Traceur de courbe de tube : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

C'est pour tous les amateurs d'amplis à lampes et les hackers. Je voulais construire un ampli stéréo à lampes dont je pourrais être fier. Cependant, au cours du câblage, j'ai découvert que certains 6AU6 refusaient simplement de polariser là où ils le devraient.

J'ai un exemplaire de 1966 du manuel du tube de réception RCA et ayant conçu des appareils électroniques de toutes sortes pendant environ 30 ans, je comprends que les données publiées sur un appareil doivent parfois être prises avec un petit grain de sel. Mais les données sur les tubes publiées dans ces livres ne sont définitivement AUCUNE garantie de comportement dans un circuit réel pour un spécimen en particulier.

J'aime les petits tableaux de famille de courbes de plaques, comme sur la photo ci-dessus, dans le livre et C'est ce que je voulais voir pour les tubes que j'avais. L'utilisation d'un testeur de tube, même bien calibré et de haute qualité, ne vous donnera qu'un seul point de données sur une courbe de plaque parmi cette famille. Et vous ne savez même pas de quelle courbe il s'agit. Ce n'est pas très éclairant. L'achat d'un traceur de courbe sur le marché peut être coûteux et rare (vous pouvez trouver un ancien TEK 570 sur EBAY une fois par an pour 3 000 $ ou plus) et en trouver un localement est impossible.

J'ai donc décidé d'en construire un. P. S. J'ai apporté quelques améliorations à ce TCT ici:

Étape 1: La conception du circuit

J'avais besoin d'un circuit qui serait relativement simple mais qui fournirait des tensions de grille de plaque et d'écran élevées ainsi qu'une tension de grille de contrôle pas à pas avec des pas de ½ V, 1 V chacun, etc. Pour le lecteur de plaque, j'ai utilisé une demi-onde sinusoïdale directement un enroulement de transformateur haute tension depuis que j'ai réalisé que le courant de plaque suivrait le même chemin caractéristique en montant l'onde qu'en descendant. La forme d'onde n'a pas besoin d'être précise, calibrée ou de n'importe quelle forme particulière tant qu'elle monte et descend de manière non abrupte. Il n'avait même pas besoin d'avoir systématiquement la même forme chaque fois qu'il montait ou descendait. La forme de la courbe résultante est déterminée uniquement par les caractéristiques du tube à tester. Cela éliminait tout besoin d'un générateur de rampe haute tension de précision, mais j'avais encore besoin d'acquérir le transformateur pour cela…

Je voulais avoir plusieurs douilles de tube pour les différents types de base existants, mais j'ai finalement opté pour quatre: douilles miniatures 7 et 9 broches plus octales. J'ai également inclus une prise à 4 broches pour permettre de tester les anciens tubes redresseurs.

Le générateur de polarisation échelonné est un convertisseur numérique-analogique de type échelle R-2R à 4 bits piloté par un compteur avancé par l'onde 60 Hz d'un autre enroulement sur le transformateur.

La tension du filament provenait d'un transformateur arraché d'un vieux vérificateur de tube ReadRite des années 1940 qui fournissait de nombreuses tensions de filament de 1,1 V à 110 V ET un interrupteur pour les sélectionner.

Trouver une méthode de commutation pour s'adapter à tous les brochages divers et divers de la base du tube s'est avéré au mieux futile, j'ai donc évité tout le problème et utilisé des cordons de raccordement avec chaque broche numérotée et chaque signal de commande acheminé vers des connecteurs banane à 5 voies. Cela m'a donné une flexibilité de connexion ultime et m'a empêché de devenir mental en essayant de trouver une bonne méthode de commutation.

Enfin, la plus grande préoccupation était de mesurer le courant de plaque. Je n'ai pas mesuré le courant cathodique car c'est la somme de TOUS les courants d'éléments, y compris la grille de l'écran. L'endroit où le courant de plaque est mesuré (au niveau de la plaque) a été élevé à environ 400V au sommet de la vague. Ainsi, après avoir divisé la tension de la plaque jusqu'à 0-6V avec un diviseur de résistance afin que les circuits intégrés OP-AMP puissent fonctionner avec elle, un amplificateur différentiel à grand gain et très bien équilibré était nécessaire. L'OP-AMP double précision LMC6082 a très bien fait cela et pour démarrer sa gamme de signaux comprend la terre afin qu'il puisse être câblé en tant qu'alimentation unique.

Les lectures de courant de plaque et de tension de plaque ont ensuite été sorties sur des connecteurs BNC vers un oscilloscope fonctionnant en mode A-B afin que le graphique final de ces deux quantités puisse être tracé l'un par rapport à l'autre.

Certaines personnes ont écrit pour demander une copie claire du schéma car celui qui apparaît était assez flou. Je l'ai supprimé et remplacé par une version PDF. La ligne verte entoure tout le circuit sur le petit circuit imprimé câblé à la main. Quelques parties du circuit sont développées à l'étape 7.

Il y a eu quelques surprises dans la construction et j'en parlerai plus tard.

Étape 2: fabrication du panneau avant

J'ai décidé de le construire sur un panneau de rack en aluminium de 19" x 7" x 1/8" d'épaisseur que j'avais par hasard. Il serait plus tard soutenu par une caisse en bois fabriquée à partir d'étagères en ferraille.

La première photo ci-dessus montre certaines des principales pièces placées sur le panneau pour déterminer un bon arrangement. Le grand espace ouvert représente l'endroit où un PCB câblé à la main serait placé sur des entretoises. Plusieurs dispositions ont été essayées. Après avoir recouvert tout le panneau de ruban adhésif pour peintres et marqué les points de perçage (je n'avais que quelques poinçons pour châssis Greenlee et une petite perceuse à colonne pour faire des trous), j'ai percé tous les trous. Remarque: commencez toujours par un petit avant-trou (1/16"), même en aluminium et progressez jusqu'à la plus grande taille par étapes. J'ai utilisé trois tailles de foret pour faire les trous de 1/2" pour les connecteurs banane. L'utilisation d'un poinçon central est également une bonne idée.

Sur la photo, une bobine de fil remplace l'interrupteur de tension du filament car il n'était pas encore séparé de son transformateur.

Des trous ont été percés pour deux transformateurs à ce stade.

Le trou le plus difficile à faire était le trou de douille à 9 broches car je n'avais pas de poinçon de ce diamètre mais j'ai dû utiliser celui pour le trou de douille à 7 broches, puis le limer à la plus grande taille. C'était un travail.

Le seul trou rectangulaire était pour l'interrupteur d'alimentation. Il a également été limé à partir d'un trou rond.

Étape 3: Assemblage du panneau

La première chose à faire avant qu'il n'y ait des pièces dessus était d'étiqueter autant d'éléments sur le panneau que possible avant de monter des pièces. Cela a été fait avec d'anciens lettrages LetraSet de transfert laissés par les jours d'école. Autant que je sache, cela ne peut être acheté qu'en Angleterre de nos jours. Je l'ai ensuite recouvert de trois couches de spray Varathane transparent. Je ne sais pas à quel point cela durera dans le temps mais jusqu'à présent tout va bien… Les étapes sur l'interrupteur à filament ont ensuite été effectuées à la main car je n'avais pas de lettrage de taille appropriée.

Le porte-fusible de couleur beige clair se trouve en haut à droite près du trou d'entrée d'alimentation où passe le cordon. En dessous se trouvent la lampe témoin au néon et l'interrupteur ON-OFF. Vous remarquerez peut-être ou non que l'interrupteur semble être en position haute mais qu'en fait, il indique OFF. Cet interrupteur est un interrupteur d'alimentation anglais DPST. Tous les interrupteurs d'alimentation là-bas sont UP=OFF/DOWN=ON pas comme ici en Amérique du Nord où c'est l'inverse. La logique utilisée lors de la définition du code électrique pour les interrupteurs ON/OFF ici est que lorsque l'on tombe accidentellement contre un interrupteur, il est plus susceptible d'appliquer une force vers le bas que vers le haut et a donc été jugé plus sûr si tout ce qui est contrôlé par cet interrupteur est éteint et non allumé.. Je n'ai aucune idée de pourquoi l'Angleterre est vice-versa mais j'ai quand même aimé le changement. Lorsqu'il est lancé, il donne un "Thunk" très solide.

Le commutateur G2 V sert à sélectionner la tension fournie à la grille de l'écran. Cela deviendrait plus tard un pot. Le commutateur G1 Step sélectionne la taille du pas de grille (actuellement) soit des pas de ½ V de 0 à -7,5V ou des pas de 1V de 0 à -15V. Les deux connecteurs BNC étiquetés H et V sont des signaux verticaux et horizontaux vers l'oscilloscope. Le connecteur G BNC est la forme d'onde de commande de grille afin qu'elle puisse être vue si vous le souhaitez. Les tensions d'entraînement sont les connecteurs bananes rouges à 5 voies et les noirs sont, bien sûr, câblés aux broches de la prise. Toutes les broches de douille numérotées en conséquence sont en parallèle.

Le bouton PUSH TO TEST ferme la connexion à la plaque du tube à tester afin qu'il ne consomme du courant que lorsqu'on lui demande de le faire. Inutile de tourner le dos juste pour découvrir par l'odorat que quelque chose ne va pas ! (Ce ne serait pas la première fois pour moi.)

Étape 4: Assemblage du circuit imprimé

La planche est un morceau de fibre de verre perforé d'environ 2" x 5". J'ai fait une estimation de la taille de la planche et j'ai juste commencé à y coller des pièces. Ma méthode est de construire un peu – de le tester – de construire un peu plus – de le tester, etc. Cela empêche une pièce/un circuit défectueux d'en détruire beaucoup d'autres en un éclair. Les borniers à vis sont maintenus en place avec de la colle époxy en 2 parties car il n'y a pas de circuit en cuivre sur le fond pour le souder comme c'est le cas habituel.

Le circuit a été câblé à la main en utilisant la technologie PTP. C'est la technologie « point à point ». Brut mais n'importe quel acronyme le fait paraître high-tech, non ? Juste à gauche du petit dissipateur thermique, on peut voir deux résistances identiques de 1 mégohm. C'est ce que j'ai d'abord utilisé pour les résistances de chute de tension de courant de plaque R3 et R4. Comme on le verra à l'étape 7, ceux-ci ont dû être remplacés. Le circuit n'est pas joli au fond, mais je n'allais pas chercher la propreté dans cette étape.

Étape 5: O ouais… les fils de raccordement

J'ai coupé des fils de test de compteur inutilisables en longueurs d'environ 7 pouces et des fiches bananes soudées aux deux extrémités. Ces fils sont fabriqués avec un excellent fil flexible que vous devrez parcourir un long chemin pour acheter. Les bouchons: un rouge et un noir comme vous pouvez le voir. Le rouge est pour l'extrémité d'entraînement et le noir est pour l'extrémité du connecteur à broches femelles, ce n'est pas important, mais il semblait préférable qu'ils correspondent aux couleurs des connecteurs que j'avais. Je suis tellement soucieux de la mode.

Sachant que je devrais être en mesure de confirmer l'étalonnage de la mesure du courant de plaque avec une méthode complètement différente, j'ai fait un patch pour la cathode avec une différence. Je le montre avec une petite boîte avec un interrupteur. À l'intérieur de la boîte se trouve une résistance de 10 ohms qui peut être commutée dans le circuit ou hors de celui-ci. Le "drive" cathodique n'est en fait qu'une connexion à la terre (0V). Lorsque la résistance est commutée "dans", une portée peut être placée sur l'extrémité cathodique du patch et le courant cathodique réel d'une triode peut être mesuré pour confirmer ce que sa plaque dessine, cela suppose que la grille est toujours à une tension négative. Normalement, la résistance est désactivée. Lorsque l'interrupteur est basculé d'avant en arrière pendant un test, la différence de courant de plaque peut être observée avec toute la famille de courbes se déplaçant légèrement vers le haut et vers le bas. L'effet est si faible (peut-être 2-4%) qu'il ne fait aucune différence quel que soit le motif de mesure du tube, mais illustre que même une résistance de 10 ohms dans la cathode peut apporter un changement visible.

Étape 6: associer le circuit imprimé avec le reste

La carte utilise des bornes à vis pour connecter les fils afin que je puisse retirer la carte pour une construction/modifications ultérieures après en avoir testé certaines parties. Je l'ai mis sur des entretoises articulées à une extrémité et des droites à l'autre extrémité afin que je puisse la soulever pour accéder à l'autre côté pour des mesures ou des modifications rapides sans avoir à déconnecter un million de fils.

Pour la plupart, la chaleur n'était pas un problème, mais j'ai mis le régulateur positif basse tension sur un petit dissipateur thermique pour des raisons de sécurité. Ces régulateurs à 3 bornes tels que le 7805 que j'ai utilisé peuvent dissiper environ 1 watt sans dissipateur thermique, mais il est toujours bon de garder les choses au frais quand il y a une chance de le faire à moindre coût. Sa borne de masse est polarisée jusqu'à +10V avec un transistor 2N3906 et quelques résistances. Cela donne le +15V sur lequel fonctionne l'amplificateur différentiel. C'est un bon moyen d'obtenir n'importe quelle tension de l'un de ces régulateurs courants. La variabilité ou la programmabilité peut être obtenue de la même manière en utilisant un pot ou un convertisseur N/A à la place de l'une des résistances. Étant donné qu'une variété de tensions alternatives sont disponibles auprès du Xfrmr, il était facile de choisir une tension pour ce régulateur. 25V était-ce. Et comme il consomme si peu de courant, la rectification demi-onde a bien fonctionné pour alimenter le régulateur.

Comme vous pouvez le voir sur la photo, j'ai commencé à attacher le câblage au lieu de les emballer tous avec des attaches en plastique. J'ai toujours admiré le look d'un harnais bien lacé et je voulais l'essayer ici, mais il n'y avait aucun cordon de laçage nulle part. Peut-être que certains d'entre vous savent où l'avoir. J'ai utilisé du fil à broder suggéré par ma femme et tiré sur un morceau de cire. J'ai utilisé les nœuds de laçage standard pour mon harnais. Pour ceux qui souhaitent apprendre cet art mystérieux, la recherche sur Google du «laçage du harnais» fait apparaître quelques sites pratiques.

L'ancien vérificateur de tubes ReadRite avait une méthode d'étalonnage intéressante. En plaçant les extrémités d'un pot en céramique sur une partie de l'enroulement primaire et en connectant l'essuie-glace à la source de tension de ligne, la tension à laquelle le testeur a fonctionné peut être ajustée au-dessus ou en dessous de la valeur nominale pour prendre en compte les variations locales de la tension murale qui peuvent se produire. de temps en temps. (Rappelez-vous que ce truc a été conçu et utilisé à l'époque de la Seconde Guerre mondiale.) Eh bien, ce pot devait juste être inclus ici puisque le transformateur a été conçu de sorte qu'aucune des extrémités de cet enroulement ne soit à la tension nominale de la ligne et ne puisse donc pas être utilisée comme- est. Ce pot, qui devient assez chaud, peut être vu comme l'objet blanc tenu par les sangles métalliques perforées du plombier près du transformateur.

Au moment où j'ai découvert quels étaient tous les fils anonymes de l'ancien transformateur à filament ReadRite, j'ai découvert, bien sûr, qu'il avait un enroulement haute tension ! Ma source de tension de plaque a donc été résolue et j'ai éliminé un transformateur.

Étape 7: Un peu plus sur le circuit

Le générateur de polarisation: Afin de garder les choses relativement simples et à faible courant, la logique CMOS de la série 4000 a été utilisée. Ce truc qui était omniprésent dans les années 1980 fonctionnera sur n'importe quelle tension de 3V à 18V. Cela signifie que la puissance peut être n'importe où dans cette plage, elle peut changer si nécessaire et en fait fonctionnera même s'il y a de grandes quantités d'ondulation ou d'autres bruits dessus. Il est idéal pour les applications alimentées par batterie. Il est encore disponible aujourd'hui dans tous les points de vente habituels (Mouser, Digi-Key, etc.) même s'ils ne fabriquent pas tous les types qu'ils faisaient auparavant. Il tire également à côté de la puissance de squat. J'ai donc utilisé un compteur 4040 12 bits que j'avais comme compteur 4 bits pour l'incrémentation de la tension de polarisation. La taille du pas est modifiée en modifiant la tension du rail d'alimentation. Étant donné que la tension de polarisation du tube doit être négative, le compteur fonctionne entre la terre comme rail positif et un rail négatif pour l'autre extrémité. La broche « VDD » est ainsi mise à la masse. Un TIP 107 avec un réseau de polarisation similaire au 7805 fournit les volts d'alimentation négatifs à la broche "VSS" des puces. Un interrupteur monté sur panneau avec des potentiomètres pour chaque gamme calibre le biais maximum généré. Le compteur entraîne une échelle de résistances R-2R bon marché pour créer un simple convertisseur Dig-Analog, puis vers le connecteur banane.

L'amplificateur de courant de plaque: étant donné que le courant de plaque est détecté avec une résistance de 100 ohms, R1 en série avec la plaque, sa tension est élevée à environ 400 V. Il a été réduit avec deux diviseurs de résistance, un pour chaque extrémité de la résistance de 100 ohms. Il est représenté par R3, R4, R5. R6 sur le schéma et le pot de petite valeur et placé près du bouton Push To Test sur le schéma. Le pot équilibre ces deux diviseurs de sorte que la sortie de l'amplificateur indique zéro lorsqu'un courant nul circule dans la plaque du tube. J'ai d'abord utilisé de vieilles résistances de grande valeur pour le R3, R4, mais lorsque je l'ai essayé, les courbes que j'ai obtenues ressemblaient plus à des bulles de mots qu'à des lignes simples. Je joins une photo de ce que j'ai vu. Vous pouvez également voir que l'affichage est un peu écrasé dans la ligne de base. J'ai changé ces résistances pour des résistances 5% plus modernes et recalibrées. Même chose mais un peu moins. Chaque courbe sur l'écran prend 1/120 seconde à tracer avec le spot de la lunette montant d'abord la courbe puis redescendant de la même manière. Mais entre ces deux excursions, la résistance chaufferait puis refroidirait suffisamment pour changer sa valeur ! Les résistances changeront de valeur en fonction de la température, pas beaucoup mais le feront. Je ne pensais pas que cela pouvait arriver aussi vite, mais les changer à nouveau pour des types de film métallique à 1% a largement résolu le problème.

L'amplificateur est un amplificateur différentiel conventionnel utilisé pour l'instrumentation, mais avec un interrupteur à bascule à changement de gain pour lui donner deux plages de sortie et deux potentiomètres pour l'étalonnage de la plage. Cela donne des échelles de sortie 2V/1mA et 2V/10mA.

Le circuit d'entraînement de la grille de l'écran est simplement un pot filtré accroché à la source de tension de la plaque redressée avec un transistor haute tension comme suiveur d'émetteur pour conduire la tension dans le connecteur banane. Le filtre est assez lent et met quelques secondes à s'installer lorsque le bouton des potentiomètres est déplacé.

Étape 8: Opération

Je l'ai allumé.

Une fois la fumée dissipée… le circuit fonctionnait étonnamment bien. J'ai trouvé que l'équilibre de l'amplificateur différentiel avait besoin d'environ 20 minutes de préchauffage pour s'installer assez bien. Après ce temps, le pot d'équilibre de 25 ohms a dû être ajusté pour donner une ligne très horizontale sur l'oscilloscope lorsqu'aucun courant de plaque ne circule. Après un certain temps d'ajustement sur la carte à chaque fois que j'ai utilisé l'unité, elle a été retirée du panneau et apparaît comme le bouton marron de taille moyenne près des connecteurs bananes rouges. Je ne sais pas pourquoi je ne l'ai pas fait plus tôt.

Voici quelques captures d'écran des courbes obtenues.

Étant donné que chaque courbe à l'écran est générée en 1/60 de seconde et qu'il y en a 16 pour un balayage avant qu'il ne se répète, les balayages arrivent à environ 4 balayages par seconde. Ce clignotement fonctionne mais n'est pas vraiment amusant lorsqu'on essaie de faire une mesure. Une solution consiste à capturer chaque tracé avec une longue durée d'exposition sur l'appareil photo. Ou… utilisez une portée de stockage. Ce que vous voyez est un vieux mais un goody - une portée de stockage analogique HP 1741A avec une persistance variable. L'affichage s'épanouira après un certain temps, mais pendant environ 30 secondes, il présente un graphique très lisible. Il stockera un écran, non affiché, pendant des heures. Ça va.

Des plans de courbes pour une pentode 6AU6A ainsi qu'une triode 6DJ8 sont présentés. Le 6DJ8 a des facteurs d'échelle de 50V/division horizontalement et 10 mA/division verticalement tandis que le 6AU6A a un facteur d'échelle de 50V/division horizontalement et de 2,5 mA/division verticalement. Ces facteurs d'échelle sont une combinaison de la plage de sortie du traceur de courbe et de la sensibilité verticale sélectionnée sur l'oscilloscope. Zéro dans tous les cas est le coin inférieur gauche de l'écran. Celles-ci ont été prises simplement en tenant l'appareil photo près de l'écran de la lunette. Après avoir supporté cela pendant un certain temps, j'ai décidé de prendre des mesures drastiques et j'ai concocté une méthode VRAIMENT ringard pour tenir la caméra attachée à la lunette….plus de cerclage de plombiers. La caméra s'y monte avec un petit boulon 1/4 à travers le bas dans son trou de montage. Viser la caméra revenait à tordre le cerclage juste à point. Évidemment, je ne peux pas montrer l'appareil photo dans cette monture car il était nécessaire de prendre la photo !

Étape 9: La boîte et l'article final

La boîte, comme toutes les autres parties de ce projet, a été assemblée à partir de matériaux de rebut disponibles. Il s'agit d'une simple boîte à quatre côtés sans fond mais avec des pieds en caoutchouc vissés. Les pièces ont été découpées à la scie sauteuse dans une étagère de rechange en panneaux de particules qui avait 3 côtés recouverts du même placage que les côtés supérieur et inférieur. Les coupes ont été faites en gardant à l'esprit que les bords avec placage doivent apparaître sur le devant de la boîte. Le bord non plaqué était inévitablement indiqué sur le dos et le bas. Les pièces sont maintenues ensemble avec des vis en panneaux de particules restantes de certaines armoires de cuisine Ikea d'il y a 10 ans. Les têtes de vis sont recouvertes de couvercles de tête de vis en plastique blanc de la même source, puis colorées en noir avec un marqueur permanent. La boîte a pris environ 2 heures et demie à faire.

Étape 10: Enfin

L'unité a répondu à mes questions sur la polarisation des 6AU6A et m'a permis d'ajuster la conception de mon amplificateur pour prendre en compte les anciens tubes. En termes simples, ils se conduisent moins bien en vieillissant.

De toute évidence, l'unité pourrait être améliorée avec plus de cloches et de sifflets. Il serait bon d'avoir un voltmètre de panneau numérique qui indique la tension de la grille d'écran composée avec ce bouton, entre autres. De plus en plus de plages de biais de grille de contrôle ou de tailles de pas. Et pendant que nous y sommes, que diriez-vous de capturer l'intrigue dans la mémoire interne afin qu'elle puisse être téléchargée sur un PC. Peut-être que le traceur de courbe pourrait être basé sur Windows et être livré avec une souris. Ensuite, les tests pourraient être effectués à partir de n'importe quel endroit avec une connexion Internet. Ou peut être pas. P. S. J'ai effectué quelques améliorations à ce TCT ici: