De 4CX1000A in grounded grid
Toen ik onlangs enkele tweedehands 4CX1000A kon op de kop tikken, ben ik op zoek gegaan om een H.F. lineair te bouwen (lineairs bouwen en terug afbreken is een hobby van mij, met om het even welke lampen).
Na veel speurwerk ben ik tot de conclusie gekomen:
- dat ik enkel schema's vond van "grid"-gestuurde versterkers met maximum 30 watt input (mijn transceiver geeft 100 watt PEP);
- dat ik voor een grid-gestuurde lineair de originele buisvoet niet had, wat een MUST is voor de stabiliteit. Dit was wel de grootste struikelblok: mijn buisvoet is van het gewone type, de Y-254A van EIMAC.
Na een schrijven naar EIMAC heeft die firma mij een principeschema opgestuurd om de buis op te bouwen als Grounded Grid, gestuurd door een gewone 100 watt PEP-transceiver.
Hierbij moest spanning gestuurd worden op stuur- en schermrooster juist zoals men deze lamp zou gebruiken als in grounded kathode.
Dit schema kan ook gebruikt worden voor andere lampen, zoals de PL519, 4CX250, 4CX300, 4CX350, etc., waarbij het stuurrooster weinig of zo goed als 0 (nul) watt dissipatie verdraagt. De spanningen moeten enkel aangepast worden volgens DC-specificaties van de fabrikant.
Als men deze types lampen gebruikt als grounded grid waarbij men direkt de roosters aan de massa legt, zal het stuurrooster, bijzonder van de 4CX-types, teveel stroom trekken en zijn die lampen maar een heel kort leven beschoren.
De 4CX1000A is hier vervangbaar door de 4CX1500B met dezelfde buisvoet.
Enkel de specificaties nagaan van stuur- en schermrooster-spanning.
Deze lineair is beveiligd:
- Kathodestroombegrenzing bij opstarten.
- Anodestroombegren zing bij opstarten.
- Schermrooster beveiligd tegen overstroom (moest bv. de hoogspanning wegvallen).
- Tijdrelais van 3 minuten om de kathode op te warmen.
Een anode-overstroombeveiliging heb ik moedwillig weggelaten omdat ik weet dat men bij aftunen op een band soms 2 tot 3 maal mag resetten en dat een lamp wel tegen een stootje kan.
Het kathodecircuit
Het principe is hetzelfde als bij de gewone G-G lineair. De ingang in de kathode is via een Pi-filter met een Q van 1. Men kan ook per band een hogere Q gebruiken indien men dit wenst en een tabel met de verschillende waarden en Q's kan men gerust via mij verkrijgen (S.A.S.E. pse voor retour). Volgens de waarden die EIMAC mij gaf zou de kathode-impedantie ongeveer 70 ohm zijn bij volledige output, maar volgens mijn ervaring ligt dit dichter bij de 100 ohm.
Deze Q is laag om de reden dat een filter is gebruikt voor 10 en 12 meter, de tweede voor 15 ende derde voor 17 en 20 meter (dit proefmodel is enkel voor deze banden gebouwd geweest). Daar ik weet dat aan deze Pi-filtertjes nogal geëxperimenteerd wordt, is het best extern aan het chassis een metalen doosje te bevestigen, twee kleine gaatjes te boren zodanig dat U met RG58 coax van uw relais naar buiten kunt. Zo kunt U naar hartelust experimenteren zondergevaargeëlektrocuteerd te worden.
Als het mogelijk is, gebruik voor L1 een spoelvorm die regelbaar is door een ferrietkerntje; deze zijn bv. nog te vinden in oude BC 1000, oude T.V.'s, etc.
Om na te gaan hoeveel wikkelingen er moeten gewonden worden om het regelbaar kerntje is het best te beginnen met een drietal wikkelingen, een kleine capaciteit solderen aan de uiteinden en met een dip-meter kunt U eenvoudig berekenen hoeveel microhenry U hebt.
Zie tabel 1 voor de waarden.
| 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 |
Gebruik voor C1 een vastewaarde (een condensator uit de rommelbak die de waarde benadert gegeven in tabel 1, bv. voor 28,5 MHz: 120 pF 1 kV). Voor C2 plaats ik een kleine variabele capaciteit zodanig dat hier ook een beetje kan bijgeregeld worden.
Plaats uw SWR-brug tussen transceiver en lineair, en zo kunt U heel eenvoudig een SWR krijgen van 1 op 1. Gebruik best uw CW keyer voor het afregelen en dit met verschillende dits na mekaar te geven, daar de SWR-schommelingen in SSB zeer groot zijn. Die schommelingen zijn normaal in SSB daar het gestuurde vermogen bijna van nul tot maximum gaat. In CW is dit veel minder het geval.
Na de afregeling kunt U L1 en C2 uitmeten met uw dip-meter en een vaste waarde inbouwen. Dit is een eenvoudige, veilige methode die U voor iedere band kunt uitvoeren met capaciteitswaarden die U in uw bezit hebt en die u veel ergernis zal besparen.
Bij mijn vorige projekten bouwde ik direkt deze filtertjes in met waarden die ik had berekend. De SWR werd daarna uitgemeten en dat gaf soms heel eigenaardige uitkomsten waarbij ik achteraf de ganse zaak terug mocht opengooien.
Het doosje GOED aan het chassis vastmaken, massa is belangrijk in dit geval. Zulke filtertjes kunt U als experiment gemakkelijk eens uitproberen met uw transceiver, SWR-brug en dummy load, maar wel dan voor 50 ohm.
De ventilator blaast lucht langs de katode naar de anode zoals EIMAC voorschrijft zodanig dat de ganse lamp gekoeld is.
Het anodecircuit tijdens de testen met een tweedehands verzilverde spoel.
Het anodecircuit
De uitgang naar de antenne is ook een Pi-filter. Ga voor het gemak als volgt te werk:
- Koppel de tune EN load capaciteit los van L3 (en de lamp).
- Meet met een capaciteitsmeter de benodigde capaciteit van de tune EN de load (zie tabel ARRL). Voor de tune capaciteit trekt U daar de uitgangscapaciteit van de lamp af + een 10 pF strooicapaciteit (dit is de capaciteit die ontstaat tussen de omgeving ende tune capaciteit). Een vb. in dit geval: voor 28,5 MHz met een RL (load) van 1.800 ohm en een Q van 12 is de tune capaciteit ongeveer 40 pF; trek 12 pF van de lamp af, als ook 10 pF zoals hierboven vermeld en U bekomt 18 pF voor tune capaciteit.
Ter vervanging van de strooi- en lampcapaciteit heb ik een capaciteit van 25 pF parallel met de tune-capaciteit gesoldeerd. Niet vergeten na uitmeten die terug te verwijderen. - Koppel terug uw spoel aan en meet met uw dipmeter 28,5 MHz en wel zodat U met een los klemmetje (en soepele draad) om het even waar kunt gaan aftakken op uw spoel. Teken dit af met een stift als U een dip gevonden hebt en doe dit voor iedere band. Daarna kunt U alles in eenmaal solderen. Er mag hierwel gezegd worden dat een paar pF min of meer geen rol spelen en deze enkel de 0 iets zullen verhogen of verlagen. Het eindresultaat (output) zal hier zo goed als niet veranderen.
Dit is mijns inziens de eenvoudigste en best benaderende methode. Het uitgangscircuit is een van de grote problemen bij de bouw van lineairs, daar hier de minimumcapaciteit van de tune een grote rol speelt. Een vacuumcapaciteit is hier het beste maar is niet gemakkelijk te vinden en indien men er een vindt, kost dit nogal veel geld. Daarom is het best de tune-capaciteit uit te meten om de waarde van zijn minimumcapaciteit te bepalen. Tel daarbij de strooicapaciteit ende uitgangscapaciteit van de lamp en zo kunt U berekenen hoeveel de Q zal bedragen op hogere banden.
Q = RLoad : XCtune
Voorbeeld
Mijn tune-capaciteit had een minimum van 28 pF; voeg daarbij 12 pF van de lamp + 13 pF strooicapaciteit.
Q = 2.200 : 111,7 (XC van 50 pF)
Dit geeft een Q van ongeveer 20 op 28,5 MHz, wat nog aanvaardbaar is.
Het heeft daarom weinig zin om uitleg te geven waar men moet aftakken op de gemaakte spoel. Dit zal voor iedereen ergens anders zijn, sterk afhankelijk van de gemaakte spoel en de minimum capaciteit van de tune. Zodoende ben ik begonnen op 10 meter met een Q van 20 gaande naar een Q van 17 voor 12 meter, een Q van 15 voor 15 meter en een Q van 13 voor 17 meter, uitgemeten volgens de hierboven beschreven methode. Daarbij moest de tune-capaciteit op zijn minimum blijven staan. Enkel op 20 meter om een Q van 12 te hebben was een 10-tal pF extra nodig van de tune capaciteit.
Indien iemand het wenst kan ik een tabel uitprinten met eender welke Q. Wil hier wel uw minimum tune-capaciteit opgeven tezamen met de uitgangscapaciteit van de gebruikte lamp(en).
De tabellen voor Pi of Pi-L uitgangen zijn in het ARRL handboek te vinden. De uitgangsimpedantie van een 4CX1000A bedraagt ongeveer 2.200 ohm. Dit bekomt men door de hoogspanning te delen door 1,5 maal de anodestroom. Dit is wel een benaderende waarde.
Nu een woordje over de voedingen
De hoogspanningsvoeding levert 3.000 volt 700 mA. In het ARRL handboek zijn verschillende schema's te vinden zodanig dat ik hier niet verder op inga. Het handboek kunt U in de bibliotheek van uw sectie vinden. De bouw hangt af van de trafo die U in uw bezit hebt. De voeding van het schermrooster is gemaakt met een oude trafo uit een radio en geeft ongeveer 280 volt secundair. De gelijkrichting gebeurt met 4 maal 1N256 (1N4007 is ook goed) en, om de voeding te stabilizeren, heb ik 6 zenerdioden van 56 volt (10 watt) in serie gezet die in totaal 338 volt geven (gemeten).
Het circuit met R6, R7, transistor 2N2905A en zenerdiode Z1 geeft stroombegrenzing. De overstroombeveiliging kan getest worden door een weerstand op de uitgang te bevestigen en de stroom ertussen te meten. Bij mij gaf dit max. 38 mA.
De stuurroosterspanning is ook gemaakt rond een oud trafo'tje dat 110 volt levert, gelijkgericht met 4 maal 1N256, die ongeveer 150 volt negatieve spanning geeft, voldoende om de lamp in stand by volledig in "cutt off' te zetten. Bij mijn proeven ben ik begonnen met -90 volt (zenden). Zorg ervoor dat deze potentiometer gemakkelijk bereikbaar is want de spanning bij mij bedraagt ongeveer -70 volt. Dit is afhankelijk van het type van de lamp die U in uw bezit hebt. Deze spanning zodanig regelen tot U volledige output hebt.
De spanning voor de relais komt van een 400 mA trafo'tje, 18 volt secundair.
Het meetcircuit voor grid en screen gaat via een metertje, voor grid 10 mA en voor screen 100 mA. De weerstanden R2 en R3 zijn afhankelijk van het gebruikte metertje. De schermroosterspanning gaat door het chassis via een doorvoercapaciteit met daaraan gekoppeld de weerstand R5 (100 ohm, 2 watt, koolstoftype). Ik prefereer weerstanden in plaats van RF choke's, dit om resonanties die choke's geven te vermijden. De 3 capaciteiten na R5 zijn 3 maal 0,01 mF zokort mogelijk gesoldeerd van de buisvoet naar massa. Zeker zien dat ze tegen tweemaal de gebruikte spanning kunnen.
De stuurroosterspanning gaat dezelfde weg op maar R4 is 1.000 ohm 2 watt koolstoftype. De drie capaciteiten ook zo kort mogelijk aan massa leggen. Voor de nabouwer is het aan te raden een 1 mA beveiliging en/ of een ALC in te bouwen om de lamp kompleet te beveiligen. Bij de testen werd enkel op 15 meter 0,2 mA stuurroosterstroom gevonden. Toch is een beveiliging zeker aan te raden voor het rooster, daar dit het meest breekbare in de lamp is. In de meeste schema's die ik heb, gaan ze met zo een beveiliging ook de relais van de hoogspanningstransfo uitschakelen wat volgens mij niet zo gezond is. Iedere keer een reset geven van de hoogspanning is niet goed voor de relais, diodes, etc. Daarom zie ik persoonlijk meer in het uitschakelen van de 24 volt-voeding die het relais van het ingangscircuit stuurt.
Bij het typen van deze tekst heb ik toevallig een kopie van een beveiliging gevonden die werkt op de stuurroosterstroom en die continu zichzelf regelt zonder instelling vooraf. Indien de stuurroosterstroom boven de 0,1 mA gaat, gaat de schakeling automatisch het vermogen beperken van de stuurzender, in alle modes.
Naar mijn mening mag men zelfs proberen te zenden zonder antenne daar deze schakeling zeer vlug reageert. Dat projekt, dat volgens mij de volledige lamp beveiligt, ga ik eens nabouwen en uittesten.
Het opstarten
Dit kan automatisch gaan door S1 en S2 te sluiten, maar om het tijdrelais te sparen gebruik ik een derde relais voor het opstarten van de hoogspanning. Verbrande kontakten zijn geen zeldzaamheid en RL3 is goedkoper dan een tijdrelais. Een tweede voordeel hier is dat bij langere stand-by de hoog- en roosterspanningen kunnen afgezet worden. De spanning voor het verwarmen van de kathode komt vertraagd op via de 35 ohm weerstand die ook RL1 en tijdrelais RL2 aanstuurt. Een kontakt van RL1 neemt de spanning over. Na3 minuten, de minimum opwarmtijd voor de katode, sluit RL2 en via S2 kan men de rest van de spanningen aanzetten. Hetzelfde scenario hier: via de 100 ohm weerstand en de overnamekontakten komt hier ook de spanning vertraagd op.
Op het schema is hier maar 1 kontakt getekend, maar als U een relais hebt met 3 kontakten gebruik ze dan alle drie, want die trekken wel vonken bij het sluiten en uw relais zal veel langer meegaan.
Een goede raad is eerst uw spanningen eens te meten zonder lamp en het volledige circuit nog eens volledig te controleren, eventueel door een ander amateur daar men nogal vlug over zijn eigen fouten heen ziet. Bij de gebruikte spanningen zou u best niet teveel vergissingen maken.
Vergeet nooit: De spanningen zijn DODELIJK in dit projekt. Neem uw voorzorgen.
Het eindresultaat bij mij gaf met een onbelaste voeding van 3.000 volt ongeveer ± 1.300 watt PEP output. Met een voeding die belast 3.000 volt geeft zal zeker de 1.500 watt bereikt worden.
Goede nabouw gewenst en, indien iemand meer inlichtingen wenst, ben ik altijd tot hulp bereid (ook voor andere type lampen).
Nota
Er is in het tijdschrift Electron (1993) een artikelenreeks verschenen over grounded grid lineairs. Voor degenen die niet gewoon zijn een lineair te bouwen.loont het zeker de moeite om deze artikelen eens door te nemen. Ook het hoe en waarom komt hier ter sprake.
Beste dank aan mijn broer, ONIAJC, voor de technische bijstand.
Componenten
| RL4 | relais 24 volt met 3 wisselkontakten waarvan 2 gebruikt voor de RF out |
| RL1 en RL3 | relais 220 volt met 3 wisselkontakten |
| RL1, 3, 4 | zijn OMRON-type MK3P-5 of equivalent |
| RL2 | tijdrelais met 2 wisselkontakten |
| RL1, 2, 3, 4 | hebben alle 10 ampère 380 volt kontakten |
| RL5 | relais 24 volt miniatuur |
| RFC1 | bifilair gewikkelde, geïsoleerde draad op ferrietstaaf |
| RFC2 | bifilair gewikkelde geëmailleerde draad op ferrietstaaf |
| RFC3 | 2,5 mH, kleine choke uit een oud legertoestel |
| RFC4 | 100 pH gewikkeld op keramische of ertalon-staaf. Oppassen voor resonanties in de amateurbanden. Deze bij mij gebruikt komt uit een oud legertoestel en is niet meer te vinden. |
| C3, C4, C5, C6, C7, C8, C12, C13, C14 | 10 nF 1.500 volt |
| C11 | 1.000 pF 10 kV |
| C15, C16 | doorvoercapaciteiten 2 nF 1.000 volt |
| D1, D2, D3, D4 | 1 N4007 |
| T1 | transfo 6 volt secundair/10 ampère |
| T2 | hoogspanningstransfo, na gelijkrichting en belast maximum 3.000 volt |
| T3, T4, T5 | zie tekst |
| L2 | twee toeren platte draad (vertinde) rond R1 |
| R1 | tweemaal 100 ohm parallel 14 watt koolstoftype. Weerstanden tussen de 50 en 100 ohm en 10-tal watt zijn ook o.k. |
| R2, R3 | volgens het gebruikte metertje |
| R4 | 1.000 ohm/2 watt |
| R5 | 100 ohm/2 watt |
| C9 | 250 pF 5 kV |
| C10 | 1.800 pF 1 kV |
| L3 | koperbuisje van 6 mm met 5 wikkelingen van 3 cm doormeter overgaand naar 8 cm diameter. Aftakken per band zoals hierboven beschreven. Indien men verzilverde draad in zijn bezit heeft is dat natuurlijk veel beter. Persoonlijk heb ik een tweedehands verzilverde spoel op de kop kunnen tikken en ingebouwd (zie foto). |
| S4a, S4b | dubbeldekschakelaar |
| S4c | schakelaar met serieuze kontakten uit een oud legertoestel. |
| De zekeringhouder in de hoogspanning voor de zekering van 1 amp is zelfgemaakt. Dit is een glazen buistype met langs beide zijden het houdertje zoals men deze gebruikt op printplaten. De twee zekeringhoudertjes monteren op een stukje plexiglas tezamen met de 10 ohm/30 watt-weerstand die in serie staat. Dit stukje plexiglas GOED geïsoleerd van de massa bevestigen. |
Specificaties van de 4CX1000A
| Maximum waarden | |
|---|---|
| Kathode | 6 volt ± 0,3 volt |
| Anode | 3.000 volt 1 ampère |
| Anodedissipatie | 1.000 watt |
| Schermrooster | 400 volt |
| Schermroosterdissipatie | 12 watt |
| Stuurroosterdissipatie | 0 watt |
| Normale werkingscondities | |
| Anode | 3.000 volt |
| Anodestroom | 875 mA |
| Schermroosterspanning | 325 volt |
| Stuurroosterspanning | - 70 volt (±) |
| Uitgangsvermogen | 1.600 watt PEP |
| Kathode-impedantie | ± 70 ohm |
Op deze foto ziet U het inwendige van de volledige lineair. Er is veel zorg besteed om alle circuits afgeschermd te monteren.
Voedingsgedeelte, anode-, kathode-, in-en uitgangscircuits zijn van elkaar afgeschermd.
Bovenop en naast de ventilator staat het doosje gemonteerd waarmee men met het ingangscircuit kan experimenteren.
ON4ADN