Projektowanie płytek drukowanych pod wzmacniacze lampowe

Poradniczek ten ma na celu przybliżenie zagadnienia samodzielnego projektowania obwodów drukowanych dla wzmacniaczy lampowych. Mimo, iż obwód drukowany nie wygląda rasowo, to jednak pozwala wykonywać powtarzalne kopie konstrukcji oraz radykalnie obciąć koszty projektu poprzez zastosowanie zdecydowanie tańszych podstawek i rezygnację z łączówek oraz innych, trudno dostępnych podzespołów.

Małe wprowadzenie

Jako przykład takiej płytki analizowany będzie obwód do wzmacniacza przeciwsobnego na 2x6P1P-EW i 2x6Ż1P-EW, który ukazał się w maju 2011 w EP. Zdecydowałem się na ten krok, gdyż jest to konstrukcja sprawdzona w co najmniej kilku egzemplarzach i na tyle rozbudowana, że idealnie prezentuje główne prawidła tego zagadnienia. Projekt został narysowany w Eagle 5.10 z biblioteką tubes.lbr - do pobrania z internetu. Jednakowoż, te same prawidła obowiązują w każdym innym programie, na kartce w kratkę takoż.

Schemat jednego kanału

Układamy elementy i kładziemy szynę masy

Rysowanie płytki zacząć należy od poukładania i ponazywania sobie wszystkich zastosowanych podzespołów. Czyli podstawki, rezystory, kondensatory, złącza... To się odwdzięczy na dlaszych etapach. Następnie układamy lampy wedle własnych odczuć estetycznych. W tym wypadku małe 6Ż1P-EW są na froncie, a centralnie za nimi wyższe 6P1P-EW. Zrobić to należy też tak, by między środkami podstawek można było poprowadzić jedną, grubą, niepozawijaną szynę masy - dla projektów o mocach do kilkunastu watów wystarcza ścieżka o szerokości 6 mm. Dla lamp heptalowych i nowalowych zostawiamy wokół nich wolny obszar o promieniu co najmniej 3 cm - dla elementów i ścieżek. Tę wartość przyjąłem jako kompromisowe minimum. Optymalnie jest przeznaczyć na każdą lampę ok. 30÷35 cm² laminatu, zasilacz nie jest tu brany pod uwagę. Żarzenie prowadzimy przewodami nad lub pod płytką, prowadzenie go wraz z innymi ścieżkami znacznie komplikuje sytuację. W tym celu od nóżek żarzenia prowadzi się jedynie krótkie ścieżki zakończone otworkami.

Etap pierwszy

Zaczynamy rysowanie

Układanie elementów należy prowadzić od końca lub od początku toru sygnałowego, nigdy od środka, gdyż może się okazać, iż reszta się wtedy po prostu nie zmieści. Tu wybrałem od wejścia. Zasada, którą wypracowałem, jest całkiem prosta - długimi ścieżkami płynąć może jedynie składowa stała lub składowa zmienna na podnośnej stałej. Te, które prowadzą sygnały zmienne, powinny być krótkie i - w miarę możliwości - "przytulone" do ścieżek masy dla ich ekranowania. Dozwolone jest wykorzystywanie zwielokrotnionych wyprowadzeń elektrod, w tym wypadku na nóżce 2 mamy rezystor katodowy, a na nóżce 7 wejście USZ. Widać dlatego, że połączenie lampy z R2 (rezystor antyparazytowy), R4 (rezystor katodowy) i P4 (USZ) są możliwie krótkie, koło centymetra, oraz szerokie (100 mils czyli 2,54 mm). Zaś te, które prowadzą składową stałą, nie muszą koniecznie podlegać warunkowi dopuszczalnej długości, ale nie ma też potrzeby ich bezsensownie rozwlekać - vide R3 i R5. Za minimalną odległość między ścieżkami o skrajnie różnych potencjałach (300÷350 V) przyjmuję 1 mm (R3 i R5 przysunęły się do P4), ale im dalej tym lepiej. Bez przesady. Szynę masy można rozgałęziać, lecz nie wolno tworzyć zamkniętych pętli. Odnoga musi być przeznaczona albo dla obwodu niskoprądowego, albo wysokoprądowego - tak, jak ma to miejsce w przypadku doprowadzenia masy do konektorka z sygnałem m.cz., które przy okazji osłania rezystor antyparazytowy i samą ścieżkę sygnałową. Dodawanie opisów na bieżąco ułatwia potem montaż.

Etap drugi

Ku dalszym stopniom!

Teraz zajmiemy się odwracaczem. Jak widać wyraźnie, między anodą przedwzmacniacza a kondensatorem sprzęgającym biegnie przeszło piętnastocentymetrowa ścieżka z sygnałem audio. Nie stanowi to jednak przeszkody, gdyż zawiera ona też dość sporo składowej stałej i jest w bardzo małym stopniu podatna na zakłócenia. Jej odcięcie następuje dopiero tuż przy odwracaczu. R7 (opornik antyparazytory) jest umieszczony bardzo blisko lampy, tak, jak poprzednio. Rezystor upływowy R6 i biegnąca doń ścieżka są otulone ścieżkami masy. Do kondensatorów sprzęgających C3 i C4 również prowadzą długie i pozawijane ścieżki, ale - jak pisałem - nie szkodzi im to w większym stopniu. Jednocześnie należy pamiętać o zaopatrywaniu kolejnych stopni w napięcie anodowe. Generalnie - montaż zwarty, czysty i przejrzysty. Nie bójmy się używać zworek, nie wyglądają wyrafinowanie ale upraszczają życie.

Etap trzeci

Szczęśliwy finał...

Czas na otoczenie stopnia wyjściowego właściwymi podzespołami. W pierwszej kolejności - sygnał dla siatek sterujących, który teraz powinien mieć się na baczności i trzymać blisko szyny masy. Tak też się stało - ścieżki nie są zbyt długie, a zworka przebiega nad szyną masy. Dopiero teraz można rozmieścić pozostałe elementy - rezystory do pomiaru prądu katodowego, obwody polaryzacyjne siatek sterujących. Niewykorzystanie jednej śrubki w złączu CON3 jest podyktowane różnicą potencjałów między sąsiednimi śrubkami, wynosi ona nawet 400 V. Z tego też powodu złącze dla przewodu masy zostało całkowicie odsunięte od reszty, by nie sprawiało w tym miejscu problemów. W okolicy CON3 mamy same wysokie napięcia (poza -24 V), zatem tam nie trzeba się martwić o odległości. To, co poprzednio - połączenia zwarte, elementy porozkładane logicznie. Komputer daje nam tę przewagę, że w każdej chwili można wszystko poprzekładać. Na koniec otaczamy naszą płytkę ramką symbolizującą linie cięcia laminatu i dodajemy w rogach otworki mocujące.

Etap czwarty i ostatni

Podsumowanie

Powyższy poradniczek powstał na podstawie prób i błędów, nie jest zatem konieczne sztywne trzymanie się zasad w nim opisanych. Niemniej jednak, stanowić może podstawę dla własnych eksperymentów. Przedstawiona procedura ilustruje prawidłowe podejście do zagadnienia na przykładowej płytce, niemniej jednak nie jest gwarantem uzyskania satysfakcjonujących wyników.