مضخم أنبوبي يعمل بالبطارية: 4 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

يحب عازفو الجيتار مكبرات الصوت الأنبوبية بسبب التشويه اللطيف الذي ينتجونه.

الفكرة من وراء هذه المداخل هي بناء مضخم أنبوبي منخفض القوة الكهربائية ، والذي يمكن أيضًا حمله للعب أثناء التنقل. في عصر مكبرات الصوت التي تعمل بالبلوتوث ، حان الوقت لبناء بعض مكبرات الصوت المحمولة التي تعمل بالبطارية.

الخطوة 1: حدد الأنابيب والمحولات والبطاريات وإمدادات الجهد العالي

أنابيب

نظرًا لأن استهلاك الطاقة في مضخمات الصوت يمثل مشكلة كبيرة ، فإن اختيار الأنبوب المناسب يمكن أن يوفر الكثير من الطاقة ويزيد من ساعات اللعب بين عمليات إعادة الشحن. منذ فترة طويلة ، كانت هناك أنابيب تعمل بالبطاريات ، والتي تعمل من أجهزة الراديو الصغيرة إلى الطائرات. كانت ميزتهم الكبيرة هي تيار الخيوط المنخفض المطلوب. تُظهر الصورة مقارنة بين ثلاثة أنابيب تعمل بالبطاريات ، 5672 ، 1j24b ، 1j29b والأنبوب المصغر المستخدم في مكبرات صوت الغيتار ، EF86

الأنابيب المختارة هي:

Preamp و PI: 1J24B (تيار فتيل 13 مللي أمبير عند 1.2 فولت ، 120 فولت أقصى جهد للوحة ، روسي الصنع ، غير مكلف)

الطاقة: 1J29B (تيار فتيل 32 مللي أمبير عند 2.4 فولت ، 150 فولت كحد أقصى. جهد اللوحة ، روسي الصنع ، غير مكلف)

محول الإخراج

يمكن استخدام محول أرخص لمثل هذه الإعدادات ذات الطاقة المنخفضة. أظهرت بعض التجارب مع محولات الخطوط أنها جيدة جدًا لمكبرات الصوت الأصغر ، حيث لا يمثل الطرف السفلي أولوية. بسبب عدم وجود فجوة هوائية ، يعمل المحول بشكل أفضل في الدفع والسحب. يتطلب هذا أيضًا المزيد من الصنابير.

محول خط 100 فولت ، 10 وات مع حنفيات مختلفة

(0-10W-5W-2.5W-1.25W-0.625W وعلى الثانوية 4 و 8 و 16 أوم)

لحسن الحظ ، كان للمحول الذي حصلت عليه أيضًا عدد الدورات لكل ملف محدد ، وإلا فإن بعض الرياضيات ستكون ضرورية لتحديد الصنابير المناسبة وأعلى مقاومة متاحة. كان للمحول العدد التالي من المنعطفات عند كل نقرة (بدءًا من اليسار):

725-1025-1425-2025-2925 على الابتدائي و48-66-96 يتحول إلى الثانوية.

هنا من الممكن أن ترى أن صنبور 2.5W في المنتصف تقريبًا ، مع 1425 دوران على جانب واحد و 1500 على الجانب الآخر. قد يكون هذا الاختلاف الصغير مشكلة في بعض مكبرات الصوت الأكبر حجمًا ، ولكن هنا سيضيف فقط إلى التشويه. الآن يمكننا استخدام حنفيتي 0 و 0.625 وات للأنودات للحصول على أعلى مقاومة متاحة.

يتم استخدام نسبة المنعطفات الأولية إلى الثانوية لتقدير المعاوقة الأولية على النحو التالي:

2925/48 = 61 ، مع مكبر صوت 8 أوم يعطي هذا 61 ^ 2 * 8 = 29768 أو تقريبًا. 29.7 كيلو الأنود إلى الأنود

2925/66 = 44 ، مع مكبر صوت 8 أوم يعطي هذا 44 ^ 2 * 8 = 15488 أو تقريبًا. 15.5 كيلو الأنود إلى الأنود

2925/96 = 30 ، مع مكبر صوت 8 أوم هذا يعطي ^ 2 * 8 = 7200 أو تقريبًا. 7.2k الأنود إلى الأنود

نظرًا لأننا نعتزم تشغيل هذا في الفئة AB ، فإن الممانعة التي يُرى الأنبوب في الواقع هي 1/4 فقط من القيمة المحسوبة.

مصدر طاقة عالي الجهد

حتى هذه الأنابيب الصغيرة تتطلب أيضًا جهدًا أعلى في الألواح. بدلاً من استخدام عدة بطاريات متسلسلة ، أو استخدام تلك البطاريات القديمة الضخمة بجهد 45 فولت ، استخدمت مصدر طاقة أصغر في وضع التبديل (SMPS) يعتمد على شريحة MAX1771. باستخدام SMPS هذا ، يمكنني مضاعفة الجهد القادم من البطاريات إلى قيم تصل إلى 110 فولت دون أي مشاكل.

بطاريات

البطاريات المختارة لهذا المشروع هي بطاريات Li-Ion ، ويمكن الحصول عليها بسهولة في عبوة 186850. هناك العديد من لوحات الشاحن المتاحة عبر الإنترنت لهذه. ملاحظة مهمة هي شراء البطاريات الجيدة المعروفة فقط ، من البائعين الموثوق بهم ، لتجنب الحوادث غير الضرورية.

الآن بعد أن تم تحديد الأجزاء تقريبًا ، حان الوقت لبدء العمل على الدائرة.

الخطوة 2: العمل على دائرة

شعيرات

لتزويد خيوط الأنابيب بالطاقة ، تم اختيار تكوين سلسلة. هناك بعض الصعوبات التي يجب مناقشتها.

• نظرًا لأن preamp وأنابيب الطاقة تحتوي على مقاومات تيارات فتيلية مختلفة تمت إضافة مقاومات متسلسلة مع بعض الخيوط لتجاوز جزء من التيار.
• ينخفض جهد البطارية أثناء الاستخدام. تحتوي كل بطارية مبدئيًا على 4.2 فولت عند الشحن الكامل. يتم تفريغها بسرعة إلى القيمة الاسمية 3.7 فولت ، حيث تنخفض ببطء إلى 3 فولت ، عندما يجب إعادة شحنها.
• تحتوي الأنابيب على كاثودات مسخنة مباشرة ، مما يعني أن تيار اللوحة يتدفق عبر الفتيل ، ويتوافق الجانب السلبي من الفتيل مع جهد الكاثود

يبدو مخطط الشعيرات مع الفولتية كما يلي:

بطارية (+) (8.4 فولت إلى 6 فولت) -> 1J29b (6 فولت) -> 1J29b // 300 أوم (3.6 فولت) -> 1J24b // 1J24b // 130 أوم (2.4 فولت) -> 1J24b // 1J24b // 120 أوم (1.2 فولت) -> 22 أوم -> البطارية (-) (GND)

حيث // يمثل في التكوين المتوازي و-> في السلسلة.

تتجاوز المقاومات التيار الإضافي للخيوط ويتدفق تيار الأنود في كل مرحلة. للتنبؤ بشكل صحيح بتيار الأنود ، من الضروري رسم خط تحميل المرحلة واختيار نقطة التشغيل.

تقدير نقطة التشغيل لأنابيب الطاقة

تأتي هذه الأنابيب مع ورقة بيانات أساسية ، حيث يتم رسم المنحنيات لجهد شبكة شاشة يبلغ 45 فولت. نظرًا لأنني كنت مهتمًا بأعلى ناتج يمكن أن أحصل عليه ، فقد قررت تشغيل أنابيب الطاقة عند 110 فولت (عندما تكون مشحونة بالكامل) ، أعلى بكثير من 45 فولت. للتغلب على عدم وجود ورقة بيانات قابلة للاستخدام ، حاولت تنفيذ نموذج توابل للأنابيب باستخدام paint_kip ثم زيادة جهد شبكة الشاشة ومعرفة ما سيحدث. يعد Paint_kip برنامجًا رائعًا ، ولكنه يتطلب بعض المهارة للعثور على القيم الصحيحة. مع pentodes يزداد مستوى الصعوبة أيضًا. نظرًا لأنني أردت فقط تقديرًا تقريبيًا ، لم أقضي الكثير من الوقت في البحث عن التكوين الدقيق. تم بناء جهاز الاختبار لاختبار التكوينات المختلفة.

مقاومة الوقت الإضافي: 29 كيلو من لوحة إلى لوحة أو تقريبًا. 7k للعملية من الفئة AB.

الجهد العالي: 110 فولت

بعد إجراء بعض العمليات الحسابية واختبار جهد انحياز الشبكة يمكن تحديده. لتحقيق انحياز الشبكة المختار ، يتم توصيل مقاوم تسرب الشبكة بفتيل عقدة حيث يكون الفرق بين جهد العقدة والجانب السلبي للشبكة. على سبيل المثال ، أول 1J29b عند الجهد B + البالغ 6 فولت. من خلال توصيل مقاوم تسرب الشبكة بالعقدة بين المراحل 1J24b ، عند 2.4 فولت ، يكون جهد الشبكة الناتج -3.6 فولت فيما يتعلق بخط GND ، وهي نفس القيمة التي تظهر على الجانب السلبي من خيوط المرحلة الثانية 1J29b. لذلك ، يمكن لمقاومة تسرب الشبكة من 1J29b الثانية أن تذهب إلى الأرض ، كما هو الحال عادة في التصميمات الأخرى.

العاكس المرحلة

كما رأينا في التخطيطي ، تم تنفيذ عاكس طور الطور. في هذه الحالة ، يكون لأحد الأنابيب كسب وحدة ويعكس الإشارة لإحدى مراحل الإخراج. تعمل المرحلة الأخرى كمرحلة ربح عادية. يأتي جزء من التشويه الناتج في الدائرة من فقدان توازن عاكس الطور وقيادة أحد أنابيب الطاقة بقوة أكبر من الآخر. تم اختيار مقسم الجهد بين المراحل بحيث يحدث فقط عند آخر 45 درجة من الحجم الرئيسي. تم اختبار المقاومات أثناء مراقبة الدائرة باستخدام راسم الذبذبات ، حيث يمكن مقارنة كلتا الإشارتين.

مرحلة preamp

يتكون آخر أنبوبين 1J24b من دائرة المضخم. كلاهما لهما نفس نقطة التشغيل لأن الخيوط متوازية. يعمل المقاوم 22 أوم بين الفتيل والأرض على رفع الجهد في الجانب السلبي للخيوط مما يعطي تحيزًا سلبيًا صغيرًا. بدلاً من اختيار المقاوم الصفيحي وحساب نقطة التحيز والجهد والمقاوم الكاثود الضروريين ، تم هنا تكييف المقاوم الصفيحي وفقًا للكسب والانحياز المطلوبين.

مع حساب الدائرة واختبارها ، حان الوقت لصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لها. بالنسبة إلى التخطيطي وثنائي الفينيل متعدد الكلور ، استخدمت Eagle Cad. لديهم نسخة مجانية حيث يمكن للمرء استخدام ما يصل إلى طبقتين. نظرًا لأنني كنت سأقوم بحفر اللوحة بنفسي ، فليس من المنطقي استخدام أكثر من طبقتين. لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، كان من الضروري أولاً أيضًا إنشاء قالب للأنابيب. بعد بعض القياسات ، تمكنت من تحديد التباعد الصحيح بين المسامير ودبوس الأنود في الجزء العلوي من الأنبوب. مع تصميم جاهز ، حان الوقت لبدء البناء الحقيقي!

الخطوة 3: لحام واختبار الدوائر

SMPS

قم أولاً بتوصيل جميع مكونات مصدر الطاقة في الوضع المحول. لكي تعمل المكونات الصحيحة بشكل صحيح مطلوبة.

• مقاومة منخفضة ، Mosfet عالي الجهد (IRF644Pb ، 250 فولت ، 0.28 أوم)
• ESR منخفض ، محث تيار عالي (220uH ، 3A)
• ESR منخفض ، مكثف خزان عالي الجهد (10 فائق التوهج إلى 4.7 فائق التوهج ، 350 فولت)
• 0.1 أوم 1 واط المقاوم
• الصمام الثنائي فائق السرعة عالي الجهد (UF4004 لـ 50 نانوثانية و 400 فولت ، أو أي شيء أسرع لـ> 200 فولت)

نظرًا لأنني أستخدم شريحة MAX1771 بجهد منخفض (8.4 فولت إلى 6 فولت) ، فقد اضطررت إلى زيادة المحرِّض إلى 220 درجة مئوية. وإلا فإن الجهد سوف ينخفض تحت الحمل. عندما يكون SMPS جاهزًا ، اختبرت جهد الخرج بمقياس متعدد وقمت بتعديله إلى 110 فولت. تحت الحمل سوف ينخفض قليلاً ويلزم إعادة التعديل.

دارة الأنبوب

لقد بدأت في لحام وصلات العبور والمكونات. من المهم هنا التحقق مما إذا كانت وصلات العبور لا تلمس أي أرجل مكونة. تم لحام الأنابيب على جانب النحاس بعد جميع المكونات الأخرى. مع كل شيء ملحوم يمكنني إضافة SMPS واختبار الدائرة. وللمرة الأولى ، قمت أيضًا بفحص الجهد على لوحات وشاشات الأنابيب ، فقط للتأكد من أن كل شيء على ما يرام.

الشاحن

دائرة الشاحن التي اشتريتها على موقع ئي باي. يعتمد على شريحة TP4056. لقد استخدمت DPDT للتبديل بين التكوين المتسلسل والتوازي للبطاريات والاتصال بالشاحن أو بلوحة الدائرة (انظر الشكل).

الخطوة 4: الضميمة والشواية واللوحة الأمامية والتشطيب

الصندوق

لصندوق هذا مكبر الصوت ، اخترت استخدام صندوق خشبي قديم. سيعمل أي صندوق خشبي ، لكن في حالتي كان لديّ صندوقًا جيدًا حقًا من مقياس التيار الكهربائي. لم يكن مقياس التيار الكهربائي يعمل ، لذا يمكنني على الأقل إنقاذ الصندوق وبناء شيء ما بداخله. تم تثبيت مكبر الصوت على الجانب مع الشواية المعدنية التي تسمح لمقياس التيار أن يبرد أثناء الاستخدام.

الشواية الأنبوبية

تم تثبيت ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع الأنابيب على الجانب الآخر من السماعة ، حيث أقوم بحفر حفرة بحيث تكون الأنابيب مرئية من الخارج. لحماية الأنابيب ، صنعت شواية صغيرة بصفائح من الألومنيوم. أصنع بعض العلامات الخشنة وحفر ثقوبًا أصغر. تم تصحيح جميع العيوب خلال مرحلة الصنفرة. لإعطاء تباين جيد للواجهة ، انتهى بي الأمر برسمها باللون الأسود.

لوحة الواجهة ، والصنفرة ، ونقل الحبر ، والحفر والصنفرة مرة أخرى

تم عمل لوحة الواجهة بشكل مشابه لـ PCB. قبل أن أبدأ ، قمت بصقل لوح الألمنيوم للحصول على سطح أكثر خشونة للتونر. 400 تقريبي بما يكفي في هذه الحالة. إذا كنت تريد ، يمكنك أن تصل إلى 1200 ولكن هناك الكثير من الصنفرة وبعد الحفر سيكون هناك المزيد ، لذلك تخطيت ذلك. يؤدي هذا أيضًا إلى إزالة أي إنهاء كان للورقة سابقًا.

لقد قمت بطباعة اللوحة الأمامية ذات اللون الأحمر المرآة بطابعة حبر على ورق لامع. في وقت لاحق قمت بنقل الرسم باستخدام مكواة عادية. اعتمادًا على المكواة ، توجد إعدادات مختلفة لدرجة الحرارة المثالية. في حالتي ، هذا هو الإعداد الثاني ، قبل الحد الأقصى مباشرةً. درجة الحرارة. أقوم بنقله خلال 10 دقائق. تقريبًا ، حتى تبدأ الورقة في اصفرارها. انتظرت حتى تبرد وقمت بحماية الجزء الخلفي من اللوحة باستخدام طلاء الأظافر.

هناك إمكانية الرش فقط فوق مسحوق الحبر. كما أنه يعطي نتائج جيدة إذا كان بإمكانك إزالة كل الورق. أستخدم الماء والمناشف لإزالة الورق. فقط احرصي على عدم إزالة الحبر! نظرًا لأن التصميم هنا كان معكوسًا ، فقد اضطررت إلى حفر اللوحة الأمامية. هناك منحنى تعليمي في التنميش ، وأحيانًا تكون حلولك أقوى أو أضعف ، ولكن بشكل عام عندما يبدو الحفر عميقًا بما يكفي ، فقد حان الوقت للتوقف. بعد النقش ، قمت برمله بدءًا من 200 وحتى 1200. عادةً أبدأ بالرقم 100 إذا كان المعدن في حالة سيئة ، ولكن هذا كان ضروريًا وكان بالفعل في حالة جيدة. قمت بتغيير حبة الصنفرة من 200 إلى 400 ، ومن 400 إلى 600 ومن 600 إلى 1200. بعد ذلك قمت بطلائها باللون الأسود ، وانتظرت يومًا واحدًا وصنفرتها مرة أخرى باستخدام 1200 حبة ، فقط لإزالة الطلاء الزائد. الآن قمت بحفر الثقوب لمقاييس الجهد. لإنهائها استخدمت معطفًا واضحًا.

اللمسات الأخيرة

تم تثبيت جميع البطاريات والأجزاء في الصندوق الخشبي بعد وضع لوحة الواجهة ، من جانب السماعة. للعثور على أفضل موضع SMPS ، قمت بتشغيله وتحقق من المكان الذي ستكون فيه دائرة الصوت أقل تأثراً. نظرًا لأن لوحة الدوائر الصوتية أصغر بكثير من الصندوق ، كان التباعد المناسب والتوجيه الصحيح كافيين لجعل ضوضاء EMI غير مسموعة. ثم تم ثني حاجز السماعة في مكانه وكان مكبر الصوت جاهزًا للعب.

بعض الاعتبارات

بالقرب من نهاية البطاريات ، كان هناك انخفاض ملحوظ في الحجم ، قبل أن لا أستطيع سماعه ، لكن جهاز القياس المتعدد الخاص بي أظهر أن الجهد العالي انخفض من 110 فولت إلى 85 فولت. ينخفض انخفاض جهد السخانات أيضًا مع البطارية. لحسن الحظ ، يعمل 1J29b بدون مشكلة حتى يصل الفتيل إلى 1.5 فولت (مع إعداد 2.4 فولت 32 مللي أمبير). ينطبق الشيء نفسه على 1J24b ، حيث انخفض انخفاض الجهد إلى 0.9 فولت عندما تم تفريغ البطارية تقريبًا. إذا كان انخفاض الجهد يمثل مشكلة بالنسبة لك ، فهناك إمكانية استخدام شريحة MAX أخرى للتحويل إلى جهد ثابت 3.3 فولت. لم أرغب في استخدامه ، لأنه سيكون SMPS آخر في هذه الدائرة ، والذي يمكن أن يقدم بعض مصادر الضوضاء الإضافية.

بالنظر إلى عمر البطارية ، كان بإمكاني اللعب لمدة أسبوع كامل قبل أن أضطر إلى إعادة شحنها مرة أخرى ، لكنني ألعب لمدة ساعة إلى ساعتين فقط في اليوم.