Лампы-индикаторы «магические глаза» 6е1п, 6е3п, 6е5с

ВВЕДЕНИЕ

SRPP-каскадаПодробнее об усилителе можно почитать здесь

1. Лампа 6Е1П светится приятным зелёным светом и выглядит оригинально среди многих других ламповых индикаторов прошлого. Монтаж лампы вертикальный, что много удобнее чем торцевые лампы, особенно при использовании совместно с другими вакуумными лампами в усилителе, которые, типично, монтируются вертикально на верхней панели.
2. Необходимые напряжения питания сочетаются с напряжениями питания других вакуумных ламп, что не требует отдельного блока питания. Правда, в этом пункте есть некоторая особенность (см. ниже).
3. Сразу стояла задача сделать вывод совместного аудио сигнала с двух каналов на одну лампу 6Е1П. Обычно ставится на каждый канал по своей индикаторной лампе или же используют выход только одного из стереоканалов для визуализации. Здесь же изначально стояла задача сделать «честное» отображение аудио сигнала.
4. Решение пункта 3 требует сумматора сигнала, который, конечно, можно реализовать и на вакуумных лампах, но тогда схема управления индикаторной лампой сравняется по сложности со схемой самого усилителя. Классическая схема включения лампы 6Е1П предусматривает снятие сигнала либо с анода выходной лампы усилителя, либо использование специального согласующего трансформатора, достать который намного сложнее, чем саму лампу 6Е1П. Так же классические схемы не дают автоподстройки амплитуды сигнала, что приводит к зависимости степени раскрытия лампы от уровня громкости. Эта зависимость приобретает критическое значение при использовании наушников, т.к. сопротивление наушников может варьироваться в пределах 32-600 Ом, что даёт изменение амплитуды выходного сигнала в десятки раз. Поэтому было сразу решено: применять интегральные усилители; для реализации автоподстройки применить цифровой потенциометр, управляемый микроконтроллером; осуществлять цифровую фильтрацию аудио сигнала контроллером.

ЧАСТЬ 3. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ

В качестве микроконтроллера выбран ATiny25/45. Производительность достаточная для этой задачи, питание 5V, маленький корпус. Обычно, программирование контроллеров семейства AVR8 является простым и интуитивно понятным, но ATiny25/45 является контроллером сверхнизкой интеграции и почти не содержит аппаратных блоков. Поэтому работа с универсальным приёмопередатчиком ATiny25/45 не из приятных: почти всё делать приходится программно.

Сама схема управления лампой 6Е1П построена на полевом транзисторе IRLML2803 и представляет собой простой ШИМ с НЧ-фильтром. Транзистором коммутируется напряжение +28V или земля. Относительно вывода 2 лампы это будет +7V или -21V.

Так же в своём устройстве я решил добавить миниатюрное сдвоенное реле на переключение. При помощи него я коммутирую анодное напряжение усилителя после прогрева ламп и управляю светодиодом в тумблере включения, меняя его цвет с красного на зелёный после прогрева. Есть в этом одна особенность: порт PB5 контроллера используется как RESET и недоступен, пока не прошить соответствующий FUSE-бит, но после его прошивки станет невозможно программирование через SPI. Так что активируем порт PB5 в самую последнюю очередь, когда всё отлажено и работает как надо.

Визуализация звука на лампе 6Е1П +67

• 29.05.15 11:19

•
AIV_Electronics
•
#259099
•
Хабрахабр

•

•

30875

DIY или Сделай Сам, Программирование микроконтроллеров, Электроника для начинающих, Схемотехника

Решил поделиться опытом создания звукового индикатора на лампе 6Е1П. При создании лампового аудио усилителя для наушников было решено визуализировать аудио сигнал. Выбор пал именно на эту советскую лампу. Результатом работы стала маленькая печатная плата размером 30х33 мм. В данной статье приведена схема этой платы и описание алгоритма работы.
Лампа 6Е1П не является дефицитной и сравнительно легко доставаема при цене около 200 руб. В данной статье не будут рассматриваться вопросы создания аудио усилителя и качества аудио звучания, речь пойдет исключительно о схеме подключения и управления лампой 6Е1П. Любой желающий может повторить мою схему, модифицировать или использовать отдельные узлы схемы в своих устройствах (исходники приложены).

ЧАСТЬ 4. АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ

1. Суммарный сигнал обоих каналов считывается АЦП с максимальной частотой выборки для этого микроконтроллера – 77kSPS.
2. Производится фильтрация сигнала. Применён простой метод вычисления среднего из 4 отсчётов. Тем самым уменьшаем частоту выборки до 19,2kSPS.
3. Сигнал переменный с постоянной составляющей +2,5V (0x7f). Выпрямляем его (вычитая 0x7f) и убираем шум вблизи нуля.
4. По накопленным 5 отсчётам (усреднённым) производится поиск локального максимума (пика) при помощи скользящего окна, что уменьшает полосу пропускания частот примерно до 2,4кГц.
5. Регулируем выдаваемый на лампу ШИМ в зависимости от полученной величины пика. Регуляцию я ввёл с несимметричным ограничением. Т.е. увеличиваю ШИМ с большим шагом, а уменьшаю с маленьким.
6. Регулируем коэффициент усиления при помощи цифрового потенциометра. Алгоритм регуляции предлагаю следующий:

• а) Находим максимум из всех пиков на определённом интервале времени. В моём варианте, в среднем, этот интервал составляет около 300мс.
• б) Если на этом интервале максимальный пик составил более 90% от входного диапазона, то уменьшаем усиление.
• в) Если на этом интервале максимальный пик составил менее 50% от входного диапазона, то увеличиваем усиление.
• г) В предложенной аналоговой схеме есть следующий недостаток: регуляция коэффициента усиления нелинейная из-за применённого способа включения потенциометра. Особенно сильная нелинейность при высоком коэффициенте усиления, т.е. изменение потенциометра на один шаг приводит к многократному увеличению усиления и, как следствие, к перегрузу входа АЦП. Поэтому мне пришлось отказаться от использования последних нескольких шагов потенциометра (254 и 255), а вместо этого усиливать сигнал, просто умножая его на 2 ÷ 8.

https://bitbucket.org/AiV_Electronics/6e1p_tube/overview

Конструкция

Теперь подробнее о конструкции усилителя. Он имеет не совсем обычную конструкцию, в которой использован корпус от бесперебойного источника питания компьютера.

Все основные узлы усилителя собраны на четырех печатных платах из фольгироеанного стеклотекстолита — плата усилителя, плата источника анодного напряжения плата регулятора уровня с детекторами индикаторов и плата самих индикаторов. Все платы имеют простейший рисунок проводников из фольги, его можно вырезать стальным резаком, изготовленным из полотна ножовки по металлу.

Плата усилителя показана на рис. 3. С верхней стороны установлены панели ламп VL1-VL5. конденсаторы С7-С10, а также плата регулятора чувствительности и детектора индикаторов. Большинство же деталей на основной плате размещают со стороны печатного монтажа что позволяет их легко заменять, если это потребуется.

Микросхемы стабилизаторов КР142ЕН5В металлическим фланцем припаяны непосредственно к фольге минусовой шины питания что обеспечивает дополнительный теплоотвод.

Рис. 2. Плата самодельного лампового стерео усилителя мощности.

О монтаже цепи накала ламп. Один из выводов подогревателей катода ламп соединен с общим проводом, а от другого цепь проложена одиночным медным проводом диаметром 0,9-1 мм в виниловой изоляции на расстоянии 30.. 40 мм от платы; в этом случае проблем с фоном в усилителе не возникало.

В тыловой части корпуса установлен трансформатор ТС-160, над ним находится плата выпрямителя и фильтра анодного напряжения (рис. 4). В передней панели корпуса просверлено несколько новых отверстий — под индикаторы и регуляторы громкости, которые установлены с внутренней стороны, также там находится сетевой выключатель.

Рис. 3. Внешний вид на монтаж усилителя мощности.

Для придания конструкции жесткости передняя и задняя стенки шасси стянуты между собой стальным стержнем диаметром 12 мм. в торцах которого просверлены отверстия и нарезана резьба М4.

В крышке корпуса, в ее верхней части просверлено несколько десятков отверстий над лампами 6П14П для оттока разогретого воздуха. В боковых стенках этой крышки, вблизи от ламп вырезаны прямоугольные отверстия, в которые изнутри вклеены силиконовым герметиком тонированные стекла.

На задней панели усилителя находятся колодка сетевого разъема с предохранителем, гнезда входа и выхода. Гнезда входов усилителя («тюльпаны») установлены через изолирующие прокладки и не имеют прямого контакта с корпусом усилителя.

Корпуса «тюльпанов» соединены с минусовым (общим проводом) платы усилителя и корпусом усилителя через оплетку экранирующего кабеля. Корпус усилителя и передняя панель окрашены тремя слоями автомобильной эмали типа «металлик» из аэрозольной упаковки.

О. Платонов, г. Пермь. Р-2010-05.

Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.

Принципиальная схема

Двухкаскадный усилитель мощности построен с двухтактным выходным каскадом по ультралинейной схеме (рис. 1). Усилитель имеет две особенности — отсутствие отдельного фазоинвертора и наличие стабилизированного источника тока в цепи катодов ламп двухтактного каскада.

Идею применения источника тока в выходном каскаде порекомендовал мне пермский конструктор радиоаппаратуры О. И. Катаев.

Первый каскад усилителя собран на двойном триоде 6НЗП. Лампа эта при средних значениях крутизны и коэффициента усиления имеет немаловажную для стереофонических усилителей особенность — симметричную цоколевку. Поэтому каскады левого и правого каналов можно выполнить совершенно симметричными как при навесном, так и при печатном монтаже.

Рис. 1. Принципиальная схема двухтактного лампового усилителя мощности на 6П14П.

Сигнал с регуляторов громкости (переменные резисторы R1.1 и R1.2) в каждом канале через разделительный конденсатор подается на сетку триода лампы VL1. Усиленный сигнал с резистора нагрузки R6 (R7) через конденсатор С5 (С6) поступает на управляющую сетку одной из выходных ламп VL2 и VL3 (здесь и далее указаны элементы лишь правого канала — верхнего по схеме).

Управляющая сетка лампы VL3 соединена с общим проводом, поэтому лампы возбуждаются в противофазе за счет катодной связи и высокого внутреннего сопротивления источника тока.

Производительность и разгон

Несмотря на меньшую частоту, в целом, производительность увеличилась примерно на 10-15%. Заметно выросло многопоточное быстродействие, благодаря увеличению количества ядер. Single-core производительность тоже стала посильнее, тут сыграл кэш и новая архитектура.

Средний результат в Cinebench r15 — около 1300 баллов

С современными играми процессор справляется хорошо, редкие исключения могут составить сильно процессорозависимые игрушки, но таких крайне мало. Количество кадров можно увидеть в видео. Стоит учесть, что процессор в небольшом разгоне, а видеокарта — nvidia 970, Xeon e5 2670 v2 может спокойно работать и с более мощными картами.

А вот сравнение со «старичком» Xeon X3440:

С разгоном же дела обстоят не очень хорошо. У всей линейки 2600 множитель заблокирован, так что рассчитывать можно только на разгон по шине. Китайские материнки, такие как huanan x79, для которых обычно и берут подобные процессоры, могут поднять шину не более чем на 7%. Тем не менее, даже такой разгон нельзя назвать лишним.

Максимальная частота в turbo boost при шине 106.4 МГц

Классическая игровая сборка

Материнская плата

Huananzhi x99-f8 — одна из лучших китайских плат для данного сокета. 8 слотов для памяти формата DDR4, активное охлаждение vrm, управление таймингами, рабочий сон и современный дизайн.

Плата обойдется примерно в 7000 — 9000 рублей. Продавцы:

• Первый
• Второй
• Третий

Процессор

Xeon E5 1650 v3: 6 ядер, 12 потоков, поддерживает разгон множителем и без проблем берет частоту в 4.2 — 4.5 ГГц. Легко справляется не только со всеми современными играми, но и в будущих хитах покажет более чем комфортный fps. Главный недостаток — в разгоне достаточно горяч, для охлаждения понадобится хороший башенный кулер минимум с 4 теплотрубками (проверенные модели можно подсмотреть тут).

Стоит процессор 9000 — 10000 рублей. Продавцы:

• Первый
• Второй
• Третий

Оперативная память

В данном случае предельная частота памяти ограничена уже не процессором, а материнской платой и составляет 2400 Мгц. В зависимости от бюджета и потребностей выбираем необходимый объём, не забывая о том, что для полноценного четырехканала нужно задействовать 4 или 8 слотов для памяти.

16 Гб DDR4 обойдутся в ~4 000 рублей, 32 Гб — уже в ~8 000.

Продавцы всё те же:

• Tanbassh
• Vaseky
• VEINEDA
• Samsung DDR4 ECC REG
• Еще один вариант серверной памяти

Итоговая стоимость и ожидаемая производительность

Обойдется сборка от 21 тысячи рублей в зависимости от объёма памяти. Разогнанный процессор без проблем сможет нагрузить видеокарты High-end класса, вплоть до nvidia 2080, Amd RX 5700XT и аналогичных.

Примерный уровень производительности такой системы показан в видео:

Параметры трансформатора ТС-160

Напряжения и токи предлагаемого к использованию автором трансформатора ТС-160 (160Вт).

Рис. 2. Принципиальная схема трансформатора ТС-160.

Параметры провода, используемого для намотки обмоток трансформатора ТС-160:

Характеристики и сравнения

• ‌

Модель имеет 6 ядер, выполненных на архитектуре Sandy Bridge, и 12 потоков, что неплохо увеличивает производительность по сравнению с младшим Xeon e5 1620. Возросший на 2 мегабайта кэш тоже сказывается положительно.

В остальном, перед нами практически полный аналог Core i7-3930K, мощный и достаточно горячий.

ЧАСТЬ 4. АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ

В результате длительных экспериментов с различными методами обработки аудио сигнала и подбора различных параметров был найден оптимальный вариант, дающий хорошую визуализацию. Любой желающий может разработать свой собственный алгоритм регуляции, который лучше будет подходить к его аппаратному решению или прослушиваемому музыкальному контенту.

Мой метод включает в себя: предварительную фильтрацию сигнала, определение локальных максимумов сигнала, выработка сигнала управления лампой, управление коэффициентом усиления усилителя.

Теперь по порядку опишу работу алгоритма.

1. Суммарный сигнал обоих каналов считывается АЦП с максимальной частотой выборки для этого микроконтроллера – 100kSPS.
2. Производится фильтрация сигнала. Применён простой метод вычисления среднего из 4 отсчётов. Тем самым уменьшаем частоту выборки до 25kSPS.
3. Сигнал переменный с постоянной составляющей +2,5V (0x7f). Выпрямляем его (вычитая 0x7f) и убираем шум вблизи нуля.
4. По накопленным 5 отсчётам (усреднённым) производится поиск локального максимума (пика) при помощи скользящего окна, что уменьшает полосу пропускания частот примерно до 3,1кГц.
5. Регулируем выдаваемый на лампу ШИМ в зависимости от полученной величины пика. Регуляцию я ввёл с несимметричным ограничением. Т.е. увеличиваю ШИМ с большим шагом, а уменьшаю с маленьким.
6. Регулируем коэффициент усиления при помощи цифрового потенциометра. Алгоритм регуляции предлагаю следующий:

• а) Находим максимум из всех пиков на определённом интервале времени. В моём варианте, в среднем, этот интервал составляет около 300мс.
• б) Если на этом интервале максимальный пик составил более 90% от входного диапазона, то уменьшаем усиление.
• в) Если на этом интервале максимальный пик составил менее 50% от входного диапазона, то увеличиваем усиление.
• г) В предложенной аналоговой схеме есть следующий недостаток: регуляция коэффициента усиления нелинейная из-за применённого способа включения потенциометра. Особенно сильная нелинейность при высоком коэффициенте усиления, т.е. изменение потенциометра на один шаг приводит к многократному увеличению усиления и, как следствие, к перегрузу входа АЦП. Поэтому мне пришлось отказаться от использования последних нескольких шагов потенциометра (254 и 255), а вместо этого усиливать сигнал, просто умножая его на 2 ÷ 8.

Реальные измерения осциллографом показали, что алгоритм, в среднем, обновляет данные ШИМ с частотой 1кГц. Частота сильно плавает и зависит от перепадов амплитуды входного сигнала. Но, в любом случае, обновление данных ШИМ происходит не реже чем с частотой 100Гц, что достаточно для хорошей визуализации. Изменение коэффициента усиления происходит от 2 до 10 раз в секунду.

Проект прошивки микроконтроллера (ATiny45) для IAR v6.3 и схема с разводкой для Altium Designer 2009 лежат по адресу:https://bitbucket.org/AiV_Electronics/6e1p_tube/overview

Разгон

Процессор разгоняется и стабильно работает на уровне 4.5 Ггц и выше на брендовых платах. На китайских матерях разгон послабее, в районе 4.0 — 4.2 ГГц, но и это неплохой результат. При такой частоте multicore производительность близка к уровню старших восьмиядерных моделей из линейки Xeon e5 2600, а singlecore — заметно их превосходит.

Помимо множителей для каждого ядра, следует установить значение 255 для параметров Long duration power limit, Long duration maintained и Short duration power limit. Выбор значений Power Technology и Energy performance остается за вами.

Сам разгон выполняется поднятием множителя. Как именно это сделать — зависит от вашей материнской платы и её bios. Инструкцию по разгону на китайских платах можно найти .

Также на платах с серверными чипсетами (c602, c204) можно немного разогнать шину, для этого понадобится программа setFSB (). Можно совместить разгон множителем и шиной, но прыгнуть выше 4.2 -4.3 ГГц получится только на качественной брендовой плате.

Для качественной материнки такой разгон — не предел