4CX1000 lineaire versterker
Betreffende het, trouwens excellente, artikel van ON4ADN in het CQ-QSO nummer van maart 1994, wil ik enkele opmerkingen maken die van groot belang zijn voor zij die eventueel een lineaire versterker met de 4CX1000A-buis willen bouwen.
Filamentsspanning en bias-voeding
In tegenstrijd met wat op het schema staat aangeduid (6 volt ± 0,3 volt) spreekt de specifikatie van Eimac van 6,0 V (zonder tolerantie). Het is echter van uitermate groot belang dat de filamentspanning NOOIT boven de 6,0 volt komt. Mijn ervaring is dat de maximale anodestroom kan bekomen worden met een filamentspanning van 5,8 volt. Ik zou aanraden dit als richtwaarde te gebruiken. De componentenlijst in het artikel van ON4ADN spreekt over een filamenttransformator van 6 V, 10 A, wat korrekt is.
Het is ook ten zeerste af te raden een te groot gedimensioneerde filamenttransformator te gebruiken (bv. een transformator die 20 A kan leveren) en wel om volgende reden : bij het inschakelen van de lamp (koude kathode) is de startstroom vele malen hoger dan de nominale filamentstroom (9 A). Bij een juist bemeten transformator zal door de grote startstroom het vermogen aan de buis automatisch beperkt worden, doordat de filamentspanning tijdens de hoge startstroom fel zal dalen (tijdelijke overbelasting).
Een te groot vermogen in een koude kathode kan de kathode vernietigen ! Best is nog het filament op te starten via een serieweerstand (in de primaire van de transformator). Deze serieweerstand wordt na een paar seconden kortgesloten.
Een andere elegante oplossing is een 6,3 volt (10 A) transformator te gebruiken en de filamentspanning op 5,8 V te brengen via een gepaste serieweerstand in de primaire van de filamenttransformator. Deze kan permanent ingeschakeld blijven en beschermt ten alle tijde het filament tegen een te groot opgenomen vermogen. Het is ook uitermate belangrijk een opwarmtijd van minimaal 3 minuten voor deze buis in acht te nemen. De meeste commerciële apparaten met een 4CX1000A houden het bij een wachttijd van 5 minuten!
Indien er een te hoge filamentspanning wordt gebruikt (bvb 6,1 of 6,3 V) zullen, door de te hoge temperatuur van de indirekt verhitte kathode van de lamp, elementen van de kathode verdampt worden en neerslaan op het haarfijne stuurrooster (dikte ca 100 micrometer) dat zich zeer dicht bij de kathode bevindt (vandaar de grote stijlheid van de buis). Daar het stuurrooster zich zeer dicht bij de kathode bevindt, wordt het eveneens vrij warm. Als de kathode "te" warm is (te hoge filamentspanning) en als het rooster "vergiftigd" is met materialen afkomstig van de kathode, zullen na verloop van tijd deze materialen eveneens electronen beginnen uitzenden naar de anode/schermroosterruimte. Dit fenomeen uit zich door een negatieve stuurroosterstroom.
Bij een nieuwe lamp is de stuurroosterstroom uiteraard nul als er geen sturing is. De stuurroosterstroom wordt slechts positief als de piek-stuurspanning groter is dan de negatieve voorspanning (bias) van de buis. Vermits het hier gaat om een buis waarvan de stuurroosterdissipatie als NUL is opgegeven, dient de buis dan ook steeds zo uitgestuurd dat er geen roosterstroom vloeit. Systemen die ALC-spanning verwekken op basis van roosterstroom zijn dan ook uit ten boze.
Ik zou aanraden een ALC-circuit te gebruiken dat gebaseerd is op het meten van de effectieve stuurspanning en waar met een potmeter de drempelspanning kan worden ingesteld (zie schema A). Dit wil echter niet zeggen dat de 4CX1000A door 0,1 mA roosterstroom defekt zal gaan! Het fenomeen van negatieve roosterstroom, is een permanent verschijnsel en heeft niets te zien met de uitsturing van de buis. Als je een versterker met een "vergiftigde" buis aanschakelt, zal je na verloop van enige minuten (als de kathode en het stuurrooster op voile temperatuur zijn gekomen) de stuurroosterstroom langzaam NEGATIEF zien oplopen, tot een waarde die enkele honderden microamperes kan bedragen, afhankelijk van hoe zwaar de buis'vergiftigd' is. Deze negatieve roosterstroom heeft als gevolg dat er een spanningsval ontstaat over de weerstanden in het stuurroostercircuit (in het geval van het schema van ON4ADN over de weerstand R3, de potmeter van 15 kilo-ohm en de 10 kilo-ohm-weerstand, die allemaal deel uitmaken van het bias-circuit). Deze spanningsval maakt dat de buis minder negatief krijgt, dus meer ruststroom zal trekken.
Een en ander kan bij een buis waarvan het stuurrooster zwaar vergiftigd is, een zogenaamde "run-away" veroorzaken, d.w.z. dat de buis op drift slaat wegens een veel te lage bias spanning. Hierdoor kan de anodestroom zeer hoog oplopen (meer dan 1 A) en de schermroosterstroom catastrofale waarden aannemen. Tenzij het schermrooster goed beveiligd is betekent dit meteen het einde van de buis.
Het is dus van allergrootste belang de filamentspanning beneden 6,0 volt te houden. Verder is het zo dat, eens de buis vergiftigd, dit in principe een onomkeerbare toestand is. De negatieve roosterstroom kan op zichzelf weinig kwaad, voor zover men er in slaagt de gevolgen (run-away) ervan in toom te houden. Dit kan alleen bekomen worden door een bias-circuit te gebruiken met zeer lage inwendige weerstand.
In principe mag de inwendige weerstand niet meer dan 1 kilo-ohm bedragen (ipv 20 à 25 kilo-ohm in het schema van ON4ADN). In elk geval zou ik aanraden de bias-voeding te stabiliseren met zenerdiodes van enig vermogen.
Fig. 1 - ALC circuit based on detection of drive RF voltage
Schermrooster circuit
Een zeer typisch verschijnsel met buizen van de familie 4CX 1000A (ook 4CX250) is de secundaire emissie van het schermrooster. Deze secundaire emissie is een normaal verschijnsel, maar het heeft wel zijn gevolgen.
Secundaire emissie wil zeggen dat onder bepaalde omstandigheden de stroom in het schermroostercircuit zowel naar de buis (wat "normaal" het geval is), als van de buis naar de voeding loopt (dit laatste te wijten aan secundaire emissie).
Bij normale AB1 instelling (VA = 3.000 V, Vg2 = 325 V en Vg1 = -60 V) en bij korrekte anodebelasting (het Pi-filter afgeregeld voor maximale output) zal bij een stijgende HF-stuurspanning de schermroosterstroom eerst NEGATIEF oplopen (tot ca -30 tot -40 mA), daarna terug nul worden, om vervolgens bij maximale stuurspanning (limiet AB1/AB2) op te lopen to +30 tot +35 mA.
Bij een normale SSB-uitsturing zal men zien dat de schermroosterstroommeter fluctueert rond 0 mA (hij gaat ongeveer evenveel negatief als positief). Om nu te vermijden dat er door de secundaire emissie van het schermrooster eveneens een zgn. "run-away condition" zou ontstaan DIENT in elk geval een "bleeder"-weerstand rechtstreeks van het schermrooster van de buis naar de grond verbonden. Een waarde van maximaal 25 kilo-ohm wordt aanbevolen (bij 325V schermroosterspanning loopt er 13 mA door de bleeder wat ca 5 watt dissipatie betekent). Deze weerstand ontbreekt in het schema van ON4ADN. Het zal duidelijk zijn dat het metertje, gebruikt om de schermroosterstroom te meten, een "Center-Nul" metertje dient te zijn. Bovendien dient een overstroom-beveiligingsschakeling te werken voor schermroosterstroom in beide richtingen!
Indien de "loading" van de versterker te "licht" is, zal de schermroosterstroom te NEGATIEF worden en zal de beveiligingsschakeling, zoals beschreven in het schema van ON4ADN NIET werken ! De schakeling met de 2N2905 zal enkel beveiligen voor een te grote positieve schermroosterstroom (groter dan 50 mA). Een korrekte overstroom-beveiliging, zoals in fig B, maakt gebruik van een gevoelig "reed"-relais (trekt aan bij maximaal 25 mA). Het relais trekt uiteraard aan bij voldoende stroom in beide richtingen. De gevoeligheid van de schakeling wordt ingesteld d.m.v. een trimpotentiometer die parallel op de winding van het relais staat. De kontakten van het relais RE1 sturen een groter relais (RE2) dat de schermroosterspanning uitschakelt. Een en ander is duidelijk in het schema B. Het is eveneens belangrijk dat je een "overload circuit" kan testen. Hiertoe wordt een "impuls-schakelaartje" met een weerstand opgenomen.
Het is belangrijk het overload circuit regelmatig te testen.
Fig. 2 - Overstroombeveiligingskring die werkt voor schermroosterstroom in beide richtingen
Doorslagbeveiliging
Terecht vinden we in het schema van ON4ADN een stroombegrenzingsweerstand in de hoogspanningsleiding (twee 10 ohm, 30 watt weerstanden). Bij een keramische buis kan het namelijk nogal eens voorkomen dat er een zeer kortstondige flash-over optreedt binnen de buis. Deze flash-over, die microseconden duurt, betekent een kortstondige kortsluiting van de hoogspanningsvoeding. De hoger vermelde weerstanden dienen om de energie die door de kortstondige kortsluitpuls vrijkomt op te nemen. Belangrijk is echter ook dat op het ogenblik van de flash-over het schermrooster even op het anodepotentiaal kan komen te staan. Dit betekent een kortstondige puls (microseconden) op het schermrooster. Hiertoe is het gewenst het schermrooster niet alleen voor HF te ontkoppelen, maar tevens voor bovenvermelde transiënt. Dit kan gebeuren door een 0,1 µF kapaciteit van zeer goed kwaliteit (type oude TV-booster-capaciteit). Het vermijdt ook dat de transiënt de serie-schakeling van zenerdiodes (ter stabilisatie van de schermroosterspanning) zou beschadigen.
4CX1000 en 4CX1500B
In het artikel staat dat de 4CX1000A vervangbaar is door de 4CX1500B (met dezelfde buisvoet). Beide buizen hebben inderdaad dezelfde buisvoet, maar er is toch wel een belangrijk verschil, namelijk de schermroosterspanning! Merk verder op dat de 4CX1500A nog een totaal andere buis is, met een filamentspanning van 5 V bij 35 A (!!) en een schermroosterspanning van 700 V!
RE1: sensitive reed relay must operate at 25 mA| 4CX1000A | 4CX1500B | |
|---|---|---|
| Plaatdissipatie | 1.000 W | 1.500 W |
| Schermroosterdissipatie | 12 W | 12 W |
| Stuurroosterdissipatie | 0 W | 1 W |
| Filamentspanning | 6,0 V | 6,0 V |
| Filamentstroom | 9 A | 10 A |
| Klas AB anodespanning | 3.000 V | 2.900 V |
| Klas AB schermroosterspanning | 325 V | 225 V |
ON4UN, J. Devoldere.