Тестер ламп

  • Час 18-08-2015, 14:33
  • Автор admin
  • Коментарів 0 Комент.
  • Силка url

Введення

Мені, як і деяким іншим людям подобаються радіолампи. Однак, на відміну від більшості любителів радіоламп у мене немає підсилювача на них. Тим не менш, я зачарований цими крихкими пристроями, і я люблю читати та писати про них. У мене є досить велика колекція ламп, і час від часу я замислююся над ідеєю зробити тестер для них, або вимірювач Ia-Va і Ia-Vg характеристик. Більшість ламп вимагає високовольтного живлення, що робить пристрій тестера дуже громіздким. Але одного разу мені в голову прийшла така ідея: замість того, щоб виміряти характеристики ламп в безперервному режимі, чому б не виміряти їх в імпульсному режимі. Вся принадність цього в тому, що коли параметри ламп вимірюються в імпульсному режимі, всі громіздкі високовольтні джерела живлення можуть бути усунені. Замість цього можна зарядити конденсатор, який видасть імпульс в кілька сотень міліампер протягом кількох мілісекунд, необхідних для вимірювань. Останні півроку було витрачено на проведення експериментів, розроблення схем та написання коду, щоб зробити мрії реальністю.

Тестер ламп

Ідея полягала в тому, щоб зробити невелике і дешевий пристрій з широкими можливостями для вимірювання всіх параметрів лампи. Оскільки лампа не працює в безперервному режимі, а тільки під час імпульсу довжиною близько мілісекунди, немає необхідності в "важких" джерела живлення, так що всі апаратні засоби можуть бути розміщені на друкованій платі розміром з листівку.

Вся система складається з чотирьох компонентів:
1) Основна плата.
2) Джерело живлення 19.5 від старого ноутбука.
3) Роз'єми для ламп.
4) Графічний інтерфейс користувача (GUI), що працює на комп'ютері або ноутбуці. Тестер підключається до ПК через RS323 і вся робота з ним здійснюється через графічний інтерфейс. Тестер призначений для вимірювання всіх характеристик ламп.

Основні характеристики: вимірювання струму анода і керуючої сітки при напрузі від 20 до 400 В при струмі до 200 мА (анод) і 50 мА (керуюча сітка). Зміщення керуючої сітки може бути вибрана в межах від 0 до -60, а напруги розжарення може бути в діапазоні від 0 19,5 В при струмі 1,5 А.

Тестер ламп

Апаратна частина тестера показано на малюнку вище. Висока напруга для анода і екранної сітки створюють два підвищують перетворювача на основі MOSFET транзисторів. Перетворювачі заряджають два 100мкФ/400В конденсатора, які дають імпульс. Робота перетворювачів і заряджання конденсаторів повністю контролюється PIC мікроконтролером, тому напруга заряду конденсаторів може бути вибрано в діапазоні від 20 до 400В. Під час зарядки конденсаторів, лампи повністю відключені. Як тільки конденсатори заряджаються, на керуючу сітку подається імпульс певного (від'ємного) значення зміщення. Це призводить до проходження струму анода і керуючій сітці. Ці струми викликають падіння напруги на резисторі. Це падіння напруги підсилюється і інвертується ОУ, а потім оцінюється і зберігається в мікроконтролері PIC. Насправді, вимірювання струму трохи складніше. Струм анода і керуючої сітки також трохи розряджають конденсатори. Це падіння напруги додається до падіння напруги на резисторах. Оскільки падіння напруги на резисторах зникає після закінчення імпульсу, а падіння напруги через розряду конденсатора залишається, можна провести відмінність між ними. Це вимагає вимірювання напруг під час і відразу після імпульсу. Насправді ж напруга вимірюється безпосередньо перед імпульсом для компенсації зсуву. Дискретне значення напруги надходить в графічний інтерфейс, який виконує необхідні математичні обчислення.

Схема містить кілька блоків, які не відображаються на малюнку вище. Це генератор імпульсів для керуючої сітки, два перетворювача напруги, одне джерело живлення для ОУ і один для від'ємного зміщення сітки, мікроконтролер та джерело живлення для напруження. Джерело живлення для напруження складається з силового ШІМ, який модулює тривалість імпульсу 19,5 В з акумулятора. У цьому випадку напруга живлення нитки можна вибрати в діапазоні від 0 19,5 V.

Принципова схема

Принципова схема складається з двох частин, аналогової і цифрової. Цифрова частина буде обговорюватися далі.

Тестер ламп

На малюнку вище показано аналогова частина схеми. На перший погляд схема лякає числом компонентів, але насправді не така складна, і досить зрозуміла. Схема складається з кількох самостійних блоків, кожен з яких буде коротко розглянуто.

Верхній ряд компонентів у схемі являє собою генератор зсуву для керуючої сітки. Підвищуючий перетворювач складається з T1, L1, D1, які заряджають конденсатор С2, який дає імпульс. Дільник напруги на R4/R5 знижує 0-400V до 0-5V які йдуть на мікроконтролер. Усі ці компоненти контролюються мікроконтролером, так що напруга в точності відповідає заданому значенню. Резистори R6 і R7 струмообмежувальні резистори. При високому діапазоні вимірювань (0-50 мА) S1(реле) замкнуто, при низькому діапазоні (0-5 мА) S1 відкрито і не замикає R6 і R7. Конденсатор C5 фільтрує негативні імпульси і ОУ IC1 інвертує їх у позитивні. Спочатку розв'язують конденсатор C19 (і С20) був необхідний для запобігання лампи від коливань. В остаточному варіанті виявилося, що ці конденсатори викликали коливання, тому вони були видалені. Другий ряд компонентів на малюнку практично ідентичний верхнього.

У нижній правій частині малюнка розташована схема живлення для напруження. Як вже згадувалося раніше, напруга живлення нитки регулюється за допомогою ШІМ. Основний ШІМ-сигнал генерується мікроконтролером і буфером на T16 і T17, які керують MOSFET транзистором T18. Фільтр, що складається з L5 і C14/C15 розгладжує високі піки струму, які можуть бути спричинені включенням нитки низького опору, особливо, коли в приміщенні холодно.

У нижній лівій частині малюнка розташована схема інвертуючого підвищувального перетворювача. Транзистори T7/T8 разом з L3 і D7 створюють нерегульоване негативне напруга для живлення ОУ. Цей конвертер повністю управляється програмою, яка підтримує вихідна напруга близько -20 Ст. IC5 і IC6 забезпечують регульоване + / - 15 V харчування для аналогової частини. Негативне зміщення на керуючу сітку зроблено на T9, T10, L4, D10 і C10. Вихідна напруга цього перетворювача перемикається програмно від -20 до-65V в залежності від вибраного діапазону зміщення.

Інші компоненти в ланцюзі призначені для контролю імпульсу зміщення керуючої сітки. Ця частина схеми трохи складніше, тому що тільки основні робочі елементи будуть описані. Висота керуючого імпульсу регулюється ШІМ-сигналом з мікроконтролера. Фільтр низьких частот навколо IC4 перетворює сигнал з ШІМ в напругу постійного струму від 0 до 5 Ст. Коли T15 відкривається, це напруга береться щодо Gnd і, харчування сітки відключається при -15 V (низький діапазон вимірювань) або -60 (високий діапазон). T11-T13 і IC3 робить імпульс на керуючу сітку. Точне співвідношення між сигналом ШІМ з мікроконтролера і імпульсами з сітки управляється програмою.

Тестер ламп

Цифрова частина тестера, ймовірно, найменш цікава частина всього проекту. Контролер PIC16F874 використовуються в стандартній конфігурації, і працює на частоті 20 МГц. Тестер взаємодіє з комп'ютером через MAX232 по інтерфейсу USART. У цьому проекті використано внутрішньосхемного програмування контролера через спеціальний роз'єм.

Технічна реалізація

На жаль, друкована плата для тестера відсутня т. к. він побудований на макетній платі.

Тестер ламп

На малюнку вище тестер, зібраний на макетної платі. Всі компоненти були логічно згруповані разом. Розташування провідників не є критичним, однак треба врахувати деякі моменти. В першу чергу слід пам'ятати, що деякі частини схеми мають дуже високу напругу - понад 400 Ст. Подбайте, щоб вони були добре заізольовані і не стосувалися низьковольтної частини схеми. По-друге, деякі частини схеми, мають дуже високий рівень пікових струмів. Робіть ці провідники коротше, і підключайте їх безпосередньо до клем живлення. І, нарешті, щоб уникнути контурів заземлення, розводьте землю «зіркою»

Крім резисторів з точністю 1%(або краще) якість компонентів не дуже важливо. Я використовував те, що було. BF487 можна замінити будь-яким слабким транзистором NPN структури з BVceo 400В і вище. Замість всіх інших біполярних транзисторів NPN або PNP може бути використано ті, які є. Котушки індуктивності завжди вважаються «важким» компонентом. Я выпаял їх зі старої друкованої плати. Переважно використовувати котушки витримують струм 1,2 A. Реле також не критично. Ймовірно, три MC34071 можуть бути замінені одним LM324. Для IC3 краще всього використовувати LM741.

Графічний інтерфейс користувача

Тестер працює з графічним інтерфейсом користувача (GUI) на комп'ютері. Графічний інтерфейс написаний на Visual Basic 6.0. Щоб запустити GUI, треба просто скопіювати виконуваний файл в порожню папку і двічі клацнути по ньому. Якщо все працює як треба, то повинно з'явитися вікно:

Тестер ламп

Я намагався зробити роботу з тестером як можна більш простою і зрозумілою. Інтерфейс розділений на три частини: "Вибір типу вимірювання", "Графік виходу" і "Зв'язок". Вимір починається з вибору типу вимірювань. Вибір типу вимірювання автоматично завантажує значення за замовчуванням для різних вимірювань. Основним показником є змінна X-Axis, яка може бути задана вручну. Також можуть бути задані точки вимірювання. За замовчуванням ці точки виміру розподіляються рівномірно протягом інтервалу вимірювання. У разі вимірювання значення, наприклад, коли багато Ia (Vgrid) значень вимірюються при різних напругах анода, які повинні бути введені в полі "stepping variable", значення в цій області повинні бути відокремлені один від одного пробілами.

Тестер ламп

Також є ручний вибір діапазону. Коли користувач вважає, що анодний струм буде вище, ніж 20 мА, або струм керуючої сітки більш 5 мА, відповідний прапорець повинен бути встановлений. Це означає, що всі вимірювання проводяться у високому діапазоні, і, отже, з меншою точністю. Може бути вказано час між вимірами. Це може бути використано, наприклад, Ia (V_filament) вимірі, щоб дати прогрітися нитки розжарення.

Кнопка "Measure Curve" має подвійну функцію. До першого виміру, його підпис "Turn on Filament". Після того, як "Turn on Filament " кнопка була натиснута, її підпис зміниться на "Measure Curve". При натисканні на неї знову вимірювання почалося. Коли натиснута кнопка "Abort " вимірювання припиняються відразу, а напруження залишається включеним. При натисканні на кнопку "Abort " ще раз відключається і напруження.

Тестер ламп

"Curve Output" відображає дані вимірювань. За замовчуванням відображається тільки анодний струм. Мінімальні і максимальні значення осей можуть бути задані. Деякі елементарні перевірки введених значень здійснюються на основі обраного типу вимірювань. Верхній ряд кнопок попередньої настройки дає можливість швидко змінювати осі графіка для Ia (V_anode) типу вимірювань. Нижній ряд кнопок попередньої настройки призначений для Ia (V_grid) типу вимірювань.

При натисканні кнопки «Save Data» вся матриця вимірювань записуються у зовнішній файл для подальшої обробки, наприклад, в Excel. Кожен рядок у файлі даних являє собою один вимір. Файл зберігається у форматі *. UDT . У першому стовпці зазначено кількість вимірювань кожного сигналу, в той час як друга колонка містить номер сигналу. Наступні шість колон містять струм анода і керуючої сітки (мА), і напруги управ. сітки, анода, і напруження. При натисканні на кнопку "Store", вся матриця вимірювань копіюється в другу матрицю даних (dblStoreMX), яка є внутрішньою для програми. Натиснувши кнопку "Recall" дані збережені в цій матриці можуть бути додані в графік. Таким чином, стає можливим порівняти характеристики різних ламп. Після того, як кнопка "Recall" була натиснута, назва змінюється на "Dismiss". Натискання на неї знову, видаляє додані дані з графіка, але залишає основні.

Тестер ламп

Остання частина, зв'язок, була додана ??в основному для налагодження. Це дозволяє детально вивчити зв'язок між GUI і тестером. Тільки поля введення Dropbox, який дозволяє користувачеві вибрати потрібний номер COM порту, кнопки відключення COM-порту, а також прапорець, який при перевірці вводить 2 секундні затримки. Якщо втрачається зв'язок з тестером, цілком можливо, що тестер досі чекає сигналу, який не прийде. Щоб скинути тестер в такому випадку кнопка "ESC" може бути використана. Прийом символу ESC буде завжди викликати скидання в тестері.

Тестер ламп

Програмне забезпечення

Апаратна частина не працює без прошивки мікроконтролера, і управляти тестером потрібно за допомогою графічного інтерфейсу користувача. Обидві програми можна скачати тут. Архів містить наступні файли:
Файл UTRACE21.HEX - прошивка МК
Файл version1p2.exe графічний інтерфейс користувача. Якщо вискакує вікно з повідомленням що файл MSCOMM32.OCX відсутня, ви повинні встановити цей файл.
Файл MSCOMM32.OCX, цей компонент Microsoft піклується про доступ до послідовного порту COM.
Файл "version1pt.exe" є тестовою версією графічного інтерфейсу, який бере заздалегідь прописані значення для перевірки працездатності програми без тестера.

Післямова

Ціна цього тестера значно менше 50 євро, і хоча очевидно, що, є набагато кращі і більш точні вимірювальні прилади, це ідеальний інструмент, щоб швидко отримати уявлення про характеристики конкретної лампи. Якщо у вас є як і у мене, коробки зі старими лампами, і вам цікаво дізнатися що "вони все ще грають", то цей тестер це просто ідеальний інструмент. В даний час він, природно, не досконалий. Я багато чому навчився за час побудови цього проекту, особливо того, як деякі речі можна було зробити краще.

Тестер ламп

Tags

Коментарі до новини