Le tube 4CX1000A en grounded grid
Ayant pu mettre la main dernièrement sur quelques 4CX1000A d'occasion, j'ai cherché à construire un amplificateur linéaire HF (c'est un de mes hobbies de construire et puis de démantelerdes linéaires, quels que soient les tubes utilisés).
Après pas mal de recherches, j'ai constaté
- que je ne trouvaisque des schémas "piloté grille" avec au maximum 30 watts d'input (mon transceiver donne 100 watts PEP);
- que je ne disposais pas du socket original requis pour un linéaire piloté par la grille, ce qui est un "MUST" pour la stabilité. Et c'était là le plus grand obstacle: le socket dont je disposais est du type habituel, le Y-254A de EIMAC.
Suite A une lettre adressée A EIMAC, cette firme m'a envoyé un schéma de principe pour ('utilisation du tube en "grounded grid", piloté par un transceiver ordinaire donnant 100 watts PEP.
Pour cela, it faut envoyer de Ia tension sur la grille de commande et sur la grille-écran, comme on le fait quand on utilise le tube avec la cathode A la masse. Ce schéma vaut également pour d'autres tubes tels que PL519, 4CX250, 4CX300, 4CX350, etc., dont la grille de commande ne tolère qu'une dissipation intime ou nulle. II y a lieu cependant de modifier les tensions en fonction des spécifications DC du fabricant.
Si I'on utilise ce type de tubes en "grounded grid" et que l'on met donc directement les grilles à la masse, la grille de commande tirera trop de courant, surtout dans le cas des types 4CX, et leur vie sera extrêmement brève.
Le tube 4CX 1000A peut être remplacéici par le tube 4CX 1500B dans le même socket. Il suffit de suivre les spécifications pour les tensions de grille de commande et de grille-écran.
Ce linéaire dispose des protections suivantes:
- Limitation du courant cathodique à la mise en marche.
- Limitation du courant anodique à la mise en marche.
- Protection de la grille écran contre les surintensités (en cas de coupure de la haute tension, par exemple).
- Relais de temporisation de 3 minutes pour permettre le chauffage de la cathode.
J'ai omis volontairement la protection de surintensité pour le courant anodique parce que je sais que l'on se permettra de toute fawn de réenclencher deux ou trois fois lors du réglage sur une bande et parce qu'un tube n'est pas fragile à ce point.
Le circuit cathodique
Le principe est le même que dans un linéaire G-G ordinaire. Le raccordement Ala cathode se fait par l'intemiédiaire d'un filtre en Pi dont le Q vaut 1. Si vous le désirez, vous pouvez également opter pour chaque bande pour une valeur de Q plus élevée; je tiens A votre disposition un tableau avec les valeurs différentes et les Q correspondants (S.A.S.E. pse pour ('envoi). Selon les chiffres que EIMAC m'a donnés pour l'impédance cathodique, celle-ci serait d'environ 70 ohms, mais si j'en crois mon expérience, elle se rapprochera plutôt des 100 ohms.
Cette faible valeur de Q est due au fait qu'un filtre sert pour les bandes de 10 et 12 mètres, qu'un deuxième est utilisé pour 15 mètres et qu'un troisième serf pour 17 et 20 mètres (ce prototype n'a été construit que pour ces bandes). Comme je sais que ces filtres en Pi requiérent bien des essais, je préconise de prévoir un petit boltier métallique a fixer extérieurement au chassis et de forer deux petits trous pour permettre le passage du coax RG58 venant du relais. Ainsi vous pourrez vous livrer A tous les essais sans risques d'électrocution.
Utilisez si possible pour L1 un mandrin muni d'un noyau de ferrite; vous les trouverez dans des vieux BC 1000, des vieilles TV, etc.
Pour trouver combien de spires ii faut prévoir sur ce mandrin réglable, it est A conseiller de commencer par trois spires, de souder une petite capacité aux bornes et de calculer, après avoir mesuré au dip-mètre, combien de microhenrys vous obtenez. Le tableau 1 vous donne les valeurs requises.
| Q = 1 | Xc1= 50 |
| R1= 50 | Xc2= 53 |
| R2= 75 | Xl=60,4 |
| Freq | C1 | L1 | C2 |
|---|---|---|---|
| 1,8 | 1769 | 5,34 | 1668 |
| 3,5 | 910 | 2,75 | 858 |
| 7 | 455 | 1,37 | 429 |
| 10,1 | 315 | 0,95 | 297 |
| 14,1 | 246 | 0,68 | 213 |
| 18,1 | 176 | 0,53 | 166 |
| 21,2 | 150 | 0,45 | 142 |
| 24,9 | 128 | 0,39 | 121 |
| 28,5 | 112 | 0,34 | 105 |
Choisissez unevaleur fixe pour C1 (un condensateur de fond de tiroir dont la valeur approche celle donnée par le tableau 1, par exemple pour 28,5 MHz: 120 pF 1 kV). Pour C2, j'utilise un condensateur variable, de fason a pouvoir faire des réglages.
Placer votre SWR-metre entre le transceiver et le linéaire et vous obtiendrez facilement un SWR de 1 sur 1. Utilisez de preference votre manipulateur CW lors du réglage af in dedonner un succession de points, car en BLU, les variations de SWR seront tres importantes. Ces variations sont normales en BLU étant donne que la puissance émise varie de pres de zero au maximum. En CW, cet effet est beaucoup moins prononcé.
Après les réglages, vous pouvez determiner les valeurs de L1 et C2 à I'aide de votre dip-metre et les rem placer par des valeurs fixes. II s'agit d'une méthode simple et sure, que vous pourrez appliquer pour chaque bande, en vous servant des valeurs que vous possédez, et qui vous évitera bien des déboires.
En construisant mes projets precedents, je montais directement les filtres avec les valeurs que j'avais calculées. Lors de la mesure du SWR, j'obtenaisdes résultats tres surprenants qui m'obligeaient à redémonter le tout.
Fixez BIEN le boltier au chassis, fa masse a son importance dans ce cas-ci. Rien ne vous empêche d'expérimenter de tels filtres avec votre transceiver, un pont de SWR et une charge fictive, le tout, bien entendu, pour une impedance de 50 ohms.
Le ventilateur souffle l'air de la cathode vers I'anode comme le prescrit EIMAC, de fawn à ce que tout le tube soit refroidi.
Le circuit d'anode, pendant les tests d'une self argentée d'occasion.
Le circuit anodique
La sortie vers l'antenne constitue également un filtre en Pi. Pour votre facilité, procédez comme suit:
- Déconnectez les condensateur d'accord (tune) et de charge (load) de L3 (ainsi que le tube).
- Mesurez avec un capacimétre la capacité nécessaire pour l'accord ET la charge (voir le tableau ARRL). Pour la capacité d'accord, vous retranchez la capacité de sortie du tube + une dizaine de pF de capacité parasite (c'est la capacité qui existe entre la capacité d'accord et les elements qui l'entourent).
Prenons un exemple: pour 28,5 MHz, avec une RL (load) de 1.800 ohms et un Q de 12, la capacité d'accord vaut environ 40 pF; retranchez 12 pF pour le tube, ainsi que les 10 pF dont question cidessus et vous obtenez 18 pF pour le condensateur d'accord.
Pour simuler la capacité parasite et celle du tube, je soude un condensateur de 25 pF en parallele sur le condensateur d'accord. II ne faut évidemment pas oublier de l'enlever aprés les mesures. - Reconnectez votre self, réglez votre dip-metre sur 28,5 MHz et munissez-vous d'une petite pince crocodile et de fil souple de facon,à pouvoir pratiquer une dérivation en tout point de votre self. Faites une marque avec un stylo-feutre cheque fois que vous percevez un "dip" pour une bande. Par la suite, vous pourrez tout souder en une fois. II faut dire ici que quelques picofarads en plus ou en moins ne jouent aucun rille et qu'ils ne feront qu'augmenter ou diminuer un rien le Q. Le résultat final (output) n'en sera pratiquement pas affecté.
A mon avis, c'est la méthode la plus simple et qui permet de se rapprocher le plus du réglage ideal. Le circuit de sortie constitue un des grands problem es lors de la construction d'un amplificateur linéaire étant donne que la capacité minimum du condensateur d'accord joue un grand rále. C'est un condensateur a vide qui conviendrait le mieux ici, mais ce type de condensateur est difficile à trouver et, pour peu que I'on en trouve un, it coûte cher. II est donc preferable de mesurer le condensateur d'accord afin de determiner sa capacité minimale. Ajoutez-y Ia capacité parasite et la capacité de sortie du tube et vous serez à même de calculer quel sera le Q sur les bandes supérieures.
Q = RLoad : XCtune
Exemple
La capacité résiduelle de mon condensateur d'accord était de 28 pF; aoutez-y 12 pF du tube et 13 pF de capacité parasite.
Q = 2.200 : 111,7 (Xc van 50 pF)
Ce qui donne un Q d'environ 20 sur 28,5 MHz, ce qui est encore acceptable.
Il nest pas fort utile d'expliquer oû pratiquer les prises de dérivation sur le bobinage : ceci depend en effet de la self que vous avez fabriquée et de la capacité minimale du condensateur d'accord.
Débutant avec un Q de 20 sur 10 metres, le Q est tombé a 17 pour 12 metres, a 15 pour 15 metres eta 13 pour 17 mètres, toutes mesures effectuées selon la méthode ci-dessus. Pour cela it fallait que le condensateur d'accord soit réglé a son minimum de capacité. Ce n'est que sur 20 mètres, qu'il a fallu ajouter une dizaine de pF du condensateur d'accord pour obtenir un Q de 12.
Pour ceux qui le désirent, je peux imprimer un tableau pour un 0 quelconque. N'oubliez cependant pas de renseigner la valeur minimale du condensateur d'accord ainsi que la capacité de sortie du (des) tube(s) utilise(s).
Les tableaux relatifs aux sorties en Pi ou en Pi-L sont renseignés dans le manuel de ('ARRL. L'impédance d'entrée d'un 4CX1000A est d'environ 2.200 ohms. On obtient sa valeur en divisant la haute tension par 1,5 fois le courant anodique. II s'agit, bien entendu, d'une valeur approchée.
Quelques mots sur les alimentations
L'alimentation haute tension donne 3.000 volts, 700 mA. Le manuel de ('ARRL contient différents schémas, je ne m'appesantirai donc pas ladessus. La construction se fera en fonction du transfo dontvous disposez. L'alimentation de Ia grille-écran a été construite avec un vieux transformateur de radio et ii donne environ 280 volts au secondaire. Le redressement se fait au moyen de 4 diodes 1 N256 (des 1 N4007 conviennent tout aussi bien) et, pour la stabilisation de l'alimentation, j'ai mis 6 diodes zener de 56 volts (10 watts) en seriequi donnent au total 338 volts (mesurés). Le circuit R6, R7, transistor 2N2905A et diode zener Z1 se charge de la limitation de courant. La protection de surintensité peut être testée en connectant une résistance a la sortie et en intercalant un ampèremétre. Dans mon montage cela donnait un maximum de 38 mA.
La tension de la grille de commande est également générée à partir d'un vieux transfo donnant 110 volts, tension redressée par 4 diodes 1 N256, ce qui donne une tension negative d'environ 150 volts, suffisante pour mettre un tube entièrement "cuff off" pendant le "stand by". Pour mes essais, j'ai commence avec -90 volts (emission). Veillez a ce que le potentiometre soit facilement accessible car, dans mon montage, la tension est maintenant de -70 volts. Ceci depend du type de tube dont vous disposez. II faut réglez cette tension de fapon à avoir le maximum de puissance de sortie.
La tension des relais provient d'un petit transfo de 400 mA, donnant 18 volts au secondaire.
Le circuit de mesure pour la grille et l'écran est muni d'un appareil de mesure de 10 mA pour la grille et de 100 mA pour l'écran. La valeur des resistances R2 et R3 est fonction de ('appareil de mesure utilise. La tension de grille-écran pénètre dans le chassis par I'intermédiaire d'un condensateur de traversée auquel est raccordée la resistance R5 (100 ohms, 2 watts, au carbone). Je préfère les resistances aux selfs de choc RF afin d'éviter les résonnances que celles-ci provoquent. Les trois condensateurs places ala suite de R5 valent chacune 0,01 mF. Elles sont soudées a la masse, le plus pres possible du socket. Veillez a cequ'elles puissent supporter le double de la tension utilisée.
La tension de la grille de commande suit le même chemin, mais R4 est une résistance de 1.000 ohms, 2 watts, du type "au carbone". Les trois condensateurs doivent également être mis a la masse par une liaison la plus courte possible. Je conseille au constructeur de prévoir un fusible de 1 mA et/ou de prévoir un ALC pour protéger entièrement le tube. Lors des tests, ce n'est que sur 15 metres que j'ai mesuré un courant de grille de commande de 0,2 mA. Il n'empêche qu'il est a conseiller de protéger la grille, étant donne que c'est ce qu'il y a de plus fragile dans le tube.
Dans la plupart des schémas dontje dispose, cette protection coupe également le relais du transformateur haute tension, ce qui, a mon avis, n'est pas sain. Les réenclenchements répétés de la haute tension ne font pas du bien aux relais, aux diodes, etc. C'est pourquoi je considère personnellement qu'il vaut mieux couper l'alimentation 24 volts du relais pilotant le circuit d'entrée.
Lors de la redaction de ce texte, j'ai par hasard trouvé unecopie d'une protection mesurant le courant de grille de commande et qui se regie ellemême de fa on continue sans qu'il soit nécessaire de faire un réglage préalable. Des que le courant de grille dépasse 0,1 mA, le circuit limite automatiquement la puissance de l'émetteur pilote, quel que soit le mode.
A mon avis, on pourrait même essayer d'émettre sans antenne, étant donne que ce circuit réagit tres vite. Je vais construire et tester ce montage qui, je pense, protege totalement le tube.
La mise en marche
Celle-ci peut se faire automatiquement en fermant S1 et S2, mais pour ménager le relais de temporisation, j'utilise un troisième relais pour le branchement de la haute tension. Les contacts bralés ne sont pas rares et RL3 est moins cher qu'un relais de temporisation. Ce qui constitue ici un deuxième avantage, c'est que lors d'une période de "stand by" prolongée, la haute tension et les tensions de grille peuvent être débranchées.
La tension de chauffage de la cathode apparalt après un certain délai par l'intermédiaire d'une résistancede 35 ohms qui alimentera également le relais RL1 et le relais temporise RL2. Un des contacts de RL1 courtcircuitera ensuite la résistance. Après trois minutes, le temps qu'il faut au minimum pour chauffer la cathode, RL2 se ferme et avec S2 on peut branch er le restant des tensions.
Ici également, même scenario, la tension apparaat avec un certain retard par l'intermédiaike d'une résistance de 100 ohms court-circuitée ultérieurement par un contact. Un seul contact est dessiné sur le schema, mais si vous disposez d'un relais avec trois contacts, utilisez-les tous les trois car ainsi le relais résistera beaucoup plus longtemps aux étincelles qui se produisent lorsque les contacts se ferment.
S'il est un bon conseil, c'est de commencer par mesurervos tensions sans le tube et de verifier encore une fois tout le montage, éventuellement cela pourrait être fait par un autre amateur, car nos propres erreurs nous échappent parfois. Vu les tensions utilisées, it est preferable de ne pas commettre trop d'erreurs.
N'oubliez jamais : dans ce projet, les tensions sont MORTELLES. Prenez vos precautions.
Moi-même j'ai obtenu ± 1.300 watts PEP comme résultat final, avec une alimentation donnant 3.000 volts A vide. Une alimentation donnant 3.000 V en charge vous permettra certainement d'arriver A 1.500 watts.
Je vous souhaite beaucoup de plaisir tors de la construction et, si quelqu'un desire plus de renseignements, je suis toujours dispose A prêter aide (également pour d'autres types de tube).
Note
Dans la revue Electron (1993) a paru unesérie d'articles concernant les linéaires avec la grille Ala masse. Ceux qui n'ont pas l'habitude de construire des linéaires ont tout interét A consulter ces articles. On y traite également de la fapon de procéder et des raisons sous-jascentes.
Tous mes remerciements a mon frère ONIAJC pourson aide technique.
Composants
| RL4 | relais 24 volts àtrois contacts inverseurs dont deux utilises pour la sortie HF. |
| RL1 et RL3 | relais 220 volts a trois contacts inverseurs |
| RL1, 3, 4 | sont du type OMRON MK3P-5 ou equivalent |
| RL2 | relais temporise a deux contacts inverseurs |
| RL1, 2, 3, 4 | disposent tous de contacts 10 ampères/380 volts |
| RL5 | relais 24 volts miniature |
| RFC1 | bobinage bifilaire, fil isolé sur mandrin ferrite |
| RFC2 | bobinage bifilaire, fil émaillé sur mandrin ferrite |
| RFC3 | 2,5 mH, petite self de choc provenant d'un appareil militaire |
| RFC4 | 100 pH bobiné sur mandrin céramique ou ertalon. Attention aux résonnances sur les bandes amateurs. La self que j'ai utilisée provient d'un vieil appareil militaire et est introuvable. |
| C3, C4, C5, C6, C7, C8, C12, C13, C14 | 10 nF 1.500 volts |
| C11 | 1.000 pF 10 kV |
| C15, C16 | condensateurs de traversée 2 nF 1.000 volts |
| D1, D2, D3,D4 | 1 N4007 |
| T1 | transfo 6 volts au secondaire/10 ampères |
| T2 | transfo haute tension, donnant maximum 3.000 volts après redressement et en charge |
| T3, T4, T5 | voir texte |
| L2 | deux spires de fil (étamé) plat autour de R1 |
| R1 | Deux fois 100 ohms en parallèle au carbone 14 watts ou resistances entre 50 et 100 ohms d'une dizaine de watts. |
| R2, R3 | en fonction de ('appareil de mesure utilise |
| R4 | 1.000 ohms/2 watts |
| R5 | 100 ohms/2 watts |
| C9 | 250 pF 5 kV |
| C10 | 1.800 pF 1 kV |
| L3 | tube en cuivre de 6 mm comptant 5 spires de 3 cm de diamètre s'étendant a 8 cm de diamètre. Derivations par bande comme décrit ci-dessus. Si vous disposez de fil argenté, c'est évidemment preferable. Personnellement j'ai monté une self argentée d'occasion sur laquelle j'ai pu mettre la main (voir photo). |
| S4a, S4b | interrupteur a deux galettes |
| S4c | interrupteur muni de contacts convenables provenant d'un ancien appareil militaire. |
| Le porte-fusible dans la haute tension pour le fusible de 1 ampere est de construction-maison. C'est un type destine aux fusibles cylindriques en verre, compose de deux receptacles séparés, comme ceux que l'on utilise sur les circuits imprimés. Montez les deux receptacles sur un morceau de plexiglas avec la resistance 10 ohms/30 watts qui se trouve en série. Fixez ce morceau de plexiglass de fawn à obtenir une bonne isolation par rapport a la masse. |
Spécifications du tube 4CX1000A
| Valeurs maxima les | |
|---|---|
| Cathode | 6 volts ± 0,3 volt |
| Anode | 3.000 volts 1 ampere |
| Dissipation anode | 1.000 watts |
| Grille-écran | 400 volts |
| Dissipation grille-écran | 12 watts |
| Dissipation grille de corn mande | 0 watt |
| Conditions de travail normales | |
| Anode | 3.000 volts |
| Courant anodique | 875 mA |
| Tension de grille-écra | 325 volts |
| Tension de grille de commande | - 70 volts (±) |
| Puissance de sortie | 1.600 watts PEP |
| Impédancecathodique | 70 ohms |
Cette photo vous montre complètement l'intérieurdu linéaire.
Beaucoup de soin a été consacré au blindage de chacun des circuits. La partie alimentation, les circuits d'anode et de cathode, les circuits d'entrée et de sortie sont bien séparés les uns des autres.
Sur la partie supérieure, à cóté du ventilateur, vous pouvez voir le be itierpour les essais relatifs au circuit d'entrée.
ON4ADN