Az 1947 körül kifejlesztett csővel sokféle adót építettek, professzionális célokra. Ezek a berendezések gyakran folyamatos vivősugárzás mellett üzemeltek, többnyire a csövek adatlapján ajánlott üzemi körülmények között.
A robusztus csőfej és anód kivezetés miatt a használatos frekvenciák általában az RH tartomány alsó felére korlátozódtak. A tervezőket az is visszatartotta a 15-20 MHz
feletti tartomány kihasználásától, hogy a gyártó 2, illetve 1.5 kV-ra korlátozta a
maximális anódfeszültséget a 6 és 24 MHz frekvenciák felett. Ez elbonyolította volna a
tápellátást, és az általánosan elvárt folyamatos hangolhatóságot.
A meglévő berendezések az elmúlt 60 évben annyira elavultak, hogy fenntartásuk nem
volt célszerű. A folyamatos üzemeltetéshez szükséges tartalék csövek raktárak mélyén
várták a kiselejtezést. A rádióamatőrök figyelme is a modern, oxidkatódos csövek felé fordult.
A cqham.ru weboldalon terjedelmes összehasonlítás olvasható a régi és modern csövek általános tulajdonságairól, és néhány rádióamatőr ezekre vonatkozó tapasztalatairól.
Mivel a rádióklub hozzájutott egy bontásra ítélt adóhoz, kínálkozott a lehetőség az ezzel kapcsolatos saját tapasztalatok gyarapítására.
Az is indokolta a kísérletezést, hogy a meglévő modern tetródás végfokozat használata kényelmetlennek bizonyult hosszú versenyek során. A nagy meredekségű, kényszer léghűtéses adócső külső anóddal, oxidkatóddal rendelkezik.
Bonyolult tápegység biztosítja a helyes bekapcsolási szekvenciákat, és a lépések időzítéseit. Az adó üzemében hosszú szünetek vannak, emiatt néhány órás előzetes bemelegítésre van szükség, hogy az oxidkatód megfelelő állapotba kerüljön a használathoz. A kényszerhűtés rákényszeríti az operátort a fejhallgató használatára, mivel a zaja elviselhetetlenné is válhat néhány óra alatt. A léghűtés zaja a hangminőséget is rontja SSB versenyeken. A külső rézanód miatt az ilyen típusú csövekben a vákuum is gyengébb, hiszen a légtelenítés során a rézanódból nem lehet olyan mértékű hevítéssel
kihajtani a gázokat mint egy régi, szénanóddal rendelkező üvegballonos cső esetén. A régi csövek, és így a GU81 is wolfram katódosok. Ezek hőtehetetlensége sokkal kisebb mint egy oxidkatódos cső katódja. A katód, a bekapcsolást követően másodperceken belül üzemkész állapotba kerül. Ez azért fontos, mert ha az operátor meghall egy DX-et, akkor csak bekapcsolja a végfokot, és azonnal adásra kapcsolhat. Mindez nem így van az oxidkatódos csöveknél, például GU43, vagy GU74 esetén. A fűtőfeszültség változására is kevésbé érzékeny a wolfram katódos cső. A csökkentés alig változtatja a katód emittáló képességét, miközben az élettartam többszörösére is nőhet aláfűtött üzemben.
E megfontolások alapján körvonalazódott egy olyan végfok megépítésének terve, mely a bontásra ítélt adó alkatrészeinek újrafelhasználásával kényszerhűtés nélküli, tehát csöndes és megbízható végfokozat megépítésére irányul. A neten fellehető egyetlen 2xGU81M re épülő, 28 MHz-ig is működő végfok leírása EX8A tollából származik. ( cqham.ru HiFi contester LP körrel ). Szergej extrém üzemi körülmények között gyűjtött tapasztalatokat a GU81M-ről. Kilovoltokkal túllépte a maximálisan megengedett 3kV anód tápfeszültséget, és 1000V-ig emelve a segédrácsfeszültséget a megengedett 600V helyett, kereste a cső működésének határait. Megállapította, hogy tartósan üzemeltethető a cső cseresznyepiros anóddal, és ezenkívül percekig elviseli a végfok a szakadt antennát is, tehát az operátornak van ideje észlelni a fehéren izzó anódot, és levenni a meghajtást.
Az antennajavítás után a cső gond nélkül üzemel tovább.
A fenti információk, és egyéb megfontolások mellett kialakult a végfok terve. A kapcsolási
elrendezés az ábrán látható:
A cső tulajdonságai
A tervezés első lépése az adatlap letöltése. A karakterisztikák alapján megállapítható, hogy ez a pentóda balra tolódott rácskarakterisztikával rendelkezik. Az ilyen konstrukciójú cső teljesen rácsáram mentes üzemben képes dolgozni.
Az anódáram karakterisztikákból látható, hogy kb. 400V a cső maradékfeszültsége, és ehhez kb. 1300 mA anódáram tartozik. Az átlagáram ennek közelítőleg a harmada lehet, ez csövenként 400-450 mA, vagyis az optimális üzemhez a két párhuzamosan kapcsolt csőnél 1A alatti áramokkal lehet számolni. Ez definiálja a várható bemenőteljesítményt is 3 kW körüli értékre. Az anódárammérő végkitérése adódik: legyen 1200mA. EX8A 1500-1600 mA-re is kihajtotta a csöveket, megemelt segédrács feszültség mellett. Ilyenkor a cső meredeksége megnő, és a meghajtó teljesítmény lecsökkenthető, sávtól függően, de 28 MHz-en is 30W körüli meghajtás adódott a számára.
A segédrácsfeszültség ajánlott feszültsége 600V. Ehhez 3kV anód mellett 5.5 mA/V meredekség tartozik. A segédrács áram max. értéke 200 mA lehet. A segédrács tápegységnek tehát 0.4A-t kell biztosítania stabil 600V mellett a két cső számára. Kísérletezés céljára kívánatos a stabilizátor szabályozhatósága, és rövidzárvédelme is. A segédrács max. disszipációja egyébként 120W, ami 3 db GU50 anódveszteségének felel meg.
A vezérlőrács is erős: 10W disszipáció engedett meg. Az összehasonlítás kedvéért megemlíthető, hogy a hasonló anódveszteséggel rendelkező modern GU74B cső vezérlőrácsa ennek csak az ötödével terhelhető.
A rácskör egyenfeszültségű beállítása.
A vezérlőrácsra adott -300-350V teljesen lezárja a csövet. A lineáris üzemhez szükséges
rácsfeszültségnek mínusz 220-230V feszültség adódott EX8A-nak, ennek helyessége
bebizonyosodott. A 47+56+100V sorba kötött zenerek eltüntették a keresztezési torzítást a kéthang generátoros linearitás vizsgálatnál. A megvalósított előfeszítő áramkör egy korábbi, SRS 326 párral megépített konstrukcióból volt átvehető. Az áramkör ugyan nem indokolt a GU81 esetén, mert az SRS triódák jelentős rácsárammal működnek. A rácsáram hatására a negatív előfeszültség megnő akár 50 százalékkal is. Ez söntöléssel védhető ki. Amikor a sönttranzisztor emittere negatívabb lesz a korábbi állapotnál a beinduló rácsáram miatt, a tranzisztor kinyit, mivel a zenerek stabil feszültségen tartják a bázisát. Így a rácson összegyűlt elektronok elvezethetők a föld felé. A kapcsolás bevált és egyszerű, ezért a GU81 esetében is használható. Szerepe csak az esetleges túlhajtás során teljesedik ki, a GU81M-ek esetén csak bekapcsolja a PTT vel aktiválódó zenereket a kb. 212V stabilizálására. Ugyanakkor nem szükséges a zenereket hűteni a kisebb áram miatt. Az
NPN tranzisztor kollektora közvetlenül a földre csavarozható. Kapcsolós PC tápok, vagy sorkimenő meghajtó tranzisztorok ide megfelelőek, ha feszültségük nagyobb 400V-nál és teljesítményük nem lépi túl a 212V és a várható maximálisan kialakuló rácsáram okozta teljesítményt. A két cső együttes nyugalmi árama 100mA körüli értékre áll be, ami meglepően alacsony érték a modern csöveknél szokásos értékekhez képest, melyek a megfelelő linearitást biztosítják.
A rácskör meghajtása
A meghajtófeszültség csúcsértéke max. 212V lehet a rácsárammentes üzemhez. Ez 150V meghajtó feszültséget jelent. A cső működésének stabilitása a rácsköri impedanciaviszonyoktól is függ. A gerjedési hajlam csökken, ha a rács ellenállással van söntölve.
EX8A tapasztalatai szerint 2 kOhm a rácskörben megfelelő. A végfokban 2×7 db 15kOhm párhuzamosan kapcsolódik. Mivel a két cső rácsa párhuzamosan kapcsolódik, az eredő 1 kOhm. A meghajtó TCVR 50 Ohmos kimenetét 1 kOhmra kell feltranszformálni. Mivel a rácsáramos üzem kizárt, a TCVR terhelése ez az 1 kOhm és ezzel párhuzamosan a cső bemeneti kapacitása és a szerelési kapacitások lesznek. Az illesztés Collins körrel is megvalósítható, a rezgőkör és csatolótekercs használata nem előnyös, mivel az optimális illesztéshez szükséges menetszám esetleges változtatása bonyolultabb mint kapacitások cseréje. Előre egyik sem számolható pontosan, a szerelési kapacitások ismeretlen volta miatt.
A körülbelül 20 szoros transzformálás a Collins be- és kimeneti kondenzátorainak arányát kb. 4.5-re definiálja. Ebből a TCVR-ből kivett meghajtó teljesítményre is következtethetünk: 150/4.5 =33V. Ez 0 Ohmon 22W. A felső sávokon ez nyilván több lesz, a növekvő veszteségek és a beállítási pontatlanságok miatt. Mindenesetre 100W-os TCVR alkalmas a meghajtásra.
A bemeneti illesztőkörök az anódköri Collins két forgókondenzátora között helyezkednek el, hogy az anódkör és a bemeneti köri átkapcsolók egy tengelyen fussanak. A bemeneti Yaxley három áramkörös, 6 állású. Két áramkör a Collins be- és kimenetét váltja, a harmadik az anódköri vákuumreléknek, illetve az esetlegesen később beépítésre kerülő ALC áramkör befolyásolására szolgál. Ez 6 db relé lehet, amelyek a sávonkénti ALC szint beállító potmétereit váltják.
A bemeneti körök zárt aludobozban vannak. A bemenet és kimenet egyaránt RG58 kábellel van bekötve úgy, hogy a csavarkötések bontása után a bekábelezett bemeneti egység kiemelhető, de rákapcsolva marad az antennarelére és a csövek rácskomplexumára. Így a szükséges kondenzátorok könnyen beválogathatók, a tekercsek kiszerelhetők, miközben a bemeneti SWR beállítása történik.
A végcsövek hideg állapotában elvégezhető a beállítás SWR minimumra. Erre EX8A hívta fel a figyelmet és jelen esetben is bevált. A viszonylag alacsony értékű jósági tényező miatt a
sávszélesség, illetve az SWR 28 MHz-en is megfelelő marad.
A három felső sáv Collins körének rácsoldali kapacitását a cső bemeneti kapacitása és a szerelési kapacitások alkotják. Ez az elvi rajzon nem szerepel.
Az anódkör
A végfokozat párhuzamos elrendezésű. Ez megkönnyíti az optimális anódellenállás megtalálását, és eközben az áramütés veszélyét is korlátozza.
Az anódköri elemek méretezése nomogrammok alapján történik. Kiindulási adatok Ua=3kV, Ia=1A és Q=12
A fentiek alapján az anódfesz és anódáram viszonya 3.
Az optimális anódköri reaktanciák eszerint:
XL=150 Ohm, XC1= 120 Ohm XC2=32 Ohm.
Ehhez az egyes sávokra a következő értékek adódnak:
| SÁV | L [μH] | C1[pF] | C2[pF] |
| 1,8 | 13 | 960 | 2560 |
| 3,5 | 6,8 | 480 | 1280 |
| 7 | 3,4 | 240 | 640 |
| 14 | 1,7 | 120 | 320 |
| 21 | 1,2 | 80 | 220 |
| 28 | 0,8 | 60 | 160 |
Az anódok kapacitása, az anódoldali forgó kezdőkapacitása és a szerelési kapacitások együttesen feltétlenül meghaladják az optimális anódköri ellenálláshoz tartozó C1 kapacitást 28 és 21 MHz-en.
Ezen a ponton szokás elvetni a 21 és 28 MHz-es sáv használatát ennél a csőnél. A kapacitás
azonban csökkenthető. EX8A kissé zavaros elmélete a kétkörös Collinsról egy korábban megismert elvre világít rá. Ha egy kondenzátorral induktivitás kapcsolódik párhuzamosan, akkor az eredő kapacitív reaktancia csökken. Ha a párhuzamos induktivitás reaktanciája pontosan megegyezik a kapacitás reaktanciájával, akkor az ilyen áramkör csak Ohmos ellenállást mutat. Az ilyen áramkört egyébként párhuzamos rezgőkörnek is szokás nevezni. A káros anód oldali kapacitás tehát kompenzálható a csővel párhuzamosan kötött, alkalmasan megválasztott induktivitással. A sikeres kompenzálás feltétele, hogy összemérhető legyen a párhuzamos induktivitás reaktanciája a kapacitás által mutatott értékkel. Az anódfojtók szokásos induktivitása 100 vagy akár 500 μH is lehet. Nagysága attól függ, milyen alsó határfrekvenciát választ a tervező, és a Collins rezonáns
áramának hányad részét engedi meg a fojtóra. A nagy induktivitású fojtó nem befolyásolja
számottevően az anóddal párhuzamosan jelentkező kapacitást, mivel igen nagy ellenállása van a kritikus frekvenciákon, 21 illetve 28 MHz-en. A megoldás régen ismeretes a szakirodalomból. Az anódoldali forgóval olyan induktivitást kell párhuzamosan kapcsolni, amely lehetővé teszi a 28 MHz-es lehangolást az anódoldali forgó kiforgatott állapota közelében. Ez gyakorlatilag egy olyan anódoldali fojtóval valósítható meg, melynek az induktivitása kicsi. Ezen a fojtón a rezonánssal összemérhető nagyságú áram fog folyni a hidegítő kondenzátoron keresztül. A Collins rezonáns áramának egy része ezen fog átfolyni, tehát elvárható, hogy kicsi legyen a vesztesége. A fenti megfontolások alapján 3mm-es ezüstözött huzalból készített és a szokásos értékű anódfojtóval sorbakötött tekercset kell alkalmazni, melynek tápfesz felőli vége hidegítve van a 28 és a 21 MHz-es
sávnak megfelelően. A hidegítő kondenzátorok 14MHz-en és lejjebb nincsenek bekapcsolva, tehát a szokásos anódfojtón keresztül kap tápfeszt a két cső. A hidegítő kondenzátorokat vákuumrelék kapcsolják ki-be.
Az anódoldali forgó kapacitása 27 – 270 pF-re adódott. Ezt az alkalmazott lemezek száma és a légrés határozta meg. A felhasznált rézlemezek súlya legyőzte a csapágy és kefe súrlódását. Emiatt a forgó az asztal kocogtatása során magától elfordult. Ez tűrhetetlen, főleg ha az asztalon morzebillentyű is van. Emiatt a forgó tengelyére régi ólomcsőből kiöntött ellensúly került, és a mechanikus kiegyensúlyozás során a kívánt elforgatási súrlódás beállíthatóvá vált, ami a felső sávokon észlelhető élesebb hangolást sem akadályozta. Mivel a kondenzátor kapacitása kevés az 1.8 és 3.5 MHz-es sávban, két vákuumrelé kapcsol vele párhuzamosan egy egy fix értékű kondenzátort.
Az antenna oldali ellenállás mindig 50 Ohm, hiszen kizárólag koax tápvonalak futnak az antennák tornyaihoz. Mivel az optimális anódellenállás is fix, a Collins transzformációja is konstans. Az anód oldali kapacitás hangolása határozza meg döntően a kör rezonanciáját a sávon belüli korrekciónál. Az anód oldali kapacitás változása olyan kicsi az antenna oldali kapacitáshoz képest, hogy a transzformálás mértékének megváltozása elhanyagolható. Az amatőr adókban tehát nem indokolt az antenna oldali forgó alkalmazása. Ez a viszonylag keskeny amatőr sávok miatt van így.
Az esetleges félreillesztés a tápvonal és az antenna között az anódoldali kapacitással sokkal hatékonyabban oldható meg, mint az antenna oldali forgóval, de ugyanúgy rossz tápvonal lezáráshoz vezet, mint az antenna oldali forgóval elvégzett korrekció.
A fentiek ellenére forgókondenzátor került az antenna oldalra az operátorok kívánsága szerint. A 30-820 pF között változtatható kondenzátort a Collins yaxley megfelelő áramköreire kapcsolódó fix kapacitások bővítik ki a sávoknak megfelelően.
A Collins tekercs két darabból áll. A 28,21 és 14 MHz es sávokon 6mm-es ezüstözött
rézcsőből kialakított tekercs biztosítja az elérhető legkisebb veszteséget, míg a 7, 3.5 és 1.8 MHz-es sávra 3mm átmérőjű tömör rézhuzalból kialakított tekercs készült 3.5 mm-es furatsorokkal ellátott üvegszálas merevítőlemezre.
Az antennacsatlakozó meleg ere iránycsatolón van átvezetve, a kimenőfeszültség illetve SWR mérés céljából. A végfok előlapi jobb oldali műszere szolgál az indikálásra.
Anódfeszültség, segédrácsáram előre illetve hátra irány választható a kalibráló potenciométer mellett elhelyezkedő kapcsolón.
Mechanikus elrendezés
A végfok 38cm széles, 30 cm agas és 40 cm mély. Az előlap és hátlap 6 db 10×10 mm-es vas távtartóval van összekötve. A két középső távtartó viseli a tálca súlyát, mely megfelezi a végfok alsó és felső terét. Felül helyezkedik el a két GU81M, az anódköri fojtók és két vákuumrelé. Ebben a térben csak teflon szigetelésű, vagy csupasz huzalok találhatók.
Az üzemi hőmérséklet megközelítheti a forrasztóón olvadáspontját, ezért minden
lehetséges helyen csavaros kötéseket kell alkalmazni. Az anód csatolókondenzátora teflonlapra van szerelve, és átvezeti az anód váltakozó feszültséget a tálca alá a Collinshoz.
A cső által infrasugárzással leadott veszteségi teljesítménye a 3mm-es réz hátlapra és tálcára jut, amik kivezetik a hőt a házból, valamint a perforált rozsdamentes acélból készült burkolatnak, amely továbbítja a környező levegőnek. A fedőlap leemelése után a két csőhöz hozzá lehet férni. Az anód és árnyékolórács bilincseit fellazítva a két cső oldalra kihúzható az eredetileg is ezek számára készült foglalatból. A csőcsere nem kritikus művelet. Saját tapasztalat még nem támasztja alá, de a csöveket EX8A szerint válogatás nélkül lehet cserélni. Még GU81 is berakható GU81M mellé másodiknak.
Az alacsony meredekség egyik kedvező hatása ebben is megnyilvánul. Az eltérő meredekség természetesen eltérő üzemi hőmérsékletet okoz, de mivel a csövek infrasugárzása a hőmérséklet harmadik hatványa szerint változik csak annyi történik, hogy a melegebb cső jobban tud hűlni. Fontos tudni, hogy a 28 és 21 MHz-en bekapcsolódó
kondenzátorok a sáv kiválasztásakor tudnak feltöltődni, mivel csak ekkor kapcsolnak be a vákuumrelék. A 3kV-ra feltöltődött 3n3-as tárcsakondenzátorok hetekkel a kikapcsolás után is ugyanakkora szikrát produkálnak a csavarhúzóval végzett biztonsági okokból végrehajtott feszültség ellenőrzéskor, mintha csak az imént történt volna a kikapcsolás. Csőcsere esetén erre is gondolni kell. Nincs kisütőellenállás ha sávváltás történik.
A tálca alatt található az anódköri Collins és a bemeneti körök zárt doboza. Itt található az
antennaváltó relé és a rácsfeszültség áramkör.
A tápegység
A váz 20×40-es zártszelvényből készült hegesztéssel. Előlap mérete megegyezik a végfokkal, de a mélysége 100 mm-rel meghaladja azt. Az ábrán a hátlapra állított tápegység látható.
A belső teret egy tálca két részre osztja. Az előlap ( az ábrán a teteje) és a tálca között
található a segédtrafó a védelmi elektronikával, a segédrács trafó a rászerelt egyenirányítókkal és elkókkal, a kábelrendező kerámia csoki, a kapcsolók, az első mágneskapcsoló és a hűtőbordára szerelt 650V-os stabilizátor.
A tálca és a hátlap között található a háromfázisú anódtrafó, a lágy indítás mágneskapcsolója, valamint a hatfázisú egyenirányító blokk a szűrőkondenzátorokkal.
A kapcsolási rajz az ábrán látható.
A háromfázisú hálózat 3x6A-es kisautomatára kerül. Ezt egy 3 fázisú kapcsoló követi, mely az egyik fázist a segédtrafóra adja. A segédtrafó a tápegységben elhelyezett lokális kapcsoló vagy a végfok előlapján található kapcsoló révén behúzatja az első mágneskapcsolót. Ez a mágneskapcsoló egy másik fázist a segédrács trafóra kapcsol. A trafó két fűtés tekerccsel rendelkezik, a GU81M csövek számára 2x12V/10A. A 320 V negatív előfeszt 110V-os tekercselés biztosítja duplázós egyenirányítással. A segédrács 750V-os nyers feszültségének biztosítására 266V-os tekercseléssel is rendelkezik. A végfok vákuumrelék, és antennaátkapcsoló számára stabil 24V is ezen a trafón keletkezik. Az elkókat, egyenirányítókat hordozó nyák a trafó szerelvényre van rögzítve.
A nagyfesz trafó is a mágneskapcsolón keresztül kap feszültséget, kezdetben 25 Ohm
ellenállásokon keresztül. Amint nagyfesz trafó kapcsain megnő a feszültség, behúz egy másik mágneskapcsoló, és rövidrezárja a lágy indítást szolgáló 25 Ohmokat.
A nagyfeszültség negatív ága 2R2 ellenálláson van leföldelve. Az ezen eső feszültség arányos az anódárammal, és a végfok bal oldali anódáram mérő műszerét hajtja. A feszültség egy komparátor bemenetére is rákerül, amely beállítható anódáram esetén kioldja a mágneskapcsolókat. Ki-be kapcsolással, vagy a tápegységen elhelyezett reset gombbal kihozható a táp a védekező állapotból.
A védelem késleltetett, hogy a végfokozat szűrőkondenzátorainak töltődési árama ne aktiválja a védelmet.
A segédrács stabilizátor egy 30 cm-es hűtőbordára van szerelve, mely rövidzár esetén 240W-ot képes eldisszipálni. A 3db párhuzamosan kapcsolt FET a 22 kOhmos potméterrel beállíthat feszültségre stabilizál 550 és 700 V között. A terhelhetőség 400 mA. A védelemről áramkorlátozás gondoskodik, az áramkorlát értéke beállítható. A FET-ek disszipációjának csökkentésére szolgál a soros 50W-os, 150 Ohmos ellenállás. A segédrács táp 5R6 ellenálláson kapcsolódik a földre. Az ezen eső feszültség arányos a segédrács áramával, és a végfok előlapi műszerét hajtja egy yaxley-n keresztül. A feszültség egy komparátorra is eljut, amelyen beállítható az a segédrács áram, melynél a tápegység kikapcsol. A kikapcsolás itt is időzített, hogy a segédrácsra kapcsolódó kondenzátorok töltőárama ne szólaltassa meg a védelmet.
A tápegység és a végfok kapcsolatát 3 vezeték biztosítja. Az első az összeföldelésre szolgál. A második 11 eres korbács, mely a fűtés, rács, segédrács feszültségeket továbbítja. Ezen a 12 pólusú csatlakozón jut a végfokba az anód és segédrácsáramra vonatkozó információ, a 24V a vákuumrelék és antenna átkapcsoló számára, valamint a bekapcsolási vezérlő jel. A bedugott csatlakozó csavarokkal rögzítve van, hogy ne lehessen véletlenül kirántani. Mivel ez a kábel viszi a földet is, és különálló harmadik vezeték szolgál az anódfeszültség továbbítására, e kábel megszakadása esetén az anódfeszültség átjuthat a végfokba, ha a tápegységet autonóm üzemben bekapcsolja valaki.
Ekkor a tápegység és a végfok váza között 3kV jelenik meg. Ezért fontos az összeföldelés. A
nagyfeszültség számára külön csatlakozó lett tervezve. A teflon szigetelőbe épített érintkező nem hozzáférhető, és véletlen kihúzását teflon hollandi anya gátolja meg.
2010 nov 2 HA5KJ