Tracciatore della curva del tubo: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Questo è per tutti quegli appassionati e hacker di amplificatori a valvole là fuori. Volevo costruire un amplificatore stereo a valvole di cui essere orgoglioso. Tuttavia, durante il cablaggio, ho scoperto che alcuni 6AU6 si sono semplicemente rifiutati di polarizzare dove avrebbero dovuto.

Ho una copia del 1966 del manuale del tubo ricevente RCA e avendo progettato elettronica di ogni tipo per circa 30 anni, capisco che i dati pubblicati su un dispositivo a volte devono essere presi con un pizzico di sale. Ma i dati del tubo pubblicati in questi libri NON sono assolutamente garanzia di comportamento in un circuito reale per nessun esemplare.

Mi piacciono i piccoli grafici della famiglia delle curve a piastra, come nella foto sopra, nel libro e QUESTO è quello che volevo vedere per i tubi che avevo. Utilizzando un tester per tubi, anche uno ben calibrato e di alta qualità, ti darà solo un punto dati su una curva di piastra tra quella famiglia. E non sai nemmeno che curva è. Non è molto illuminante. L'acquisto di un tracciatore di curve sul mercato può essere costoso e raro (potresti trovare un vecchio TEK 570 su EBAY una volta all'anno per $ 3000 o più) e trovarne uno localmente è fuori.

Così ho deciso di costruirne uno. P. S. Ho completato alcuni miglioramenti a questo TCT qui:

Passaggio 1: la progettazione del circuito

Avevo bisogno di un circuito che fosse relativamente semplice ma che fornisse un'alta tensione di piastra e griglia dello schermo, nonché una tensione di griglia di controllo a gradini con passi di ½ V, 1 V ciascuno, ecc. Per l'azionamento della piastra ho usato subito una semionda sinusoidale un avvolgimento del trasformatore ad alta tensione poiché mi sono reso conto che la corrente di placca avrebbe seguito lo stesso percorso caratteristico salendo l'onda come scendendo. Non è necessario che la forma d'onda sia precisa, calibrata o di una forma particolare, purché si alzi e scenda in modo non brusco. Non doveva nemmeno avere sempre la stessa forma ogni volta che si alzava o si abbassava. La forma della curva risultante è determinata unicamente dalle caratteristiche del tubo in esame. Ciò ha eliminato la necessità di un generatore di rampa ad alta tensione di precisione, ma avevo ancora bisogno di acquisire il trasformatore per questo …

Volevo avere diverse prese per tubi per i vari tipi di base esistenti, ma alla fine ho optato per quattro: miniaturizzate a 7 e 9 pin più prese ottali. Ho incluso anche una presa a 4 pin per consentire il test dei vecchi tubi raddrizzatori.

Il generatore di polarizzazione a gradini è un scadente convertitore digitale-analogico di tipo ladder R-2R a 4 bit guidato da un contatore avanzato dall'onda a 60 Hz da un altro avvolgimento sul trasformatore.

La tensione del filamento proveniva da un trasformatore strappato da un vecchio controllore di valvole ReadRite degli anni '40 che forniva molte tensioni di filamento da 1,1 V a 110 V E un interruttore per selezionarle.

Trovare un metodo di commutazione per adattarsi a tutti i vari e vari pin-out della base del tubo si è rivelato nella migliore delle ipotesi inutile, quindi ho evitato l'intero problema e ho usato cavi patch con ogni pin numerato e ogni segnale di azionamento portato a connettori a banana a 5 vie. Questo mi ha dato la massima flessibilità di connessione e mi ha impedito di impazzire cercando di capire un buon metodo di commutazione.

Infine, la preoccupazione più grande era misurare la corrente di placca. Non ho misurato la corrente del catodo poiché è la somma di TUTTE le correnti degli elementi inclusa la griglia dello schermo. Il punto in cui viene misurata la corrente di placca (alla placca) è stato elevato a circa 400 V nella parte superiore dell'onda. Quindi, dopo aver diviso la tensione di piastra fino a 0-6 V con un divisore di resistori in modo che i circuiti integrati OP-AMP potessero funzionare con esso, era necessario un amplificatore differenziale molto ben bilanciato con guadagno elevato. L'OP-AMP a doppia precisione LMC6082 lo ha fatto molto bene e per avviare la sua gamma di segnali include la messa a terra in modo che possa essere cablato come alimentazione singola.

Entrambe le letture della corrente di placca e della tensione di placca sono state quindi trasmesse su connettori BNC a un oscilloscopio operante in modalità A-B in modo da poter tracciare il grafico finale di queste due quantità l'una contro l'altra.

Alcune persone hanno scritto chiedendo una copia chiara dello schema poiché quello che si presentava era piuttosto sfocato. L'ho rimosso e sostituito con una versione PDF. La linea verde racchiude tutto il circuito sul piccolo circuito cablato a mano. Un paio di parti del circuito vengono espanse nel passaggio 7.

Ci sono state un paio di sorprese nella build e ne parlerò più avanti.

Passaggio 2: creazione del pannello frontale

Ho deciso che l'avrei costruito su un pannello rack in alluminio da 19 "x 7" x 1/8" che mi è capitato di avere in giro. In seguito sarebbe stato sostenuto da una cassa di legno ricavata da scaffalature di scarto.

La prima foto in alto mostra alcune delle parti principali posizionate sul pannello per determinare una buona disposizione. L'ampio spazio aperto rappresenta il punto in cui un PCB cablato a mano verrebbe posizionato sui distanziatori. Sono stati provati diversi accordi. Dopo aver ricoperto l'intero pannello con del nastro da pittore e segnato i punti di foratura, (tutto ciò che avevo erano un paio di punzoni per telaio Greenlee e un piccolo trapano a colonna con cui fare i fori) ho praticato tutti i fori. Nota: iniziare sempre con un foro pilota piccolo (1/16"), anche in alluminio e lavorare gradualmente fino alla misura più grande. Ho usato tre taglie di punte per fare i fori da 1/2" per i connettori a banana. Anche l'uso di un punzone centrale è una buona idea.

Nella foto una bobina di filo sostituisce l'interruttore di tensione del filamento poiché non è stato ancora separato dal suo trasformatore.

A questo punto sono stati praticati i fori per due trasformatori.

Il foro più difficile da realizzare è stato il foro per presa a 9 pin poiché non avevo un punzone di quel diametro, ma dovevo usare quello per il foro per presa a 7 pin, quindi archiviarlo nella dimensione più grande. Quello era un lavoro.

L'unico foro rettangolare era per l'interruttore di alimentazione. È stato limato anche da un foro rotondo.

Passaggio 3: assemblaggio del pannello

La prima cosa da fare prima che le parti fossero su di essa era etichettare il maggior numero possibile di elementi sul pannello prima di montare qualsiasi parte. Questo è stato fatto con alcune vecchie lettere di trasferimento LetraSet rimaste dai giorni di scuola. Per quanto ne so questo può essere acquistato solo in Inghilterra al giorno d'oggi. L'ho poi ricoperto con tre mani di vernice spray Varathane trasparente. Non so quanto durerà nel tempo, ma finora tutto bene… I passaggi sull'interruttore del filamento sono stati successivamente eseguiti a mano poiché non avevo caratteri di dimensioni adeguate.

Il portafusibile di colore beige chiaro si trova in alto a destra vicino al foro di ingresso dell'alimentazione dove va il cavo. Sotto ci sono la spia al neon e l'interruttore ON-OFF. Potresti notare o meno che l'interruttore sembra essere in posizione sollevata ma in realtà dice OFF. Questo interruttore è un interruttore di alimentazione DPST inglese. Tutti gli interruttori di alimentazione sono UP=OFF/DOWN=ON non come qui in Nord America dove è il contrario. La logica utilizzata quando si imposta il codice elettrico per gli interruttori ON/OFF qui è che quando si cade accidentalmente contro un interruttore è più probabile che venga applicata una forza verso il basso che verso l'alto e quindi è stato ritenuto più sicuro se qualunque cosa è controllata da quell'interruttore viene spenta e non accesa. Non ho idea del perché l'Inghilterra sia viceversa, ma il cambio mi è piaciuto comunque. Quando viene lanciato dà un "Thunk" molto solido.

L'interruttore G2 V serve a selezionare la tensione fornita alla griglia dello schermo. Questo sarebbe poi diventato un vaso. L'interruttore G1 Step seleziona la dimensione del passo della griglia (attualmente) o passi da ½ V da 0 a -7,5 V o passi da 1 V da 0 a -15 V. I due connettori BNC etichettati H e V sono segnali verticali e orizzontali per l'oscilloscopio. Il connettore G BNC è la forma d'onda dell'unità di rete in modo che possa essere vista se lo si desidera. Le tensioni di pilotaggio sono i connettori a banana a 5 vie rossi e quelli neri sono, ovviamente, cablati ai pin dello zoccolo. Tutti i pin della presa corrispondenti numerati sono in parallelo.

Il pulsante PUSH TO TEST chiude il collegamento alla piastra del tubo in prova in modo che prenda corrente solo quando richiesto. Non ha senso voltare le spalle solo per scoprire solo dall'odore che qualcosa non va! (Non sarebbe la prima volta per me.)

Passaggio 4: assemblaggio del circuito stampato

La tavola è un pezzo di fibra di vetro perforata di circa 2 "x 5". Ho fatto un'ipotesi sulle dimensioni della tavola e ho iniziato ad attaccarci sopra delle parti. Il mio metodo è costruire un po' - testarlo - costruirne un po' di più - testarlo, ecc. Questo impedisce a una parte/circuito difettoso di distruggerne molte altre con tutto in un lampo. Le morsettiere a vite sono tenute in posizione con colla epossidica in 2 parti poiché non c'è un circuito di rame sul fondo con cui saldarlo come al solito.

Il circuito è stato cablato a mano utilizzando la tecnologia PTP. Questa è la tecnologia "punto a punto". Grezzo, ma qualsiasi acronimo lo fa sembrare high tech, giusto? Appena a sinistra del piccolo dissipatore di calore si possono vedere due resistori identici da 1 megaohm. Questi sono quelli che ho usato per la prima volta per i resistori di caduta della tensione di corrente di piastra R3 e R4. Come si vedrà nel passaggio 7, questi dovevano essere sostituiti. Il circuito non è carino sul fondo, ma poi non stavo cercando la pulizia in questo passaggio.

Passaggio 5: O sì… i cavi patch

Ho tagliato alcuni puntali inutilizzabili del misuratore in circa 7 di lunghezza e ho saldato i connettori a banana su entrambe le estremità. Questi cavi sono realizzati con un ottimo filo flessibile che dovresti fare molto per acquistare. Le spine: una rossa e una nera come puoi vedere. Quello rosso è per l'estremità dell'unità e quello nero è per l'estremità del connettore del pin della presa non che importi, ma sembrava meglio che corrispondano ai colori dei connettori che avevo. Sono così attento alla moda.

Sapendo che avrei dovuto essere in grado di confermare la calibrazione della misura della corrente di placca con un metodo completamente diverso ho realizzato una patch per il catodo con una differenza. Lo mostro con una piccola scatola con un interruttore. All'interno della scatola c'è un resistore da 10 Ohm che può essere inserito nel circuito o fuori di esso. Il "drive" del catodo è in realtà solo una connessione a terra (0V). Quando il resistore viene inserito "in" un oscilloscopio può essere messo all'estremità del catodo della patch e la corrente catodica effettiva di un triodo può essere misurata per confermare ciò che sta disegnando la sua piastra, questo presuppone che la griglia sia sempre a una tensione negativa. Normalmente il resistore è spento. Quando l'interruttore viene ruotato avanti e indietro durante un test, la differenza nella corrente di placca può essere vista con l'intera famiglia di curve che si spostano leggermente su e giù. L'effetto è così piccolo (forse 2-4%) che non fa alcuna differenza rispetto al motivo nella misurazione del tubo, ma illustra che anche un resistore da 10 Ohm nel catodo può apportare un cambiamento visibile.

Passaggio 6: sposare il circuito con il resto

La scheda utilizza terminali a vite per collegare i fili in modo da poter rimuovere la scheda per ulteriori costruzioni/modifiche dopo averne testato parti. L'ho messo su distanziatori incernierati su un'estremità e diritti sull'altra estremità in modo da poterlo sollevare per accedere all'altro lato per misurazioni o modifiche rapide senza dover scollegare un milione di fili.

Per la maggior parte, il calore non era un problema, ma ho messo il regolatore positivo a bassa tensione su un piccolo dissipatore di calore per motivi di sicurezza. Quei regolatori a 3 terminali come il 7805 che ho usato possono dissipare circa 1 Watt senza dissipatore di calore, ma è sempre bene mantenere le cose fresche quando c'è la possibilità di farlo a buon mercato. Il suo terminale di terra è polarizzato fino a +10V con un transistor 2N3906 e un paio di resistori. Questo dà il +15V su cui gira l'amplificatore differenziale. Questo è un buon modo per ottenere qualsiasi voltaggio che ti piace da uno di quei regolatori comuni. La variabilità o la programmabilità possono essere ottenute allo stesso modo utilizzando un potenziometro o un convertitore D/A al posto di uno dei resistori. Poiché Xfrmr offre una varietà di tensioni CA, è stato facile scegliere una tensione per questo regolatore. 25V era. E poiché assorbe così poca corrente, la rettifica a semionda è andata bene per fornire il regolatore.

Come puoi vedere dalla foto, ho iniziato ad allacciare i cavi invece di legarli tutti con fascette di plastica. Ho sempre ammirato l'aspetto di un'imbracatura ben allacciata e volevo provarla qui, ma non c'era nessun cavo di allacciatura da trovare da nessuna parte. Forse qualcuno di voi sa dove si può avere. Ho usato del filo da ricamo suggerito da mia moglie tirato su un pezzo di cera. Ho usato i nodi di allacciatura standard per la mia imbracatura. Per coloro che desiderano imparare questa arte arcana, cercare su Google "allacciatura del cablaggio" fa apparire un paio di siti di istruzioni.

Il vecchio controllore di tubi ReadRite aveva un metodo di calibrazione interessante. Mettendo le estremità di un vaso di ceramica attraverso una parte dell'avvolgimento primario e collegando il tergicristallo alla sorgente di tensione di linea, la tensione a cui il tester ha funzionato può essere regolata sopra o sotto la nominale per tenere conto delle variazioni locali della tensione di parete che possono verificarsi di volta in volta. (Ricorda che questa roba è stata progettata e utilizzata durante i tempi della seconda guerra mondiale.) Bene, questo vaso doveva essere incluso qui poiché il trasformatore è stato progettato in modo che nessuna delle estremità di quella parte dell'avvolgimento fosse alla tensione di linea nominale e quindi non potesse essere usato come- è. Quella pentola, che diventa abbastanza calda, può essere vista come l'oggetto bianco tenuto dalle reggette metalliche perforate degli idraulici vicino al trasformatore.

Quando ho scoperto quali erano tutti i cavi anonimi sul vecchio trasformatore a filamento ReadRite, ho scoperto, ovviamente, che aveva un avvolgimento ad alta tensione! Quindi la mia sorgente di tensione di piastra è stata risolta e ho eliminato un trasformatore.

Passaggio 7: un po' di più sul circuito

Il generatore di bias: per mantenere le cose relativamente semplici e a bassa corrente, è stata utilizzata la logica CMOS della serie 4000. Questa roba che era onnipresente negli anni '80 funzionerà con qualsiasi voltaggio da 3V a 18V. Ciò significa che la potenza può essere ovunque in quell'intervallo, può cambiare se necessario e in effetti funzionerà anche se c'è una grande quantità di ripple o altro rumore su di essa. È ottimo per le applicazioni alimentate a batteria. Si può ancora avere oggi in uno dei soliti punti vendita (Mouser, Digi-Key, ecc.) Anche se non producono tutti i tipi di una volta. Si avvicina anche al potere dello squat. Quindi ho usato un contatore a 12 bit 4040 che avevo in giro come contatore a 4 bit per l'incremento della tensione di polarizzazione. La dimensione del passo viene modificata modificando la tensione della linea di alimentazione per esso. Poiché la tensione di polarizzazione del tubo deve essere negativa, il contatore viene azionato tra la terra come suo binario positivo e un binario negativo per l'altra estremità. Il pin "VDD" è quindi messo a terra. Un TIP 107 con una rete di polarizzazione simile al 7805 fornisce i volt di alimentazione negativi al pin "VSS" del chip. Un interruttore montato a pannello con potenziometri per ogni gamma calibra il bias massimo generato. Il contatore guida una scala di resistori R-2R a buon mercato per creare un semplice convertitore Dig-Analog e poi va al connettore a banana.

L'amplificatore di corrente di placca: poiché la corrente di placca viene rilevata con un resistore da 100 Ohm, R1 in serie con la placca, la sua tensione viene elevata a circa 400V. È stato reso più piccolo con due divisori di resistori, uno per ciascuna estremità del resistore da 100 Ohm. È mostrato come R3, R4, R5. R6 sullo schema e il potenziometro di piccolo valore e posizionato vicino al pulsante Push To Test sullo schema. Il potenziometro bilancia questi due divisori in modo che l'uscita dell'amplificatore legga zero quando la corrente zero scorre nella piastra del tubo. Ho usato per la prima volta alcuni vecchi resistori di grande valore per R3, R4, ma quando l'ho provato le curve sono sembrate più simili a palloncini di parole che a linee singole. Allego una foto di quello che ho visto. Puoi anche vedere che il display è un po' schiacciato rispetto alla linea di base. Ho cambiato questi resistori con resistori al 5% più moderni e li ho ricalibrati. Stessa cosa ma un po' meno. Ogni curva sul display impiega 1/120 di secondo per tracciare con lo spot dell'oscilloscopio che prima sale lungo la curva e poi torna indietro allo stesso modo. Ma tra queste due escursioni il resistore si riscalderebbe e poi si raffredderebbe abbastanza da cambiare il loro valore! I resistori cambieranno valore a seconda della temperatura, non molto, ma lo faranno. Non pensavo che potesse succedere così velocemente, ma cambiarli di nuovo con i tipi di film metallico all'1% ha ampiamente risolto il problema.

L'amplificatore è un amplificatore differenziale convenzionale utilizzato per la strumentazione ma con un interruttore a levetta che modifica il guadagno per fornire due gamme di uscita e due potenziometri per la calibrazione della gamma. Ciò fornisce scale di uscita 2V/1mA e 2V/10mA.

Il circuito di pilotaggio della griglia dello schermo è semplicemente un potenziometro filtrato appeso alla sorgente di tensione della piastra rettificata con un transistor ad alta tensione come inseguitore di emettitore per guidare la tensione nel connettore a banana. Il filtro è abbastanza lento e impiega un paio di secondi per assestarsi quando si sposta la manopola delle pentole.

Passaggio 8: operazione

L'ho acceso.

Dopo che il fumo si è diradato… il circuito ha funzionato sorprendentemente bene. Ho scoperto che il bilanciamento dell'amplificatore differenziale aveva bisogno di circa 20 minuti di riscaldamento per stabilizzarsi abbastanza bene. Dopo quel tempo, il potenziometro del bilanciamento da 25 Ohm doveva essere regolato per fornire una linea molto orizzontale sull'oscilloscopio quando non scorre corrente di piastra. Dopo un po' di regolazioni sulla scheda ogni volta che ho usato l'unità, è stata rimossa dal pannello e appare come una manopola marrone di medie dimensioni vicino ai connettori a banana rossi. Non so perché non l'ho fatto prima.

Vengono mostrate un paio di schermate delle curve ottenute.

Poiché ogni curva sul display viene generata in 1/60 di secondo e ci sono 16 per una scansione prima che si ripeta, le scansioni arrivano a circa 4 scansioni al secondo. Questo lampeggiamento funziona ma non è molto divertente quando si cerca di effettuare una misurazione. Una soluzione è catturare ogni trama con un'esposizione a lungo termine sulla fotocamera. Oppure… utilizzare un ambito di archiviazione. Quello che vedi è un vecchio ma buono: un oscilloscopio di archiviazione analogico HP 1741A con persistenza variabile. Il display fiorirà dopo un po' ma per circa 30 secondi presenta un grafico molto guardabile. Memorizzerà uno schermo, non visualizzato, per ore. Va bene.

Vengono presentati i colpi delle curve per un pentodo 6AU6A e un triodo 6DJ8. Il 6DJ8 ha fattori di scala di 50 V/divisione in orizzontale e 10 mA/divisione in verticale mentre il 6AU6A ha un fattore di scala di 50 V/divisione in orizzontale e 2,5 mA/divisione in verticale. Questi fattori di scala sono una combinazione dell'intervallo di uscita del tracciatore di curve e della sensibilità verticale impostata sull'oscilloscopio. Zero in tutti i casi è l'angolo in basso a sinistra dello schermo. Queste sono state scattate semplicemente tenendo la fotocamera vicino allo schermo dell'oscilloscopio. Dopo aver sopportato questo per un po', ho deciso di intraprendere un'azione drastica e ho inventato un metodo DAVVERO scadente per tenere la fotocamera attaccata al cannocchiale… più idraulici che reggessero. La telecamera si monta al suo interno con un bullone corto da 1/4 attraverso il fondo nel suo foro di montaggio. Puntare la telecamera equivaleva a torcere le reggette nel modo giusto. Ovviamente, non posso mostrare la fotocamera in questa montatura poiché era necessaria per scattare la foto!

Passaggio 9: la scatola e l'articolo finale

La scatola, come tutte le altre parti di questo progetto, è stata assemblata con materiale di scarto a disposizione. È una semplice scatola a quattro lati senza fondo ma piedini in gomma avvitabili. I pezzi sono stati tagliati con un seghetto alternativo da una libreria di ricambio in truciolare che aveva 3 lati ricoperti con la stessa impiallacciatura dei lati superiore e inferiore. I tagli sono stati effettuati tenendo presente che i bordi con impiallacciatura devono essere visibili sul fronte della scatola. Il bordo non impiallacciato era inevitabilmente mostrato sul retro e sul fondo. I pezzi sono tenuti insieme con viti per pannelli truciolari rimaste da alcuni mobili da cucina Ikea di 10 anni fa. Le teste delle viti sono ricoperte da coperchi delle teste delle viti a pressione in plastica bianca della stessa fonte e poi colorate di nero con un pennarello indelebile. La confezione ha richiesto circa 2 ore e mezza.

Passaggio 10: finalmente

L'unità ha risposto alle mie domande sulla polarizzazione delle 6AU6A e mi ha permesso di regolare il design del mio amplificatore per tenere conto delle vecchie valvole. In poche parole conducono meno male quando invecchiano.

Ovviamente l'unità potrebbe essere migliorata con più campane e fischietti. Sarebbe bello avere un misuratore di tensione del pannello digitale che indichi la tensione della griglia dello schermo composta, tra le altre, con quella manopola. Inoltre, intervalli di polarizzazione della griglia di controllo sempre maggiori o dimensioni dei gradini. E già che ci siamo, che ne dici di catturare la trama nella memoria interna in modo che possa essere caricata su un PC. Forse il tracciatore di curve potrebbe essere basato su Windows e venire con un mouse. Quindi i test potrebbero essere eseguiti da qualsiasi luogo con connessione Internet. O forse no. P. S. Ho completato un paio di miglioramenti a questo TCT qui: