GU-43B (GU43B, Q-1P/41, Q-1P/42) 1.5 kW PA FRINEAR 1500

Click on flag for English

  26- jul-2016.

Een HF versterker met een passief rooster schakeling.

(Passive grid system, PA0FRI's 1.5kW QSK HF LINEAR gepubliceerd in RSGB's RadCom nov 2003)

Het eerste ontwerp.

Het tweede experimentele QSK ontwerp.

Recente proeven met een uitgekleed ontwerp. Zie het laatste deel van dit artikel.

Het tweede ontwerp als testmodel.

Klik op foto om te vergroten.

GU-43B

Een GU-43B is een gedeeltelijk van glas gemaakte tetrode van Russisch fabrikaat met een gloeidraad van 12.6 V/6–7.2 A, steilheid 40–50 mA/V, 28 W dissipatie van het schermrooster en 5 W dissipatie van het stuurrooster. De buis mag dus werken met geen of zeer weinig roosterstroom. Maximale anodespanning in vol bedrijf is volgens de fabrikant 3300 V. Onbelast is dat ongeveer 4000 V. Een geschikte schermrooster spanning daarbij is 350 V met 50–52 V negatieve roosterspanning bij een ruststroom van 200–100 mA.

Er was hier enige onzekerheid over de positie van de buis. Een fabrikant van lineaire versterkers met deze buis verzekerde mij dat zowel verticale als horizontale montage mogelijk is.

Q-1P/41 en Q-1P/42

Naast een GU-43B zijn er onder andere in Polen de typen Q-1P/41 en Q-1P/42 gefabriceerd die vrijwel gelijke eigenschappen hebben. Let op: de derde contactring (g2) van deze types is anders en als zo'n buis in de voet van een GU-43B geplaatst wordt, dan is er kans op teveel speling met de contactveren zodat er geen contact is.

Deze buizen zijn equivalent aan GU-43B. Een Q-1/42P ziet er uit als een GU-43B maar heeft een verzilverde anode. Een Q-1P/42 heeft een keramisch lichaam en verzilverde anode. Van beide nieuwe buizen versterkt een Q-1P/42 iets meer dan een GU-43B is uit mijn proefopstelling gebleken.

ANNODE DISSIPATIE

De juiste gegevens over de anode dissipatie zijn verwarrend, want twee waarden zijn op internet vermeld: 1000 W en 1600 W. Als ik de diverse begeleidende teksten analyseer dan is het een kwestie van politiek en commercie. In het ene land mogen zendamateurs met een buis van 1000 W werken en elders met meer anode disipatie. Gebruikt men deze buis voor professionele en militaire apparatuur dan is de anode dissipatie 1000 W en voor andere gebruikers is dat 1600 W. Als wij de ICAS norm aanhouden dan zal 1250 W beslist een veilige waarde zijn.

PROEFOPSTELLING

Om een GU43B te testen werd een proefopstelling gemaakt met alle componenten op een plankje. Het pi filter aan de uitgang is een complete zelfstandige eenheid die tijdelijk geleend werd van mijn andere ontwerp FRINEAR 750. Ondanks de "open" bouwwijze vertoonde de buis geen neigingen tot oscilleren door de lage ohms belasting van het stuurrooster. Het ontwerp is een zogenaamd passief rooster schakeling met een breedbandig circuit aan de ingang dat voor alle amateur banden een lage SWR tot gevolg heeft. Alleen het uitgangscircuit hoeft per band omgeschakeld te worden. In het schema staat alle noodzakelijke informatie die voldoende moet zijn voor een zelfbouwer die meer met dergelijke projecten gestoeid heeft. Zij die pas beginnen met een HF versterker raad ik aan om te starten met één band in het 40–160 m bereik. Dan is alleen een 50 Ω weerstand nodig en kan de ingangskring weggelaten worden. Als alles stabiel is en goed werkt kan men het ontwerp volgens het schema verder afmaken.

UITGANGSVERMOGEN

Met 30 W stuurvermogen en 3000 V (belast) werd aan de uitgang 1.5 kW gehaald en met 5 W QRP vermogen krijgt men ongeveer 400 W. In het begin werd zelfs met 100 W aangestuurd en kwam er 2.5 kW uit. De buis heeft het overleefd en verder is mijn ervaring is dat deze krachtpatser in alle opzichten goed bestand is tegen kortstondige overbelasting.

BUIS REACTIVEREN

Met reactiveren bedoel ik het in goede staat brengen van kathode en het vacuüm. Een nieuwe of lang niet gebruikte zendbuis moet door verwarming "op gang" gebracht worden om de samenstelling van het "vacuüm" te herstellen. Als dat met dit type buis nagelaten wordt bestaat er meer kans op vonkoverslag (flash-overs) en beschadiging van kathodemateriaal.

Het reactiveren is bijna altijd te doen door (fig») een buis op gepaste wijze warm te stoken. Begin met het ten minste één uur aanzetten van de gloeidraad op 12.6 V, gebruik een trafo van ongeveer 80 W en koel de buis. Plaats bij een grotere trafo een serieweerstand in de primaire kant zodat de spanning van de gloeidraad 12.6 V onder belasting is.

 

Daarna de buis (fig») als diode laten werken door alle roosters met de anode te verbinden en dan voeden met een gelijkspanning van 10 à 15 V. Bij een goede buis is zelfs een gelijkspanning van 12 à 12.5 V al voldoende om een stroom van 800 mA te laten lopen. Verhoog voorzichtig de spanning tot er 0.9 A loopt. Houdt de meter steeds in de gaten want de stroom kan geleidelijk oplopen, maar ook plotseling omhoog schieten. Als de stroom niet meer toeneemt, laat dan de buis met 0.9 A (of 800 mA) ten minste een uur aan staan. Blijf er wel steeds bij om in te grijpen voor het geval dat toch weer een toename plaats vindt.

Nieuwe en gebruikte GU-43B, Q-1P/41 en Q-1P/42 die op deze manier getest werden, staan in de tabel. Zo heeft u een indruk wat u kan verwachten van een goede buis.

Een andere methode is door verwarming in een kant en klare versterker. Stel de anodespanning buiten werking en warm de buis gedurende ongeveer een uur op met alleen de gloeispanning en de ventilator aan. Herstel daarna HV en laat de buis ongeveer een uur lang niet meer dan de opgegeven ruststroom trekken. Belast tijdens dat proces de uitgang met een dummy-load om eventueel oscilleren te voorkomen. Na deze behandeling kan voorzichtig sturing gegeven worden. Als alles stabiel blijft mag het stuurvermogen geleidelijk verhoogd worden tot de opgegeven waarde.

BUISVOET

 

De afstand van anode tot gloeidraad aansluiting is bij sommige GU-43B's te kort voor de getoonde keramische schoorsteen.

Deze voet met keramische schoorsteen komt het meest voor. In dit model zijn geïntegreerde 15 nF ontkoppel condensators voor het schermrooster concentrisch in de verzilverde koperen voet gemonteerd. Op de foto hebben zij een rode kleur.

Let op, er zijn nieuwe en gebruikte GU-43B buizen in omloop waarvan de lengte van onderkant anode (zie pijltje) tot de gloeidraadaansluiting ongeveer 5 mm te kort is voor deze keramische schoorsteen. Overtuig u ervan of voet, schoorsteen en buis wel bij elkaar passen. Als de buis geplaatst wordt, maken de gloeidraadaansluitingen geen contact met de (ring)klemmen in de voet omdat de anode al tegen de keramische schoorsteen komt. Dat kan verholpen worden door de schoorsteen 5 mm in te korten. Op de foto van de schoorsteen moet de rand boven bij de twee gaten links voldoende afgeslepen worden. Zonder geschikte spullen een rot karweitje met grote kans op barsten en wegspringende schilvers. Als u dat toch gaat doen, slijp dan de schoorsteen ondergedompeld in een bak met water. Het water dempt optredende trillingen en voorkomt het barsten of afspringen van keramisch materiaal. De getoonde schoorsteen heeft zo'n behandeling ondergaan. Controleer altijd, ook als het "past", of de gloeidraad wel contact maakt. Door spreiding in toleranties kan het zijn dat een vorige buis de contactring in de voet ruimer heeft gemaakt. Als u een buis plaatst merkt u aan de spanningsval van de gloeistroom trafo of er een goed contact is. Verder mag ik u adviseren om na het afschakelen van het (test)apparaat een buis ten minste 3 minuten met een ventilator na te koelen, ook als alleen maar de gloeidraden aan zijn geweest.

SCHERMROOSTER CONDENSATOR

De ontkoppel condensator van het schermrooster bestaat uit 12 × 15 nF parallel geschakelde doorvoer condensatoren die in een cirkel gemonteerd zijn. Dat aantal is voor HF niet nodig en daarom werden er drie verwijderd om plaats te maken voor onderdelen voor het ingangscircuit. In tegenstelling met de vorige buisvoet is hieronder een andere type getoond waarbij de ontkoppelcondensators evenwijdig aan de bodemplaat gemonteerd zijn.

 

12 × 15 nF Ontkoppel C's evenwijdig aan de bodemplaat.

INGANGSCIRCUIT

Voor de banden 160-80-40m is geen circuit aan de ingang nodig als het stuurrooster belast wordt met een inductievrije weerstand van 50 Ω. Op de foto een paar voorbeelden van inductie vrije weerstanden. Van links naar rechts:

50 Ω/250 W, 50 Ω/150 W, 150 Ω/30 W en 50 Ω/25 W. Voor hogere frequenties werkt dat niet meer probleemloos, omdat de stuurrooster capaciteit van de buis parallel aan de weerstand niet meer te verwaarlozen is. Als een buis in de voet geplaatst is, wordt deze capaciteit ongeveer 100 pF en dat is een impedantie van 55 Ω voor 29 MHz. Op die band staat dus 50 Ω parallel aan een 55 Ω impedantie en dat geeft een SWR aan de ingang van ongeveer 1.9! 

Testen van het circuit met een 50 Ω reflectievrije weerstand en in het schema rechts het eindresultaat.

Een aantal onderdelen (zie schema), o.a. het ingangscircuit, zijn direct op de buisvoet gemonteerd. Daarvoor werden 3 × 15 nF verwijderd.

 

Om 100 pF aan de ingang te neutraliseren of uit te stemmen werden allerlei circuits getest. Bij een van de schakelingen werd uitgegaan van een 50 Ω laag doorlaat filter (LPF) voor de 10 m band. De middelste condensator maakt dan deel uit van de roostercapaciteit. Daarmee werd verder geëxperimenteerd en het lukte om de waarde van alle componenten zo klein mogelijk te houden. De definitieve schakeling heeft dan ook nog maar weinig invloed op de stuurzender.

Een beschikbare 50 Ω/150 W chip weerstand werd samen met de ingangskring op de dikke bodemplaat van de buisvoet gemonteerd. De twee gele T86-6 ringkernen maken deel uit van dat netwerk. Op deze wijze is alles compact, zijn alle verbindingen kort en wordt de weerstand gekoeld door de massieve plaat en ventilator.

Afregelen op een SWR = 1 kan al in deze opstelling. Bovenaan ziet u het 50 Ω coax kabeltje naar een BNC plug voor een signaal uit een (QRP) stuurzender of signaalgenerator. Door het samendrukken of uitrekken van de windingen op de gele ringkernen kan de SWR verbeterd worden.

 

 

Omdat ik het lastig vind en vaak vergeet om steeds het vermogen van de transceiver terug te draaien van 100 W naar 30 W, werd een omschakelbare (fig1») 6 dB verzwakker aangebracht. Met 100 W uit de zender komt er 25 W in de 50 Ω weerstand. Dat is voldoende om nog een vermogen van 1200–1350 W te verkrijgen. Het een en ander is afhankelijk van de kwaliteit van een buis.

Een verzwakker heeft het voordeel dat met een 100 W zender de versterker nooit overstuurd kan worden. Extra beveiligingen zijn dan niet nodig. Wil men toch het magische vermogen van 1500 W halen, dan kan dat door de anodespanning te verhogen. Pas de negatieve stuurrooster spanning iets aan zodat de ruststroom gelijk blijft. De buis is erg stijl want als de spanning maar 0.7 V (1 × diode) verlaagd wordt stijgt de anodestroom van 100 mA naar 200–250 mA.

Uiteindelijk werden vier goede alternatieven voor het ingangscircuit geprobeerd. Van de drie eerste ontwerpen deed figuur 1 het beste in het bereik van negen amateur banden. De meeste amateur transceivers hebben een zendvermogen van 100 W. Als dat teruggeregeld wordt naar een lager vermogen, neemt vaak het lineaire gedrag af. Daarom wordt hier vrijwel altijd met 100 W gewerkt en dan lijkt het systeem van figuur 4 de meest aangewezen weg.

Een ALC regeling hier is niet gewenst omdat met de meeste transceivers eerst met vol vermogen gestuurd wordt en daarna een ALC pas terug regelt naar 30 W. Dat is een van de redenen waarom transistor eindtrappen voortijdig kapot gaan. Zij kunnen die kortstondige 100 W piek niet aan.

STUURVERMOGEN

Zonder verzwakker is een stuurvermogen van 27–30 W is al voldoende om de versterker 1.5 kW te laten leveren. Met nog meer kan er wel 2 kW uit komen, maar dan krijgen stuur en schermrooster stromen een onacceptabele waarde. Het maximum in dit ontwerp is dus 30 W uit de transceiver. Met 5 W uit een QRP zender kwam er ongeveer 400 W uit.

 

De testopstelling is hiernaast afgebeeld. Op het linker plankje ligt een koelblok met trafo en gestabiliseerde 350 V voor het schermrooster. Links ervan een weerstandsbordje met 28 zener diodes. Daarboven een 230 V/15 W gloeilamp als constante stroombron. Op het rechter plankje buis met voet en provisorische koeling met een "gewone" ventilator. Links een gloeistroom trafo die via spanning verveelvoudiging ook het relais voedt en het negatief voor het stuurrooster levert. Boven links een pi filter van de anode dat tijdelijk uit een zelfgebouwde andere lineair FRINEAR-750 gehaald werd.

Hier wordt bij het experimenteren veel met verplaatsbare modules gewerkt. Het genoemde pi filter dat met vier moertjes bevestigd wordt, is één geheel en kan zo weer in de oorspronkelijke versterker teruggeplaatst worden. De proefopstelling ziet er rommelig uit en dat was ook zo, maar dat pleit voor de schakeling, want zelfs zonder belasting van de in en uitgang was er geen spoor van zelfoscillatie op een van de amateur banden.

 

SCHERMROOSTER SPANNING

Voor een lineaire versterking van een tetrode zijn een gestabiliseerde stuurrooster en schermrooster spanning nodig en moet de schermrooster stroom begrensd worden. 

Een GU-43B kan door respectievelijk drie oorzaken teveel schermrooster stroom trekken:

(1) De anodespanning valt weg en het rooster fungeert dan als anode.

(2) Het uitgangscircuit of pi filter is niet goed afgestemd.

(3) Een buis wordt overstuurd.

Verder worden aan een voeding van het schermrooster de volgende eisen gesteld: bescherming tegen vonkoverslag (flash over) in de buis en in staat om negatieve roosterstroom te verwerken. De meeste serie voedingen voldoen niet aan alle genoemde voorwaarden. Er werden een veel (ook schakelende eigen ontwerpen) getest voor een goede schermrooster voeding. Van eenvoudig tot complex met allerlei beveiligingen. Ten slotte ontwikkelde zich een simpele parallel voeding (fig»). 

PARALLEL VOEDING SCHERMROOSER

Een parallel stabilisatie met een zener diode zorgt voor een harde roosterspanning en kan ook de negatieve roosterstroom aan. De combinatie van zener diode en transistor vormt een hoog vermogen stabilisatie die in staat is om een behoorlijke stroom te verwerken. Een veel voorkomende fout is het gebruiken van een klein vermogen diode van collector naar basis. De zener spanning stijgt al bij een geringe stroom door de diode en weg is de stabilisatie. De koeling moet dus beter of gebruik zwaardere zener diodes en plaats de transistor op een geschikt koelblok. In dit experimentele ontwerp werden eerst 28 × 51 V/1.3 W diodes op een weerstandsbordje gemonteerd, 4 parallel en dan 7 groepen in serie. Dit minimum aantal en de koeling in de vrije lucht was voldoende voor een goede stabilisatie.

Het schermrooster maximaal 350 V/80 mA mag hebben, daarom wordt hier de stroom begrensd door een 230 V/15 W gloeilamp als constante stroombron. Door teveel stroom kan het schermrooster oververhit raken en legt daarna het loodje. Gaat er iets verkeerd, dan wordt de stroom begrensd, zakt de spanning van het schermrooster in elkaar en geeft de lamp veel licht. Het is een goede indicatie als er iets mis is zoals het ontbreken van anodespanning, oversturen, niet goed afstemmen of onjuiste waarden van het anodecircuit. Als alles goed werkt zal met SSB de roosterstroommeter rond het nulpunt bewegen, ongeveer plus of min 5 mA. Met een continue draaggolf is er ongeveer 20 mA positieve roosterstroom.

 

Omdat transformators van meer dan 250 V steeds schaarser worden, werden andere mogelijkheden getest. Door verdubbelen of verviervoudigen is op eenvoudige wijze een hogere spanning te maken met bij voorbeeld («fig) een scheidingstransformator.   

7 × 6 × 51 V/1.3 W zenerdiodes als luchtgekoelde "power-zener".

Omdat hier niet op een paar diodes meer of minder gekeken hoeft te worden en een geschikt componentenbordje in de rommeldoos lag, werd in een later stadium een "power zenerdiode" gemaakt (fig») met 7 × 6 × 51 V/1.3 W diodes. In onze wereld wordt negatief gedacht over stabilisatie met alleen zenerdiodes. Vermoedelijk omdat te kleine of te weinig diodes in een keten toegepast worden. Het eenvoudigste wat tot nu toe goed werkte, was het getoonde schema. Als de 27 kΩ weerstand die het rooster belast parallel aan de 27 kΩ in het schema wordt geschakeld, verandert de spanning aan de uitgang niet.

SERIE VOEDING SCHERMROOSTER

 

 

Omdat "Als alles goed werkt zal met SSB de roosterstroommeter rond het nulpunt bewegen, ongeveer plus of min 5 mA. Met een continue draaggolf is er ongeveer 20 mA positieve roosterstroom", werd ook geëxperimenteerd (fig») met een serie voeding. Immers de 27 kΩ weerstand parallel aan het rooster moet in staat geacht worden om de gemiddelde positieve en negatieve schommelingen van de roosterstroom op te vangen. Het voordeel is het geringere stroomverbruik ten opzichte van een parallel voeding. Met de beschikbare transformator van 230 V : 120 V kon door verdrievoudiging de benodigde ongestabiliseerde spanning opgewekt worden. Transistor T2, een universeel type, zorgt voor het begrenzen van de stroom met de 11 Ω weerstand (10 + 1 Ω). Experimenteer eventueel met deze waarde.

SCHAKELEN RX & TX

Het principe van stabilisatie en schakelen.

Het overschakelen van zenden op ontvangen kan op diverse wijzen. Hier werd gekozen voor het onderbreken van de schermrooster spanning (Ug2). Op het stuurrooster staat permanent een spanning van ongeveer -52 V en de buis is dan dichtgedrukt als er geen Ug2 is. In plaats van transistor T2 kan in de zendstand punt N, de negatieve kant van Ug2, eventueel door een relaiscontact naar massa geschakeld worden.

QSK

Het snel omschakelen en het horen van het tegenstation tussen de tekens door tijdens een CW QSO noemt men QSK. Dat gebeurt meestal elektronisch of met snel schakelende reed en vacuüm relais. QSK gaat hier met transistor T2. Via de collector komt -Ug2 (punt N) aan massa als de basis ook aan massa geschakeld wordt. In de zendstand maakt een reed relais contact. De basis gaat via een weerstand, smoorspoel en 50 Ω "dummy" aan aarde en de transistor komt in geleiding. Het voordeel van deze schakeling is dat aan de ingang een snel schakelend (reed)relais met alleen één maakcontact toegepast kan worden.

Sommige vragenstellers zien niet goed hoe het systeem werkt en denken dat transistor T2 ondersteboven getekend is. Voor een beter overzicht is in het onderste schema (fig») het principe nog eens in vereenvoudigde vorm weergegeven. Denk eraan dat de negatieve kant van een (aparte) ongestabiliseerde voeding uitsluitend met punt N verbonden moet worden en niet aan massa.

VACUÜM RELAIS

 

Aan de uitgang van de lineair zal voor QSK een relais moeten komen dat snel is en een hoge spanning en stroom kan schakelen. Geschikte maar kostbare types daarvoor zijn vacuüm relais. Het (fig») afgebeelde model is van Siemens type VR 311, enkelpolig om, 355 Ω/26.5 V.

 

BESCHERMING SCHERMROOSTER

Het schermrooster moet permanent via een weerstand (fig») met aarde verbonden worden. Een zwevend rooster wordt opgeladen door langs komende elektronen en krijgt dan een steeds hogere spanning waardoor de anodestroom eveneens snel toeneemt. Een proces dat te vergelijken is met "run-away" effect bij transistors. Een 10 W weerstand van 10 tot 27 kΩ naar aarde is voldoende en kan dan ook dienen als gedeeltelijke belasting voor de negatieve roosterstroom.

 

Flash-overs komen vrij regelmatig voor bij deze en andere keramische buizen, vooral als ze lange tijd niet in bedrijf zijn geweest. Bij zo'n gebeurtenis kan ook kortstondig de volledige anodespanning op het rooster belanden. Ter bescherming van het rooster staat parallel eraan een beveiliging tegen overspanning in de vorm van een («fig) varistor, surge arrestor, VDR, of hoe die dingen ook nog meer heten. Er lagen hier nog een aantal uit gesoldeerde 230 VAC types en er werden twee in serie gemonteerd. Dat bleek tijdens het experimenteren een goede preventieve maatregel te zijn om beschadiging te voorkomen. Je doet soms iets stom en dan knetteren er vonkjes tussen de elektroden zodat je weet dat er iets mis gaat.

Een 15 Ω weerstand in combinatie met een 100 nF condensator vormen een soort laagdoorlaat filter dat de flitsen extra dempt. In plaats een weerstand ziet men in schema's een zekering of een diode, maar die geven geen echte bescherming.

 

PARASIET STOPPER

Parasieten kunnen onderdrukt of voorkomen worden door voor de parasietstromen een obstakel (stopper) aan te brengen die haaks staat («fig) op de richting van de stroom. Dat kan in de vorm van een haarpin geleider en het werkt, zonder noemenswaardig verlies van het oorspronkelijke vermogen, bij frequenties die een veelvoud zijn van 100 MHz. 

De voornaamste taak is het creëren van een hoge impedantie in serie met het anodecircuit. Deze methode werkt alleen goed als de werkfrequenties en frequenties van de parasieten voldoende van elkaar af liggen, zodat er voor de werkfrequenties geen buitensporige weerstandsverliezen ontstaan. De stopper moet een zo laag mogelijke L/C verhouding hebben en ook voldoende gedempt worden om een breedband werking te verkrijgen.

Het dempen kan bereikt worden door parallel aan de haarpin een niet inductieve weerstand te schakelen en de haarpin te maken van slecht geleidend metaal. Een ruw of geprofileerd oppervlak geeft extra weerstand ten opzichte van een gepolijste of gepoetste geleider. De haarpin kan gemaakt worden van een nikkel legering draad c.q. strip of van vertind koper. De gelijkstroomweerstand hoeft niet meer te zijn dan een fractie van 1 Ohm.

Hoewel in de proefopstelling geen vreemde gedragingen voorkwamen werd later voor de zekerheid een parasietstopper volgens de tekening en foto aangebracht. Knip een draad van ongeveer 12 cm af en buig dat om een pijp van 2.5 cm doorsnede.

 

GLOEISTROOM TRANSFORMATOR

Slecht één transformator zorgt voor de gloeispanning en door gelijkrichting, verdubbeling en verviervoudiging worden nog twee andere voedingen gemaakt. Let erop dat hier de positieve kant aan massa ligt. Een transformator voor het voeden van de gloeidraad moet precies geschikt zijn voor zijn doel; niet te groot en niet te klein. Gebruik een trafo van ongeveer 90 W (fig») die iets meer levert dan 13 VAC. Meet direct op de buisvoet de spanning van de gloeidraad. Regel met een weerstand in de primaire kant de spanning terug tot 12.3 VAC. Dat is voor een lange levensduur van de buis. Omdat veel relais voor eindtrappen met 24 VDC werken, wordt die spanning door verdubbeling verkregen. De ongeveer 52 V negatieve roosterspanning ontstaat door verviervoudiging en stabilisatie met een serieschakeling van zener diode met een één of meer silicium diodes.

ANODEKRING BEREKENEN

Voor het testen van dit ontwerp werd tijdelijk een uitgangskring gebruikt dat niet hiervoor maar voor de Frinear750 was. Daarom zijn (nog) geen correcte waarden weergegeven voor het pi filter: Ctune, L en Cload. Het is gebleken dat hier veel aandacht aan besteed moet worden. Voor een optimaal resultaat moet de hoogspanning van de belaste anode bekend zijn. Bij een niet goed gedimensioneerde uitgangskring wordt de schermrooster stroom onnodig hoog. De juiste stroom (lees nog eens "Schermrooster spanning") vindt men door beproeving in een werkend apparaat.

Voor de berekening van de juiste belasting (Ra) voor de anode gebruik ik een eigen formule die in de praktijk goed uitpakt voor SSB en CW: Ra = Ua ÷ (1.87 × Ia)

De anode belasting (Ω) is anodespanning (U) gedeeld door het product van een constante (1.87) en anodestroom (A) bij een constante draafgolf. Omdat de buis bij een wat hogere anodespanning optimaal werkt, volgt hier een berekening van het anodecircuit bij 3000 V/0.9 A. 

Met de vorige formule

Ra = Ua ÷ (1.87 × Ia),

wordt ideale belasting voor de anode:

Ra = 3000 ÷ (1.87 × 0.9) = 1783 Ω.

Een (kringkwaliteit) Q = 10–12 voor de afgestemde kring is een goed compromis voor: rendement, overdracht, onderdrukken van harmonischen en praktische waarden voor C en L. Voor 80 m nemen wij:

 

 Q = 10

De impedantie van de belaste anode kring is dan:

Za = Ra ÷ Q = 1783 ÷ 10 = 178.3 Ω.

De tuning-C (=Ct) draagt het meeste bij aan de kringresonantie. Resonantie vindt plaats als Ct een impedantie heeft van:

 

Zct = 178.3 Ω.

Omgerekend in pF wordt dat:

Ct = 106 ÷ 2πfZct (in resp. pF, MHz, Ω).

Voor 3.5 MHz wordt dat:

Ct = 106 ÷ (2π × 3.5 × 178.3) = 255 pF.

Dat is inclusief anode, bedrading en andere capaciteiten. Het circuit transformeert de anode impedantie:

1783 Ω omlaag naar 50 Ω,

dat is een impedantie verhouding van:

1783 ÷ 50 = 35.66

en een capaciteit verhouding van:

√35.66 = 5.97.

De tweede C(=CL), meestal loading-C genoemd, heeft een waarde van:

CL = 255(pF) × 5.97 = 1522 pF.

Parallel over anodespoel L staat:

Ra + Rload = 1783 + 50 = 1833 Ω.

De belaste spoel met een Q = 10 ziet in resonantie een weerstand van:

Rs = 1833 ÷ 10 = 183.3 Ω

Omrekening naar zelfinductie voor 3.5 MHz geeft:

L = Rs ÷ 2πf = 183.3 ÷ (2π × 3.5) = 8.34 µH.

Een tuning condensator voor 160 m wordt dan 2 × 255 = 510 pF en de loading condensator 2 × 1522 = 3044 pF. Voor 40 m, moeten de waarden van 80 m door twee gedeeld worden etc. Voor de lagere banden 80 en 160 m kan men eventueel een Q van 5 kiezen voor een lagere maximum afstemcapaciteit zodat met een kleinere condensator volstaan kan wordend. Gebruik de vorige gegevens als start en regel in bedrijf de uitgangskring af op zo laag mogelijke schermrooster stroom bij maximaal uitgangsvermogen. Als dat niet lukt wijzig dan het windingaantal van de anodekring. Een onjuiste anodekring blijkt ook uit het dalen van de schermrooster spanning door het meer oplichten van de gloeilamp als constante stroombron.

 

Let op! Meestal zet men spoelen van de anodekring in serie (fig»). Voor 80 m is een deel van de zelfinductie de in serie geschakelde spoelen van de hogere banden. In dit rekenvoorbeeld is op 40 m de zelfinductie in totaal ongeveer 4 µH. Voor 80 m komt daar dus bij een spoel van: niet 8.34 µH, maar 8.34 - 4 = 4.34 µH!

 

Belangrijk is om het gemeenschappelijk aardpunt, dat in het schema nadrukkelijk getekend is, ook daadwerkelijk in de montage uit te voeren.

Om ruimte te besparen kan men voor het 160 m bereik in plaats van een luchtspoel een spoel op een ringkern toepassen. Als er genoeg ruimte is hoeft u dat niet te doen. Op een T200-2 kern geven 28 windingen ongeveer 10 µH. Verstandig is om meer kernen op elkaar te stapelen. De draad moet bestand zijn tegen hoge spanningen en een isolatie met bij voorbeeld Teflon tape op de kern of draad is aan te bevelen. Een andere methode, waarbij ongeïsoleerd draad gebruikt kan worden, is het bedekken van de kern met twee isolerende ringen van glasvezel printplaat zonder koper. De ringen kunnen uitgezaagd worden met een 7 gaten zaag. Voor een T200-2 ringkern wordt het binnenste gat 28 mm doorsnede en de diameter van de ring wordt 55 mm. U kunt de ringen met een paar druppels seconden lijm aan de ringkern vastzetten. Dat voorkomt schuiven bij het aanbrengen van het draad.

HV VOEDING

De opwekken van hoogspanning kan op twee manieren, gelijkrichting met een brugschakeling of verdubbeling en gelijkrichting. Het een en ander is afhankelijk van de transformator die u kunt bemachtigen. Veel typen hebben een secundaire spanning van 1100 - 1300 V of 2200 - 2600 V. Iets meer is nog beter met deze buis. Het verschil in geleverde spanning tussen belast en onbelast behoorlijk kan zijn. In de praktijk is dat verschil kleiner, want zodra de buis russtroom trekt, daalt de spanning al. Met SSB zal dat gemiddeld nog lager worden en met een continue draaggolf (= vollast) zakt de spanning ineen tot een waarde van de onbelaste wisselspanning. Daarmee bedoel ik dat bij voorbeeld een transformator van ~2800 V bij een continue draaggolf nog maar 2800 V gelijkspanning aan de anode levert. De in het schema getoonde condensatoren van 220 µF/400 V komen het meeste voor in de handel en op internet veilingen. Probeer zo mogelijk of u aan 270 µF/400 V of 330 uF/400 V typen kunt komen. Overigens zijn genoemde capaciteiten ook met een spanning van 450 V in omloop.

TIJDSCHEMA

Deze versterker zal nog volgens het schema gebouwd worden. Hier is nog niet beslist of alles in één kast komt of met een voeding in een aparte behuizing. Ook wordt er nog getwijfeld of een normale of slakkenhuis ventilator, een dure rolspoel en vacuüm condensator toegepast zullen worden. Zodra er begonnen is met het opbouwen, zal dit artikel aanpast worden. 

 

 

 

Als u deze versterker bij normale relatief kortdurende uitzendingen gebruikt zal koeling met een 12 × 12 cm ventilator voldoende zijn. Er is een fabrikant die dat ook doet in zijn producten met deze buis. Ook Dentron had in haar DTR-2000L («fig) eindtrap met een 8877 triode een normale vierkante ventilator. Bent u een liefhebber van contesten dan zal een slakkenhuis ventilator met meer luchtverplaatsing beslist nodig zijn.

 

 

ON7AS & ON4TO

ON7AS en ON4TO hebben met mijn ontwerp als voor beeld een werkelijk stevige en mooie versterker gebouwd die wel uit een fabriek lijkt te komen.

 

 

 

VERDERE EXPERIMENTEN

 

 

 

Inmiddels werd via eBay een Q-1P/42 met een andere voet en zonder schoorsteen gekocht voor een reserve voorraad om verder te experimenteren. Omdat dit type buis keramisch is, verwacht ik dat de toegestane maximale temperatuur ook hoger mag zijn (250°) dan een buis met glas isolatie (150°) zoals dat bij andere fabrikanten gebruikelijk is. Het plan is om deze buis te koelen met een "normale" 12 × 12 cm ventilator met een groter blaasvermogen. Er wordt momenteel gewerkt aan een ombouw voor deze voet met genoemde ventilator en een schoorsteen van standaard PVC pijp (fig»). Gezien de hoeveelheid lucht die verplaatst wordt door de koelribben lijkt dat voldoende voor normaal SSB en CW bedrijf. Het is dan mogelijk om een betrekkelijk kleine versterker met ingebouwde voeding te bouwen hetgeen mijn voorkeur heeft. Als dat niet aan de verwachting voldoet kan nog altijd een grotere PA gemaakt worden met een GU43B, keramische schoorsteen en slakkenhuisventilator.

 

Dit past nog maar gaat de rest er ook in?

DE MEEST RECENTE ONTWIKKELING

Dit ontwerp is nog steeds niet afgebouwd omdat het een goede gelegenheid is om nog eens allerlei (eigen) ideeën uit te proberen.

Nog meer vereenvoudigt voor aansturing met 100 W.

 

Momenteel wordt geëxperimenteerd met een nog meer vereenvoudigd ingangscircuit (fig») dat bestaat uit een 50 ? weerstand gevolgd door een 4 ÷ 1 balun of autotransformator. Daarmee wordt vrijwel hetzelfde bereikt als de eerder getoonde 6 db verzwakker. De versterker levert wat minder vermogen, maar de gebruikelijke 100 W uit een transceiver hoeft niet teruggeregeld te worden. De lineair loopt niet op zijn tenen en de zender wordt correct belast. Dat is voor moderne sets belangrijk, want de minste vervorming verkrijgt men als er met het nominale vermogen (100 W) gewerkt wordt. Hier probeer ik altijd zoveel mogelijk uit een versterker te halen. Daarna wordt het uitgangsvermogen gereduceerd en zoveel mogelijk onderdelen weggelaten zonder dat het de goede werking nadelig beïnvloedt.

 

 

De balun («fig) werkt hier tevens als smoorspoel voor het toevoeren van de negatieve rooster spanning. Door het transformeren ziet de ingang maar 25 pF van de ongeveer 100 pF ingangscapaciteit van de buis in voet en het rooster wordt belast met 12.5 ?. Dat vermindert in sterke mate de invloed op de SWR aan de ingang en de buis wordt stabieler door de kleine weerstand over het stuurrooster. Een compenserend netwerk met 27 pF en 0.185 µH zorgt ervoor dat ook bij 28 – 30 MHz de SWR laag wordt.

Voor het spoeltje werd een boor van 7 mm als vorm gebruikt met zes windingen van 1 mm (trafo) draad dicht tegen elkaar gewikkeld. Na montage in de proefopstelling (fig») was met geplaatste buis de SWR = 1.15 op 10 m. Dat kon nog omlaag gebracht worden door de spoel iets uit te rekken. De balun werd gemaakt met een kort stukje ferrietstaaf uit een AM radio. Met 16 getwiste (bifilaire) windingen van 0.6 mm draad werd een zelfinductie van 44 µH verkregen als de twee spoelen in serie staan. Dat is op 160 m een impedantie van rond 500 ? parallel aan de 50 ? dummy load, hetgeen groot genoeg is om de SWR niet nadelig te beïnvloeden.

De voeding voor het schermrooster wordt verzorgd door een 230 ÷ 120 VAC transformator waarbij door verdrievoudiging een onbelaste gelijkspanning van rond 500 V beschikbaar is. Belast met een stabilisatie systeem zakt dat terug naar 475 V. Tegelijkertijd wordt voor het stuurrooster door enkelfaas gelijkrichten een negatieve spanning opgewekt. Stabilisatie van het schermrooster met een behoorlijk aantal zenerdiodes bleek onverwacht goed te werken door de kleinere stroom per diode. Dat was lager is dan meestal in dergelijke schakelingen gebruikelijk is. Bij mijn diodes van 51 V/1.3 W loopt bij het opwarmen de zenerspanning al gauw op van 50.0 tot 52.7 V. Dat betekent met 7 diodes in serie een variatie van 350 V tot 369 V, niet echt stabiel dus. Een goede koeling bevordert de stabiliteit. Het plan is dan ook om de serie diodes in het compartiment van de buisvoet te monteren, zodat een directe en krachtige luchtstroom voor een min of meer constante temperatuur gaat zorgen.

Ook de 50 ?/100 W en 27 k? weerstanden en de zenerdiode voor het stuurrooster waren in een eerder stadium al daarin gemonteerd. Om de stroom door de diodes nog meer te verminderen, ben ik van plan om nog een tweede 27 k? weerstand parallel te schakelen of beide te vervangen door een 15 k? weerstand. Dat dient ook als belastingsweerstand voor de "verkeerde" stroom uit het schermrooster.

In het schema hiernaast gaat de omschakeling van de negatieve roosterspanning elektronisch. Iets dergelijks doe ik ook in mijn FRI750 ontwerp. Pas wanneer de versterker door het relais met de antenne verbonden is, gaat de buis open door een lagere negatieve roosterspanning. De basis van transistor T1 (b.v. TIP47) wordt via een smoorspoel over de uitgang en een 10 k? basisweerstand aan massa gelegd. De transistor gaat geleiden en verlaagt - 150 V naar - 51 V door een zenerdiode.

De stabilisatie van de spanning voor het schermrooster was zeer goed met 7 zenerdiodes in serie samen met een nieuwe BU208 (1500 Volt) transistor. Daarom wordt dit vooralsnog aangehouden, ook omdat met minder zenerdiodes alle componenten beter bij de rest in de buisvoet passen.

Overigens was de koeling van de chipweerstand met een "gewone" ventilator maar net voldoende voor SSB of CW gebruik. Bij een 100 W constante draaggolf werd de weerstand behoorlijk heet. Een paar dagen later werd toch maar in de rommelbak gezocht naar een geschikt koelblok. Een afgezaagd profiel (ik bewaar alles!) dat was overgebleven van een ander project, werd op maat gemaakt en van koelgaten (fig») voorzien. De componenten werden herplaatst op plekken waar de luchtstroom de minste hinder ondervindt. Het is nog niet af want er moeten nog een paar dingen bij, maar de foto geeft een indruk hoe u het eventueel kunt doen. Het een en ander was mogelijk omdat de buisvoet een type is met transversaal geplaatste ontkoppel condensatoren.

DE ONTWERPEN VAN 4L1DA, UY5ZZ EN PA0FRI BIJ ELKAAR

Hierna volgend ziet u ontwerpen van 4L1DA en UY5ZZ voor een versterker met een GU-43B. De schema's werden nagetekend van onduidelijke afdrukken en het is niet zeker dat de waarde van alle componenten correct zijn weergegeven. Voeding en andere details werden door mij weggelaten. Het circuit van 4L1DA om de ingangscapaciteit van het stuurrooster weg te stemmen is in principe hetzelfde als mijn "derde" circuit. De voeding van het schermrooster, ook een parallel stabilisatie, is leuk eenvoudig. Zelf zou ik de belastingsweerstand R5 (47 k?) verlagen naar 27 k? of minder en over gedimensioneerde zener diodes monteren. Ter informatie en vergelijking is mijn oorspronkelijke versterker met een GU-43B erbij gezet.

De versterker van 4L1DA.

De versterker van UY5ZZ, een commercieel product.

Het eerste ontwerp van PAØFRI.

PA1TX bezit een YU5ZZ versterker en ondervond een onrustig gedrag bij het afstemmen. Nadat hij mijn ingangscircuit had ingebouwd, werd de versterker een stuk stabieler. 

ANDERE BUISVOETEN