Rastreador de curva de tubo: 10 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:41

Isso é para todos os entusiastas de amplificadores valvulados e hackers por aí. Eu queria construir um amplificador estéreo valvulado do qual pudesse me orgulhar. No entanto, durante o processo de instalação, descobri que alguns 6AU6s simplesmente se recusaram a enviesar onde deveriam.

Eu tenho uma cópia de 1966 do RCA Receiving Tube Manual e, tendo projetado eletrônicos de todos os tipos por cerca de 30 anos, entendo que os dados publicados sobre um dispositivo precisam ser considerados como um pouquinho de sal às vezes. Mas os dados do tubo publicados nesses livros NÃO são definitivamente garantia de comportamento em um circuito real para qualquer espécime.

Eu gosto dos gráficos familiares de curvas de placas, como na foto acima, no livro e ISSO é o que eu queria ver para os tubos que tinha. Usando um testador de tubo, mesmo um bem calibrado e de alta qualidade, fornecerá apenas um ponto de dados na curva de uma placa dentro daquela família. E você nem sabe qual é a curva. Não é muito esclarecedor. Comprar um curve tracer no mercado pode ser caro e raro (você pode encontrar um velho TEK 570 no EBAY uma vez por ano por $ 3000 ou mais) e encontrar um localmente está fora de questão.

Então decidi construir um. P. S. Concluí algumas melhorias neste TCT aqui:

Etapa 1: O Projeto do Circuito

Eu precisava de um circuito que fosse relativamente simples, mas forneceria uma placa alta e tensões de grade de tela, bem como uma tensão de grade de controle escalonado com etapas de ½ V, 1V cada, etc. um enrolamento de transformador de alta tensão, pois percebi que a corrente da placa seguiria o mesmo caminho característico subindo a onda e descendo. A forma de onda não precisa ser precisa, calibrada ou qualquer forma particular, desde que suba e desça de forma não abrupta. Nem precisava ter a mesma forma sempre que subia ou descia. A forma da curva resultante é determinada exclusivamente pelas características do tubo em teste. Isso eliminou qualquer necessidade de um gerador de rampa de alta tensão de precisão, mas eu ainda precisava adquirir o transformador para isso …

Eu queria ter vários soquetes de tubo para os vários tipos de base existentes, mas acabei optando por quatro: soquetes em miniatura de 7 e 9 pinos mais octal. Também incluí um soquete de 4 pinos para permitir o teste de tubos retificadores antigos.

O gerador de polarização escalonado é um conversor digital para analógico do tipo escada R-2R de 4 bits, acionado por um contador avançado pela onda de 60 Hz de outro enrolamento no transformador.

A tensão do filamento veio de um transformador arrancado de um verificador de tubos ReadRite antigo da década de 1940, que fornecia muitas tensões de filamento de 1,1 V a 110 V E uma chave para selecioná-los.

Encontrar um método de comutação para acomodar todas as várias pinagens de base de tubo provou ser fútil, então evitei todo o problema e usei patch cords com cada pino numerado e cada sinal de unidade trazido para conectores banana de 5 vias. Isso me deu flexibilidade de conexão final e me impediu de ficar louco tentando descobrir um bom método de comutação.

Por fim, a maior preocupação era medir a corrente da placa. Eu não medi a corrente do cátodo, pois é a soma de TODAS as correntes do elemento, incluindo a grade da tela. O local onde a corrente da placa é medida (na placa) foi elevado para cerca de 400 V no topo da onda. Então, depois de dividir a tensão da placa em 0-6 V com um divisor de resistor para que os ICs OP-AMP pudessem funcionar com ele, um grande ganho, um amplificador diferencial muito bem balanceado foi necessário. O LMC6082 OP-AMP de dupla precisão fez isso muito bem e para inicializar seu alcance de sinal inclui aterramento para que pudesse ser conectado como fonte única.

As leituras de corrente e tensão da placa foram então enviadas em conectores BNC para um osciloscópio operando no modo A-B, de forma que o gráfico final dessas duas grandezas pudesse ser plotado uma contra a outra.

Algumas pessoas escreveram pedindo uma cópia nítida do esquema, já que aquele que apareceu era muito confuso. Eu o removi e o substituí por uma versão em PDF. A linha verde envolve todo o circuito na pequena placa de circuito com fiação manual. Algumas partes do circuito são expandidas na etapa 7.

Houve algumas surpresas na construção e falarei sobre elas mais tarde.

Etapa 2: Fazendo o painel frontal

Decidi que iria construí-lo em um painel de rack de alumínio de 19”x 7” x 1/8”que por acaso eu tinha colocado ao redor. Posteriormente, seria sustentado por uma caixa de madeira feita de estantes de sucata.

A primeira foto acima mostra algumas das peças principais colocadas no painel para determinar uma boa disposição. O grande espaço aberto representa onde um PCB conectado à mão seria colocado em impasses. Vários arranjos foram tentados. Depois de cobrir todo o painel com fita adesiva e marcar os pontos de perfuração, (tudo que eu tinha eram alguns punções de chassi Greenlee e uma pequena furadeira para fazer os furos), fiz todos os furos. Observação: sempre comece com um orifício piloto pequeno (1/16”), mesmo em alumínio, e vá aumentando o tamanho em etapas. Usei três tamanhos de broca para fazer os furos de 1/2”para os conectores banana. O uso de um punção central também é uma boa ideia.

Na foto, um carretel de fio representa a chave de voltagem do filamento, uma vez que ainda não foi separado de seu transformador.

Furos foram perfurados para dois transformadores neste ponto.

O orifício mais difícil de fazer foi o orifício do soquete de 9 pinos, já que eu não tinha um punção desse diâmetro, mas tive que usar aquele para o orifício do soquete de 7 pinos e depois lixá-lo no tamanho maior. Isso foi um trabalho.

O único orifício retangular era para o botão liga / desliga. Também foi lixado a partir de um orifício redondo.

Etapa 3: Montagem do painel

A primeira coisa a fazer antes de colocar qualquer peça era etiquetar o máximo possível de itens no painel antes de montar qualquer peça. Isso foi feito com algumas letras antigas do LetraSet de transferência que sobraram dos tempos de escola. Pelo que eu sei, isso só pode ser comprado na Inglaterra atualmente. Em seguida, cobri com três camadas de spray transparente Varathane. Não sei o quão durável isso será com o tempo, mas até agora tudo bem … As etapas no interruptor de filamento foram feitas posteriormente à mão, pois eu não tinha letras de tamanho apropriado.

O porta-fusível de cor bege claro está no canto superior direito, perto do orifício de entrada de energia onde o cabo vai. Abaixo dele estão a lâmpada piloto de néon e o botão LIGA-DESLIGA. Você pode ou não notar que a chave parece estar na posição para cima, mas na verdade diz OFF. Esta chave é uma chave de alimentação DPST em inglês. Todos os interruptores de energia lá são UP = OFF / DOWN = ON, não como aqui na América do Norte, onde é o contrário. A lógica usada ao definir o código elétrico para interruptores LIGA / DESLIGA aqui é que quando um acidentalmente cai contra um interruptor, é mais provável aplicar força para baixo do que força para cima e, portanto, foi considerado mais seguro se o que quer que seja controlado por esse interruptor seja DESLIGADO e não LIGADO. Não tenho ideia de por que a Inglaterra é vice-versa, mas gostei da mudança de qualquer maneira. Quando lançado dá um “Thunk” muito sólido.

A chave G2 V é para selecionar a tensão fornecida à grade da tela. Mais tarde, isso se tornaria um pote. O interruptor G1 Step seleciona o tamanho da etapa da grade (atualmente) em etapas de ½ V de 0 a -7,5V ou etapas de 1V de 0 a -15V. Os dois conectores BNC identificados como H e V são sinais verticais e horizontais para o osciloscópio. O conector G BNC é a forma de onda do drive de grade para que possa ser vista, se desejado. As tensões da unidade são os conectores Banana 5-way vermelhos e os pretos são, é claro, ligados aos pinos do soquete. Todos os pinos de soquete numerados correspondentes estão em paralelo.

O botão PUSH TO TEST fecha a conexão com a placa do tubo em teste de forma que ele irá consumir corrente somente quando solicitado. Não adianta virar as costas só para descobrir apenas pelo cheiro que algo não está certo! (Não seria a primeira vez para mim.)

Etapa 4: montagem da placa de circuito

A placa é um pedaço de fibra de vidro perfurada com cerca de 2 "x 5". Eu tentei adivinhar o tamanho da placa e comecei a colar as peças nela. Meu método é construir um pouco - testar - construir um pouco mais - testar, etc. Isso evita que uma parte / circuito defeituoso destrua muitos mais em um piscar de olhos. As tiras de terminais de parafuso são mantidas no lugar com cola epóxi de 2 partes, uma vez que não há circuito de cobre na parte inferior para soldá-la, como é o caso normal.

O circuito foi conectado manualmente usando a tecnologia PTP. Essa é a tecnologia “ponto a ponto”. Grosseiro, mas qualquer sigla faz com que soe de alta tecnologia, certo? Logo à esquerda do pequeno dissipador de calor podem ser vistos dois resistores idênticos de 1 megohm. Estes são os primeiros usados para os resistores de queda de tensão de corrente da placa R3 e R4. Como será visto na etapa 7, eles tiveram que ser substituídos. O circuito não é bonito no fundo, mas eu não estava indo para ser limpo nesta etapa.

Etapa 5: Sim … os fios de remendo

Cortei algumas pontas de teste do medidor inutilizáveis em comprimentos de aproximadamente 7”e soldou plugues de banana em ambas as extremidades. Esses cabos são feitos com um excelente fio flexível que você teria que percorrer um longo caminho para comprar. Os plugues: um vermelho e um preto como você pode ver. O vermelho é para a extremidade do drive e o preto é para o conector do pino do soquete, não que isso importe, mas pareceu melhor que eles correspondam às cores dos conectores que eu tinha. Eu sou tão consciente da moda.

Sabendo que teria que ser capaz de confirmar a calibração da medição da corrente da placa com um método completamente diferente, fiz um patch para o cátodo com uma diferença. Eu mostro com uma pequena caixa com um interruptor. Dentro da caixa está um resistor de 10 Ohm que pode ser conectado ou desconectado do circuito. O cátodo “drive” é na verdade apenas conexão ao terra (0V). Quando o resistor é ligado "em" um osciloscópio pode ser colocado na extremidade catódica do patch e a corrente catódica real de um triodo pode ser medida para confirmar o que sua placa está puxando. Isso pressupõe que a grade está sempre em uma tensão negativa. Normalmente, o resistor é desligado. Quando a chave é movida para frente e para trás durante um teste, a diferença na corrente da placa pode ser vista com toda a família de curvas mudando um pouco para cima e para baixo. O efeito é tão pequeno (talvez 2-4%) que não faz diferença real para qualquer que seja o motivo da medição do tubo, mas ilustra que mesmo um resistor de 10 Ohm no cátodo pode fazer uma mudança visível.

Etapa 6: Casando a placa de circuito com o resto dela

A placa usa terminais de parafuso para conectar os fios para que eu pudesse remover a placa para construção / alterações adicionais após testar peças dela. Coloquei-o em suportes articulados em uma extremidade e retos na outra extremidade para que eu pudesse levantá-lo para ter acesso ao outro lado para medições ou mudanças rápidas sem precisar desconectar um milhão de fios.

Na maior parte do tempo, o calor não era uma preocupação, mas coloquei o regulador positivo de baixa tensão em um pequeno dissipador de calor por uma questão de segurança. Esses reguladores de 3 terminais, como o 7805 que usei, podem dissipar cerca de 1 Watt sem dissipador de calor, mas é sempre bom manter as coisas frias quando há alguma chance de fazer isso por um custo baixo. Seu terminal de aterramento é polarizado em até + 10 V com um transistor 2N3906 e alguns resistores. Isso dá os + 15V em que o amplificador diferencial funciona. Esta é uma boa maneira de obter qualquer tensão desejada de um desses reguladores comuns. A variabilidade ou programação pode ser obtida da mesma forma, usando um potenciômetro ou conversor D / A no lugar de um dos resistores. Uma vez que uma variedade de tensões AC estão disponíveis no Xfrmr, foi fácil escolher uma tensão para este regulador. 25V era isso. E, uma vez que consome tão pouca corrente, a retificação de meia onda funcionou bem para fornecer o regulador.

Como você pode ver pela foto, comecei a amarrar os fios em vez de amarrá-los todos com laços de plástico. Sempre admirei a aparência de um arnês bem amarrado e queria experimentá-lo aqui, mas não havia nenhum cordão à vista. Talvez alguns de vocês saibam onde pode ser obtido. Usei um fio de bordado sugerido pela minha esposa e puxei um pedaço de cera. Usei os nós de laço padrão para meu arnês. Para aqueles que desejam aprender essa arte misteriosa, pesquisar "amarração de arnês" no Google traz alguns sites com instruções.

O antigo verificador de tubos ReadRite tinha um método interessante de calibração. Colocando as extremidades de um potenciômetro de cerâmica em parte do enrolamento primário e conectando o limpador à fonte de tensão da linha, a tensão na qual o testador operou pode ser ajustada acima ou abaixo da nominal para cuidar das variações locais na tensão da parede que podem acontecer de tempos em tempos. (Lembre-se de que este material foi projetado e usado durante os tempos da Segunda Guerra Mundial.) Bem, este potenciômetro apenas teve que ser incluído aqui, uma vez que o transformador foi projetado de forma que nenhuma das extremidades do enrolamento estivesse na tensão nominal da linha e, portanto, não poderia ser usado como- é. Aquela panela, que fica bem quente, pode ser vista como o objeto branco preso pelas fitas de metal perfuradas do encanador perto do transformador.

Quando descobri o que eram todas as ligações anônimas do antigo transformador de filamento ReadRite, descobri, é claro, que ele tinha um enrolamento de alta tensão! Então minha fonte de tensão da placa foi resolvida e eu eliminei um transformador.

Etapa 7: Um pouco mais sobre o circuito

O gerador de polarização: para manter as coisas relativamente simples e com baixa corrente, a lógica CMOS da série 4000 foi usada. Este material que era onipresente na década de 1980 funciona em qualquer voltagem de 3V a 18V. Isso significa que a potência pode estar em qualquer lugar nessa faixa, pode mudar se necessário e, de fato, funcionará mesmo se houver uma grande quantidade de ondulação ou outro ruído nela. É ótimo para aplicativos alimentados por bateria. Ainda pode ser adquirido hoje em qualquer um dos pontos de venda habituais (Mouser, Digi-Key, etc.), mesmo que eles não estejam fazendo todos os tipos que costumavam fazer. Ele também atrai a potência de agachamento. Então eu usei um contador de 12 bits 4040 que eu tinha como contador de 4 bits para a revisão da tensão de polarização. O tamanho do passo é alterado alterando a tensão do barramento de alimentação para ele. Uma vez que a tensão de polarização do tubo deve ser negativa, o contador é operado entre o terra como seu trilho positivo e um trilho negativo para a outra extremidade. O pino “VDD” é então aterrado. Um TIP 107 com uma rede de polarização semelhante à 7805 fornece a tensão de alimentação negativa para o pino “VSS” do chip. Um switch montado em painel com potenciômetros para cada faixa calibra a polarização máxima gerada. O contador aciona uma escada de resistor R-2R barata para fazer um conversor Dig-Analógico simples e depois ir para o conector banana.

O amplificador de corrente da placa: Como a corrente da placa é detectada com um resistor de 100 Ohm, R1 em série com a placa, sua tensão é elevada para cerca de 400V. Ele foi reduzido com duas divisórias de resistor, uma para cada extremidade do resistor de 100 Ohm. É mostrado como R3, R4, R5. R6 no esquema e no pote de pequeno valor e colocado próximo ao botão Pressione para testar no esquema. O potenciômetro equilibra esses dois divisores para que a saída do amplificador indique zero quando a corrente zero flui na placa do tubo. Usei pela primeira vez alguns resistores antigos de grande valor para o R3, R4, mas quando experimentei as curvas que obtive pareciam mais balões de palavras do que linhas simples. Incluo uma foto do que vi. Você também pode ver que a tela está um pouco comprimida na linha de base. Mudei esses resistores para resistores de 5% mais modernos e recalibrei. Mesma coisa, mas um pouco menos. Cada curva na tela leva 1/120 de segundo para traçar com o ponto do osciloscópio primeiro subindo na curva e depois descendo da mesma maneira. Mas entre essas duas excursões, o resistor aquece e depois esfria o suficiente para alterar seu valor! Os resistores mudarão de valor dependendo da temperatura, não muito, mas irão mudar. Não achei que isso pudesse acontecer tão rápido, mas mudá-los novamente para tipos de filme de metal a 1% resolveu o problema em grande parte.

O amplificador é um amplificador diferencial convencional usado para instrumentação, mas com uma chave seletora de mudança de ganho para fornecer duas faixas de saída e dois potenciômetros para calibração de faixa. Isso fornece escalas de saída de 2 V / 1 mA e 2 V / 10 mA.

O circuito de transmissão da grade da tela é simplesmente um potenciômetro filtrado pendurado na fonte de tensão da placa retificada com um transistor de alta tensão como seguidor de emissor para conduzir a tensão ao conector banana. O filtro é bastante lento e leva alguns segundos para estabilizar quando o botão dos potenciômetros é movido.

Etapa 8: Operação

Eu liguei.

Depois que a fumaça se dissipou … o circuito funcionou surpreendentemente bem. Descobri que o equilíbrio do amplificador diferencial precisava de cerca de 20 minutos de tempo de aquecimento para se estabelecer razoavelmente bem. Após esse tempo, o potenciômetro de equilíbrio de 25 Ohms precisou ser ajustado para fornecer uma linha muito horizontal no osciloscópio quando não houver fluxo de corrente da placa. Depois de ajustar isso na placa toda vez que eu usei a unidade, ela foi removida do painel e aparece como um botão marrom de tamanho médio próximo aos conectores banana vermelha. Não sei por que não fiz isso antes.

São mostradas algumas capturas de tela das curvas obtidas.

Como cada curva na tela é gerada em 1/60 de segundo e há 16 para uma varredura antes de se repetir, as varreduras chegam a cerca de 4 varreduras por segundo. Este piscar funciona, mas não é muito divertido ao tentar fazer uma medição. Uma solução é capturar cada plotagem com uma longa exposição na câmera. Ou … use um escopo de armazenamento. O que você vê é algo antigo, mas muito bom - um osciloscópio de armazenamento analógico HP 1741A com persistência variável. O display irá florescer depois de um tempo, mas por cerca de 30 segundos apresenta um gráfico bastante assistível. Ele irá armazenar uma tela, não exibida, por horas. Está bem.

São apresentadas imagens de curvas para um pentodo 6AU6A, bem como um triodo 6DJ8. O 6DJ8 tem fatores de escala de 50 V / divisão horizontalmente e 10 mA / divisão verticalmente, enquanto o 6AU6A tem fator de escala de 50 V / divisão horizontalmente e 2,5 mA / divisão verticalmente. Esses fatores de escala são uma combinação da faixa de saída do curve tracer e a sensibilidade vertical ajustada no osciloscópio. Zero em todos os casos é o canto esquerdo inferior da tela. Estas foram tiradas simplesmente segurando a câmera perto da tela do osciloscópio. Depois de aguentar isso por um tempo, decidi tomar uma atitude drástica e criar um método REALMENTE cafona de segurar a câmera presa ao telescópio … mais encanadores amarrando. A câmera é montada nele com um parafuso curto de 1/4”através da parte inferior em seu orifício de montagem. Mirar a câmera equivalia a torcer a cinta para a direita. Obviamente, não posso mostrar a câmera neste suporte, pois ela foi necessária para tirar a foto!

Etapa 9: A caixa e o artigo final

A caixa, como todas as outras partes deste projeto, foi montada com o material de refugo disponível. É uma caixa simples de quatro lados sem fundo, mas pés de borracha aparafusados. As peças foram recortadas em uma serra de vidro de uma estante sobressalente de aglomerado que tinha 3 lados cobertos com o mesmo verniz que os lados superior e inferior. Os cortes foram feitos lembrando que as bordas com folheado devem ficar na frente da caixa. A borda não inclinada era inescapavelmente mostrada na parte de trás e na parte inferior. As peças são fixadas com parafusos de aglomerado que sobraram de alguns armários de cozinha Ikea de 10 anos atrás. As cabeças dos parafusos são cobertas por tampas de cabeça de parafuso push-on de plástico branco da mesma origem e, em seguida, coloridas de preto com um marcador permanente. A caixa demorou cerca de 2 horas e meia para ser feita.

Etapa 10: finalmente

A unidade respondeu às minhas perguntas sobre a polarização de 6AU6As e me permitiu ajustar o design do meu amplificador para levar em consideração válvulas antigas. Simplificando, eles conduzem pior à medida que envelhecem.

Obviamente, a unidade poderia ser aprimorada com mais sinos e assobios. Seria bom ter um medidor de tensão de painel digital que indica a tensão da grade da tela discada com aquele botão, entre outros. Além disso, mais e maiores intervalos de polarização de grade de controle ou tamanhos de passo. E já que estamos nisso, que tal capturar o enredo na memória interna para que possa ser carregado em um PC. Talvez o curve tracer possa ser baseado no Windows e vir com um mouse. Em seguida, os testes podem ser feitos de qualquer lugar com conexão à Internet. Ou talvez não. P. S. Concluí algumas melhorias neste TCT aqui: