, il y avait des tubes alimentés par batterie, qui alimentaient de petites radios aux avions. Leur grand avantage était le courant de filament inférieur requis. La photo montre une comparaison entre trois lampes à piles, les 5672, 1j24b, 1j29b et une lampe miniature utilisée dans les préamplis de guitare, l'EF86

Les tubes choisis sont:

Préampli et PI: 1J24B (courant de filament 13 mA à 1,2 V, tension de plaque max. 120 V, fabrication russe, peu coûteux)

Puissance: 1J29B (courant de filament 32 mA à 2,4 V, tension de plaque max. 150 V, fabrication russe, peu coûteux)

Transformateur de sortie

Pour de tels réglages de puissance inférieurs, un transformateur moins cher peut être utilisé. Certaines expériences avec des transformateurs de ligne ont montré qu'ils sont assez bons pour les petits amplificateurs, où l'extrémité inférieure n'est pas une priorité. En raison de l'absence d'entrefer, le transformateur fonctionne mieux en push-pull. Cela nécessite également plus de robinets.

Transformateur de ligne 100V, 10W avec différentes prises

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W et au secondaire 4, 8 et 16 ohms)

. Heureusement, le transformateur que j'ai obtenu avait également le nombre de tours par enroulement spécifié, sinon des calculs seraient nécessaires pour identifier les prises adéquates et l'impédance la plus élevée disponible. le transformateur avait le nombre de tours suivant à chaque prise (en partant de la gauche):

725-1025-1425-2025-2925 au primaire et 48-66-96 au secondaire.

Ici, il est possible de voir que le robinet de 2,5W est presque au milieu, avec 1425 tours d'un côté et 1500 de l'autre. Cette petite différence pourrait être un problème dans certains amplificateurs plus gros, mais ici, elle ne fera qu'ajouter à la distorsion. Nous pouvons maintenant utiliser les prises 0 et 0,625 W pour les anodes afin d'obtenir la plus haute impédance disponible.

Le rapport de spires primaire/secondaire est utilisé pour estimer l'impédance primaire comme suit:

2925/48 = 61, avec un haut-parleur de 8 ohms, cela donne 61^2 *8 = 29768 ou env. 29,7k anode à anode

2925/66 = 44, avec un haut-parleur de 8 ohms, cela donne 44^2 *8 = 15488 ou env. 15,5k anode à anode

2925/96 = 30, avec un haut-parleur de 8 ohms, cela donne ^2 *8 = 7200 ou env. 7.2k anode-à-anode

Parce que nous avons l'intention de l'exécuter en classe AB, l'impédance à laquelle le tube est réellement vu n'est que de 1/4 de la valeur calculée.

Alimentation haute tension

Même ces petits tubes nécessitent également des tensions plus élevées au niveau des plaques. Au lieu d'utiliser plusieurs batteries en série, ou d'utiliser ces énormes vieilles batteries 45V, j'ai utilisé une alimentation à découpage (SMPS) plus petite basée sur la puce MAX1771. Avec ce SMPS, je suis capable de multiplier la tension provenant des batteries à des valeurs aussi élevées que 110V sans aucun problème.

Piles

Les batteries choisies pour ce projet sont des batteries Li-Ion, facilement obtenues dans le package 186850. Il existe plusieurs cartes de chargeur disponibles en ligne pour ces derniers. Une remarque importante est d'acheter uniquement de bonnes batteries connues, auprès de vendeurs de confiance, pour éviter les accidents inutiles.

Maintenant que les pièces sont grossièrement définies, il est temps de commencer à travailler sur le circuit.

Étape 2: Travailler sur un circuit

Filaments

Pour alimenter les filaments des tubes, une configuration en série a été choisie. Certaines difficultés doivent être discutées.

• Parce que le préampli et les tubes de puissance ont des courants de filament différents, des résistances ont été ajoutées en série avec certains filaments pour contourner une partie du courant.
• La tension de la batterie chute pendant l'utilisation. Chaque batterie a initialement 4,2 V lorsqu'elle est complètement chargée. Ils se déchargent rapidement jusqu'à la valeur nominale de 3,7V, où ils diminuent lentement jusqu'à 3V, lorsqu'il doit être rechargé.
• Les tubes ont des cathodes chauffées directement, ce qui signifie que le courant de plaque traverse le filament, et le côté négatif du filament correspond à la tension cathodique

Le schéma de filament avec des tensions ressemble à ceci:

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

où // représente en configuration parallèle et -> en série.

Les résistances contournent le courant supplémentaire des filaments et le courant d'anode circulant à chaque étage. Pour prédire correctement le courant anodique, il est nécessaire de tracer la ligne de charge de l'étage et de choisir un point de fonctionnement.

Estimation d'un point de fonctionnement pour les tubes de puissance

Ces tubes sont livrés avec une fiche technique de base, où les courbes sont tracées pour une tension de grille d'écran de 45V. Comme j'étais intéressé par le rendement le plus élevé que je pouvais obtenir, j'ai décidé de faire fonctionner les lampes de puissance à 110V (lorsqu'elles sont complètement chargées), bien au-dessus des 45V. Pour surmonter le manque de fiche technique utilisable, j'ai essayé de mettre en œuvre un modèle d'épice pour les tubes à l'aide de paint_kip, puis d'augmenter la tension de la grille de l'écran et de voir ce qui se passe. Paint_kip est un bon logiciel, mais nécessite une certaine habileté pour trouver les bonnes valeurs. Avec les pentodes, le niveau de difficulté augmente également. Comme je ne voulais qu'une estimation approximative, je n'ai pas passé beaucoup de temps à chercher la configuration exacte. Le banc d'essai a été construit pour tester les différentes configurations.

Impédance OT: 29k plaque à plaque ou env. 7k pour un fonctionnement en classe AB.

Haute tension: 110V

Après quelques calculs et tests, la tension de polarisation du réseau a pu être définie. Pour obtenir la polarisation de grille choisie, la résistance de fuite de grille est connectée à un nœud de filament où se trouve la différence entre la tension du nœud et le côté négatif du filament. Par exemple, le premier 1J29b est à la tension B+ de 6V. En connectant la résistance de fuite de grille au nœud entre les étages 1J24b, à 2,4 V, la tension de grille résultante est de -3,6 V par rapport à la ligne GND, qui est la même valeur vue sur le côté négatif du filament du deuxième 1J29b. Ainsi, la résistance de fuite de grille du deuxième 1J29b peut être mise à la terre, comme elle le ferait normalement dans d'autres conceptions.

L'inverseur de phase

Comme le montre le schéma, un inverseur de phase paraphase a été mis en œuvre. Dans ce cas l'un des tubes a un gain unitaire et inverse le signal pour l'un des étages de sortie. L'autre étage agit comme un étage de gain normal. Une partie de la distorsion créée dans le circuit provient de la perte d'équilibre de l'inverseur de phase et de l'entraînement d'un tube de puissance plus dur que l'autre. Le diviseur de tension entre les étages a été choisi de manière à ce que cela ne se produise qu'aux derniers 45 degrés du volume maître. Les résistances ont été testées pendant que le circuit était surveillé avec un oscilloscope, où les deux signaux pouvaient être comparés.

L'étage de préampli

Les deux derniers tubes 1J24b sont constitués du circuit préamplificateur. Les deux ont le même point de fonctionnement puisque les filaments sont en parallèle. La résistance de 22 ohms entre le filament et la terre élève la tension du côté négatif du filament, ce qui donne une petite polarisation négative. Au lieu de choisir une résistance à plaque et de calculer le point de polarisation et la tension cathodique et la résistance nécessaires, ici la résistance à plaque a été adaptée en fonction du gain et de la polarisation souhaités.

Avec le circuit calculé et testé, il est temps de faire un PCB pour cela. Pour le schéma et le PCB, j'ai utilisé Eagle Cad. Ils ont une version gratuite où l'on peut utiliser jusqu'à 2 couches. Puisque j'allais graver la planche moi-même, cela n'a aucun sens d'utiliser plus de 2 couches. Pour concevoir le PCB, il a d'abord été nécessaire de créer également un gabarit pour les tubes. Après quelques mesures, j'ai pu identifier l'espacement correct entre les broches et la broche d'anode en haut du tube. Avec la mise en page prête, il est temps de commencer la vraie construction !

Étape 3: Souder et tester les circuits

SMPS

Soudez d'abord tous les composants de l'alimentation à découpage. Pour qu'il fonctionne correctement, les bons composants sont nécessaires.

• Mosfet haute tension à faible résistance (IRF644Pb, 250V, 0,28 ohms)
• Faible ESR, inductance à courant élevé (220uH, 3A)
• Condensateur réservoir haute tension à faible ESR (10 uF à 4,7 uF, 350 V)
• Résistance 0,1 ohm 1W
• Diode haute tension ultrarapide (UF4004 pour 50ns et 400V, ou quoi que ce soit de plus rapide pour >200V)

Parce que j'utilise la puce MAX1771 à une tension inférieure (8,4 V à 6 V), j'ai dû augmenter l'inducteur à 220 uH. Sinon, la tension chuterait sous charge. Lorsque le SMPS est prêt, j'ai testé la tension de sortie avec un multimètre et l'ai ajustée à 110V. Sous charge, il va baisser un peu et un réajustement est nécessaire.

Circuit de tubes

J'ai commencé à souder les cavaliers et les composants. Ici, il est important de vérifier si les cavaliers ne touchent pas les pattes des composants. Les tubes ont été soudés côté cuivre après tous les autres composants. Avec tout soudé, je pouvais ajouter le SMPS et tester le circuit. Pour la première fois, j'ai également vérifié la tension au niveau des plaques et des écrans des tubes, histoire d'être sûr que tout allait bien.

Chargeur

Le circuit du chargeur que j'ai acheté sur ebay. Il est basé sur la puce TP4056. J'ai utilisé un DPDT pour basculer entre une configuration série et parallèle des batteries et une connexion au chargeur ou au circuit imprimé (voir figure).

Étape 4: Enceinte, grille et façade et finition

La boîte

Pour emballer cet amplificateur, j'ai choisi d'utiliser une ancienne boîte en bois. N'importe quelle boîte en bois fonctionnerait, mais dans mon cas, j'en avais une très bonne d'un ampèremètre. L'ampèremètre ne fonctionnait pas, donc je pouvais au moins sauver la boîte et construire quelque chose de nive à l'intérieur. Le haut-parleur était fixé sur le côté avec la grille métallique qui permettait à l'ampèremètre de refroidir pendant son utilisation.

Le gril tubulaire

Le PCB avec les tubes a été fixé du côté opposé de l'enceinte, où j'ai percé un trou pour que les tubes soient visibles de l'extérieur. Pour protéger les tubes j'ai fait une petite grille avec une feuille d'aluminium. Je fais quelques marques grossières et j'ai percé des trous plus petits. Toutes les imperfections ont été corrigées lors de la phase de ponçage. Pour donner un bon contraste à la façade, j'ai fini par la peindre en noir.

La façade, ponçage, transfert de toner, gravure et ponçage à nouveau

La façade a été faite de la même manière que le PCB. Avant de commencer, j'ai poncé la feuille d'aluminium pour avoir une surface plus rugueuse pour le toner. 400 est assez grossier dans ce cas. Si vous voulez vous pouvez monter jusqu'à 1200 mais c'est beaucoup de ponçage et après la gravure il y en aura encore plus, donc j'ai sauté ça. Cela supprime également toute finition que la feuille avait auparavant.

J'ai imprimé la façade miroir avec une imprimante à toner sur un papier glacé. Plus tard, j'ai transféré le dessin à l'aide d'un fer normal. Selon le fer, il existe différents réglages de température optimale. Dans mon cas, c'est le deuxième réglage, juste avant le max. Température. Je le transfère pendant 10 min. environ, jusqu'à ce que le papier commence à jaunir. J'ai attendu qu'il refroidisse et protégé le dos de la plaque avec du vernis à ongles.

Il est possible de vaporiser simplement le toner. Cela donne également de bons résultats si vous pouvez retirer tout le papier. J'utilise de l'eau et des serviettes pour enlever le papier. Faites juste attention à ne pas retirer le toner ! Parce que la conception ici était inversée, j'ai dû graver la façade. Il y a une courbe d'apprentissage dans la gravure, et parfois vos solutions sont plus fortes ou plus faibles, mais en général, lorsque la gravure semble suffisamment profonde, il est temps de s'arrêter. Après gravure je l'ai poncé en commençant par 200 et en allant jusqu'à 1200. Normalement je commence par 100 si le métal est en mauvais état, mais celui-ci était nécessaire et était déjà en bon état. Je change le grain du papier de verre de 200 à 400, 400 à 600 et 600 à 1200. Après cela je l'ai peint en noir, j'ai attendu un jour et poncé à nouveau avec le grain de 1200, histoire d'enlever l'excès de peinture. Maintenant, j'ai percé les trous pour les potentiomètres. Pour finir, j'ai utilisé un vernis transparent.

La touche finale

Les piles et les pièces ont toutes été vissées à la boîte en bois après le positionnement de la façade, du côté du haut-parleur. Pour trouver la meilleure position SMPS, je l'ai allumé et j'ai vérifié où le circuit audio serait le moins affecté. Étant donné que la carte de circuit audio est beaucoup plus petite que la boîte, l'espacement adéquat et l'orientation correcte étaient suffisants pour rendre le bruit EMI inaudible. Le baffle du haut-parleur a ensuite été vissé et l'amplificateur était prêt à jouer.

Quelques considérations

Près de l'extrémité des piles, il y a une baisse de volume notable, avant que je ne puisse pas l'entendre, mais mon multimètre a montré que la haute tension est passée de 110V à 85V. La chute de tension des réchauffeurs diminue également avec la batterie. Heureusement le 1J29b fonctionne sans problème jusqu'à ce que le filament atteigne 1,5V (avec le réglage 2,4V 32mA). Il en va de même pour le 1J24b, où la chute de tension a été réduite à 0,9V lorsque la batterie était presque épuisée. Si la chute de tension vous pose problème, il est possible d'utiliser une autre puce MAX pour convertir en une tension stable de 3,3 V. Je ne voulais pas l'utiliser, car ce serait un autre SMPS dans ce circuit, ce qui pourrait introduire des sources de bruit supplémentaires.

Compte tenu de l'autonomie de la batterie, j'ai pu jouer une semaine entière avant de devoir la recharger à nouveau, mais je ne joue que 1 à 2 heures par jour.