Marcel Perian YO6PMX

Introducere

In urma cu aproximativ 10 ani, Serghei Pasko, EX8A, prezenta pe site-ul  www.cqham.ru o serie de articole in care trata exhaustiv problema amplificatoarelor liniare de unde scurte realizate cu tuburi "de generatie veche", din seria GK-71, GU-81M si GU-13. Seria se incheie cu publicarea unui articol ce prezinta concret un astfel de amplificator, cu toate detaliile sale constructive : http://www.cqham.ru/HiFi_Contester_EX8A.htm Nu voi insista asupra argumentelor aduse de catre Serghei in favoarea acestui tub, deoarece acest articol este disponibil in forma lui originala, accesibila oricui, precum si datorita faptului ca articolul a fost tradus in limba romana si publicat de catre YO7MGG, facand astfel un imens serviciu radioamatorilor YO nevorbitori de limba rusa, chiar daca unii au considerat de-a dreptul periculoasa punerea la indemana eventualilor constructori din YO a acestui articol... Articolele originale ale lui EX8A au intampinat si ele, devident, reactii contradictorii, fie de respingere, in special din partea constructorilor de amplificatoare cu tuburi metaloceramice, fie de sustinere din partea altor radioamatori www.cqham.ru/ra6ed_1.htm, http://www.cqham.ru/pa65_19.htm care au reusit sa confirme si ei rezultatele obtinute de EX8A.

Articolul de fata nu are ca scop discutarea aspectelor teoretice legate de performatele tubului in sine, (prezentate si argumentate de altfel de EX8A) ci rolul sau este acela de a descrie practic, cu cat mai multe detalii, un astfel de liniar inspirat din articolele lui Serghei.

Material si metoda

Tubul GU-81M este considerat o varianta imbunatatita a mai vechiului GU-80. In cazul tuburilor GK-71 si GU-81M, gradul de uzura este foarte dificil de apreciat vizual, depunerile de reziduu provenit prin pulverizarea catodului sunt greu vizibile pe balonul tubului sau pe suportii de portelan din interiorul lui. Din pacate in YO circula destul de multe asemenea tuburi uzate care sunt vandute, cu sau fara intentie, ca fiind NOS (new old stock). NOS inseamna tub care nu a fost niciodata montat in soclu, testat, incalzit, etc. Exista desigur cateva indicii care pot sugera daca tubul este cu adevarat nou sau nu, indiciul pe care eu il recomand ca avand cea mai mare sensibilitate este stampila " OTK " (sau stampile care indica seria) pe care producatorul o aplica pe tub cu o vopsea de culoare albastra, violet sau verde, insa IN NICI UN CAZ MARO. La prima incalzire semnificativa a tubului (utilizare cu tensiune anodica conectata) aceasta cerneala isi schimba culoarea si devine maro. Un tub cu stampila " OTK " de culoare maro, cu certitudine nu este NOS (vezi fig.1).

Fig. 1. Tub GK-71 NOS, cu stampile de identificare albastre vs tub GU-81M folosit, cu stampila OTK de culoare maro

Evident, faptul ca un tub nu este NOS, nu inseamna implicit ca el este foarte uzat. Gradul de uzura al unui tub poate fi apreciat printr-o metoda aproximativa descrisa de PA0FRI aici : http://pa0fri.home.xs4all.nl/Lineairs/Tubes%20reconditioning/tube%20reconditioning.htm In cazul lui GU-81M, legand toate cele 3 grile la anod si aplicand o tensiune de 30 - 32V intre catod si anod, curentul printr-un tub nou este in jur de 200 mA. Scaderi semnificative sub aceasta valoare semnifica o uzura importanta a tubului. Oricum, avand in vedere preturile inca accetptabile ale acestor tuburi, eu personal nu recomand achizitia celor care nu sunt NOS cu stampila albastra.

O serie de radioamatori din spatiul ex-sovietic recomanda modificarea cu grija a tubului, cu indepartarea cilindrului de aluminiu de la baza tubului si a suportului de sticla pentru terminale. Indepartarea acestor elemente pare sa duca la o scadere a capacitatilor parazite de intrare ale tubului precum si la o mai simpla fixare a tubului pe un soclu artizanal realizat direct pe placa " de baza " din sticlotextolit (fig. 2), cu ajutorul unor cleme din alama cu doua suruburi, folosite frecvent la instalatiile electrice.

Fig. 2 Tub GU-81M dupa indepartarea colierului metalic si fixarea lui pe cablaj folosind cleme cu surub

Indepartarea cilindrilor de pe contactele de anod si G3 din partea superioara a tubului nu este necesara si nici benefica.

Personal prefer intotdeauna montarea tuburilor in pozitie verticala. Daca la tuburile cu incalzire indirecta, in majoritatea cazurilor, pozitia de montare poate fi oricare, in cazul tuburilor cu incalzire directa ea este critica. Teoretic unele dintre aceste tuburi pot fi montate si in pozitie orizontala, cu anumite precautii, insa eu nu recomand aceasta pozitie.

Schema de principiu a amplificatorului este prezentata in figura 3.

Fig. 3 Schema de principiu a amplificatorului

In ceea ce priveste componentele utilizate, acestea vor fi descrise in continuare.

Mufele RF de intrare si iesire vor trebui sa fie de buna calitate, mufa de iesire trebuie sa fie capabila sa suporte 1,5 KW putere medie. Personal am folosit mufe Amphenol PL259 (SO239) cu prindere pe panou in 4 suruburi. Este de preferat ca mufele sa fie argintate sau aurite, insa acest lucru nu este obligatoriu.

Releul de intrare este simplu, trebuie sa aibe contacte cat mai scurte si sa suporte o putere de 100W. Personal am folosit relee SONGLE (China) tip SRD-12VDC-SL-C. Releul de iesire (K10) trebuie sa fie foarte robust, cu contacte cat mai mari ca suprafata si cat mai scurte. El trebuie sa suporte 1,5 KW. Personal recomand releele Weidmuller RCI314012 , cu contacte Nichel-Argint. Se pot folosi, la limita, relee de tip Omron G2R-1, insa uneori aceste relee pot ramane cu contactele lipite in pozitia TX. Releul de comutare a stabilizatorului G1 este unul obisnuit, se poate folosi cu succes un banal SRD-12VDC-SL-C.

Comutarea sectiunilor filtrului pi se realizeaza cu relee cu vacuum provenite din aparatura de transmisiuni ex-sovietica si sunt de tipul V1V-1V (B1B-1B), capabile sa suporte intre contacte tensiuni de 3KV.

Toate releele amplificatorului au montate in paralel cu bobina cate o dioda 1N4007 pentru taierea varfurilor de autoinductie si cate un condensator de 22nF. Aceste componente nu sunt reprezentate pe schema de principiu.

Toate cablurile coaxiale folosite in interiorul amplificatorului (intre releul de intrare si cel de iesire, de la releul de intrare la comutatorul de benzi, de la comutator la intrarea amplificatorului precum si cel de la iesirea amplificatorului la relul de antena trebuie sa fie RG-213 MIL sau cel putin H-155. RG58 este un cablu inferior, cu pierderi mari si incapabil sa suporte puterea de iesire a amplificatorului.

Comutatorul de benzi provine si el din stocurile armatei ex-sovietice, este un comutator ceramic cu 3 galeti si 11 pozitii / galet. Primii 2 galeti comuta filtrele de intrare iar cel de-al treilea galet alimenteaza cu 24Vcc, pe rand, releele cu vacuum ale filtrului PI. (Fig.4).

Fig 4. Comutatorul utilizat pentru comutarea filtrelor pi de intrare si comanda releelor filtrului pi de iesire.

Filtrele pi de intrare se realizeaza pe mici placute de sticlotextolit placat cu cupru de aprox. 2,5 x 3 cm care vor fi cositorite direct pe contactele comutatorului rotativ. Bobinele acestor filtre pi comutabile sunt realizate in totalitate pe toruri de pulbere metalica T80-2 (Amidon), iar condensatorii folositi este de preferat sa fie cu mica argintata. Pot fi folositi si condensatori ceramici simpli, cu tensiune de lucru mai mare de 100V. (Fig 5.). Conexiunile de masa ale acestor filtre pi de intrare trebuiesc sa fie multiple, mai ales filtrele pentru benzile de 10, 12 si 15m este de preferat sa aiba conexiuni spre sasiu scurte si groase.

Fig. 5 - Filtrele pi de intrare asamblate pe galetii comutatorului

In ceea ce priveste realizarea practica a filtrelor de intrare, desi exista pe Internet o mare diversitate de calculatoare pentru filtre pi, rezultatele teoretice au diferit destul de mult fata de valorile concrete, determinate experimental. Voi arata mai jos valorile folosite de mine, determinate experimental, cu rezultate bune. Concret, pentru acordarea filtrelor de intrare se monteaza initial doua condensatoare variabile cu aer (de la radioreceptoare Gloria de exemplu), se tatoneaza valorile pentru care transceiverul (sau un swr-metru intercalat pe cablul dintre transceiver si amplificator) arata SWR cat mai mic (ideal 1:1). Ulterior se masoara capacitatile condensatoarelor cu un LC-metru si se inlocuiesc cu capacitati fixe. In benzile superioare aceste capacitati vor trebui tatonate, deoarece apare un efect " parazit " generat de cablurile ce leaga condensatoarele variabile, astfel incat valorile vor fi usor diferite de cele masurate cu LC-metrul. Valorile concrete orientative sunt urmatoarele :

1. Banda 3,5 MHz T80-2, L=5.5 uH, 30 spire CuEm 0.7mm C11=150 pF C12=700 pF

2. Banda 7 MHz T80-2, L=4.2 uH 22 spire CuEm 0.7mm C11=200 pF C12=100 pF

3. Banda 14 MHz T80-2, L=0.7 uH 11 spire CuEm 0.7mm C11=280 pF C12=68 pF

4. Banda 18 MHz T80-2, L=0.43 uH 8 spire CuEm 0.9mm C11=300 pF C12=33 pF

5. Banda 21 MHz T80-2, 6 spire CuEm 1,2 mm C11=320pF C12=10pF

6. Banda 24 MHz T80-2, 5 spire CuEm 1,2 mm C11=280 pF C12=0 pF

7. Banda 28 MHz T80-2, 4 spire CuEm 1,2 mm C11= 82 pF C12=5 pF

Repet, aceste valori sunt absolut orientative, mai ales cele ale condensatorilor, acestia variind destul de mult de la un amplificator la altul. Valorile si mai ales numarul de spire al bobinelor s-a mentinut constant de la un exemplar la altul, ceea ce face procedura de acord relativ usoara.

Pentru rigidizarea torurilor la placuta de sticlotextolit se poate folosi cu succes silicon de tip Ceresit FT-101. Acesta este de fapt un monomer de cauciuc care in contact cu aerul se transforma in cauciuc solid. Se vor evita cu strictete adezivii gen " silicon sanitar ", deoarece acestia contin acid acetic (de altfel au si miros caracteristic de otet ) care va coroda circuitele electronice.

Transformatorul de banda larga 4 :1 (TR1) este esential, el coboara impedanta de intrare a tubului de la 2,2 KOhmi (fixata prin R3) la aprox 500 ohmi, mult mai usor de adaptat de catre filtrele de intrare descrise mai sus. Pe de alta parte, el ridica tensiunea RF de atac la nivelul necesar tubului, permitand astfel un atac bun cu doar 30W furnizati de transceiver. Se realizaeza bobinand 8 spire CuEm1,2mm bifilar pe o bara plata de ferita provenita de la receptoare radio industriale. Realizarea lui este descrisa aici : http://na5b.myftp.org/TA4C-TB4CAL/Balun/Balun-1-4_TA7OM.jpg . Evident, cuplarea in montaj va fi putin diferita, in sensul ca tresa cablului coaxial de la comutatoarele de banda impreuna cu un capat al bobinajului (cel galben in link-ul de mai sus) se vor lega la masa amplificatorului, firul cald al coaxialului de intrare se va lega la punctul comun al celor 2 infasurari iar capatul liber al celei de-a doua infasurari (albastru in link-ul de mai sus) se va conecta la intrarea amplificatorului (C10). Figura 6 exemplifica concret modul de realizare si conectare a acestui transformator.

Fig. 6 - Transformatorul de intrare, C10 si R3

Condensatorul de intrare trebuie sa fie de tensiune inalta, el asigurand practic separatia galvanica intre G1 si intrarea amplificatorului. Personal am folosit un condensator ceramic sovietic de 2,2 nF/6,3 KV, desi tensiuni suportate de 2,2 KV ar trebui sa fie deja suficiente...

Supresorul parazitic de intrare nu este obligatoriu, insa conform lui EX8A, el este recomandat. Se realizeaza simplu, bobinand 3 spire CuEm 0.9 mm peste corpul lui R2 (100 ohmi/3W). R2 trebuie sa fie cu carbon, neinductiv.

Rezistorul R3, de 2,2 KOhmi / 50W are un rol foarte important, el disipand de fapt toata puterea de atac a transceiverului. Practic se realizeaza conectand in paralel 10 rezistori cu pelicula de carbon de 22 KOhm/5W.

Condensatorul C9 pune la masa, din punct de vedere RF, rezistorul de sarcina R3. El trebuie sa suporte minim 450V. Personal am folosit condensatori cu polietilena de provenienta sovietica.

Lantul de diode Zener D1-D10 formeaza stabilizatorul paralel al tensiunii de negativare a grilei 1. Sistemul de stabilizare paralel este unul foarte simplu si fiabil, mult mai fiabil decat stabilizarea serie cu tranzistor. Diodele de preferat sunt cele din seria BZX85C22, capabile sa disipe o putere de 1 W, insa diode PL21VZ pot fi de asemenea folosite. Numarul si valoarea acestor diode va trebui tatonat (diode de valori mici inseriate corespunzator) pentru a obtine un curent de mers in gol al tubului de 80 mA. Orientativ, tensiunea pe G1 pentru o functionare corecta, trebuie sa fie in jur de -210V. Sigur, aceasta valoare depinde de multi parametri (tensiune anodica, panta tubului, etc) si ea trebuie personalizata pentru fiecare tub in parte.

In receptie, releul K8 se deschide si tensiunea pe G1 scade la -380V, blocand tubul.

Condensatorii C3 si C4 pun la masa filamentul, din punct de vedere RF. Ei sunt de 47nF/250V.

Siguranta F1 trebuie sa fie de tip " high voltage ", mai lunga decat sigurantele obisnuite, valoarea ei este de 2-3 A / 5 KV si are rolul de a proteja tubul la descarcari (practic inevitabile la o tensiune anodica atat de inalta, fiecare tub va descarca de 2-3 ori inainte de restabilirea vacuum-ului din balon). Eventual, PA0FRI recomanda montarea in serie cu siguranta a unui rezistor bobinat de 10 ohmi/ 20-30W, care sa limiteze varfurile de tensiune pe parcursul unei eventuale descarcari, protejand astfel tubul. Totusi, in cazul lui GU-81M, G3 (unde apar cel mai frecvent descarcarile) este realizata din tungsten, extrem de greu de distrus, asa incat personal nu am montat rezistori de limitare a curentului. In ciuda multiplelor descarcari, nici un GU-81M nu a suferit vreo avarie, HI !

Supresorul parazitic este realizat in stil " hairpin ", dupa modelul descris de PA0FRI, din platbanda de CuEm, grosime 0.3mm, latime 6mm, indoita peste un rezistor chimic de 50 Ohmi/3W sau, ideal, 50 Ohmi/ 5W. Figura 7 arata modul de realizare a supresorului parazitic.

Fig. 7 - Supresorul parazitic

Socul anodic se bobineaza pe un suport ceramic cu diametrul de 2 cm, bobinand dinspre +Ua, 65 spire spira langa spira, pauza 3mm, 25 spire spira langa spira, pauza 3mm si apoi 22 spire bobinate cu o distanta de 2mm intre spire. Sarma folosita este CuEm 0.45mm. (fig.8) Evident, socul poate fi realizat si in alte variante, pe suport de teflon, etc. Important este ca el sa nu aiba rezonante parazite in nicuna din benzile de lucru. Personal impregnez socul anodic cu lac poliesteric pentru bobinaj, mai mult din motive mecanice, deoarece in cazul unor descarcari in tub, curentul prin bobina de soc este atat de mare incat trage spirele unele langa altele, ducand la pierderea geometriei socului si necesitatea rebobinarii lui. Acest lucru nu se intampla daca socul este lacuit.

Fig. 8 - Socul anodic

Condensatorul C2 are o importanta deosebita atat in transmiterea puterii debitate de tub spre antena cat si din punct de vedere al normelor de electrosecuritate, fiind practic singurul element care impiedica ajungerea tensiunii anodice (3,2 - 3,6 KV) in antena. De aceea, nici un fel de rabat de la calitatea acestui condensator nu este permisa. El trebuie sa fie de tipul " Doorknob ", cu tensiune de strapungere de cel putin 3X tensiunea anodica (deci minim 10 KV) (fig. 9)

Fig. 9 - Condensator de separatie tip " doorknob "

Acest condensator de separatie si dispunerea lui ar un rol hotarator in buna functionare a amplificatorului mai ales in benzile superioare. El trebuie montat EXTREM de aproape de condensatorul variabil de placa (Plate, C5), practic eu am cositorit direct platbanda ce vine de la C2 pe inelul variabilului. Pe celalat surub al lui C2 se conecteaza direct supresorul parazitic, conectat la randul lui direct la anodul tubului. Nu recomand folosirea fixarilor mecanice de tip surub cu piulita, etc, deoarece datorita ciclurilor termice repetate incalzire/racire pot duce la aparitia de contacte imperfecte, chiar daca mecanic ar fi mai usoara o eventuala schimbare a tubului. Conform afirmatiilor lui EX8A, un tub GU-81M are o durata de functionare de 10 - 14 ani, asa incat o data la 14 ani, relipirea cu cositor a noului contact anodic nu este un inconvenient atat de mare, HI. Revenind la pozitionarea mecanica a componentelor, obtinerea unui traseu cat mai scurt anod-cond. variabil plate este vitala. La amplificatorul meu acest traseu are 7,5 cm in care sunt inclusi supresorul parazitic si grosimea propriu-zisa a lui C2. (fig. 10)

Fig. 10 - Ansamblul Anod- supresor parazitic - C2 - CV Plate.

Calcularea filtrului pi se poate face cu ajutorul diverselor programe disponibile pe Internet, insa eu prefer calculul manual. La toate amplificatoarele realizate de maine pana acum am folosit metoda descrisa de PA0FRI la sectiunea " amplificatoare liniare " : http://pa0fri.home.xs4all.nl/Lineairs/Frinear1500/FRI1500eng.htm

In cazul nostru, ne propunem sa obtinem 1500W la o alimentare de 3KV. Fiind niste constructori incepatori, presupunem ca randamentul este de doar 50% (cand vom deveni "monstri sacri" nu vom mai construi amplificatoare, dar vom sti cum ar trebui sa le facem ca sa obtinem randament de 60% si vom da sfaturi altora) . Aceasta inseamna ca avem nevoie de un curent de 1A prin tub la 3KV. Conform lui PA0FRI, Ra= Ua / (1,87x Ia), deci in cazul nostru rezistenta anodica va fi 1604 Ohmi adica 1,6 KOhmi. Pentru o buna supresie a armonicelor avem nevoie de un factor de calitate Q=10, astfel incat impedanta circuitului va fi Z=Ra/Q, deci in cazul nostru 160,4 Ohmi (o rotunjim la 160 Ohmi). Aplicand in continuare formulele lui PA0FRI, obtinem urmatoarele valori pentru elementele filtrului pi :

Ok, in aceasta etapa un radioamator fara experienta ar trebui sa abandoneze proiectul. A obtine o capacitate de Plate de 34 pF (care include de fapt capacitatea intrinseca a tubului + capacitatea reziduala a condensatorului variabil Plate + capacitatea parazita a traseului anod-CV plate) pare multora utopic. De altfel, cei care nu inteleg aceste mecanisme, exprima pur si simplu in banda ideea ca " GU-81M nu merge in benzile de sus ". Si cu asta basta ! E un tub prost !

Ei, eu zic, ca si Serghei Pasko, ca lucrurile nu stau deloc asa. Tubul are o capacitate interna de 26 pF in cel mai rau caz si de 21 pF in cel mai bun caz ( http://frank.pocnet.net/sheets/018/g/GU81M.pdf ). Ne ramane o marja de manevra de 8 pF in cel mai rau caz si de 13 pF in cel mai bun caz. Sigur, daca vom incerca sa folosim ca si condensator de anod un variabil cu placi, cu o capacitate reziduala de 22 pF de exemplu, nu avem absolut nici o sansa sa acordam acest liniar in banda de 10m. Daca folosim insa un condensator variabil cu vid, care are o capacitate reziduala de maxim 5 pF, lucrurile vor sta total diferit, ne putem permite sa avem si capacitati parazite ale traseului anod-supresor-C2-CV Plate de 3pF in cel mai rau caz si de 8 pF !!!!! in cel mai bun caz.

Evident ca daca vom plasa lampa in fundul cutiei si filtrul pi pe panoul frontal, venind de la tub la filtrul pi cu o sarma de 50cm trasa " frumos si estetic " pe langa planul de masa, iarasi iesim din limitele admise si nu vom putea acorda liniarul in benzile de sus, concluzia fiind " desi am lucrat FRUMOS SI INGRIJIT, GU-81M nu este capabil sa lucreze in benzile de sus ". Daca insa venim cu un traseu de maxim 7-8 cm intre anod si variabil, tras de-a dreptul de la anod la filtrul pi, fara sa ne pese de " pudibonderii estetice ", vom fi sub cei 3 pF... si vom intelege de ce Serghei Pasko, Gheorghi Rumiantsev, Vasili Benzari, Alexander Lukiancenko si altii au reusit sa arate ce poate face un GU-81M cand este utilizat corespunzator.

Ca si concluzie, ESTE VITALA UTILIZAREA SPRE ANOD A UNUI CONDENSATOR VARIABIL CU CAPACITATE REZIDUALA SUB 5 pF, de preferinta un condensator cu vid de 5-250 pF / 7KV, usor de gasit pe Ebay, la preturi accesibile (ma refer la cele provenite din stocurile armatei ex-sovietice, cele americane (Jennings) fiind mult mai scumpe, desi mai fragile).

Bobina filtrului pi poate fi realizata in mai multe moduri, unii amatori pot prefera chiar utilizarea unei bobine variometrice in filtrul pi. Eu personal realizez intotdeauna filtrul pi din trei sectiuni, trei bobine infasurate in acelasi sens, dar situate perpendicular una pe cealalta, evitand in acest fel aparitia unor tensiuni autoinduse mari, care ar putea strapunge releul cu vid sau, si mai usor, contactele comutatorului roatativ, daca se foloseste asa ceva. Cel mai frecvent astfel de strapungeri apar la capetele bobinei de 7MHz, daca aceasta se afla in continuarea bobinei de 28-14 MHz. Lucrand in banda de 10m de ex, cele patru spire utilizate practic in filtrul pi vor fi un " pseudoprimar " pentru celelalte 14 spire nefolosite si cu capatul in aer. Tensiunile induse in acest veritabil " autotransformator ", la 1KW, pot fi atat de mari incat capatul bobinei de 7 MHz ajunge sa prezinte efect Corona. Evident, aceasta tensiune strapunge cel mai frecvent contactele comutatorului filtrului pi. Pentru a evita aceste neajunsuri, sunt necesare mai multe masuri.

1. Se folosesc 3 sectiuni perpendiculare (28-14 MHz, 14-7MHz si 7-3,5 MHz)

2. Nu se folosesc comutatoare rotative ci relee cu vacuum pentru comutarea prizelor bobinelor filtrelor pi. Aceste relee suporta tensiuni de minim 3 KV intre contactele lor deschise, astfel incat probabilitatea de strapungere este mica. In plus, pretul lor pe Ebay este in scadere, un set de 6 relee cu vacuum ex-CCCP fiind aproape echivalente ca pret cu un comutator rotativ bun (CENTRALAB JV-9035 de ex.).

Personal realizez bobinele folosind ca si suport un tub plin de silicon pe care infasor teava de Cu sau conductorul. Diametrul interior rezultat este de 5cm. Pentru bobina ce acopera benzile 20m-10m folosesc teava de cupru cu diametrul exterior de 5mm, cumparata de la magazinele de piese auto ca si " conducta de frana pentru Dacia 1310 ". Aceasta bobina are 8 spire in cazul meu. Pe ea se vor fixa prizele pentru benzile de 28, CB, 24, 21, 18 MHz. Tatonarea prizelor se poate face in mai multe moduri, fie fara tensiune anodica si fara semnal, cu un analizor de antena, fie " la cald " urmarind un maxim de putere. O metoda destul de buna este aceea a masurarii inductantei, aceasta corespunzand destul de bine cu valorile calculate... Fig. 11 prezinta aceasta bobina si prizele ei.

Fig. 11 Bobina 28-14 MHz a filtrului Pi

Bobina pentru banda de 7MHz (si eventual 10 MHz pentru doritori) este realizata tot cu un diametru interior de 5 cm, din sarma plina de Cu cu diametrul de 3mm cumparata de la magazinele de intalatii electrice. Bobina are 11 spire si poate fi observata in figura 12.

Fig. 12. Bobina 14-7 MHz.

Bobina pentru banda de 80m este realizata pe un tub PVC de la instalatii sanitare cu un diametru interior (al bobinei) de 4cm si are 14 spire Cu plin, 2,5 mm diametru, invelit in PVC. Figura 13 prezinta aceasta bobina.

Fig. 13 - Bobina pentru banda de 3,5 MHz

Condensatorul variabil de iesire (Load), C7, este cu dielectric aer, recuperat de la radioreceptoare cu tuburi, mai vechi, avand distanta mai mare intre placi. Practic aceasta distanta nu trebuie sa fie foarte mare, atat timp cat antena este bine acordata si are impedante in jur de 50 de Ohmi. La aceste valori, tensiunea pe condensatorul variabil (si borna antenei implicit) este in jur de 270V. Desigur, la impedante mai mari tensiunile cresc foarte mult, insa a lucra cu o antena proasta si 1,5 KW este de-a dreptul hilar! Observ frecvent tentatia radioamatorilor de a folosi pentru variabilul de iesire condensatori uriasi, cu 3-4 sectiuni, care ajung sa ocupe ¼ din intreaga cutie a amplificatorului. Acest lucru nu este necesar, daca ne uitam la valorile obtinute prin calcule observam ca un banal condensator 2x500 pF acopera lejer toate benzile de la 10m pana la 40m. Ramane o singura dilema... banda de 80m, dar aceasta dilema se rezolva foarte usor cu un releu obisnuit de 350V (bobina la 24V alimentata de pe comutatorul de benzi) si un condensator fix de 1-1,2 nF (C8). In momentul comutarii pe banda de 80m, releul este alimentat si introduce in circuit condensatorul fix, crescand capacitatea maxima de Load la peste 1,5 nF... Imaginea 14 prezinta aceasta solutie practica. Se pot folosi foarte bine si condensatori cu mica arginatata cu tens. de 500V in locul condensatorului doorknob (mai scump) folosit de mine.

Fig. 14 - Condensatorul Load (C7) si condensatorul fix suplimentar C8 comutate de K7

Blocul de alimentare

Alimentarea amplificatorului este asigurata de 3 transformatoare, desi alte variante constructive pot fi luate in calcul. Transformatorul de filament are de fapt trei secundare. Primul, cel de filament prpriu-zis, trebuie sa fie capabil sa debiteze 12A la o tensiune de 12,6V in regim continuu. Filamentele se alimenteaza in curent alternativ. Pe acelasi miez se va bobina un secundar de 135 V curent alternativ, care prin dublare va asigura cei -380V necesari polarizarii grilei 1. Curentul furnizat de aceasta infasurare este mic, astfel incat ea poate fi bobinata cu sarma Cu Em 0.3mm. A treia infasurare asigura 17V ac. din care dupa redresare si filtrare se obtin 24Vpentru comutarea releelor cu vacum. Din cei 24V se obtin 12V stabilizat (2xLM7812) pentru alimentarea releelor de intrare, antena, G1, emisie-receptie.

Tensiunea anodica este asigurata de doua transformatoare, capabile sa furnizeze cate 1,5 KW fiecare, in regim de varf. Secundarele sunt bobinate cu sarma CuEm 0.6mm. Primul transformator furnizeaza 950V alternativ, din care prin redresare se obtin cca 1350V cc. Puntea redresoare este formata din 16 diode 10A10 (4 buc. /ramura) iar filtrajul este asigurat de 4 condensatori electrolitici de 470 uF/450V inseriati. Din aceasta tensiune se alimenteaza si stabilizatorul grilei 2. Cel de-al doilea transformator asigura o tensiune de 850V alternativ, care va fi redresata cu dublare de tensiune, assigurand 2400V cc. Dublarea se realizeaza cu ajutorul a 12 diode 10A10 (6 buc./ramura) iar filtrarea este asigurata de 8 condensatori de 470uF/450V (4 buc/ramura). Cele 2 tensiuni continue sunt inseriate, obtinandu-se tensiunea anodica de repaus de aproximativ 3750 V. In sarcina, aceasta tensiune cade la aprox. 3200V. Toti condensatorii electrolitici au montate in paralel rezistente " de scurgere " de 270 K / 1W. Diodele nu necesita nimic in paralel (rezistori, condensatori sau alte nazbatii), lucru descris pe larg pe site-ul lui DL2KQ. Probabil ca se pot utiliza si diode de putere mai mica, (oricum, NU 1N4007 !), insa avand in vedere pretul absolut derizoriu al diodelor 10A10, acestea sunt preferatele mele.

Schema blocului de alimentare este prezentata in figura 15.

Fig. 15 - Schema blocului de alimentare

Fig. 16 - Blocul de alimentare anodica

Stabilizatorul pentru grila 2 descris de catre EX8A in articolul sau, folosind tranzistori bipolari, nu a functionat corect la mine si dupa ce am ars cativa tranzistori Toshiba nu tocmai ieftini, m-am hotarat sa incerc alte scheme. De fapt, in multiplele amplificatoare realizate anterior cu tubul GK-71 (Regina, Perestroika, Suhoi, Splatter) am folosit cu succes un stabilizator hibrid pentru G2. Este vorba despre schema lui YL2QQ, prezentata pe site-ul cqham.ru : www.cqham.ru/pa44_38.htm . Acest stabilizator functioneaza bine daca este realizat cu GU-50 in loc de 6P45 (sau EL509, PL519, etc). Daca se foloseste 6P45 (sau variantele europene EL/PL 519/509), schema autooscileaza si este dificil de controlat. Cu GU-50 este relativ stabila. Totusi, in cazul lui GU-81M am dorit o imbunatatire. Acest tub este capabil sa lucreze in parametri normali la 2 secunde de la alimentarea catodului si este pacat sa fim obligati sa asteptam 2-3 minute pentru incalzirea tubului stabilizator G2 (GU-50) inainte de a putea opera. In plus, tensiunea de intrare in stabilizator (1350V) este deja un pic cam mare pentru GU-50, (in catalog Ua la GU-50 este 1 KV (contrar " miturilor populare " in jur de 600-800V)) astfel incat am optat pentru o schema cu tranzistori mosfet de inalta tensiune, care permite operarea amplificatorului imediat dupa pornire. Este vorba despre o schema propusa de catre UR3IQO aici : http://skydan.in.ua/PA/G2.htm. Personal am modificat putin schema propusa, pentru valorile de curent necesare lui GU-81M. Schema finala este reprezentata in figura 17.

Fig. 17 - Schema de principiu a stabilizatorului G2

Acest montaj a functionat ireprosabil de la prima punere sub tensiune, stabilizarea este remarcabila, chiar in conditiile unui consum foarte variabil si nici un tranzistor nu a cedat pe parcursul exploatarii (sau altcandva, HI). Eu personal am realizat stabilizatorul direct pe placa de cablaj pe care este fixat tubul (fig. 18).

Fig. 18 - Stabilizatorul grilei ecran.

Este recomandat ca tranzistorii MOSFET sa aiba fiecare propriul sau radiator, in acest fel se evita folosirea foitelor izolante si se asigura un transfer termic mai bun (evident este obligatorie folosirea pastei termoconductoare) ATENTIE ! Radiatoarele tranzistoarelor stabilizatoare se afla la potential HT (1350V si respectiv 900V) !.

Diodele care asigura stabilizarea trebuie sa fie diode de 5W. Practic combinatia folosita de mine este : 4 buc 1N5388 + 1 buc 1N5378.

Rezistorul de intrare de 1K/60W este realizat prin montarea in paralel a 20 de rezistori de 2k2/3W. Acest rezistor se incalzeste moderat in cazul lucrului in FM si doar usor in cazul lucrului in SSB, asa incat probabil ar putea fi si de putere mai mica (30W de ex), insa eu nu am testat aceasta varianta " economica ".

Blocul de comutare este extrem de simplu, un singur releu obisnuit de 12V comanda releele de intrare, antena, G1. Schema este prezentata in fig. 19.

Fig. 19 - Schema de principiu a blocului de comutare

Tubul lucreaza extrem de stabil si nu am constatat necesitatea vreunui secventiator pentru comutarea diverselor relee. Comanda de trecere in emisie este gandita pentru transceivere care au incorporat releu de comutare a amplificatorului liniar. La unele transceivere acest releu trebuie activat din meniu (TS-450 de ex.), la altele se activeaza modificand un switch in interiorul transceiverului (TS-440 de ex) iar la unele este activat by default. Exista insa si transceivere care nu au releu inclus si ofera doar un semnal logic pentru comanda amplificatorului. Personal nu am lucrat niciodata cu un astfel de transceiver, dar din documentatia studiata se pare ca IC-706 ar fi un astfel de transceiver (si alte transceivere Icom). Aceste ultime transceivere, evident nu pot comanda direct acest linear si necesita construirea unei interfete de adaptare care nu face obiectul articolului de fata.

Indicatoarele de panou depind de preferintele fiecaruia, eu personal monitorizez doar doi parametri : curentul anodic si puterea de iesire. Pentru monitorizarea curentului anodic, un ampermetru cu 1A cap de scala este inseriat intre masa si teminalul negativ al sursei de curent anodic. Este de dorit ca suntul acestui aparat sa suporte curenti mult mai mari de 1A, pentru a rezista in cazul descarcarilor in tub, cand curentii ating zeci de A. Suplimentar, pentru protectia instrumentului, in paralel cu acesta se vor monta 2 diode 10A10 in antiparalel. In cazul descarcarilor in tub (care apar intotdeauna! cand tubul este nou), una dintre diode se va strapunge, de aceea se recomanda sa existe acces facil la aceste diode pentru inlocuirea lor.

Indicatorul de putere este frecvent o problema spinoasa cu care radioamatorul se confrunta. Am vazut deseori in amplificatparele realizate in YO ca masurarea puterii se facea redresand o parte din tensiunea de pe condensatorul variabil dinspre antena. Aceasta metoda este total improprie deoarece tensiunile pe acest condensator variaza enorm in functie de impedanta de sarcina, putand fi de 4-5 ori mai mare pe o antena dezacordata, situatie in care radioamatorul vede uneori puteri colosale dintr-un tub de televizor (GU-50, EL509, etc)

O varianta ceva mai precisa (desi nu perfecta) o reprezinta plasarea unui tor de ferita bobinat pe firul central al coaxialului de iesire (imediat dupa condensatorul Load) si redresarea tensiunilor induse in bobina realizata pe acest tor. Evident, pentru ca rezultatele afisate sa fie cat de cat apropiate de realitate, acest tor trebuie sa debiteze pe o rezistenat neinductiva de 50 de ohmi. Fig. 20 prezinta un astfel de power-metru.

Fig. 20 - Schema de principiu a power-metrului

In functie de sensibilitatea microampermetrului, va trebui tatonat numarul de spire al torului. Personal am folosit ca si microampermetru, un voltmetru analogic chinezesc cu 10V cap de scala cumparat de pe Ebay, la care am inlaturat rezistenta serie. Ampermetrele analogice din China au rezistente interne foarte mici, chiar si fara sunt, asa incat sunt greu de folosit pe post de power-metru si eu personal nu le recomand. In cazul meu, pe tor am bobinat 18 spire CuEm 0,3mm.

Rezultate si concluzii

Amplificatorul rezultat este unul robust, el incape intr-o caracasa cu dimensiunile 45x30x35 cm. Personal am preferat realizarea carcasei in mod industrial, din tabla de Al de 3,5mm vopsita in camp electrostatic si decupata cu laser. Evident, si alte carcase pot fi folostie, insa eu personal recomand evitarea carcaselor din fier, acestea fiind predispuse la vibratii de 50 Hz datorare transformatoarelor. In plus, utilizarea fierului in apropierea filtrului pi de iesire pare sa determine pierderi de putere mai mari decat in cazul aluminiului. Inscriptionarea carcasei se poate face folosind folie transparenta autoadeziva pe care se printeaza inscriptiile cu ajutorul unei imprimante Laser. Asfel de folie adeziva se gaseste in magazinele de papetarie. Imaginea 21 prezinta panoul frontal al amplificatorului Vostok finalizat :

Fig. 21 - Panoul frontal al amplificatorului Vostok

Puterea obtinuta este de 1,5 KW CW in toate benzile cu exceptia benzii de 10 m, unde amplificatorul debiteaza doar 1,4 KW CW. Aceasta putere de iesire se obtine la un atac de 30-40 W putere medie din transceiver.

Inaintea primei puneri in functiune a amplificatorului, este obligatorie formatarea tubului, deoarece in decursul anilor, stand neutilizat, molecule de aer s-au scurs in interiorul tubului (de obicei la jonctiunea metal-sticla de la nivelul terminalelor), compromitand vidul din interiorul balonului. Restabilirea vidului se face prin incalzirea getter-ului, capabil sa absoarba gazul din tub si sa refaca vidul. Practic, in prima faza tubul trebuie lasat cu filamentul pornit si neventilat timp de 24 de ore. In etapa a doua, se aplica tensiunea de negativare a G1, fara tensiune de grila 2 si fara tensiune anodica. Se lasa in acest regim timp de 1 ora. A treia etapa consta in aplicarea tensiunii pe G2 si pe anod. In mod clasic, este interzisa aplicarea tensiunii pe G2 in lipsa tensiunii anodice, deoarece determina G2 sa se comporte ca si anod si poate duce la deteriorarea tubului. Acest lucru este valabil mai ales pentru tuburile metaloceramice, cu grile fragile, insa nu se aplica in cazul lui GU-81M, la care grila 2 este din tungsten, aproape imposibil de topit. In aceasta etapa este de preferat sa nu se aplice toata tensiunea anodica, ci doar o parte din ea. Acest lucru se poate face anuland dublarea de tensiune de pe cel de-al doilea transformator de anodica, utilizand doar redresare simpla. In acest fel tensiunea anodica va fi de doar 2600 V, total nepericuloasa pentru tub. Un ampermetru se va inseria intre minusul sursei de tensiune anodica si masa, pentru a supraveghea in permanenta consumul tubului. ATENTIE la manevrarea acestui ampermetru, el este in circuitul anodic si prezinta risc de electrocutare daca nu este manevrat corespunzator (se intrerupe conexiunea la masa). Ampermetrul se va plasa pe scala de 10A (pentru a nu se distruge in cazul unei eventuale descarcari in tub). In etapa urmatoare se incepe straparea progresiva a diodelor din stabilizatorul G 1, pana la obtinerea unui curent prin tub de aprox 600-800 mA. Se mentine tubul in emisie (evident fara semnal la intrare) si se observa inrosirea anodului. Daca anodul se inroseste prea tare si tinde spre galben, se opreste amplificatorul si se modifica din nou tensiunea pe G1. In momentul in care anodul devine rosu-portocaliu, se mentine acest regim timp de cateva zeci de minute, supraveghind continuu curentul anodic. Daca acesta tinde sa creasca brusc, se trece amplificatorul in receptie, se asteapta sa se raceasca tubul, apoi procedeul se reia. In acest fel getter-ul (care la GU-81M este atasat de anod) se reactiveaza si restaureaza vidul. Dupa 2-3 cicluri de inrosire, se poate opri procesul, se inlatura strapurile de pe diodele stabilizatorului G1 si se aplica intreaga tensiune anodica. Se trece amplificatorul in emisie (fara semnal la intrare !) si se citeste pe ampermetru curentul de mers in gol. Se modifica valorile diodelor din stabilizatorul G1 pana se obtine un curent de mers in gol de 80 mA. Cu aceasta se considera incheiat procesul de formatare a tubului.

Dupa finalizarea formatarii tubului se incepe cautarea pozitiei optime a prizelor filtrului Pi. Diferitele proceduri aplicabile in acest scop sunt descrise pe multiple site-uri precum si in diverse materiale tiparite. Initial se aplica amplificatorului o putere mai redusa (10W) si se cauta pozitiile optime ale condensatoarelor variabile. Odata gasite pozitiile aproximative, se creste atacul la 30-40W purtatoare continua. Se reface acordul filtrului pi. Puterea de iesire trebuie sa fie in jurul a 1,5 KW. Evident, aceasta putere trebuie masurata pe o sarcina fictiva capabila sa o suporte.

Pe parcursul primelor utilizari/teste este extrem de probabil ca tubul sa prezinte cateva descarcari interne, acestea sunt uneori destul de violente si se soldeaza cu arderea sigurantei din circuitul anodic. Aceasta siguranta trebuie obligatoriu sa fie invelita in carcasa ei de plastic (recuperata de la un cuptor cu microunde defect de exemplu) deoarece uneori explozia ei este violenta si se imprastie cioburi de sticla daca nu este inchisa in carcasa. Uneori pe parcursul descarcarii se distruge si una dintre diodele ampermetrului de curent anodic. Aceasta va trebui inlocuita. In medie, din experienta proprie, un tub bine formatat descarca de aprox. 3 ori. Asa cum subliniaza si PA0FRI, aceste descarcari sunt de fapt benefice, ele consuma orice urma de oxigen din tub, contribuind alaturi de getter la restabilirea unui vid inaintat. Dupa primele zile de utilizare descarcarile devin extrem de rare, in marea majoritate a cazurilor ele nu mai apar niciodata.

Discutiile legate de capabilitatea tubului de a debita o asemenea putere in mod liniar prin mutarea la stanga a caracteristicii tubului utilizand o tensiune mai mare pe grila 2 au fost foarte bine detaliate in articolele originale publicate de EX8A, asa incat orice comentariu nu isi are locul.

Un film cu detaliile constructive si testele acestui amplificator poate fi urmarit aici : https://www.youtube.com/watch?v=N1efhoeJooY.

O ultima remarca se refera la procurarea componentelor. Personal recomand cu caldura procurarea direct de pe piata internationala (Ebay), preturile fiind de cele mai multe ori mai mici decat cele de pe piata interna YO iar siguranta calitatii produselor este garantata de site.

Considerand ca aceasta expunere a fost cat se poate de detaliata, nu-mi ramane decat sa doresc radioamatorilor YO mult succes in constructia unui astfel de amplificator si, de ce nu, imbunatatirea lui.

Pentru detalii tehnice va stau la dispozitie la adresa mea de mail, disponibila pe site-ul www.qrz.com.

Cu stima,

Lect. Univ. Dr. Marcel Perian, YO6PMX

Medic specialist cardiolog

Marcel Perian YO6PMX

Articol aparut la 15-12-2015

14807