Trazador de curvas de tubo: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Esto es para todos los hackers y entusiastas de los amplificadores de válvulas. Quería construir un amplificador estéreo de válvulas del que pudiera estar orgulloso. Sin embargo, mientras lo conectaba, descubrí que algunos 6AU6 simplemente se negaban a sesgar donde deberían.

Tengo una copia de 1966 del Manual del tubo receptor de RCA y, después de haber diseñado dispositivos electrónicos de todo tipo durante unos 30 años, entiendo que los datos publicados en un dispositivo deben tomarse a veces con un mínimo de escepticismo. Pero los datos del tubo publicados en estos libros definitivamente NO son garantía de comportamiento en un circuito real para ningún espécimen.

Me gustan los gráficos familiares de curva de placa pequeña, como en la imagen de arriba, en el libro y ESO es lo que quería ver para los tubos que tenía. El uso de un probador de tubos, incluso uno bien calibrado y de alta calidad, solo le dará un punto de datos en una curva de placa entre esa familia. Y ni siquiera sabes qué curva es. No es muy esclarecedor. Comprar un trazador de curvas en el mercado puede ser costoso y poco común (puede encontrar un antiguo TEK 570 en EBAY una vez al año por $ 3000 o más) y encontrar uno localmente no está disponible.

Entonces decidí construir uno. PD He completado algunas mejoras a este TCT aquí:

Paso 1: el diseño del circuito

Necesitaba un circuito que fuera relativamente simple pero que proporcionara un voltaje alto de la rejilla de la placa y la pantalla, así como un voltaje de la rejilla de control escalonado con pasos de ½ V, 1 V cada uno, etc. Para la unidad de placa utilicé media onda sinusoidal directamente. un devanado de transformador de alto voltaje desde que me di cuenta de que la corriente de placa seguiría el mismo camino característico subiendo por la onda que bajando. No es necesario que la forma de onda sea precisa, calibrada o de ninguna forma particular siempre que suba y baje de forma no abrupta. Ni siquiera tenía que tener siempre la misma forma cada vez que subía o bajaba. La forma de la curva resultante está determinada únicamente por las características del tubo sometido a prueba. Esto eliminó cualquier necesidad de un generador de rampa de alta tensión de precisión, pero todavía necesitaba adquirir el transformador para esto …

Quería tener varias tomas de tubo para los diversos tipos de bases existentes, pero finalmente me decidí por cuatro: miniatura de 7 y 9 pines más tomas octales. También incluí un enchufe de 4 pines para permitir probar tubos rectificadores viejos.

El generador de polarización escalonada es un cursi convertidor de digital a analógico tipo escalera R-2R de 4 bits impulsado por un contador avanzado por la onda de 60 Hz desde otro devanado del transformador.

El voltaje del filamento provino de un transformador arrancado de un viejo comprobador de tubos ReadRite de la década de 1940 que proporcionaba muchos voltajes de filamento de 1.1 V a 110 V Y un interruptor para seleccionarlos.

Encontrar un método de conmutación para acomodar todos los diversos y diversos pines de la base del tubo resultó ser inútil en el mejor de los casos, así que evité todo el problema y utilicé cables de conexión con cada pin numerado y cada señal de transmisión llevada a conectores banana de 5 vías. Esto me dio la máxima flexibilidad de conexión y evitó que me volviera loco tratando de encontrar un buen método de conmutación.

Finalmente, la mayor preocupación fue medir la corriente de la placa. No medí la corriente del cátodo ya que es la suma de TODAS las corrientes de los elementos, incluida la cuadrícula de la pantalla. El lugar donde se mide la corriente de la placa (en la placa) se elevó a unos 400 V en la parte superior de la onda. Entonces, después de dividir el voltaje de la placa a 0-6V con un divisor de resistencia para que los circuitos integrados OP-AMP pudieran funcionar con él, se necesitaba un amplificador diferencial de gran ganancia y muy bien equilibrado. El OP-AMP de precisión dual LMC6082 hizo esto muy bien y, para arrancar, su rango de señal incluye tierra para que pueda conectarse como fuente única.

Las lecturas de la corriente de la placa y del voltaje de la placa se emitieron luego en conectores BNC a un osciloscopio que operaba en modo A-B para que el gráfico final de estas dos cantidades pudiera trazarse entre sí.

Algunas personas han escrito pidiendo una copia clara del esquema, ya que el que aparece era bastante borroso. Lo eliminé y lo reemplacé con una versión en PDF. La línea verde encierra todo el circuito en la pequeña placa de circuito cableado a mano. Un par de partes del circuito se amplían en el paso 7.

Hubo un par de sorpresas en la construcción y hablaré de ellas más adelante.

Paso 2: hacer el panel frontal

Decidí que lo construiría en un panel de bastidor de aluminio de 19”x 7” x 1/8”de espesor que tenía por ahí. Más tarde sería sostenido por una caja de madera hecha de estanterías de chatarra.

La primera foto de arriba muestra algunas de las partes principales colocadas en el panel para determinar una buena disposición. El gran espacio abierto representa el lugar donde se colocaría un PCB cableado a mano en los separadores. Se probaron varios arreglos. Después de cubrir todo el panel con cinta de pintor y marcar los puntos de perforación (todo lo que tenía eran un par de punzones de chasis Greenlee y una pequeña prensa de taladro para hacer agujeros) perforé todos los agujeros. Nota: siempre comience con un orificio piloto pequeño (1/16”), incluso en aluminio, y vaya aumentando gradualmente hasta alcanzar el tamaño más grande. Usé tres tamaños de broca para hacer los agujeros de 1/2”para los conectores banana. El uso de un punzón central también es una buena idea.

En la imagen, un carrete de alambre representa el interruptor de voltaje del filamento, ya que aún no se separó de su transformador.

En este punto, se perforaron agujeros para dos transformadores.

El orificio más difícil de hacer fue el orificio del zócalo de 9 pines, ya que no tenía un punzón de ese diámetro, pero tuve que usar el para el orificio del zócalo de 7 pines y luego limarlo al tamaño más grande. Eso fue un trabajo.

El único agujero rectangular era para el interruptor de encendido. También fue limado por un agujero redondo.

Paso 3: Montaje del panel

Lo primero que debía hacer antes de que hubiera piezas en él era etiquetar la mayor cantidad posible de elementos en el panel antes de montar las piezas. Esto se hizo con algunas letras antiguas de LetraSet transferidas que quedaron de los días escolares. Hasta donde yo sé, esto solo se puede comprar en Inglaterra hoy en día. Luego lo cubrí con tres capas de recubrimiento Varathane en aerosol transparente. No sé qué tan duradero será esto con el tiempo, pero hasta ahora todo va bien … Los pasos en el interruptor de filamento se hicieron más tarde a mano ya que no tenía letras de un tamaño apropiado.

El portafusibles de color beige claro está en la parte superior derecha cerca del orificio de entrada de energía donde va el cable. Debajo están la lámpara piloto de neón y el interruptor de ENCENDIDO-APAGADO. Puede que note o no que el interruptor parece estar en la posición hacia arriba, pero de hecho dice APAGADO. Este interruptor es un interruptor de encendido DPST inglés. Todos los interruptores de encendido están ARRIBA = APAGADO / ABAJO = ENCENDIDO, no como aquí en América del Norte, donde es al revés. La lógica utilizada al configurar el código eléctrico para los interruptores de ENCENDIDO / APAGADO aquí es que cuando uno cae accidentalmente contra un interruptor, es más probable que aplique fuerza hacia abajo que hacia arriba y, por lo tanto, se consideró más seguro si todo lo que está controlado por ese interruptor se apaga y no se enciende.. No tengo idea de por qué Inglaterra es al revés, pero me gustó el cambio de todos modos. Cuando se lanza da un “Thunk” muy sólido.

El interruptor G2 V sirve para seleccionar el voltaje suministrado a la rejilla de la pantalla. Esto luego se convertiría en una olla. El interruptor de paso G1 selecciona el tamaño del paso de la red (actualmente) en pasos de ½ V de 0 a -7.5V o pasos de 1V de 0 a -15V. Los dos conectores BNC etiquetados como H y V son señales verticales y horizontales al osciloscopio. El conector G BNC es la forma de onda de la unidad de red para que se pueda ver si se desea. Los voltajes de la unidad son los conectores banana rojos de 5 vías y los negros, por supuesto, están conectados a los pines del zócalo. Todos los pines del zócalo numerados correspondientemente están en paralelo.

El botón PUSH TO TEST cierra la conexión a la placa del tubo bajo prueba de modo que estará consumiendo corriente solo cuando se le solicite. ¡No tiene sentido dar la espalda solo para descubrir solo por el olfato que algo no está bien! (No sería la primera vez para mí).

Paso 4: Montaje de la placa de circuito

El tablero es un trozo de fibra de vidrio perforada de aproximadamente 2 "x 5". Adiviné el tamaño de la tabla y empecé a pegarle piezas. Mi método es construir un poco - probarlo - construir un poco más - probarlo, etc. Esto evita que una parte / circuito defectuoso destruya muchos más con todo en un instante. Las tiras de terminales de tornillo se mantienen en su lugar con pegamento epoxi de 2 partes, ya que no hay un circuito de cobre en la parte inferior para soldarlo, como es el caso habitual.

El circuito fue cableado a mano usando tecnología PTP. Eso es tecnología "punto a punto". Crudo, pero cualquier acrónimo lo hace sonar de alta tecnología, ¿verdad? Justo a la izquierda del pequeño disipador de calor se pueden ver dos resistencias idénticas de 1 megaohmio. Estos son los que utilicé por primera vez para las resistencias de caída de voltaje de corriente de placa R3 y R4. Como se verá en el paso 7, estos tuvieron que ser reemplazados. El circuito no es bonito en la parte inferior, pero tampoco estaba buscando pulcritud en este paso.

Paso 5: Oh, sí … los cables de conexión

Corté algunos cables de prueba del medidor inutilizables en longitudes de aproximadamente 7”y soldé enchufes tipo banana en ambos extremos. Esos cables están hechos con un gran cable flexible que tendría que recorrer un largo camino para comprar. Los tapones: uno rojo y otro negro como puedes ver. El rojo es para el extremo de la unidad y el negro es para el extremo del conector de clavija del zócalo, no es que importe, pero parecía mejor que coincidieran con los colores de los conectores que tenía. Soy tan consciente de la moda.

Sabiendo que tendría que poder confirmar la calibración de la medición de corriente de la placa con un método completamente diferente, hice un parche para el cátodo con una diferencia. Lo muestro con una pequeña caja con un interruptor. Dentro de la caja hay una resistencia de 10 ohmios que se puede conectar o desconectar del circuito. El "accionamiento" del cátodo es en realidad una conexión a tierra (0 V). Cuando la resistencia se enciende, se puede colocar un visor en el extremo del cátodo del parche y se puede medir la corriente del cátodo real de un triodo para confirmar lo que está dibujando su placa. Esto supone que la rejilla siempre tiene un voltaje negativo.. Normalmente, la resistencia se apaga. Cuando el interruptor se mueve hacia adelante y hacia atrás durante una prueba, la diferencia en la corriente de la placa se puede ver con toda la familia de curvas moviéndose un poco hacia arriba y hacia abajo. El efecto es tan pequeño (tal vez 2-4%) que no hace ninguna diferencia real con respecto al motivo de la medición del tubo, pero ilustra que incluso una resistencia de 10 ohmios en el cátodo puede hacer un cambio visible.

Paso 6: unir la placa de circuito con el resto

La placa utiliza terminales de tornillo para conectar los cables de modo que pueda quitar la placa para una mayor construcción / cambios después de probar partes de ella. Lo puse en separadores con bisagras en un extremo y rectos en el otro extremo para poder levantarlo y acceder al otro lado para realizar mediciones o cambios rápidos sin necesidad de desconectar un millón de cables.

En su mayor parte, el calor no era una preocupación, pero puse el regulador positivo de bajo voltaje en un pequeño disipador de calor por razones de seguridad. Esos reguladores de 3 terminales como el 7805 que utilicé pueden disipar alrededor de 1 vatio sin disipador de calor, pero siempre es bueno mantener las cosas frescas cuando existe la posibilidad de hacerlo por poco dinero. Su terminal de tierra está polarizado hasta + 10V con un transistor 2N3906 y un par de resistencias. Esto da los + 15V con los que funciona el amplificador diferencial. Esta es una buena forma de obtener el voltaje que desee de uno de esos reguladores comunes. La variabilidad o programabilidad se puede obtener de la misma manera usando un potenciómetro o un convertidor D / A en lugar de una de las resistencias. Dado que el Xfrmr ofrece una variedad de voltajes de CA, fue fácil elegir un voltaje para este regulador. 25V fue eso. Y dado que consume tan poca corriente, la rectificación de media onda funcionó bien para alimentar el regulador.

Como puede ver en la imagen, comencé a atar los cables en lugar de atarlos todos con bridas de plástico. Siempre he admirado el aspecto de un arnés bien atado y quería probarlo aquí, pero no había cordón para atar por ningún lado. Quizás algunos de ustedes sepan dónde se puede conseguir. Usé un poco de hilo de bordar sugerido por mi esposa sobre un trozo de cera. Usé los nudos de cordones estándar para mi arnés. Para aquellos que estén dispuestos a aprender este arte arcano, buscar en Google "lazada del arnés" muestra un par de sitios de cómo hacerlo.

El antiguo comprobador de tubos ReadRite tenía un método de calibración interesante. Al colocar los extremos de una olla de cerámica a través de parte del devanado primario y conectar el limpiador a la fuente de voltaje de línea, el voltaje al que operaba el probador podría ajustarse por encima o por debajo del nominal para atender las variaciones locales en el voltaje de la pared que puedan ocurrir. de vez en cuando. (Recuerde que este material fue diseñado y usado durante la era de la Segunda Guerra Mundial). Bueno, esta olla solo tenía que incluirse aquí ya que el transformador fue diseñado para que ninguno de los extremos de ese devanado parcial estuviera al voltaje de línea nominal y, por lo tanto, no se pudiera usar como- es. Esa olla, que se calienta bastante, puede verse como el objeto blanco sostenido por los flejes de metal perforados de los plomeros cerca del transformador.

Cuando llegué a descubrir cuáles eran todos los cables anónimos del antiguo transformador de filamento ReadRite, descubrí, por supuesto, que tenía un devanado de alto voltaje. Entonces mi fuente de voltaje de placa se resolvió y eliminé un transformador.

Paso 7: un poco más sobre el circuito

El generador de sesgo: para mantener las cosas relativamente simples y de baja corriente, se utilizó la lógica CMOS de la serie 4000. Este material que era omnipresente en la década de 1980 funcionará con cualquier voltaje de 3V a 18V. Esto significa que la potencia puede estar en cualquier lugar de ese rango, puede cambiar si es necesario y, de hecho, funcionará incluso si hay grandes cantidades de ondulación u otro ruido en ella. Es ideal para aplicaciones que funcionan con baterías. Todavía se puede tener hoy en cualquiera de los puntos de venta habituales (Mouser, Digi-Key, etc.) incluso si no están fabricando todos los tipos que solían hacer. También se acerca a la potencia de las sentadillas. Así que utilicé un contador 4040 de 12 bits que tenía por ahí como contador de 4 bits para el paso del voltaje de polarización. El tamaño del paso se cambia cambiando el voltaje de la línea de tensión para él. Dado que el voltaje de polarización del tubo debe ser negativo, el contador se opera entre tierra como su riel positivo y un riel negativo para el otro extremo. Por tanto, el pin "VDD" está conectado a tierra. Un TIP 107 con una red de polarización similar al 7805 suministra los voltios de suministro negativos al pin "VSS" del chip. Un interruptor montado en el panel con potenciómetros para cada rango calibra el sesgo máximo generado. El contador impulsa una escalera de resistencia R-2R barata para hacer un convertidor analógico digital simple y luego sale al conector banana.

Amplificador de corriente de placa: dado que la corriente de placa se detecta con una resistencia de 100 ohmios, R1 en serie con la placa, su voltaje se eleva a unos 400 V. Se hizo más pequeño con dos divisores de resistencia, uno para cada extremo de la resistencia de 100 ohmios. Se muestra como R3, R4, R5. R6 en el esquema y la olla de valor pequeño y se coloca cerca del botón Push To Test en el esquema. El potenciómetro equilibra estos dos divisores para que la salida del amplificador sea cero cuando la corriente cero fluya en la placa del tubo. Primero utilicé algunas resistencias antiguas de gran valor para el R3, R4, pero cuando lo probé, las curvas se parecían más a globos de palabras que a líneas simples. Incluyo una foto de lo que vi. También puede ver que la pantalla está un poco aplastada en la línea de base. Cambié estas resistencias a resistencias más modernas al 5% y las volví a calibrar. Lo mismo pero un poco menos. Cada curva en la pantalla toma 1/120 de segundo para trazar con el punto del alcance primero subiendo la curva y luego bajando de la misma manera. ¡Pero entre esas dos excursiones, la resistencia se calentaría y luego se enfriaría lo suficiente como para cambiar su valor! Las resistencias cambiarán de valor dependiendo de la temperatura, no mucho, pero lo harán. No pensé que pudiera suceder tan rápido, pero cambiarlos nuevamente a tipos de película metálica al 1% resolvió en gran medida el problema.

El amplificador es un amplificador diferencial convencional como el que se usa para la instrumentación, pero con un interruptor de palanca que cambia la ganancia para darle dos rangos de salida y dos potenciómetros para la calibración del rango. Esto da escalas de salida de 2V / 1mA y 2V / 10mA.

El circuito de control de la rejilla de la pantalla es simplemente una olla filtrada que cuelga de la fuente de voltaje de la placa rectificada con un transistor de alto voltaje como seguidor del emisor para impulsar el voltaje en el conector banana. El filtro es bastante lento y tarda un par de segundos en asentarse cuando se mueve la perilla de las ollas.

Paso 8: Operación

Lo encendí.

Después de que el humo se disipó… el circuito funcionó sorprendentemente bien. Descubrí que el equilibrio del amplificador diferencial necesitaba unos 20 minutos de calentamiento para asentarse bastante bien. Después de ese tiempo, la olla de equilibrio de 25 ohmios debe ajustarse para dar una línea muy horizontal en el alcance cuando no fluye la corriente de la placa. Después de un tiempo de ajustar esto en el tablero cada vez que usé la unidad, se quitó del panel y aparece como la perilla marrón de tamaño mediano cerca de los conectores banana rojos. No sé por qué no lo hice antes.

Se muestran un par de capturas de pantalla de curvas obtenidas.

Dado que cada curva en la pantalla se genera en 1/60 de segundo y hay 16 en un escaneo antes de que se repita, entonces los escaneos llegan a aproximadamente 4 escaneos por segundo. Este parpadeo funciona, pero no es realmente divertido cuando se intenta realizar una medición. Una solución es capturar cada gráfico con una exposición prolongada en la cámara. O … use un alcance de almacenamiento. Lo que ve es antiguo pero bueno: un osciloscopio de almacenamiento analógico HP 1741A con persistencia variable. La pantalla florecerá después de un tiempo, pero durante unos 30 segundos presenta un gráfico muy visible. Almacenará una pantalla, sin mostrar, durante horas. Está bien.

Se presentan tomas de curvas para un pentodo 6AU6A y un triodo 6DJ8. El 6DJ8 tiene factores de escala de 50 V / división horizontalmente y 10 mA / división verticalmente, mientras que el 6AU6A tiene un factor de escala de 50 V / división horizontalmente y 2,5 mA / división verticalmente. Estos factores de escala son una combinación del rango de salida del trazador de curvas y la sensibilidad vertical marcada en el osciloscopio. Cero en todos los casos es la esquina inferior izquierda de la pantalla. Estos se tomaron simplemente sosteniendo la cámara cerca de la pantalla del osciloscopio. Después de aguantar esto por un tiempo, decidí tomar una acción drástica y improvisé un método REALMENTE cursi para sostener la cámara unida al alcance … más plomeros atados. La cámara se monta en ella con un perno corto de 1/4”a través de la parte inferior en su orificio de montaje. Apuntar la cámara equivalía a girar las correas a la perfección. ¡Obviamente, no puedo mostrar la cámara en esta montura ya que era necesaria para tomar la foto!

Paso 9: el recuadro y el artículo final

La caja, como todas las demás partes de este proyecto, se armó con material de desecho disponible. Es una caja simple de cuatro lados sin fondo pero con patas de goma atornilladas. Las piezas se cortaron con sierra de calar de una estantería de tablero de partículas de repuesto que tenía 3 lados cubiertos con la misma chapa que los lados superior e inferior. Los cortes se realizaron teniendo en cuenta que los bordes con chapa deben verse en el frente de la caja. El borde sin revestimiento se mostraba ineludiblemente en la parte posterior e inferior. Las piezas se mantienen unidas con tornillos de tablero de partículas que quedaron de algunos gabinetes de cocina de Ikea de hace 10 años. Las cabezas de los tornillos se cubren con tapas de plástico blanco de la misma fuente y luego se colorean de negro con un marcador permanente. La caja tardó aproximadamente 2 horas y media en fabricarse.

Paso 10: finalmente

La unidad ha respondido a mis preguntas sobre la polarización de 6AU6A y me ha permitido ajustar el diseño de mi amplificador para tener en cuenta los tubos antiguos. En pocas palabras, se comportan peor a medida que envejecen.

Obviamente, la unidad podría mejorarse con más campanas y silbidos. Sería bueno tener un medidor de voltaje de panel digital que indique el voltaje de la red de la pantalla marcado con esa perilla, entre otros. También más rangos de polarización o tamaños de paso de la cuadrícula de control. Y ya que estamos en eso, ¿qué tal si capturamos la trama en la memoria interna para que se pueda cargar en una PC? Quizás el trazador de curvas podría estar basado en Windows y venir con un mouse. Luego, las pruebas se pueden realizar desde cualquier lugar con conexión a Internet. O tal vez no. PD He completado un par de mejoras a este TCT aquí: