Partea 1:
Introducere 		Partea 2:
Cum functioneaza		 Partea 3:
Performanţă 		Partea 4:
Constructie 		Partea 5:
Lista de componente 		Partea 6:
Eșantion de sunet

funcționează

2: CUM FUNCȚIONEAZĂ

După cum sa menționat și așa cum ați observat probabil din imagine, acest proiect folosește un singur tub. Cu toate acestea, tubul ales (13EM7) conține de fapt două structuri triodice separate. Unul este fizic destul de mic și este capabil de un câștig de semnal mare, dar putere mică. Prin urmare, face o etapă de preamplificator ideală. Cealaltă secțiune este mai mare și are un câștig de tensiune mai mic, dar este capabilă de o cantitate semnificativă de curent. Prin urmare, poate furniza până la aproximativ doi wați de putere într-o încărcare a difuzoarelor în condițiile adecvate.

Acest tub a fost inițial conceput pentru a fi utilizat în televizoare. Secțiunea mică, cu câștig mare, a fost de obicei folosită ca oscilator vertical, iar secțiunea mai mare ca etapă de ieșire verticală. Cu toate acestea, face și un tub audio splendid. Dacă vă gândiți la asta, liniaritatea nu este mai puțin critică la televizoare decât la audio de înaltă fidelitate. În același timp, nu există „mistică” în jurul tuburilor de televiziune care există în jurul așa-numitelor dispozitive „audio”, deci prețul este mult mai rezonabil decât alte tuburi destul de similare, cum ar fi, de exemplu, tipul 45.

Există câteva variante diferite ale acestui tub care pot fi utilizate. 13EM7/15EA7 este funcțional identic cu 13EM7 simplu. Dacă cumpărați un tub pentru acest proiect, oricare dintre variante va fi în regulă. Dacă aveți o „cutie de junk” de tuburi, dar nu aveți un 13EM7, s-ar putea să aruncați o privire pentru a vedea dacă puteți găsi un 10EM7. Acesta este același tub, dar cu un filament de tensiune mai mică. Poate fi utilizat în acest design dacă se adaugă un rezistor de cădere a filamentului (detalii mai târziu). 6EM7 sau 6EM7/6EA7 ar putea fi, de asemenea, conceput, de asemenea, să fie folosit, dar va fi puțin mai implicat; din acest motiv, această opțiune este sugerată numai pentru constructorii de echipamente cu tuburi mai experimentați. În mod similar, există alte tuburi, cum ar fi 13FM7, care ar funcționa în acest tip de circuit, dar ar necesita o priză "compactron" cu 12 pini mai dificil de găsit, în timp ce seria * EM7 preia cea mai obișnuită priză "octală".

O diagramă schematică este prezentată mai jos și urmează o explicație detaliată a circuitului:

În esență sunt necesare trei surse de alimentare separate, așa cum sugerează cele trei simboluri ale bateriei din circuitul de bază al amplificatorului cu catod comun de pe pagina anterioară. Primul (denumit de obicei sursa "A") este încălzirea filamentului tubului, al doilea asigură tensiunea ridicată pentru circuitele plăcii (sursa "B"), iar al treilea asigură polarizarea negativă a rețelei pentru amplificatorul de putere (Aprovizionare "C").

Puterea de intrare de la linia de alimentare de 120 VAC este comutată de comutatorul de pornire-oprire S1 și de atunci aplicată transformatorului T1. Aceasta este evaluată la 12,6 volți la 2 amperi și, în practică, va furniza foarte aproape de 13 volți la nivelul secundar. Acesta este ceea ce încălzește filamentul tubului. Rețineți că nu ne deranjăm să ne transformăm în curent continuu, în această aplicație un încălzitor de curent alternativ este foarte bun, deoarece 1) nu avem de-a face cu un câștig extrem de mare și 2) catodul încălzit indirect al lui 13EM7 este în mod natural extrem de imun la zumzetul de curent alternativ.

În același timp, această sursă de curent alternativ de 13 volți este conectată la rețeaua formată din diode D3 și D4 și condensatori C4 și C5. Acesta este un circuit de „dublare a tensiunii”. În timpul semiciclurilor pozitive, C4 este încărcat până la valoarea de vârf a tensiunii de curent alternativ (de aproximativ 13 volți ori 1,4 sau 18 volți). În timpul semiciclurilor negative, acest condensator încărcat este plasat în esență în serie cu alimentarea de intrare, determinând condensatorul C5 de aproximativ dublul valorii de vârf după doar câteva cicluri. Aceasta formează sursa noastră de polarizare a rețelei de -35 volți.

O rețea opțională de lămpi pilot constând din LED (diodă emițătoare de lumină) D5, rezistor R5 și diodă D6 poate fi, de asemenea, conectată la linia de 13 volți. Rezistorul R5 limitează curentul maxim la un nivel sigur pentru LED, iar D6 previne tensiunea inversă excesivă în timpul semiciclurilor negative.

În cele din urmă, secundarul T1 este, de asemenea, conectat la înfășurarea de joasă tensiune a unui transformator similar T2 (12,6 volți la 1 amper). T2 crește cele 13 volți înapoi până la aproximativ 110 volți AC. De acolo, un alt dublator de tensiune (de data aceasta cu o topologie ușor diferită) generează DC de înaltă tensiune cerut de circuitele plăcii. În timpul semiciclurilor pozitive, condensatorul C1 este încărcat prin dioda D1; iar în timpul semiciclurilor negative, condensatorul C2 este încărcat prin dioda D2. Deoarece acești doi condensatori sunt în esență în serie, tensiunea netă peste ei va fi aproape de dublul valorii de vârf a curentului alternativ de intrare.

Este posibil să observați că dimensiunea condensatoarelor rezervorului este destul de mare (470 µF), în special pentru un amplificator atât de mic. Acest lucru este necesar pentru a menține zumzetul la niveluri acceptabile; unul dintre dezavantajele designului triodului cu un singur capăt este că este destul de sensibil la ondularea pe linia de alimentare. De asemenea, schema le arată cu o valoare nominală de 200 volți, în timp ce lista de piese specifică un minim de 160 volți. Acest lucru se datorează faptului că am folosit condensatoare recuperate de la sursele de alimentare ale computerului, care au de obicei clasa de 200 volți.

Rezistorul R1 și condensatorul C3 asigură „netezire” sau „filtrare” suplimentară pentru a reduce cantitatea de ondulație a sursei de curent continuu. Acest lucru este necesar pentru a reduce nivelul de zumzet al amplificatorului la un nivel acceptabil. Un efect secundar este că există o anumită pierdere de tensiune (cădere) pe rezistorul R1, din cauza curentului care curge prin el. Efectul net al acestei pierderi plus pierderile transformatorului este că tensiunea finală care apare la ieșirea sursei de alimentare B este de aproximativ 215 volți în timpul funcționării normale.

O altă lampă pilot opțională formată din rezistorul R7 și LED-ul D7 detectează această cădere de tensiune pe R1. Este îngrijit să urmărești acest lucru în funcțiune; la pornire, clipește scurt în timp ce condensatorii se încarcă și există un curent net în condensatorul C3. Apoi se stinge în timp ce tubul se încălzește și nu există încă nicio curent. Odată ce filamentul atinge temperatura de funcționare, circuitele plăcii încep să atragă curent și lampa începe să strălucească. Din nou, rezistorul R7 limitează cantitatea de curent care este permis să treacă prin LED.

Ar trebui să menționez că conținutul total de zumzet al amplificatorului ar putea fi redus prin adăugarea unei alte etape de filtrare a undelor pentru etapa de preamplificator. Cu toate acestea, nu am găsit diferența suficient de semnificativă pentru a garanta piesele suplimentare.

2: PREAMPLIFICATOR

Etapa preamplificatorului constă doar din cinci piese electrice în plus față de tub! Diagrama schematică se repetă mai jos pentru comoditate.

Semnalul de intrare de la mufa de intrare J1 trece prin condensatorul de blocare C6 la rețeaua etapei preamplificatorului. Acest condensator împiedică aplicarea pe rețea a oricărei tensiuni de curent continuu care ar putea circula pe semnalul nostru de intrare și să provoace schimbarea punctului său de funcționare. De asemenea, blochează frecvențele foarte scăzute nedorite (sub aproximativ 16 Hz.) Trecerea la amplificator.

R6 este controlul volumului nostru. Observați că oferă, de asemenea, o cale de întoarcere DC către teren comun pentru rețeaua de preamplificator. Acest lucru asigură că tensiunea de pe rețea este aproape de zero volți.

Rețineți, de asemenea, că există un rezistor, R3, în serie cu catodul. Acest lucru oferă în mod indirect polarizarea necesară a grilei. Iată cum funcționează: curentul prin tub trece și el prin rezistor, creând o cădere de tensiune. Valoarea rezistenței este aleasă astfel încât aproximativ 2 miliamperi care curg prin catod provoacă o cădere de 1,5 volți. Acest lucru face ca tensiunea pe catod să fie pozitivă față de sol (0 volți) cu aproximativ 1,5 volți. Deoarece rețeaua este la potențial de sol, rezultă că va fi de 1,5 volți negativ față de catod.

Această abordare părtinitoare are, de asemenea, un efect de auto-reglare; dacă curentul mediu ar trebui să crească, tensiunea de polarizare crește, având tendința de a determina curentul să scadă. Aceasta descrie un sistem de „feedback negativ”, care ajută la stabilizarea preamplificatorului. Rețineți, totuși, că acest lucru ar introduce și feedback negativ și pentru semnalele de curent alternativ. Deoarece scopul acestui exercițiu este de a construi un amplificator fără feedback aplicat extern, adăugăm condensatorul C8. Acest lucru neagă în mod esențial orice feedback pentru tensiunile de curent alternativ (semnal) acționând ca un "bypass".

Rezistorul R2 asigură sarcina circuitului plăcii pentru preamplificator. Pe măsură ce curentul plăcii se schimbă cu semnalul primit, căderea de tensiune pe R2 se schimbă în pas. Pe măsură ce funcționează, o schimbare de un volt la rețea va avea ca rezultat o schimbare de aproximativ 35 volți pe placă - cu alte cuvinte, circuitul ne oferă un câștig de tensiune de aproximativ 35.

3: AMPLIFICATOR DE PUTERE

Etapa amplificatorului de putere este și mai simplă încă!

Particularitatea rețelei necesare pentru etapa amplificatorului de putere este de aproximativ 35 volți. Dacă am folosi aceeași abordare cu polarizare catodică ca și pentru preamplificator, acest 35 de volți s-ar scădea efectiv din sursa noastră de placă, reducând foarte mult puterea de ieșire disponibilă. În principal din acest motiv, folosim o abordare „polarizare fixă” pentru amplificatorul de putere, folosind o sursă separată „C” pentru a furniza polarizarea. Această tensiune de polarizare este aplicată rețelei amplificatorului de putere prin intermediul rezistorului R4.

Blocarea condensatorului C7 (denumit și „condensator de cuplare”) permite semnalului de curent alternativ preamplificat să treacă de la placa preamplificatorului la rețeaua amplificatorului de putere, blocând în același timp diferența de curent continuu dintre aceste două puncte (peste +100 volți pe placă a preamplificatorului și -35 volți pe rețeaua amplificatorului de putere).

În cele din urmă, placa de curent a amplificatorului de putere este permisă să curgă prin înfășurarea primară a transformatorului de ieșire T3. Acest lucru este necesar, deoarece tuburile au de obicei o tensiune de ieșire ridicată, dar capacitate de curent redusă. Un alt mod de a pune acest lucru este că au o „rezistență ridicată la ieșire”. Transformatorul acționează ca un dispozitiv de descreștere a tensiunii și de intensificare a curentului, potrivind sarcina difuzoarelor cu rezistență redusă cu rezistența de ieșire a amplificatorului de înaltă rezistență. (Există modalități de a construi amplificatoare tubulare fără transformatoare de ieșire, dar acestea tind să fie destul de complexe, ineficiente și deseori instabile. Cu siguranță numai pentru designeri și experimentatori mai avansați și aventuroși!)

Secundarul transformatorului de ieșire este conectat la difuzor - iar amplificatorul nostru este complet! După cum se arată, rezistența de ieșire a amplificatorului (după transformator) este de ordinul a aproximativ 6 ohmi. Prin urmare, va funcționa bine cu încărcări de difuzoare de 8 ohmi sau 4 ohmi. Cu toate acestea, distorsiunea va fi marginal mai mică atunci când se utilizează încărcări de difuzoare de 8 ohmi.

4: (ADVANCED) Puncte de operare și linii de încărcare

Această secțiune va fi în principal de interes pentru cititorii mai avansați, dar ar putea merita o privire dacă sunteți interesat de procedura de proiectare care a intrat în acest mic proiect.

A: Amplificator de putere

O decizie importantă de proiectare este alegerea punctelor de funcționare ale diferitelor etape ale amplificatorului. Un interes deosebit este punctul de operare al etapei finale de putere. Pentru amplificatorul MiniBlok, am decis să stabilesc punctul de operare pentru a oferi o disipare a plăcii în repaus de aproximativ 7,5 wați, sau aproximativ 3/4 din disiparea nominală maximă a tubului de 10 wați. Graficul de mai jos arată punctul meu de funcționare ales (aproximativ 210 volți la 35 mA) în albastru, reprezentat pe curbele plăcii pentru secțiunea triodului de putere al * EM7.

După definirea punctului de funcționare, am trasat linia de încărcare pentru raportul transformatorului de ieșire de 35: 1 pentru ambele sarcini secundare de 8 ohmi și 4 ohmi. Pentru sarcina de 8 ohmi, rezistența la sarcină primară reflectată este (35 * 35 * 8) = 9800 ohmi; linia de încărcare de 9800 ohmi este afișată în portocaliu. În mod similar, pentru o sarcină de 4 ohmi, rezistența de încărcare primară reflectată va fi (35 * 35 * 4) = 4900 ohmi. Această linie de încărcare este afișată în verde. [Dacă vă întrebați cum am venit cu aceste linii, cheia este că impedanța de încărcare dictează panta liniei. Dacă împărțiți interceptarea x a liniei verzi (aproximativ 380 volți) la interceptarea y (aproximativ 78 mA) veți avea aproximativ 4900 ohmi.] Ambele linii de sarcină trebuie să treacă prin punctul de operare, desigur, din moment ce este punctul nostru de funcționare liniștit (fără semnal).

Liniile de încărcare ne pot oferi o idee despre performanța maximă posibilă care poate fi de așteptat de la amplificator. Începând cu linia de încărcare de 8 ohmi, cel mai îndepărtat tubul poate merge la stânga ar fi locul în care linia de încărcare intersectează tensiunea rețelei = 0 punct, deoarece dincolo de aceasta s-ar clipi rapid. Deci, aceasta înseamnă că tensiunea maximă a semnalului de vârf neclipsat ar fi de aproximativ 36 de volți. La cealaltă extremă, un astfel de semnal de pe rețea ar determina atingerea acestuia (-36 * 2) = -72 volți. Aceste două extreme reprezintă tensiuni ale plăcii de 40 și, respectiv, 365 de volți, sau o oscilare totală de vârf la vârf de 325 volți. Împărțirea la 2.828 (raport vârf-vârf la RMS) ne oferă o tensiune maximă RMS de 115 volți. Reglarea și împărțirea la 9800 ohmi rezistența la sarcină ne oferă o putere de ieșire maximă nistorizată de 1,35 wați.

În mod similar, putem calcula că, cu o sarcină de 4 ohmi, puterea teoretică maximă de ieșire realizabilă va fi de ordinul a 2,1 wați.

De ce este diferența dintre puterea de ieșire estimată și măsurată? În principal, acest lucru se datorează pierderilor din transformatorul de ieșire. Rezistența la curent continuu a înfășurărilor, histerezisul și pierderile de curenți turbionari și faptul că este necesar un spațiu de aer pentru amplificatoarele cu un singur capăt, toate contribuie la pierderi. Rețineți că pierderile sunt proporțional mai mari la o impedanță de sarcină mai mică, datorită curentului crescut care curge atât în ​​primar, cât și în secundar al transformatorului. Cu toate acestea, trebuie subliniat faptul că prezența decalajului extinde mult răspunsul de joasă frecvență al transformatorului; chiar și cu micul transformator pe care l-am folosit, colțul de 3 dB este mult la 40 Hz.!

Rețineți, de asemenea, că se poate obține o putere de ieșire semnificativ mai mare cu o valoare mai mică a sarcinii plăcii. Cu toate acestea, acest lucru trebuie echilibrat cu distorsiuni. Uitați-vă la linia de încărcare de 4 ohmi (verde). Comparați lungimea segmentului de linie între tensiunile rețelei 0 și -10 volți, cu lungimea segmentului între -60 și -70 volți. Într-un sistem liniar, lungimile acestor segmente de linie ar fi identice. Rețineți, totuși, că segmentul din partea dreaptă (aproape de limită) este destul de scurt decât cel din stânga (aproape de saturație). Diferența dintre aceste lungimi reprezintă cantitatea de neliniaritate în amplificatoare.

Uită-te acum la linia de încărcare de 8 ohmi (linia portocalie). Veți vedea cu ușurință că diferența dintre lungimile celor două segmente de linie comparabile este considerabil mai mică. Segmentul de linie între 0 și -10 volți este ceva mai scurt, iar cel între -60 și -70 este ceva mai lung. Cu alte cuvinte, chiar dacă putem obține mai puțină putere utilizabilă la rezistențe de încărcare mai mari, linearitatea noastră se îmbunătățește (și, prin urmare, distorsiunea totală scade).

B: Amplificator de tensiune

Amplificatorul de tensiune este puțin mai direct, deoarece sarcina plăcii este aproape aceeași pentru curent continuu ca pentru curent alternativ. Punctul de funcționare a fost ales mai întâi, pe baza disipării maxime a plăcii (1,5 wați) și a cerinței pentru cel puțin 36 de volți de funcționare liniară în ambele direcții. Punctul ales de tensiune a plăcii de aproximativ 140 volți și 1,7 mA îndeplinește cu ușurință cerința de disipare (0,24 wați). Să vedem cum funcționează problema de oscilare a tensiunii.

Având în vedere o sursă de alimentare de 220 volți și un curent de repaus de 1,7 mA, rezistența de încărcare necesară a plăcii este (220 - 140)/1,7 = 47k. Deci trasăm linia de încărcare (în roșu) de la tensiunea de alimentare (interceptarea axei x) la „curentul de scurtcircuit”, sau tensiunea de alimentare împărțită la rezistența la sarcină (interceptarea axei y). Privind peste, descoperim că tensiunea plăcii se poate deplasa aproape la tensiunea de alimentare (excursie pozitivă de 220 - 140 = 80 volți), sau până la aproximativ 90 de volți (excursie negativă = 140 - 90 = 50 volți) unde linia de încărcare interceptează tensiunea rețelei = 0 curbă. Deci, ar trebui să existe o mulțime de unități disponibile.

Există doar un alt factor care trebuie luat în considerare; efectul rezistenței rețelei amplificatorului de putere. Acest lucru este în esență în paralel cu rezistența de sarcină a plăcii în ceea ce privește semnalul de curent alternativ. Deci, pentru curent alternativ, rezistența la sarcină este de fapt de ordinul 42,7k. Un mod de a rezolva acest lucru este de a trasa o a doua linie de sarcină, a cărei pantă este rezistența netă de sarcină AC și care trece prin punctul de operare.

Cu toate acestea, în acest caz diferența este atât de mică încât abordarea grafică este practic inutilă; cele două linii ar fi prea apropiate pentru a discerne cu ușurință diferența. Deci, într-un astfel de caz, este mai ușor (și probabil mai precis) să estimați pur și simplu o reducere de 9% a oscilației tensiunii, deoarece diferența dintre sarcina continuă (47k) și sarcina alternativă (42,7k) este de aproximativ 9%. Acest lucru produce un maxim pozitiv și negativ de 72 volți și respectiv 45 volți, cu mult peste cerința noastră de 36 volți.

Privind linia noastră de încărcare, putem, de asemenea, să aproximăm câștigul etapei la care ne putem aștepta. Mergeți de-a lungul liniei de încărcare în ambele direcții, până la un punct în care tensiunea rețelei este cu un volt mai mare sau mai mică și lăsați o linie pe axa orizontală (aceste puncte sunt prezentate cu linii portocalii în diagramă). Vedem că o schimbare de un volt pe rețea are ca rezultat o schimbare de aproximativ 35 de volți pe placă. Deducând din nou 9% pentru a ține cont de rezistența la rețeaua PA, care ajunge la aproximativ 32 de volți. Deci, pentru un swing complet de 36 volți, am avea nevoie de aproximativ 1,1 volți pe rețea. Întrucât polarizarea rețelei noastre depășește câteva zecimi de volt, putem fi siguri că vom obține o ieșire completă din amplificator, fără ca rețeaua de preamplificator să devină vreodată pozitivă.

O notă finală - în această analiză nu este necesar să se ia în considerare efectul rezistorului catodic. Acest lucru se datorează faptului că, pentru curent continuu, scăderea peste acesta este atât de mică (1,3 volți) în comparație cu sursa de alimentare, iar pentru curent alternativ este efectiv ocolită de un condensator mare.