Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Streifenleitungs-senderverstärker für das 70-cm-Band mit der 2C39
Röhren der Familie 2C39 sind dem Funkamateur meist preiswert zugänglich. Da sie sich gleichermaßen für die drei Amateurbänder bei 70 cm, 24 cm und 12 cm verwenden lassen, ermöglichen sie eine gewisse Standardisierung der Netzteile, Lüfter und Armaturen. Für das 70-cm-Band wird eine Verstärkerstufe mit dieser Röhre beschrieben. Ihre Leistung liegt zwischen denen der bekannten Röhrentypen EC8020 und 4X150. Die besonderen Vorzüge der hier beschriebenen Stufe sind ihre geringen Abmessungen und der mäßige Aufwand für den Nachbau. Es werden nur Blechteile verwendet, Dreh- und Fräsarbeiten sind nicht nötig. Bild 1 zeigt einen betriebsfertigen Aufbau.
Für die angegebene Ausgangsleistung ist eine Steuerleistung zwischen 1 W und 5 W erforderlich. Der Verfasser benutzt dazu eine identisch aufgebaute Stufe mit der Röhre 2C39 als Treiberverstärker, die mit nur 300 V Anodenspannung und ohne Lüfter arbeitet. Diese Stufe benötigt eine Steuerleistung zwischen 50 mW und 200 mW, die leicht von Transistorgeräten wie DJ6ZZ 002(1) oder DC6HY 002(2) aufgebracht wird. Ebenso gut eignet sich als Treiber eine Verstärkerstufe mit der Röhre EC8020, wie z. B. der DC6HY-Linearverstärker(2).
Bild 1: Gesamtansicht eines Musteraufbaus
1. Eigenschaften
Die Ausgangsleistung der Verstärkerstufe für 432 MHz beträgt etwa 20 W bei 400 V Anodenspannung und etwa 45 W bei 800 V. Absolute Grenzwerte der Anodenspannung sind 1000 V bei unmodulierter Anodenspannung (CW, FM) und 600 V bei 100 % Anodenspannungsmodulation. Für SSB-Betrieb kann der Spitzenwert der bei Anodenspannungsmodulation auftretenden Spannung, also 1200 V, als Grenzwert angesehen werden. Das Datenblatt betont allerdings, daß die Lebensdauer der Röhre stark von der Belastung, beihohen Frequenzen besonders von der Anodenspannung abhängt. Es empfiehlt sich daher, die jeweils benötigte Leistung mit möglichst niedriger Anodenspannung zu erreichen. Für die Röhren-Lebensdauer sind außerdem eine ausreichende Kühlung und die richtige Heizspannung wichtig. Hierzu werden noch Angaben gemacht.
2. Schaltung
Bild 2 zeigt das Schaltbild des Gitterbasisverstärkers. Da die Katode mit dem Heizer verbunden ist, muß die Heizspannung massefrei zugeführt werden, damit die Katode gegenüber dem an Masse liegenden Gitter positiv vorgespannt werden kann. Die Vorspannung erzeugt ein Konstantspannungszweipol (2) mit dem Transistor T1. Sie läßt sich am Potentiometer P1 einstellen.
Bild 2: Schaltbild des 2C39-Linearverstärkers
Die Eingangstransformation und -Selektion wird durch einen π-Tiefpaß (C1, L1, C2) vorgenommen. Die beiden Drosseln Dr1 und Dr2 verhindern ein Abfließen der HF-Leistung in die Heizspannungsversorgung.
Die Anode arbeitet auf einen elektrisch λ/4 langen Leitungskreis, an dessen kaltem Ende die Anodenspannung über die Drossel Dr3 zugeführt wird. Eine auf Serienresonanz abgestimmte Koppelschleife (C4, L3) bringt die Ausgangsleistung zur Buchse Bu2.
Die Kondensatoren C3, C5 und C6 sind mit der Anodengleichspannung belastet; C3 darüberhinaus mit der HF-Spitzenspannung. Durch den Kondensator C5 fließt der gesamte HF-Schwingkreisstrom.
3. Aufbau
Bild 3 zeigt einen Querschnitt durch den Verstärker und - darunter - die Maßzeichnung der vorderen Seitenwand. Die in Kreise gesetzten Nummern kennzeichnen:
- Betätigungsschaft für C3
- Oberer Deckel mit Abstimmung
- Anodenstreifenleitung
- Gehäuse
- Glimmerplatte
- Gitterplatte
- Bodenblech
- Befestigungsschraube und Anodenspannungszuführung
- Scheibe des Kondensators C3
- Röhre 2C39
- Isolierung auf der Scheibe 9
- Gitter-Kontaktring
Bild 3: Schnittzeichnung des Verstärkers und Maßzeichnung der vorderen Seitenwand
Die folgenden Bilder 4 bis 11 zeigen die Einzelteile und den Zusammenbau, sowie das Mustergerät von oben und von unten. Die Einzelteile bestehen aus Messingblech von 1 mm, 2 mm und 3 mm Dicke. Die HF-Strom führenden Flächen sind so groß, daß eine Versilberung nicht unbedingt erforderlich ist. Der Verfasser versilberte sämtliche Teile der Endstufe in einem Degussa Mattsilberbad.
Bild 4: Abwicklung des Gehäuses, Luftdurchlässe
Bild 5: Oben: Deckel mit Abstimmung. Mitte: Gitterplatte, Unten: Bodenblech
Bild 6: Einzelteile des Anoden-Streifenleitungskreis
Bild 7: Zusammenbau des Anoden-Streifenleitungskreises, Glimmerplatte
Bild 8: Skizze des geöffneten Verstärkers von oben und Einzelteile zum Abstimmkondenstor C 3
Bild 9: Das Mustergerät von oben
Bild 10: Das Mustergerät von unten
Bild 11: Gitterplatte und Eingangstiefpaß
Vielleicht ist es von Interesse, wie eine Versilberung vorgenommen werden kann. Deshalb wird hier die Arbeitsanleitung der Firma Degussa, die freundlicherweise die Genehmigung hierzu erteilt hat, wiedergegeben. 100 g Mattversilberung reichen für Amateurgeräte aus. Es soll darauf hingewiesen werden, daß das Versilberungsbad giftig ist. Zu der problematischen Anwendung in einem Haushalt kommt, daß verbrauchte Bäder keinesfalls in die Kanalisation geschüttet werden dürfen, sondern an den Hersteller zurückzuschicken sind (siehe "Aufarbeitung" in der Arbeitsanleitung).
Für den Gitterring, Teil 12 , wird ein Messingrohr von 19 mm Außendurchmesser und einer Decke von 1 mm verwendet. Um den Innenwulst herzustellen, bedient man sich eines kleinen Rohrschneiders. Der Rohrschneider wird ca. 1,5 mm von der Rohrkante entfernt angesetzt und schneidet das Rohr ein. Nach einigen Umdrehungen bildet sich im Innern des Rohres ein Wulst. Mit einer Schublehre nachmessen, ob das Maß von ca. 16,5 mm erreicht ist. Falls keine Schublehre vorhanden ist, nimmt man die Röhre 2C39BA und steckt sie bis zum Anschlag des Gitteranschlußringes ins Innere des Rohres. Der Gitteranschlußring der Röhre muß fast ohne seitliches Spiel in das Rohr hineingehen. Bei nicht erreichtem Maß vorsichtig weiterschneiden. Ring auf eine Länge von 10 mm mit Rohrschneider plan abtrennen und entgraten.
Der Anodenring, Teil (3.4), wird in gleicher Weise aus einem Messingrohr von 29 mm × 1 mm angefertigt. Anodenring oder Anodenschelle mit Teil (3.2) nach Bild 7 rechtwinklig hart verlöten, weil der Anodenanschluß der Röhre 2C39BA bis zu 200 °C heiß werden darf. Alle anderen Lötstellen können weich ausgeführt werden.
Statt der selbst hergestellten Ringe läßt sich auch fertiges, meterweises Kontaktmaterial ("Finger stock") verwenden. Eine Bezugsquelle ist in Abschnitt 3.1. angegeben.
Der Anodenleitungskreis (3.2) bildet mit seiner Massefläche (3.1) durch das Distanzstück (3.3) eine Einheit (3), die über die Befestigungsschraube (8) unter Anodenspannung steht. Die Massefläche liegt durch die Glimmerplatte (5) isoliert auf der Gitterplatte (6) und bildet so mit dieser den Abblockkondensator C5. Seine Kapazität beträgt bei einer Glimmerdicke von 0,5 mm etwa 500 pF, was einen Wechselstromwiderstand von weniger als 1 Ω darstellt.
Um für den Anoden-Abstimmkondensator C 3 eine feingängige Abstimmung zu erreichen, wird eine Polklemme der Fa. Hirschmann (Typ PKn 10 B, 63A) verwendet, da diese ein Feingewinde von 6 × 0,75 mm hat. Die Muttern der Polklemme werden bis zur Hälfte geschlitzt, um einen festen Sitz der Gewindebuchse zu erreichen. Nach dem Auflöten auf dem Deckel werden die Muttern vorgespannt und der Klemmring der Polklemme mit der Buchse verlötet. Anschließend ist die Polklemme in den Deckel einzuschrauben und zu prüfen, ob die Vor spannung ausreicht. Läßt sich die Polklemme ohne Spiel und etwas stramm verstellen, dann wird die Kondensatorscheibe, Teil (9), auf das Buchsenende plan aufgelötet. Anschließend ist das restliche Zinn zu entfernen und die Glimmerscheibe, Teil (11), aufzukleben.
Wie eingangs erwähnt, kann eine Treiberstufe mit der Röhre 2C39 identisch aufgebaut werden. Da sie eine Anodenspannung von nur 300 V benötigt, kommt sie ohne Lüfter aus. Der Mehraufwand für die Lüftungsfenster ist jedoch so gering, daß auch die Treiberstufe mit ihnen versehen werden sollte. Beide Stufen lassen sich eng nebeneinandergestellt mit einem einzigen Lüfter kühlen, wie Bild 12 zeigt. Dazu werden die Buchsen, Trimmer und Durchführungskondensatoren bei der Treiberstufe auf der entgegengesetzten Seite eingebaut. Den Zuschnitt für den Lüftertubus zeigt Bild 13. Er wird mit dem Lüfter weich verlötet.
Bild 12: Treiber- und Endstufe nebeneinander an einem Lüfter
Bild 13: Lüftertubus für Radiallüfter VR 85/30
3.1. Hinweise zu den Bauteilen
| Bu1, 2 | BNC-Buchsen Typ UG 1094 A/U, UG 447/U, UG 657/U, UG 625 B/U |
| C1, 2 | 1 - 12 pF keram.Rohrtrimmer (Valvo 2222 802 20004 oder 20015) |
| C3 | siehe Bild 8 |
| C4 | 3,5 - 25 pF Luftabgleichkondensator (Valvo 2222 804 01004 oder 01009 oder Hopt Typ 220 A 2) |
| C5 | siehe Bild 7 |
| C6 | 1 nF, Durchführungskondensator, schraubbar, mindestens 500 V |
| C7 | 270 bis 1000 pF keram. Scheiben- oder Rohrkondensator |
| C8, C 9 | 1 nF oder mehr, Durchführungskondensator, schraubbar (Siemens B 37020 - B 5102 - S 000) |
| R1 | 10kΩ |
| P1 | 1 kΩ, Stellwiderstand |
| T1 | 2N1613, 2N2219, BFY34 oder ähnliche NPN-TO5-Typen |
| D1 | 1N914, 1N4148 oder beliebige Si-Diode |
| L1 | siehe Bild 11 |
| L2 | siehe Bild 7 |
| L3 | siehe Bild 8 |
| Dr1, 2, 3 | 11 Wdg. Kupferlackdraht 0,5 mm ø (oder mehr) auf 5-mm-Dorn eng gewickelt, freitragend eingelötet |
| Fingerstock-Material | Fa. ROSE KG, 1 Berlin 20, Bismarckstr. 20 |
4. Netzteil
Bild 14 zeigt das Schaltbild eines zu der beschriebenen Stufe passenden Netzteiles. Es wird ein Transformator mit Mittelanzapf der Hochspannungswicklung benutzt, so daß die einfache Schaltung zwei Spannungen im Verhältnis 1 : 2 abgibt. Bei Belastung beträgt die Anodenspannung der Endstufe etwa 650 V. Für eine volle Ausnutzung der Röhre mit maximal 1200 V und/oder Verwendung der EC8020 als Treiberröhre (Ua = 200 V) ist dieser Transformator mit der gezeigten Schaltung nicht verwendbar.
Bild 14: Netzteilschaltbild für Endstufe und Treiberstufe
Während die Heizspannung der Röhre 2C39 wegen der sogenannten Rückheizung (Elektronen, die statt der Anode die Katode erreichen) genau auf den in Abschnitt 5. angegebenen Wert einzustellen ist, braucht für die EC8020 kein Einstellwiderstand vorgesehen zu werden.
4.1. Bauteile zum netzteil
| Tr | Typ NTR 10, Fa. Völkner, Braunschweig Anodenwicklung: 2 x 250/300 V; 200/150 mA Heizwicklung I: 4/6,3 V; 6/6 A Heizwicklung II: 4/6,3 V; 2,5/1,1 A |
| L | Radiallüfter Typ VR 85/30 mit Motor SEL-EM302-L-3c, 220 V, 50 Hz. (Fa. Günther KG Metallwerk, 5439 Neunkirchen/Ww. ca. 30,- DM) |
| D2 - 5 | Siliziumdiode BY 103, BYY 92 (ITT), 1 N 4007 oder ähnliche |
| C10 - 13 | Elektrolyt-Kondensatoren 100 NF, 500/550 V - mit Isolierscheibe, (Siemens Typ B 43691-A6107-Q) oder ähnliche |
| Dr4, 5 | Fernseh-Netzdrosseln |
| R | Schichtwiderstände 100 kΩ, 1 W |
| P2, 3 | Einstellwiderstände ca. 2 Ω, 1 A |
| Drehspul-Einbau-Meßinstrumente | ca. 200 - 250 mA |
| Rel1 | Zeitrelais 1 Minute anzugsverzögert. |
5. Inbetriebnahme
5.1. Heizspannung/Heizstrom
Darauf achten, daß sämtliche Heizwicklungen für die Röhre 2C39 potentialfrei sind. Katode ist mit dem Heizfaden innerhalb der Röhre verbunden. Mit den Widerständen P2 und P3 und einem Amperemeter in der Heizleitung den Heiz - strom auf 1 A einstellen. Anodenspannung bleibt dabei ausgeschaltet.
5.2. Anodenspannung/Anodenstrom
Röhre 2C39 ca. 1 Minute vorheizen, damit die Katode ihre Betriebstemperatur erreicht. Lüfter einschalten.
Anodenspannung einschalten (300 V für die Treiberstufe bzw. 600 V für die Endstufe). Mit P1 den Anodenruhestrom auf ca. 20 mA einstellen.
5.3. Abstimmung der Endstufe
Den Ausgang der Endstufe "Bu2" mit einer künstlichen Antenne und Anzeigeinstrument oder mit Reflektometer mit Watteichung (z.B. 2G80A) und Antenne abschließen. Röhre 1 Minute vorheizen, dann Anodenspannung einschalten. Bei Endstufe Lüfter einschalten. Endstufe bzw. Treiber mit 432-MHz-Signal ansteuern (für Treiber ca. 50 bis 200 mW, für Endstufe ca. 1 bis 5 W).
Mit dem Anoden-Abstimmkondensator C3 Treiber- bzw. Endstufe auf Resonanz abstimmen. Es wird sich gleichzeitig eine Anzeige am Reflektometer ergeben. Mit den Kondensatoren C1, C2, C3, C4 und durch Versetzen der Auskoppelschleife auf maximale Ausgangsleistung am Reflektometer abstimmen. Vorgang wiederholen, bis keine Verbesserung mehr möglich ist. Es wird sich ein Anodenstrom von ca. 30 mA beim Treiber und ca. 100 mA bei der Endstufe einstellen.
Die Ausgangsleistung der Treiberstufe wird ca. 1 bis 4 W, bei der Endstufe ca. 20 - 50 W betragen. Sie hängt von der Steuerleistung und von der Anodenspannung ab.
5.4. Bemerkungen
Mit einer höheren Anodenspannung als 600 V konnte die Endstufe nicht getestet werden, da der Durchführungskondensator C6 nur mit einer Betriebsspannung von 600 V belastet werden durfte. Außerdem stand nur eine Steuerleistung von ca. 100 mW zur Verfügung. Bei größerer Ansteuerung und höherer Anodenspannung dürfte noch eine höhere Ausgangsleistung erreichbar sein.
Die beschriebene Endstufe hat sich beim Funkverkehr über ARTOB gut bewährt. Außerdem wurden mehrere Länder in direkter Verbindung erreicht (F, HB, LX, OE, PA). Dabei wurde die Treiber-Endstufenkombination mit dem 10-m/70cm-Sende-Umsetzer DJ6ZZ 002(1) angesteuert, wobei eine Ausgangsleistung von 35 W an eine 25-Element-Langyagi-Antenne abgegeben wurde.
An dieser Stelle möchte der Verfasser den Funkamateuren DL8AT und LX1DU für die technische Hilfestellung und für die Testverbindungen danken.
6. Daten der Röhrenfamilie 2C39
Da die ausführlichen Daten von Mikrowellenröhren nicht jedem zugänglich sind, sollen hier die wichtigsten Angaben zusammengestellt werden.
Tabelle 1 zeigt die nicht sehr großen Unterschiede der verschiedenen Typen in der Familie 2 C 39. Die den Bildern 15, 16 und 17 entnehmbaren Daten gelten annähernd für alle diese Typen.
| Typ | Uf1) V | If A | Vorheizzeit | Grenzwerte | S mA/V | Ug V | Cg/a pF | Cg/k pF | Ca/k pF | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ua2) unmodul. V | Ua modul. V | Pa W | Ugsp.+ V | Ugsp.- V | Pg W | Ig mA | Ik mA | t max.3) °C | |||||||||
| 2C39A | 6,3 | 1 | ≥ 1 min. | 1000 | 600 | 100 | +25 | -400 | 2 | 50 | 125 | 175 | 25 | -150 | 2 | 6 | 0,035 |
| 2C39BA | 6 | 1 | ≥ 1 min. | 1000 | 600 | 100 | +30 | -400 | 2 | 50 | 125 | 200 | 25 | -150 | 2 | 6 | 0,035 |
| 3CX100A5 | 6 | 1 | ≥ 1 min. | 1000 | 600 | 100 | +30 | -400 | 2 | 50 | 125 | 250 | 25 | -150 | 2 | 6 | 0,035 |
| YD1050 | 6 | 1 | ≥ 1 min. | 800 | 600 | 100 | +25 | -400 | 2 | 50 | 125 | 200 | 27 | -150 | 2 | 6 | 0,045 |
| YD1051 | 6 | 1 | ≥ 1 min. | 1000 | 100 | +30 | -400 | 2 | 50 | 190 | 250 | 30 | -150 | ||||
| YD1053 | 6 | 1 | ≥ 1 min. | 800 | 100 | +25 | -400 | 2 | 50 | 125 | 250 | 27 | -150 | ||||
| 7211 | 6,3 | 1 | ≥ 1 min. | 1000 | 100 | +30 | -400 | 2 | 45 | 190 | 250 | 30 | -150 | ||||
| 7289 | 6 | 1 | ≥ 1 min. | 1000 | 600 | 100 | +30 | -400 | 2 | 50 | 125 | 300 | 25 | -150 | 2 | 6 | 0,035 |
| 1)Bei Frequenzen oberhalb 400 MHz muß Uf gegebenenfalls reduziert werden (Siehe Unterlagen der Röhrenhersteller). Grundsätzlich ist eine Heizspannungsschwankung von ±10 % zulässig, eine Begrenzung auf ±5 % wirkt sich jedoch günstig auf die Lebensdauer aus. | |||||||||||||||||
| 2)Die Lebensdauer ist stark von der Belastung der Röhre, besonders bei hohen Frequenzen, von der Anodenspannung abhängig. Es empfiehlt sich daher, die jeweils benötigte Leistung der Röhre mit möglichst niedriger Anodenspannung zu erreichen. | |||||||||||||||||
| 3)Die zugelassene Maximal-Temperatur darf an keiner Stelle des Röhrenäußeren überschritten werden. Zum Erreichen einer guten Lebensdauer wird empfohlen, immer unter der Maximal-Temperatur zu bleiben. Richtwerte der Luftmenge für ausreichende Kühlung der Röhre sind aus den Unterlagen der Röhrenhersteller zu entnehmen. | |||||||||||||||||
Bild 15: Kühlluftmenge für 2C39
Bild 16: Reduzierung der Heizspannung in Abhängigkeit von Frequenz und Katodenstrom
Bild 17: Ausgangsleistung über der Frequenz bei Ia = 100 mA
Bei f = 500 MHz, Ua = 800 V und Ia = 100 mA beträgt die HF-Leistung 45 W. Bei einer Gleichstrom-Eingangsleistung von 80 W errechnet sich daraus ein Wirkungsgrad von 56 %. Die Anoden-Verlustleistung beträgt also nur 35 W, was weit unter den zulässigen 100 W liegt. Die Anoden-Verlustleistung läßt sich nur mit höheren Anodenspannungen ausnutzen. Dabei kommt man allerdings bald aus dem Garantiebereich des Datenblattes und die Lebensdauer der Röhre sinkt. Außerdem ist der Grenzwert des Katodenstromes zu beachten. Tabelle 1 zeigt zwei Typen mit höherem zulässigen Katodenstrom (YD 1051 und 7211).
7. Literatur
- F. Weingärtner, "Ein 10-m-/70-cm-Sende-Umsetzer mit FETs in der Gegentakt-Mischstufe", UKW-Berichte Sonderheft III, S.1 - 9
- K. Eichel, "Sende-Empfangsumsetzer für das 70-cm-Band in Streifenleitungstechnik", UKW-Berichte 9 (1969), H.4, S.179 - 193
DJ2PU, A. Tautrim.