4CX1000 amplicateur lineaire
Je voudrais faire quelques remarques relatives à l'article, par ailleurs excellent, de ON4ADN dans le CQ-QSO de mars 1994, remarques qui sont d'une importance capitale pour ceux qui voudraient construire un amplificateur linéaire avec un tube 4CX1000A.
Tension de chauffage et tension de polarisation
Contrairement à ce qui est indiqué sur le schéma (6 volts ± 0,3 volt), les spécifications de Eimac parlent de 6,0 volts (sans tolérance). Il est cependant d'une importance capitale que la tension de chauffage ne dépasse JAMAIS les 6,0 volts. Mon expérience m'a montré que l'on peut obtenir un courant anodique maximal à partir d'une tension de chauffage de 5,8 volts. Je conseillerais d'utiliser cela comme valeur de référence. La liste des composants dans l'article de ON4ADN mentionne un transformateur de chauffage de 6 V, 10 A, ce qui est correct.
Il est aussi fermement déconseillé d'utiliser un transformateur de chauffage surdimensionné (par exemple un transformateur qui peut fournir 20 A) pour les raisons suivantes : à l'enclenchement du tube (cathode froide) se produit une pointe de courant beaucoup plus élevée que le courant de chauffage nominal (9A). Avec un transformateur bien adapté, la puissance au niveau du tube sera automatiquement limitée : en effet, la tension de chauffage baissera fortement par suite du courant d'enclenchement élevé (surcharge temporaire).
Une trop grande puissance dans une cathode froide peut détruire la cathode ! Il vaut mieux enclencher le chauffage à l'aide d'une résistance en série (dans le primaire du transformateur). Cette résistance en série est court-circuitée après quelques secondes.
Une autre solution élégante est d'utiliser un transformateur de 6,3 volts (10 A) et d'amener la tension de chauffage à 5,8 V à l'aide d'une résistance en série adaptée dans le primaire du transformateur de chauffage. Cette résistance peut rester branchée en permanence et évitera en tout temps que le filament n'absorbe trop de puissance. Il est également très important de tenir compte d'un temps de chauffage de 3 minutes au minimum pour ce tube. La plupart des appareils du commerce qui utilisent un 4CX1000A prennent 5 minutes !
Dans le cas où l'on utilise une tension de chauffage trop élevée (par exemple 6,1 ou 6,3 V), des éléments de la cathode se volatiliseront à cause de l'excès de température de la cathode chauffée indirectement et se déposeront sur la structure ténue de la grille de commande (d'une épaisseur d'environ 100 microns) qui se trouve très prés de la cathode (c'est ce qui confère une pente importante à ce tube). Etant donné que la grille de commande se trouve très prés de la cathode, elle chauffera également. Lorsque la cathode devient trop chaude (suite à une tension de chauffage trop élevée) une grille contaminée par des traces de matières émanant de la cathode peut commencer, à la longue, à émettre des électrons vers l'espace anode/grille-écran. Ce phénomène se manifeste par un courant de grille de commande négatif.
Dans un tube neuf, le courant de grille de commande est évidemment nut lorsqu'il n'y a pas de signal à l'entrée. Le courant de grille de commande ne devient positif que si la pointe de la tension de commande dépasse la tension négative de polarisation du tube. Etant donné qu'il s'agit ici d'un tube dont les spécifications prévoient un courant de dissipation de grille de commande NUL, il faut veiller à ce qu'il ne circule aucun courant de grille. Les systèmes générant une tension d'ALC sur la base du courant de grille ne sont donc pas indiqués.
Je préconiserais d'utiliser un circuit d'ALC basé sur la mesure de la tension de commande effective et dans lequel la tension de seuil peut être fixée par un potentiomètre (voir schéma A). Il ne faut pas en conclure qu'un courant de grille de 0,1 mA détruira un tube 4CX1000A ! Le phénomène de courant de grille négatif se produit toujours et n'a aucun rapport avec la façon de faire fonctionner le tube. Si vous branchez un amplificateur avec un tube contaminé vous constaterez après quelques minutes (lorsque la cathode et la grille de commande auront atteint leur température de régime) que le courant de grille-écran deviendra progressivement NEGATIF pour atteindre une valeur de quelques centaines de microampères et qui dépendra du degré de contamination du tube. Cette tension de grille négative provoque une chute de tension dans les résistances dans le circuit de grille de commande (dans le cas du schéma de ON4ADN, il s'agit de la résistance R3, du potentiomètre de 15 kiloohms et de la résistance de 10 kiloohms qui font partie du circuit de polarisation). Cette chute de tension diminuera la tension négative au niveau du tube dont le courant de repos se mettra A croître.
Dans un tube dont la grille de commande est fort contaminée, ceci peut provoquer ce qu'on appelle un run-away, c'est-à-dire un emballement du tube suite A une tension de polarisation trop basse. Le courant anodique se met alors à croître (plus d'1 A) et le courant de grille-écran prend des valeurs catastrophiques. A moins de disposer d'une bonne protection de la grille-écran, ceci entraîne immédiatement la destruction du tube.
Il est donc de la plus haute importance de maintenir la tension de chauffage en dessous de 6,0 volts. En outre, une fois que le tube est contaminé, cette situation est en principe irréversible. Le courant de grille négatif ne constitue pas en lui-même un grand problème, pour autant que l'on parvienne A tenir tête aux conséquences (run-away). On ne peut y parvenir qu'en utilisant un circuit de polarisation dont la résistance interne est très basse.
En principe, la résistance interne ne pourrait pas dépasser 1 kiloohm (au lieu des 20 à 25 kiloohms dans le schéma de ON4ADN).
En tout cas, je conseillerais de stabiliser la tension de polarisation avec des diodes zener assez puissantes.
Fig. 1 - ALC circuit based on detection of drive RF voltage
Circuit de grille-ecran
L'émission secondaire de grille-écran est un phénomène très typique des tubes de la famille des 4CX1000A (et même 4CX250). Cette émission secondaire est normale, mais elle n'est pas sans conséquences.
Par émission secondaire, on entend que dans certaines circonstances, le courant dans le circuit de grille-écran circule aussi bien vers le tube (ce qui est le cas normal) que du tube vers l'alimentation (dans le cas d'émission secondaire).
En polarisation AB1 normale (VA = 3.000 V, Vg2 = 325 V et Vg1 = -60 V) et lorsque la charge d'anode est correcte (filtre en Pl réglé pour le maximum de puissance) pour une tension de commande HF croissante, le courant de grille-écran deviendra d'abord négatif (environ -30 à -40 mA), il redeviendra nul par la suite et puis, lorsqu'on tendra vers la tension de commande maximale (à la limite AB1/AB2), il montera à +30 ou +35 mA.
Dans un linéaire piloté par un signal SSB normal, on verra que le milliampèremètre dans la grille-écran oscille autour de 0 mA (il penchera de la même valeur du côté positif que du côté négatif). Pour éviter que l'émission secondaire de la grille-écran ne provoque, elle aussi, un état de run-away, il faut absolument brancher une résistance de dissipation entre la grille-écran et la masse. On conseillera une valeur maximale de 25 kiloohms (pour une tension de grille-écran de 325 V, le courant dans la résistance de dissipation sera de 13 mA, ce qui représente environ 5 watts de dissipation). Cette résistance manque dans le schéma de ON4ADN. Il est évident que l'appareil de mesure utilisé pour la mesure du courant de grille-écran devra être du type à zéro central. De plus, le circuit de protection contre les surintensités devra fonctionner pour des courants de grille-écran circulant dans les deux sens!
Si le loading de l'amplificateur est insuffisant, le courant de grille-écran sera trop négatif et le circuit de protection décrit dans le schéma de ON4ADN ne fonctionnera pas ! Le montage avec le 2N2905 n'offrira de protection que contre un courant de grille-écran trop positif (plus de 50 mA). Une protection correcte contre les surintensités, comme celle du schéma B, fait usage d'un relais reed sensible (attiré pour un maximum de 25 mA). Le relais est évidemment attiré quel que soit le sens du courant.
La sensibilité du montage est réglée au moyen d'un potentiomètre branché en parallèle sur les enroulements du relais. Les contacts du relais RE1 pilotent un plus gros relais (RE2) coupant la tension de la grille-écran. Le schéma B est fort explicite à ce sujet. Il est également important de pouvoir tester un circuit de surcharge. Un interrupteur à impulsion avec une résistance est prévu à cet effet. Il importe de tester régulièrement le circuit de surcharge.
Fig. 2 - Circuit de protection contre les surintensités qui fonctionne pour des courants de grille-écran circulant dans les deux sens.
Protection de claque
C'est à juste titre que, dans le schéma de ON4ADN, nous trouvons une résistance !imitatrice de courant dans la ligne haute tension (deux résistances de 10 ohms, 30 watts). L'intérieur des tubes céramiques est parfois le siège de très brefs claquages. Ces claquages, qui durent quelques microsecondes, provoquent un bref court-circuit de l'alimentation haute tension. Les résistances dont il était question servent à absorber l'énergie libérée par cette brève impulsion de court-circuit. Il est cependant important de savoir qu'à l'instant du claquage, la grille-écran se retrouve brièvement au potentiel de l'anode. Il en résulte une courte impulsion (des microsecondes) sur la grille-écran. Pour cette raison, il est souhaitable que, outre le découplage du point de vue HF, il yen ait également un pour le phénomène transitoire ci-dessus. On peut réaliser cela au moyen d'une capacité de 0,1 µF de très bonne qualité (genre vieille capacité de booster TV). Cette capacité évite également que la série de diodes zener (pour la stabilisation de la tension de grille-écran) ne soit endommagée par le transitoire.
4CX1000 en 4CX1500B
L'article mentionne que le 4CX1000A peut être remplacé par le 4CX1500B (avec le même socket). Les deux tubes ont, en effet, le même socket, mais il y a néanmoins une importante différence, notamment la tension de grille-écran ! Notez également que le 4CX1500A est un tube totalement différent avec une tension de chauffage de 5 V sous 35 A (!!) et une tension de grille-écran de 700 V!
| 4CX1000A | 4CX1500B | |
|---|---|---|
| Dissipation plaque | 1.000 W | 1.500 W |
| Dissipation de grille-écran | 12 W | 12 W |
| Dissipation de grille de commande | 0 W | 1 W |
| Tension de chauffage | 6,0 V | 6,0 V |
| Courant dans le filament | 9 A | 10 A |
| Tension d'anode en classe AB | 3.000 V | 2.900 V |
| Tension de grille-écran en classe AB | 325 V | 225 V |
ON4UN, J. Devoldere.