Röhrenverstärker ohne Kanon

Guten Tag an alle!

Irgendwie las ich an einem kalten, trostlosen Abend einen Artikel über einen hochwertigen Klasse-D-Verstärker mit Aliexpress . Und mir kam der Gedanke, etwas über mein Heimwerkerhandwerk zu erzählen. Und jetzt haben die Hände erreicht. Das Folgende ist ein Arbeitsprotokoll über die Herstellung des Verstärkers mit der nächsten Anzahl von Röhren (und nicht nur). Der Artikel ist voller Frivolität und Petrosianismus, aber dennoch einige vielleicht nützliche Schemata, die Sie hier finden können.

Warnungen:

1. VORSICHT, Verkehr! Viele Bilder.
2. VORSICHT Die vorgestellten Schaltungen verwenden lebensbedrohliche Spannungen. Wenn Sie die oben genannten Schemata reproduzieren, geschieht dies auf eigene Gefahr und Gefahr. Der Autor ist nicht verantwortlich für die Folgen, die sich aus der Vervielfältigung des gesamten Geräts und seiner Einzelteile ergeben.

Ich werde sofort klarstellen:

• Der Verstärker ist kein Hi-End und kein Hi-Fi, da bei seiner Herstellung kein Gramm Pulverfarbe verwendet wurde!
• Ich bin kein Befürworter des Bekenntnisses von spirituellem Thermalrohrklang. Aber die Lampen leuchten so cool ...
• Zu möglichen Fragen der Klasse "Warum überhaupt?" vorbereitete Antwort "Weil ein Hobby."

Ich wiederhole: Das gesamte Projekt wurde nicht gestartet, um einen "Röhren" -Sound zu erzielen, sondern wegen der besonderen Ästhetik gut gefertigter Röhrenverstärker. Es war die Ästhetik, die die Grundlage für die überwiegende Mehrheit der auftretenden Probleme bildete. Sie stellte fest, dass die endgültigen Kosten das ursprüngliche Budget deutlich überstiegen: Die Stückproduktion (in diesem Fall lesen Sie das Prototyping) ist immer viel teurer, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Ich möchte auch gleich darauf hinweisen, dass die Aufgabe darin bestand, einen Verstärker von Grund auf neu zu entwickeln und nicht alles auf einen trivialen zu reduzieren: „Ich habe ein Set im Internet gekauft, es verlötet und unter meinen Schuhen in eine Box gesteckt“. Am Ende ist dies immer noch ein DIY-Projekt, es muss eine Herausforderung, Leiden und den Wunsch geben, alles in die Hölle zu werfen! Es lohnt sich jedoch auch nicht, bis zum Äußersten zu gehen. Theoretisch können Sie alles komplett erledigen, ohne gekaufte Produkte zu verwenden. In diesem Fall benötigen Sie jedoch die entsprechenden Werkzeuge (lesen Sie Werkzeugmaschinen), andernfalls kann das Ergebnis, gelinde gesagt, enttäuschen.
Die einzige Frage ist das ultimative Ziel. Also fangen wir an!

Das Stück ist in vier Akten. Heroisches Epos

Akt eins. Planung

Gute Planung ist der Schlüssel zu weniger Iterationen, von „Wie hätte ich das tun können“ bis zu „Es hätte besser sein können, aber es wird so funktionieren“. Der Verstärker sollte ursprünglich Standardlautsprecher durch einen Computer ersetzen. Um ehrlich zu sein, kann es natürlich das Bild ergänzen, Vidyashek mit berührenden Katzen unter dem Teppich durch einen warmen Röhrenverstärker zu beobachten, aber es ist nicht rational. Dies führt zu einer völlig logischen Idee, einen Verstärker auf alten, guten Festkörperhalbleitern im Inneren anzusteuern. Und je nach seiner eigenen Stimmung kann Monsieur frei wählen, welcher der Verstärker für das Hören der Dire Straits und welcher für 2Pac verwendet werden soll. Infolgedessen ist die Schaltung etwas komplizierter geworden, aber wir erinnern uns an die Herausforderung, die Tests und all dies. Das Ergebnis sind 4 Leiterplatten: eine Stromquelle, ein Röhrenverstärker, ein Festkörperverstärker und eine Patchplatine. Es scheint alles einfach zu sein, wir gehen weiter.

Akt zwei. Design

Eigentlich um der ganzen Aufregung willen. Meine visuellen Talente beschränken sich auf bedingt gerade Linien ausschließlich auf kariertem Papier. Aber es gibt eine Ingenieurausbildung, die mit CAD und großer Geduld so bewaffnet ist, dass er langsam und knarrend visualisierte, was ich als Ergebnis erhalten möchte. Und ja, wundern Sie sich nicht, dass das Gehäusedesign an erster Stelle steht und nicht die Schaltung, wie es üblich ist.

Ein wenig über das Gehäuse selbst und das "klassische" Aussehen eines Röhrenverstärkers. Ich habe die Leidenschaft, die gesamte Elektronik zu löschen, nie verstanden. Die Lampen, ja, sie sind wunderschön, heiß und es ist keine so schlechte Idee, sie zu löschen (selbst wenn ein wenig Störfestigkeit geopfert wird), aber riesige Transformatoren mit einem W-förmigen Kern auf die obere Gehäuseabdeckung zu schrauben, ist eine ziemlich zweifelhafte Entscheidung. Einige gehen sogar noch weiter: und zusätzlich zu all dem setzen sie eine Kondensatorbank auf! Beenden Sie Es scheint, dass Sie nicht auf das fertige Gerät schauen, sondern auf eine Art Steckbrett. Obwohl der Geschmack und die Farbe aller Marker unterschiedlich sind ...

Ich entschied mich für ein eloxiertes und gebürstetes Aluminiumgehäuse mit dekorativem Mahagoni-Besatz (Jarrah). Um die Größe zu verringern, wurde beschlossen, Ringkerntransformatoren zu verwenden. Der Metallboden des Gehäuses, die Schaltknöpfe und die Beine - von Aliexpress gekauft, der Rest sollte selbst hergestellt werden. Fast jedes Detail wurde gezeichnet, woraufhin alles wunderbar zusammenpasste ...



Und dann haben sie ein Korps geschickt. Unnötig zu erwähnen, dass die von den Chinesen in der Dokumentation angegebenen Größen für das reale Gerät recht mittelmäßig sind. Ich habe mich immer gefragt: "Wird in China alles mit dem Auge gemacht?" Was ist das Problem beim Anbringen der richtigen Zeichnungen, nach denen Sie das Teil herstellen? Ich verstehe, wenn sie überhaupt nicht verbunden waren, dann nein, sie waren da, aber nicht die richtigen! Anscheinend Schutz vor Wettbewerbern.

Als die ungefähren Abmessungen des Gehäuses klar wurden, war die Schaltung an der Reihe. Warum genau in dieser Reihenfolge? Aus Gründen der Kompaktheit. Bei einem Gewicht von mehr als 10 kg betragen die Abmessungen 40x30x20 cm (mit allen dekorativen Elementen). Innen ist es ziemlich eng (siehe Foto unten). Daher sind die Größe der Komponenten auf den Platinen sowie die Abmessungen der Platinen selbst von großer Bedeutung. Die Abmessungen der Leiterplatten, die Höhen der Komponenten, die Platzierung der Elemente, alles wurde ausgewählt, in 3D gezeichnet und auf der Baugruppe überprüft. Wenn sich die Details aufeinander beziehen, kehren wir zwei Schritte zurück und so weiter zum siegreichen. Das erste Mal ist es sogar amüsant: Ich bin so ein guter Kerl, ich habe alles überprüft, Probleme vermieden. Irgendwann nach dem dritten Mal kommt der Gedanke, für die Gesundheit von Entwicklern parametrischer CAD-Systeme zu trinken. Ich empfehle jedem, der dies noch nicht getan hat, die Grundlagen eines der Systeme zu lernen und die Phase des Modellierens nicht zu vernachlässigen, auch nicht für Heimwerker. Aus dem großen, den ich identifiziert habe: Es stellte sich heraus, dass der 90-W-Netztransformator, der anfangs perfekt stand, nicht in das Gehäuse passt (Hallo zu den chinesischen Zeichnungen). Ich musste durch jeweils zwei 60 W ersetzen (dies sind die innen an den Seitenwänden).

Dritter Akt. Schaltung

Ich hatte nie etwas mit Lampentechnologie zu tun, und das war's. Technisch kann ich Analogien mit Transistoren ziehen und im Allgemeinen ist alles recht einfach, aber nicht ohne Nuancen. Nachdem ich einige Tage im Netzwerk gesucht hatte, entschied ich mich für die Option, Einzelzyklus-Ausgangsstufen für 6V6GT-Lampen zu verwenden. Wenn jemand sehr daran interessiert ist, verschiedene Optionen für Ausgangsstufen sowie allgemein verschiedene Klassen von Verstärkern zu vergleichen, empfehle ich Ihnen, hier zu lesen. Ich habe gewählt, was ich gewählt habe, und ich möchte den Text nicht mit unnötigen Informationen überladen.

Aber ich kann nicht anders, als zu verdeutlichen, dass Single-Ended-Verstärker der Klasse A eine besondere Wärme und Tiefe haben, besonders auf Medium oft ... tfu, ich habe es fast nicht geglaubt! Aber im Ernst: Zusätzlich zu der fehlenden Verzerrung vom Typ „Schritt“ in der Ausgangsstufe sind sie nur warm. Nein, sie sind wirklich sehr warm, da der Wirkungsgrad von Klasse-A-Verstärkern 10-15% nicht überschreitet, der Rest entfällt auf die Raumheizung. Die geschätzte Leistung meines Verstärkers beträgt ca. 4,5 Watt. Ich habe dieses Schema als Grundlage verwendet, aber einige Anpassungen vorgenommen. Und neben der Lampenleistung natürlich auch eine Leuchtanzeige wie das „magische Auge“. Es sieht sehr schön aus.

Von diesem Moment an beginnt die perfekte Häresie. Den wahren Zeugen des Röhrensounds zufolge empfehle ich den Anhängern dieses Glaubens nachdrücklich, den Text durchzublättern und sich einfach an die Fotos des Ergebnisses zu halten. Ich habe dich gewarnt!

Zunächst mag ich den klassischen Ansatz zum Bau von Röhrenverstärkern nicht, bei dem ausschließlich passive Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, Transformatoren) verwendet werden, mit Ausnahme der Lampen selbst. Festkörper-Halbleiterbauelemente haben einen großen Vorteil gegenüber Lampen - eine wesentlich geringere Variation der Eigenschaften. Zwei gleichnamige Lampen, die sogar in derselben Charge hergestellt werden, können erheblich variieren. Aus diesem Grund kann man oft sehen, dass Ausgangsstufenlampen als Paar mit ähnlichen Eigenschaften verkauft werden. Aber wo ist die Garantie, dass sie nach dem Aufwärmen gleich bleiben? Und nach einer bestimmten Laufzeit? Zu viele Unsicherheiten. Gleichzeitig können Halbleiterbauelemente verwendet werden, um die Streuung der Parameter auszugleichen. Beispielsweise können Sie anstelle eines Standardwiderstands, der den Kathodenstrom einstellt, eine Stromquelle am LM317A verwenden. Gleichzeitig wirkt sich dies nicht auf den Schallpfad aus, der Strom hängt jedoch nicht von den Lampenparametern ab. Im Internet finden Sie Optionen für solche Lösungen, daher ist meine besondere Originalität nicht anders.



Der Festkörperverstärker fällt noch weniger auf: der Standard-STA540-Chip mit minimaler Umreifung. Verstärkerklasse AB, für den täglichen Gebrauch in Verbindung mit einem Computer - das ist es. Zusätzlich ist es möglich, einen aktiven Filter auf die Platine zu löten und ihn als 2.1-System zu verwenden, d. H. Mit einem Subwoofer. Diese Option wird nicht verwendet.



Das Lustigste ist schließlich die Stromquelle. Hier war ein kompletter Hardcore.
Gegen Dogmen habe ich mich entschieden, nicht nur die von allen Lampen geliebten Kenotrons nicht zu verwenden, sondern im Prinzip die lineare Stromversorgung aufzugeben! Schaltnetzteile sind sowohl hinsichtlich der Effizienz als auch hinsichtlich der Größe besser. Darüber hinaus ging das Design bis zu einer Kurve. Die Wahl eines PWM-Controller-Mikroschaltkreises und eines Flyback-Transformators wurde nach dem Prinzip „Kostenloser Versuch, warum nicht?“ Gewählt. Tatsache ist, dass der speziell dafür entwickelte Controller und die Transformatoren kostenlos als Muster bestellt werden können (mit Registrierung, aber ohne SMS!). Dies ist nicht die beste Option, da es mehr bewährte Standardsteuerungen und daher eine Reihe bewährter Schaltkreise gibt. Unten sehen Sie ein Diagramm der Stromversorgungen für Röhrenverstärker (+300 V, +285 V, +6 V) und Festkörperverstärker (+18 V).



Die Spannung von den Abwärtsnetzwerktransformatoren wird gleichgerichtet und dann den Impulswandlern zugeführt. Ein erfahrener Entwickler von Netzteilen kann fragen: Warum solche Perversionen? In der Tat wäre es möglich, die Netzspannung sofort zu korrigieren und an die Wandler anzuschließen, aber ich wollte eine galvanische Trennung mit dem Netzwerk herstellen. In der obigen Version der Schaltung gibt es keine induktiven Filter an den Ausgängen gepulster Quellen (hinzugefügt durch Volumenmontage). In der nächsten Version wird der Pfosten repariert.

Mit Blick auf die Zukunft werde ich sagen, dass das Einrichten der Stromversorgung die problematischste aller Debugging-Arbeiten war. Dies war teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass er das letzte Mal vor ungefähr 6 Jahren ernsthaft mit Schaltkreisen beschäftigt war. Aber am Ende, teils nachdem ich mit einem Tamburin getanzt hatte, teils dumme Fragen in thematischen Foren gestellt hatte, fand ich eine Lösung für die Probleme und alles begann!

Akt vier, zuletzt. Montage

Ich habe bei FirstPCB Leiterplatten bei den Chinesen bestellt. Die Qualität ist akzeptabel: Der Siebdruck hat eine andere Dicke, die Löcher sind leicht von der Mitte der Pads versetzt. Im Allgemeinen - angesichts der Kosten nicht schlecht.

Die Mindestbestellmenge beträgt 5 Stück, also habe ich sie jetzt etwas mehr als nötig ...

Bretter nach dem Auspacken:



und in gelöteter Form:



Amp Test ohne Gehäuse:



Nun, und wo ohne ein magisches Auge:



Weiterer Fall. Tatsache ist, dass es in unserer Region aus einem mir unbekannten Grund sehr schwierig ist, die Bearbeitung eines Teils aus Holz auf einer 5-koordinierten CNC-Maschine zu bestellen. Sie fragen entweder fabelhaft teuer oder gar nicht. Und das trotz der Tatsache, dass ich, da ich ein wenig in diesem Thema bin, mit einem Minimum an Komplexität entworfen habe. Auch die Chinesen haben nicht geholfen: Nachdem sie eine Anfrage an 8 Firmen gesendet hatten, erhielten nur zwei eine positive Antwort. Die verbleibenden Chargen von weniger als 10 Stück sind nicht interessiert, obwohl ihre Websites über Prototyping-Dienste sprechen. Aber die beiden übrigen beschlossen auch, sich nicht auf den Preis zu beschränken, und baten um alles andere um Fotos und eine vollständige Zeichnung des Geräts! Ich frage mich, warum sie ...

Infolgedessen musste ich die Details auf fast 2,5 D vereinfachen und auf einer lokalen CNC-Maschine schleifen. Einerseits stellte sich heraus, dass es im Vergleich zum Rest nicht teuer war. Auf der anderen Seite, wenn ich all die Quadratkilometer raues Sandpapier zusammenzähle, die ich kalken musste, um zu korrigieren, was diese Leute getan haben ... Im Ernst, das Gefühl ist, dass sie mit der Technologie im Prinzip nicht vertraut sind und Standardmodi für Spanplatten verwenden, aus denen Sie mahlen 99% ihrer Bestellungen. Aber ich bin nicht gierig, ich habe ihnen zusätzlich ein gewichtiges Stück Material für die Auswahl der Parameter gegeben!



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Besonderer Dank geht an sie für die Tatsache, dass sie versprochen haben, Löcher in die Aluminiumteile zu bohren, und dann erklärt haben, dass sie dies noch nie zuvor getan haben und Angst hatten, die Maschine zu beschädigen. Eiserne Logik, sogar nutzlos zu argumentieren. Infolgedessen verwandelte sich das Projekt von einer losen Schraubendreher-Baugruppe bestellter Teile in Hardcore-DIY, da die Arbeit mit Metall, wenn auch mit weichem Aluminium, in einer kleinen Wohnung ohne spezielle Ausrüstung existenziellen Horror erzeugt. Zuerst. Und dann erreichen Sie das Stadium der Adoption, nehmen eine Handbohrmaschine, eine Metallsäge und bewegen sich hartnäckig auf das beabsichtigte Ziel zu.

Das Folgende sind einige Bilder mit den Montagephasen für Wanderwanderer:


Unten sehen Sie das letzte Fotoshooting eines fertig montierten Geräts. Es gibt auch Uhren auf Gasentladungsanzeigen, die tatsächlich die Wärme und Lampe der gesamten Szene ausmachen!

Das Ende

Es dauerte ungefähr sechs Monate, um das gesamte Projekt vom Konzept bis zur Implementierung abzuschließen. Hinter den Kulissen gab es mehrere Überprüfungen und Gebühren des Verstärkers, um Änderungen und Verbesserungen vorzunehmen, aber dies kann endlos durchgeführt werden. Generell bin ich mit dem Ergebnis zufrieden. Wie geplant wird in den meisten Fällen ein Festkörperverstärker verwendet und nur gelegentlich wird ein Röhrenverstärker gestartet, hauptsächlich zum Vergleich. Das Hauptziel - ihr altes Hobby wiederzubeleben und tiefer in die Elektronik einzutauchen - wurde jedoch vollständig erreicht! Schreiben Sie Ihre Fragen und Kommentare in die Kommentare.

Schönes Wochenende!