400W HF passief rooster versterker met EL519 of PL519

Click on flag for English

 

 

PE1ABE maakte deze mooie versterker.

INLEIDING

Deze versterker is ontstaan door ergernissen over sterkere zenders die mijn signaal uit een QRP transceiver overstemden. Jarenlang werd gewerkt met een 10 W YAESU FT-7 setje (fig») en vooral in de avonduren werd het signaal weggeblazen door lineairs uit de buurlanden. Het is een ontwerp dat uit mijn FRINEAR 150 via een 2 × PL519 en een 3 × PL519 versterker verder ontwikkeld werd. Een verkort artikel heeft in "TT" van het Engelse blad RadCom gestaan en later heeft de redactie het ook in het RSGB Handbook opgenomen. Omdat de versterker in de loop der tijd omgebouwd werd tot een FRINEAR 400 zijn er geen foto's beschikbaar van het originele apparaat. Gelukkig heeft PE1ABE afbeeldingen van zijn afgebouwde versterker ter beschikking gesteld.

Het schema in het RSGB Handbook 8th Edition: FRINEAR 400 LINEAR en in TT RSGB's RadCom aug 1992.

SCHAKELING

Het is een passief rooster schakeling waarbij de spanning voor het schermrooster onttrokken wordt uit het stuursignaal. Met L4 (of T1) wordt het signaal over de 50 Ohm weerstand omhoog getransformeerd en met meerdere diodes 1N4148 gelijkgericht en de spanning gelijktijdig verdubbeld. De aan het schermrooster toegevoerde spanning volgt daarmee het omhullende van het stuursignaal waardoor een lineaire versterking bereikt wordt.

 STUURROOSTER

Omdat het stuurrooster door een 50 Ohm reflectievrije weerstand belast wordt, is de versterker stabiel en heeft in principe geen ingangskring nodig. Jammer genoeg is de capaciteit aan de ingang van de buizen ongeveer 4 × 22 pf. Als ook nog de strooicapaciteit van bedrading en componenten geschat wordt op ongeveer 12 pF, dan staat ongeveer 100 pf parallel aan de weerstand. Dat is op 10 m een impedantie van rond 55 Ohm, maar ook op lagere frequenties zal dat van invloed zijn door een slechtere SWR en daardoor minder sturing en zendvermogen.

De ongewenste 100 pF moet daarom gecompenseerd worden met een netwerk (toch een ingangskring hi!). Deze multiband kring is een afgeleide van mijn Fri-match en mag via een coaxkabeltje van maximaal 25 cm gekoppeld worden aan het stuurrooster. Zodoende heeft u meer bewegingsvrijheid bij het monteren van de afstemknop op een voor u geschikte plaats aan de frontplaat.

De kring wordt op een band in resonantie gebracht, zodat men de ongeveer 100 pF kan wegdenken. Blijft dus 50 Ohm over om het systeem breedbandig te maken en de buis stabiel blijft door de lage belasting.

Alleen op 80 of 160 m kan men de 1-knops multiband 10 t/m 80 m tuner rondom L3 weglaten. Als een set een ingebouwde tuner heeft, dan gaat het over het algemeen ook zonder de extra afgestemde kring, maar met minder maximaal zendvermogen. U bent natuurlijk vrij om eventueel een ander (vast en omschakelbaar) afgestemd systeem aan te brengen.

De voeding voor het schermrooster voegt ook nog een onbekende impedantie toe aan het circuit van de ingang. Daarom kan men het beste de PA eerst op 80 m testen met buizen en zonder de afgestemde kring, zodat met sturing uit een zender een optimale werking van de meelopende schermrooster spanning gecontroleerd kan worden. De afstemming van het anodecircuit heeft ook invloed op de impedantie aan de ingang en moet dan ook goed afgestemd worden op maximum vermogen in een 50 Ohm dummyload. Als de versterker op die band goed werkt, kan de "tuner" toegevoegd worden om het systeem op andere banden te testen.

KATHODE

 

  

 

De buizen werken min of meer in zogenaamde "zero bias" instelling. Voor een negatieve spanning ten opzichte van het rooster en een ruststroom van 20 - 25 mA per buis zijn een aantal diodes als "zenerdiode" in serie geschakeld. Verder zorgen de weerstanden in de kathode voor het onderling gelijktrekken van de buizen tijdens het bedrijf. Loopt er door een enthousiaste buis meer stroom, dan neemt de negatieve spanning toe en begrenst daarmee de versterking.

 

 

RELATIE KATHODE WEERSTAND EN SCHERMROOSTER SPANNING

 

Het verband tussen de spanning voor het schermrooster en de spanning over de kathodeweerstand wordt niet altijd goed begrepen. Het ontwerp wordt soms al dan niet met toevallig succes klakkeloos op andere buizen (b.v. QE08/200) losgelaten.

In dit artikel wordt het principe van figuur 2 («fig)toegepast. Zonder sturing van de zender wordt met een aantal diodes de ruststroom ingesteld. Door het signaal van een zender komt een wisselspanning op het stuurrooster, een verhoogde gelijkspanning op het schermrooster en door de kathodestroom een positieve spanning over de kathode weerstand. Dat laatste betekent dat er een negatieve spanning van het stuurrooster ten opzichte van massa ontstaat. Hoe meer sturing hoe meer alle spanningen toenemen en de buis open gaat. Heeft de kathode een te kleine weerstand dan vermindert de negatieve spanning van het stuurrooster, er loopt teveel schermrooster stroom en de (vermenigvuldigde) schermrooster spanning zakt in elkaar. Is de weerstand te groot, dan gaat de buis dicht bij een te hoge spanning over de weerstand.

Het zal duidelijk zijn dat schermroosterspanning en kathodespanning onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn en dat hun relatie ook nog afhangt van het stuurvermogen. De 100 Ohm kathode weerstanden zijn een goed compromis voor een stuurzender van ongeveer 10 W.

Men kan zelf de optimale waarde van de weerstand bepalen. Dat kan per buis of voor alle vier tegelijk. In het laatste geval verbindt men alle kathodes aan elkaar (fig») met één regelbare 25 Ohm weerstand of potmeter naar de gemeenschappelijke kathodelijn. Stel de weerstand in op 25 Ohm, geef maximale sturing en regelt de PA af op maximaal zendvermogen. Draai nu aan de potmeter, bij het vergroten zakt het vermogen en bij het verkleinen stijgt het vermogen. Bij het laatste zal bij het verder draaien het vermogen ineens in elkaar zakken door een afnemende spanning op het schermrooster. Het juiste punt voor de potmeter is de stand net voor het "inzakpunt". Stel dat de weerstand dan 20 Ohm is. Verwijder dat en plaats in elke kathode een weerstand van (4 × 20 =) 82 Ohm.

 GLOEIDRAAD PL519

De buistypes EL519 en PL519 zijn identiek, alleen spanning en stroom voor de gloeidraad zijn anders. Een PL519 heeft 40 V/0.3 A nodig.  Door 4 × PL519 in serie te zetten kan men eventueel de 160 V/0.3 A voor de gloeidraad direct uit het 50 Hz lichtnet voeden. Dat klinkt vreemd, maar dat gebeurde ook in oudere KTV's. Uitgaande van een lichtnetspanning van 230 Volt kan men de condensator berekenen («fig) die zorgt voor de juiste spanningsval. Er zijn twee mogelijkheden: een bipolaire condensator of twee elco's met elk een diode in serie.

ZENDVERMOGEN

Het zendvermogen hangt af van de hoogspanning, maar ook van de frequentie. Dat laatste omdat het rendement van de buizen op de hogere banden afneemt en er capacitief meer signaal "weglekt" bij de opwekking van de spanning voor het schermrooster. Het is dus niet vreemd dat uw zelfbouw versterker een output heeft in de trant van: 10 m/300 W, 15 m/350 W, 20 m/400 W, 40 m/450 W en 80 m >450 W. 

PARASIET STOPPERS

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.

 

 

Al mijn versterkers met EL/PL519 waren zo stabiel dat er geen parasietstoppers in de anode nodig waren. Het een en ander hangt ook af hoe zo'n apparaat opgebouwd wordt en niet iedereen heeft daar ervaring mee. Sommige nabouwers van mijn ontwerpen werden geconfronteerd met verschijnselen van instabiliteit die wegbleven nadat er in elke anode parasietstoppers aangebracht waren. U kunt de traditionele "weerstand met spoeltje" stoppers aanbrengen, maar een («fig) haarpin model (van eventueel dunner draad) heeft tegenwoordig mijn voorkeur. Hiernaast (fig») ziet u hoe iemand dat uit voorzorg al gedaan heeft. Als de versterker toch instabiel blijkt te zijn vergroot of verklein dan de afmeting van de haarpin een beetje.

 

 

GU50

In dit ontwerp is een GU50 niet door mij getest.

Uit Oost-Europese landen werd gevraagd of een GU50 buis ook geschikt is voor dit ontwerp. Het systeem heb ik op verschillende tetrodes of penthodes toegepast en dat ging goed. Een GU50 is nooit ter beschikking geweest, maar gezien het voorgaande zal het eventueel met kleine aanpassingen ook wel werken. Daarom werd het schema aangepast voor een GU50. Voor op- of aanmerkingen over deze toepassing houd ik mij aanbevolen.