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Korg Nutube放大器设计的第2部分:原型

 

这是多部分系列中的第二部分,旨在设计一个基于Nutube 的吉他踏板。 第一个提供了真空管的介绍,如果你错过了,你可以在第一部分找到它。我们放弃了开始考虑放大器设计,并建立一个小的测试电路。

最小电路

 

上面的电路是单级Nutube放大器的最低要求。 它由以下部分组成:

  • 一个3v3稳压器,在这种情况下,一个LM317T
  • 一个输入级
  • 偏压
  • 一个输出上拉电阻

必要的调节器

 (最小LM317电路,请忽略反向的符号!)

 

Nutube需要大约2.5V的偏压,灯丝需要0.7V。 板电压与此无关,所以无论工作电压如何,我们都需要提供这些低电压电源。

由于电源都是低电流(低mA),我们可以使用线性稳压器,就像参考设计一样,我们可以通过电阻分压从单电源提供这两种电源。

不要太深入设计一个线性调节器,它们是无效的,会在降低电压的同时产生热量。 等式是P =(Vin-Vout)* I。换句话说:如果电压降低或电流升高,功率也高。 请记住,如果增加额外的电路设计,不要尝试使用安培!

使用线性稳压器的优点是简单,与开关稳压器相比,我们可以降低系统噪声,但会增加功耗。

被动输入/输出

 

输入级仅用于交流耦合的1uF电容。

偏置通过使用一个22k电位器来调整。 这实际上将提供0V-3.3V的可变电源。 从22k提供的电流是150uA,这应该足以提供6uA的电网电流。

输出只是阳极电压的上拉(如果输出不是交流耦合,这将是放大器的输出电压)。 这个上拉的值可以调整以提供更多的输出电流,但是保持在1.7mW的功率极限内是很重要的。

测试设置

为了测试电路,我们使用了一个老式的正弦波发生器,然而,在Arduino时代,您可以按照这个教程简单地使用Arduino Due构建自己的电路。 你不可能只通过一个万用表就知道了发生了什么,所以在这一点上,如果你可以使用示波器的话,这将会有所帮助。

 

我们需要做的第一件事是调整偏置,通过使用DVM来调整电位器,使其位于2.5V左右。

在此之后,我们输入200mV左右的正弦波(吉他拾音器的合理数字)。 从上图可以看出,Nutube正在放大3.5倍左右。 这是可以预期的,因为5次是最大的,而且由于我们所提供的负载创造了一个潜在的分配器,所以可能会更少......但是我们没有负载,或者我们有?

我们使用示波器测量输出,示波器的等效电路最终将等效为一个1MΩ阻抗的电阻。 这只是阳极电阻的3倍,所以会有重要的影响。这将需要在最终电路中进行寻址,因为我们不能依靠于连接到输出的器件中的1Meg(或更多)输入阻抗。

接下来,我们可以尝试其他几个波形:频率更高的正弦波和方波(对于安培来说相当麻烦)

 

 

高频波看起来不会被衰减或失真(视觉上来说),所以Nutube做得很好,至少对于音频来说有足够的带宽。 方波很有趣,因为它给了我们一个放大器稳定性的指示; 非常尖锐的启动/停止边缘可以用来检查所谓的阶跃响应。 在这种情况下,稳定的或超阻尼的系统不会超调。 Nutube肯定是在方程式的过度衰减的一面。 这是一件好事,应该有助于产生改变音频音调的“音效”。

最后,我们应该在失真之前测试最大输入。 在这种情况下大约1Vpk-pk。 除此之外,输出开始“剪辑”,并将扭曲(这实际上可能是所需的效果)。 好消息是我们可以通过调整偏置电压来改变这个限幅阈值。

下一步

在这一点上,我们几乎已经准备好致力于CAD了。 我们需要考虑输出阻抗和可能的输入。 虽然如果我们被另一个设备供电,它将会有一个10K的阻抗,而我们距离使用22K的偏置电路并不算太远。

输出将受益于某种形式的单位增益放大器,这可能是一个运算放大器或一个简单的FET / BJT电路,将从高阻抗变为低阻抗输出。 这个输出阻抗也可能是两个放大器级联的问题,所以需要交流耦合。

 

我们可能想通过设计尝试一些音频,虽然面包板非常嘈杂,所以我们可能得不到我们所期望的。 此外,在这一点上,测试一些单位增益输出放大器也是一个好主意。

总结

对我们的Nutube进行了测试,并对电路有了信心,这是一个很好的切入点,下次可以继续使用。 如果你不耐烦的话,基于此构建一个stripboard电路也是有可能的。到下一篇文章结束时,我们将致力于CAD的设计,并获得原型。

Karl is a design engineer with over a decade of experience in high speed digital design and technical project leadership in the commercial electronics sector.