Tube Curve Tracer - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Dit is voor al die buizenversterker-enthousiastelingen en hackers die er zijn. Ik wilde een buizenstereoversterker bouwen waar ik trots op kon zijn. Tijdens het bedraden ontdekte ik echter dat sommige 6AU6's gewoon weigerden te biasen waar ze zouden moeten.

Ik heb een exemplaar uit 1966 van de RCA Receiving Tube Manual en ik heb ongeveer 30 jaar allerlei soorten elektronica ontworpen. Ik begrijp dat de gepubliceerde gegevens op een apparaat soms met een korreltje zout moeten worden genomen. Maar de buisgegevens die in deze boeken worden gepubliceerd, zijn absoluut GEEN garantie voor gedrag in een echt circuit voor welk exemplaar dan ook.

Ik hou van de familiegrafieken met kleine plaatcurves, zoals op de afbeelding hierboven, in het boek en DAT is wat ik wilde zien voor de buizen die ik had. Met behulp van een buizentester, zelfs een goed gekalibreerde, hoogwaardige tester, krijgt u slechts één gegevenspunt op één plaatcurve binnen die familie. En je weet niet eens welke curve het is. Het is niet erg verhelderend. Het kopen van een curve-tracer op de markt kan duur en zeldzaam zijn (misschien vindt u eenmaal per jaar een oude TEK 570 op EBAY voor $ 3000 of meer) en het is niet mogelijk om er een lokaal te vinden.

Dus besloot ik er een te bouwen. PS Ik heb hier enkele verbeteringen aan deze TCT doorgevoerd:

Stap 1: Het circuitontwerp

Ik had een circuit nodig dat relatief eenvoudig zou zijn, maar dat een hoge plaat- en schermroosterspanning zou bieden, evenals een stappende stuurroosterspanning met stappen van ½ V, 1V elk, enz. Voor de plaataandrijving gebruikte ik een halve sinusgolf recht uit een hoogspanningstransformatorwikkeling omdat ik me realiseerde dat de plaatstroom hetzelfde karakteristieke pad zou volgen dat de golf opgaat als naar beneden. De golfvorm hoeft niet precies, gekalibreerd of een bepaalde vorm te zijn, zolang deze maar op een niet-abrupte manier stijgt en daalt. Het hoefde niet eens consequent dezelfde vorm te hebben elke keer dat het opkwam of viel. De vorm van de resulterende curve wordt uitsluitend bepaald door de kenmerken van de te testen buis. Dit elimineerde de noodzaak voor een nauwkeurige hoogspanningshellinggenerator, maar ik moest nog steeds de transformator hiervoor aanschaffen …

Ik wilde meerdere buisvoeten hebben voor de verschillende bestaande basistypes, maar kwam uiteindelijk uit op vier: 7- en 9-pins miniatuur plus octale sockets. Ik heb ook een 4-pins aansluiting meegeleverd om oude gelijkrichtbuizen te kunnen testen.

De getrapte bias-generator is een goedkope 4-bit R-2R laddertype digitaal-naar-analoogomzetter aangedreven door een teller die wordt voortbewogen door de 60 Hz-golf van een andere wikkeling op de transformator.

De gloeispanning kwam van een transformator die uit een oude ReadRite-buiscontroleur uit de jaren 40 was gescheurd en die veel gloeispanningen leverde van 1,1 V tot 110 V EN een schakelaar om ze te selecteren.

Het vinden van een schakelmethode om alle verschillende en diverse pin-outs van de buisbasis te accommoderen, bleek op zijn best nutteloos te zijn, dus ik vermeed het hele probleem en gebruikte patchkabels met elke genummerde pin en elk aandrijfsignaal werd naar 5-weg banaanconnectoren geleid. Dit gaf me de ultieme verbindingsflexibiliteit en verhinderde me om mentaal te gaan zoeken naar een goede schakelmethode.

Ten slotte was de grootste zorg het meten van de plaatstroom. Ik heb de kathodestroom niet gemeten, omdat deze de som is van ALLE elementstromen inclusief het schermraster. De plaats waar de plaatstroom wordt gemeten (bij de plaat) werd verhoogd tot ongeveer 400V aan de bovenkant van de golf. Dus na het delen van de plaatspanning tot 0-6V met een weerstandsdeler, zodat OP-AMP IC's ermee konden werken, was een zeer goed gebalanceerde differentiële versterker met grote versterking nodig. De LMC6082 dual-precisie OP-AMP deed dit heel goed en om op te starten bevat het signaalbereik ook aarde, zodat het kan worden aangesloten als single-supply.

Zowel plaatstroom- als plaatspanningsmetingen werden vervolgens uitgevoerd op BNC-connectoren naar een oscilloscoop die in A-B-modus werkte, zodat de uiteindelijke grafiek van deze twee grootheden tegen elkaar kon worden uitgezet.

Sommige mensen hebben geschreven om een duidelijke kopie van het schema te vragen, omdat het schema dat verschijnt nogal vaag was. Ik heb het verwijderd en vervangen door een PDF-versie. De groene lijn omsluit het hele circuit op de kleine handbedrade printplaat. In stap 7 worden een aantal onderdelen van het circuit uitgebreid.

Er waren een paar verrassingen in de build en daar zal ik het later over hebben.

Stap 2: Het voorpaneel maken

Ik besloot dat ik het zou bouwen op een 19 "x 7" x 1/8 "thk aluminium rackpaneel dat ik toevallig had liggen. Het zou later worden ondersteund door een houten kist gemaakt van schrootrekken.

De eerste foto hierboven toont enkele van de belangrijkste onderdelen die op het paneel zijn geplaatst om een goede opstelling te bepalen. De grote open ruimte geeft aan waar een met de hand bedrade PCB op afstandhouders zou worden geplaatst. Er werden verschillende arrangementen uitgeprobeerd. Nadat ik het hele paneel had bedekt met schilderstape en de boorpunten had gemarkeerd (ik had alleen een paar Greenlee-chassisponsen en een kleine boormachine om gaten mee te maken) boorde ik alle gaten. Let op: begin altijd met een klein (1/16”) geleidegat, ook in aluminium, en werk stapsgewijs naar de grotere maat toe. Ik heb drie maten boor gebruikt om de 1/2 gaten voor de banaanconnectoren te maken. Het gebruik van een centerpons is ook een goed idee.

Op de afbeelding staat een draadspoel voor de gloeispanningsschakelaar, aangezien deze nog niet van zijn transformator was gescheiden.

Op dit punt werden gaten geboord voor twee transformatoren.

Het moeilijkste gat om te maken was het 9-pins socketgat, omdat ik geen pons met die diameter had, maar die voor het 7-pins socketgat moest gebruiken en het vervolgens naar het grotere formaat moest vijlen. Dat was een baan.

Het enige rechthoekige gat was voor de aan / uit-schakelaar. Het werd ook uit een rond gat gevijld.

Stap 3: Het paneel monteren

Het eerste wat ik moest doen voordat er onderdelen op zaten, was om zoveel mogelijk items op het paneel te labelen voordat ik onderdelen monteerde. Dit werd gedaan met wat oude transfer LetraSet-letters die over waren van schooltijd. Voor zover ik weet is deze tegenwoordig alleen in Engeland te koop. Ik heb het vervolgens bedekt met drie lagen transparante spray Varathane-coating. Ik weet niet hoe duurzaam dit in de loop van de tijd zal zijn, maar tot nu toe zo goed … De stappen op de filamentschakelaar werden later met de hand gedaan omdat ik geen belettering van een geschikt formaat had.

De lichtbeige gekleurde zekeringhouder bevindt zich rechtsboven bij het stroomingangsgat waar het snoer gaat. Daaronder bevinden zich de neon-controlelamp en de AAN-UIT-schakelaar. U merkt misschien wel of niet dat de schakelaar omhoog lijkt te staan, maar in feite UIT zegt. Deze schakelaar is een Engelse DPST-schakelaar. Alle stroomschakelaars daar zijn UP=OFF/DOWN=ON, niet zoals hier in Noord-Amerika waar het andersom is. De logica die wordt gebruikt bij het instellen van de elektrische code voor AAN / UIT-schakelaars hier is dat wanneer iemand per ongeluk tegen een schakelaar valt, het waarschijnlijker is dat er neerwaartse kracht wordt uitgeoefend dan opwaartse kracht en daarom als veiliger werd beschouwd als alles wat door die schakelaar wordt bestuurd, UIT wordt geschakeld en niet AAN. Ik heb geen idee waarom Engeland omgekeerd is, maar ik vond de overstap toch leuk. Wanneer gegooid geeft het een zeer solide "Thunk".

De G2 V-schakelaar is om de spanning te selecteren die aan het schermrooster wordt geleverd. Dit zou later een pot worden. De G1 Step-schakelaar selecteert de grootte van de rasterstap (momenteel) ofwel ½ V-stappen van 0 tot -7,5V of 1V-stappen van 0 tot -15V. De twee BNC-connectoren met het label H en V zijn verticale en horizontale signalen naar de scoop. De G BNC-connector is de golfvorm van de rasteraandrijving, zodat deze desgewenst kan worden gezien. De aandrijfspanningen zijn de rode 5-polige banaanstekkers en de zwarte zijn natuurlijk aangesloten op de contactpennen. Alle overeenkomstig genummerde socketpinnen zijn parallel.

De knop PUSH TO TEST sluit de verbinding met de plaat van de te testen buis, zodat deze alleen stroom trekt als daarom wordt gevraagd. Het heeft geen zin om je rug toe te keren om er alleen door de geur achter te komen dat er iets niet klopt! (Zou voor mij niet de eerste keer zijn.)

Stap 4: De printplaat monteren

Het bord is een stuk geperforeerde glasvezel van ongeveer 2 "x 5". Ik deed een gok naar de grootte van de plank en begon er onderdelen op te plakken. Mijn methode is om een beetje te bouwen - het te testen - een beetje meer te bouwen - het te testen, enz. Dit voorkomt dat een slecht onderdeel / circuit er nog veel meer in een flits vernietigt. De schroefklemmenstroken worden op hun plaats gehouden met 2-componenten epoxylijm, aangezien er aan de onderkant geen koperen circuit is om het op te solderen, zoals gebruikelijk is.

Het circuit is met de hand bedraad met behulp van PTP-technologie. Dat is "point-to-point"-technologie. Ruw, maar elk acroniem laat het hightech klinken, toch? Net links van het kleine koellichaam zijn twee identieke weerstanden van 1 megohm te zien. Dit is wat ik voor het eerst heb gebruikt voor de plaatstroomspanningsverliesweerstanden R3 en R4. Zoals in stap 7 zal blijken, moesten deze worden vervangen. Het circuit is niet mooi aan de onderkant, maar dan ging ik niet voor netheid in deze stap.

Stap 5: O ja… de patchdraden

Ik heb een aantal onbruikbare meetsnoeren van een meter in lengtes van ongeveer 7 inch gehakt en aan beide uiteinden banaanstekkers gesoldeerd. Die leads zijn gemaakt met een aantal geweldige flexibele draad die je een lange weg zou moeten afleggen om te kopen. De stekkers: een rode en een zwarte zoals je kunt zien. De rode is voor de drive-end en de zwarte is voor de socket pin-connector, niet dat het er toe doet, maar het leek beter dat ze overeenkomen met de kleuren van de connectoren die ik had. Ik ben zo modebewust.

Wetende dat ik de kalibratie van de plaatstroommeting met een geheel andere methode zou moeten kunnen bevestigen, maakte ik een patch voor de kathode met een verschil. Ik laat het zien met een klein doosje met een schakelaar. In de doos bevindt zich een weerstand van 10 Ohm die in het circuit kan worden geschakeld of eruit kan worden geschakeld. De kathode "drive" is eigenlijk gewoon verbinding met aarde (0V). Wanneer de weerstand "in" is geschakeld, kan een scoop op het kathode-uiteinde van de patch worden geplaatst en kan de werkelijke kathodestroom van een triode worden gemeten om te bevestigen wat de plaat trekt. Dit veronderstelt dat het rooster altijd op een negatieve spanning staat. Normaal gesproken wordt de weerstand "uit" geschakeld. Wanneer de schakelaar tijdens een test heen en weer wordt gedraaid, is het verschil in plaatstroom te zien waarbij de hele familie van curven een beetje op en neer verschuift. Het effect is zo klein (misschien 2-4%) dat het niet echt verschil maakt voor wat het motief voor het meten van de buis ook is, maar illustreert wel dat zelfs een weerstand van 10 Ohm in de kathode een zichtbare verandering kan maken.

Stap 6: Trouwen met de printplaat met de rest ervan

Het bord gebruikt schroefklemmen om draden aan te sluiten, zodat ik het bord kon verwijderen voor verdere constructie / wijzigingen na het testen van delen ervan. Ik plaatste het op scharnierende afstandhouders aan het ene uiteinde en rechte aan het andere uiteinde, zodat ik het kon optillen voor toegang tot de andere kant voor snelle metingen of veranderingen zonder een miljoen draden los te hoeven koppelen.

Voor het grootste deel was warmte geen probleem, maar ik heb de positieve laagspanningsregelaar voor de veiligheid op een klein koellichaam geplaatst. Die 3-terminal regelaars zoals de 7805 die ik gebruikte, kunnen ongeveer 1 Watt afvoeren zonder koellichaam, maar het is altijd goed om dingen koel te houden als er een kans is om dit goedkoop te doen. De aardklem is voorgespannen tot +10V met een 2N3906-transistor en een paar weerstanden. Dit geeft de +15V waar de differentiaalversterker op draait. Dit is een goede manier om elke gewenste spanning van een van die gemeenschappelijke regelaars te krijgen. Variabiliteit of programmeerbaarheid kan op dezelfde manier worden bereikt door een pot- of D/A-converter te gebruiken in plaats van een van de weerstanden. Omdat er verschillende AC-spanningen beschikbaar zijn van de Xfrmr, was het gemakkelijk om een spanning voor deze regelaar te kiezen. 25V was het. En aangezien het zo weinig stroom trekt, deed halfgolf-rectificatie het prima om de regelaar te voeden.

Zoals je op de foto kunt zien, begon ik de bedrading aan elkaar te rijgen in plaats van ze allemaal te bundelen met plastic banden. Ik heb altijd het uiterlijk van een goed geregen harnas bewonderd en wilde het hier proberen, maar er was nergens een veterkoord te vinden. Misschien weten sommigen van jullie waar het te krijgen is. Ik gebruikte wat borduurgaren dat door mijn vrouw was voorgesteld en dat over een klomp was was getrokken. Ik gebruikte de standaard veterknopen voor mijn harnas. Voor degenen die deze geheimzinnige kunst willen leren, brengt Googlen op "harnasveters" een aantal how-to-sites op.

De oude ReadRite-buiscontrole had een interessante kalibratiemethode. Door de uiteinden van een keramische pot over een deel van de primaire wikkeling te plaatsen en de wisser aan te sluiten op de lijnspanningsbron, kan de spanning waarop de tester werkte boven of onder de nominale waarde worden aangepast om te zorgen voor lokale variaties in de wandspanning die kunnen optreden van tijd tot tijd. (Vergeet niet dat dit spul is ontworpen en gebruikt tijdens de Tweede Wereldoorlog.) Welnu, deze pot moest hier gewoon worden opgenomen, omdat de transformator zo was ontworpen dat geen van beide uiteinden van die deelwikkeling op nominale lijnspanning stond en dus niet kon worden gebruikt als- is. Die pot, die behoorlijk heet wordt, kan worden gezien als het witte object dat wordt vastgehouden door de geperforeerde metalen banden van de loodgieter bij de transformator.

Tegen de tijd dat ik ontdekte wat alle anonieme draden op de oude ReadRite-filamenttransformator waren, ontdekte ik natuurlijk dat deze een hoogspanningswikkeling had! Dus mijn plaatspanningsbron was opgelost en ik heb één transformator geëlimineerd.

Stap 7: Iets meer over het circuit

De bias-generator: om de zaken relatief eenvoudig en laagstroom te houden, werd CMOS-logica uit de 4000-serie gebruikt. Dit spul dat alomtegenwoordig was in de jaren 80, werkt op elk voltage van 3V tot 18V. Dit betekent dat het vermogen overal in dat bereik kan zijn, het kan veranderen als dat nodig is en in feite zal werken, zelfs als er grote hoeveelheden rimpeling of ander geluid op zitten. Het is geweldig voor toepassingen op batterijen. Het is vandaag de dag nog steeds verkrijgbaar bij elk van de gebruikelijke verkooppunten (Mouser, Digi-Key, enz.), zelfs als ze niet alle soorten maken die ze vroeger maakten. Het trekt ook naast squat power. Dus ik gebruikte een 4040 12-bits teller die ik had rondslingeren als de 4-bits teller voor het stappen van de voorspanning. De stapgrootte wordt gewijzigd door de stroomrailspanning ervoor te wijzigen. Aangezien de buisvoorspanning negatief moet zijn, wordt de teller bediend tussen aarde als zijn positieve rail en een negatieve rail voor het andere uiteinde. De "VDD"-pin is dus geaard. Een TIP 107 met een bias-netwerk vergelijkbaar met de 7805 levert de minus-voedingsspanning aan de "VSS" -pin van de chips. Een op een paneel gemonteerde schakelaar met potten voor elk bereik kalibreert de maximaal gegenereerde bias. De teller drijft een goedkope R-2R-weerstandsladder aan om een eenvoudige Dig-Analog-converter te maken en vervolgens naar de bananenconnector die het gaat.

De plaatstroomversterker: aangezien de plaatstroom wordt gedetecteerd met een weerstand van 100 Ohm, R1 in serie met de plaat, wordt de spanning verhoogd tot ongeveer 400V. Het werd kleiner gemaakt met twee weerstandsdelers, één voor elk uiteinde van de 100 Ohm-weerstand. Het wordt weergegeven als R3, R4, R5. R6 op het schema en de pot met kleine waarde en geplaatst bij de Push To Test-knop op het schema. De pot balanceert deze twee verdelers zodat de uitgang van de versterker nul aangeeft wanneer er nulstroom in de plaat van de buis vloeit. Ik gebruikte eerst een aantal oude weerstanden met grote waarde voor de R3, R4, maar toen ik het uitprobeerde, leken de curven meer op woordballonnen dan op enkele regels. Ik voeg een foto toe van wat ik zag. Je kunt ook zien dat het scherm een beetje verpletterd is in de basislijn. Ik heb deze weerstanden veranderd in modernere 5% weerstanden en opnieuw gekalibreerd. Hetzelfde, maar iets minder. Elke curve op het scherm duurt 1/120 seconde om te traceren, waarbij de scoopspot eerst de curve opgaat en vervolgens op dezelfde manier terugkomt. Maar tussen die twee excursies zou de weerstand opwarmen en vervolgens voldoende afkoelen om hun waarde te veranderen! Weerstanden veranderen van waarde afhankelijk van de temperatuur, niet veel, maar zullen dit wel doen. Ik had niet gedacht dat het zo snel kon gaan, maar door ze weer te vervangen door 1% metaalfilmtypes was het probleem grotendeels opgelost.

De versterker is een conventionele differentiële versterker zoals gebruikt voor instrumentatie, maar met een gain-veranderende tuimelschakelaar om hem twee outputbereiken te geven en twee potten voor bereikkalibratie. Dit geeft 2V/1mA en 2V/10mA uitgangsschalen.

Het schermrooster-aandrijfcircuit is gewoon een gefilterde pot die aan de gelijkgerichte plaatspanningsbron hangt met een hoogspanningstransistor als emittervolger om spanning in de banaanconnector te sturen. Het filter is vrij traag en het duurt een paar seconden om tot rust te komen wanneer de knop van de potten wordt verplaatst.

Stap 8: Bediening

Ik heb het aangezet.

Nadat de rook was opgetrokken… werkte het circuit verrassend goed. Ik ontdekte dat de balans van de differentiële versterker ongeveer 20 minuten opwarmtijd nodig had om redelijk tot rust te komen. Na die tijd moest de 25 Ohm balanspot worden afgesteld om een zeer horizontale lijn op de scoop te geven als er geen plaatstroom vloeit. Na een tijdje dit op het bord te hebben aangepast, elke keer dat ik het apparaat gebruikte, werd het van het paneel verwijderd en verschijnt het als de middelgrote bruine knop in de buurt van de rode banaanconnectoren. Ik weet niet waarom ik dat niet eerder heb gedaan.

Getoond worden een paar screenshots van verkregen curven.

Aangezien elke curve op het scherm in 1/60 van een seconde wordt gegenereerd en er 16 scans zijn voordat deze wordt herhaald, komen scans op ongeveer 4 scans per seconde. Dit knipperen werkt maar is niet echt leuk bij het doen van een meting. Een oplossing is om elke plot vast te leggen met een lange belichtingstijd op de camera. Of… gebruik een opbergruimte. Wat je ziet is een oldy maar een goody - een HP 1741A analoge opslagscope met variabele persistentie. Het display zal na een tijdje bloeien, maar gedurende ongeveer 30 seconden presenteert een zeer goed te bekijken grafiek. Het zal urenlang een scherm opslaan dat niet wordt weergegeven. Het gaat goed.

Er worden opnamen van bochten voor een 6AU6A-pentode en een 6DJ8-triode gepresenteerd. De 6DJ8 heeft schaalfactoren van 50V / verdeling horizontaal en 10 mA / verdeling verticaal terwijl de 6AU6A een schaalfactor heeft van 50V / verdeling horizontaal en 2,5 mA / verdeling verticaal. Deze schaalfactoren zijn een combinatie van het uitvoerbereik van de curvetracer en de verticale gevoeligheid die op de scoop is ingesteld. Nul is in alle gevallen de linkerbenedenhoek van het scherm. Deze werden eenvoudig genomen door de camera bij het scoopscherm te houden. Nadat ik dit een tijdje had verdragen, besloot ik drastische maatregelen te nemen en een ECHT goedkope methode te bedenken om de camera aan de scoop vast te houden … meer loodgieters vastbinden. De camera wordt erin gemonteerd met een korte 1/4 bout door de onderkant in het montagegat. Het richten van de camera kwam neer op het precies goed draaien van de banden. Het is duidelijk dat ik de camera in deze houder niet kan laten zien, omdat deze nodig was om de foto te maken!

Stap 9: De doos en het laatste artikel

De doos werd, net als alle andere onderdelen van dit project, samengesteld uit afvalmateriaal dat voorhanden was. Het is een eenvoudige vierzijdige doos zonder bodem maar met opschroefbare rubberen voetjes. De stukjes werden met decoupeerzaag gesneden uit een reserve boekenplank van spaanplaat die aan drie zijden bedekt was met hetzelfde fineer als de boven- en onderkant. De sneden zijn gemaakt rekening houdend met het feit dat de randen met fineer op de voorkant van de doos moeten verschijnen. Ongefineerde rand werd onvermijdelijk getoond aan de achterkant en onderkant. De stukken worden bij elkaar gehouden met spaanplaatschroeven die zijn overgebleven van sommige Ikea-keukenkasten van 10 jaar geleden. De schroefkoppen zijn bedekt met witte plastic push-on schroefkopdeksels van dezelfde bron en vervolgens zwart gekleurd met een permanente marker. Het duurde ongeveer 2 en ½ uur om de doos te maken.

Stap 10: Eindelijk

Het apparaat heeft mijn vragen over de bias van de 6AU6A's beantwoord en heeft me in staat gesteld om mijn versterkerontwerp aan te passen aan oude buizen. Simpel gezegd, ze gedragen zich slechter naarmate ze ouder worden.

Uiteraard kan de eenheid worden uitgebreid met meer toeters en bellen. Het zou goed zijn om een digitale paneelspanningsmeter te hebben die de schermroosterspanning aangeeft die onder andere met die knop is gekozen. Ook meer en hogere stuurraster-biasbereiken of stapgroottes. En terwijl we toch bezig zijn, hoe zit het met het vastleggen van de plot in het interne geheugen, zodat deze kan worden geüpload naar een pc. Misschien kan de curve-tracer op Windows zijn gebaseerd en met een muis worden geleverd. Dan konden tests worden gedaan vanaf elke plek met een internetverbinding. Of misschien niet. PS Ik heb hier een aantal verbeteringen aan deze TCT doorgevoerd: