HF Power amplifier 4xGU81

Tak takhle vypadá zepředu další dokončený projekt.

Je to monobandový PA pro 160m, osazený 4mi staršími skleněnými pentodami GU81. Rám pro tuto konstrukci jsem měl doma už několik let, stejně jako krycí plechy a dozrál čas tuto konstrukci dokončit. Vybral jsem lampy, které jsem měl v krabici. A bylo jich dost. Některé s ozančením GU81, některé s označením GU81M. Je třeba vybrat ty správné. Pohledem do datasheetu je každému jasné které.

Oprášil jsem jednotlivé komponenty, poskládal jsem si je vedle sebe a začal s jejich úpravou.

První přišel na řadu kondenzátor C1 v PI-L článku. Na něm jsem strávil několik večerů a vyřádil se na něm od soutruhu počínaje a konče stojanovou vrtačkou. O pilníku a pilce ani nemluvě. Měl jsem k dispozici inkurantní kond, který jsem vykuchal a začal upravovat. Musel jsem odstranit horní plechy a ponechat pouze spodní část. Kond ale neměl sběrače, původně byl konstruován jako motýlek.

Pohled zepředu na neupravený kond.

Pohled zezadu na neupravený kond. Jasně je vidět absence jakéhokoli sběrače, či kontaktů. V tomto provedení by kond nepřežil první ladění.

Jako první úpravu jsem musel vypilovat v prvním plechu od začátku dostatečnou mezeru, tak aby sběrač měl dostatečnou mezeru a nedocházelo k přeskokům.

Upíchnul jsem na soustruhu první díl mosazného sběrače, který jsem následně postříbřil a zkontroloval mezeru i usazení.

No a pak jsem si začal hrát s fosforbronzovým plechem, stříhal jsem, vrtal, dělal závity a výsledek se dostavil.

Pravda otáčení dost ztuhlo, ale nyní když ladím tímto kondem, není jediný problém. Samozřejmě tímto sběračem jsem osadil obě čela. Výkon přece prochází kondem křížem, takže je nutné mít sběrač na obou čelech.

Podobně jsem následně doplnil i sběrač na C2 v PI-L článku. Také jsem provedl rozborku a sborku, vše vyčistil, promazal a namontoval.

Další věcí byla výroba anodové tlumivky. Zkusil jsem si jich namotat několik, ale nakonec jsem skončil na skleněném válci. Musel jsem na soustruhu vytočit čela, z mosazné tyčoviny pak svorník a celé to sešroubovat. Namotat ale závity drátem 1,2mm byl docela oříšek. Rozjíždělo se mi to po skle, boleli z toho prsty a zápěstí, ale podařilo se. Indukčnost skoro 300uH. Změřil jsem si i rezonanci a byl jsem v klidu, je dostatečně vysoko. Takže spokojenost. Vinutí jsem pak zafixoval laxem, aby se nehnulo a nedošlo k prodření izolace a následně závitu nakrátko.

Jako blokovací kapacitu jsem musel ale zapojit vedle sebe dva talířové kondy 1500pF / 6kV, protože jsem neměl jeden s dostatečnou kapacitou. Stejně tak vazební kapacita je složena ze dvou kusů.

Na fotce je vidět anodová tlumivka, blokovací kondy a vybuchovací odpor. Je složen ze dvou kusů 10R paralelně.

Průchod pro VN obstaral keramický inkurantní díl, kterých jsem našel doma krabici. Tak jsem jeden kousek využil.

Lampy už seděli ve svých paticích a tak nastal čas je nažhavit. Měl jsem pod stolem už několik let toroidní transformátor 24V/40A a tak jsem se ani nesnažil hledat jiný, či si ho nechat vyrobit a jen jsem ho upravil. Sprostě jsem mu přeštípal dráty, kterými je toroid vinutý. Znovu je pospájel a vytáhnul vně toroidu. Sice to vypadá hrozně, ale svůj účel to splnilo. Nebylo tak úplně jednoduché, jak se na první pohled zdá, ale vyšlo to.

Při představě, že budu muset kuchat trafo ještě jednou a vytahovat střed vinutí jsem se ale zhrozil a odmítnul to, takže jsem musel upravit patice. Střední vývod žhavení je totiž na patici spojen se zemí pod paticí a tak následovala opět rozborka a sborka všech čtyř patic. Ale podařilo se.

No a pak katodová tlumivka. To taky neni lehká a levná záležitost. Při představě proudu 40A a nízkého úbytku jsem zvolil drát 6mm2, který jsem koupil jako elektroinstalační. Ferit jsem pořešil tak, že jsem si objednal feritové toroidy H20 o průměru 50mm. No a pak jsem koupil PVC trubku, podélně ji naříznul, na ní navléknul toroidy a následně vysoustružil čela a stáhnul je opět mosaznou tyčovinou. Namotat ale drát, to byl porod. Rozjíždělo se to, nešlo to skoro udržet, no hrůza. Výroba zabrala dva večery, ale výsledek stojí za to. Sice náklady na výrobu jedné takové tlumivky jsou skoro 2tis. ale funguje to. Indukčnost mě překvapila, dosáhnul jsem 180uH což je pro 160m dostačující i pro buzení do katody. Co kdybych to chtěl zkoušet náhodou? No nedošlo na to.

Následně jsem zablokoval co nejblíže vývodům na patici žhavení kombinací kapacit. Asi jsem to přehnal s tím blokováním, ale pro klid v duši a pro dobrý pocit jsem to tak udělal.

První problém, který se objevil na žhavení bylo ale samotné spuštění trafa pro žhavení lamp. Stejnosměrně jsem naměřil pouze 1 ohm na primáru toroidu a to spolehlivě vyhazovalo i 16A jistič. No a protože jsem to potřeboval rychle vyřešit, tak jsem přidělal o vypínač více a startuju trafo přes odpor. Sice stačilo využít jedno relátko, pár součástek a soft start udělat, ale takhle jsem to udělal po svém a součástka která v PA není se nemůže porouchat. Možná k tomu ale jednou dojde, protože už se mi stalo, že jsem nechtěně zavadil o vypínač, který zkratuje startovací odpor a tak primár šel přes odpor a když to začalo divně smrdět, tak mi to došlo. Přežil, ale svítil jak vánoční stromeček. Ostatně skoro 500W pouze na žhavení se i na primáru musí nějak projevit.

Na obráku je už vidět čtveřice stoperů pro buzení a toroid 1:4.

Dlouho jsem zvažoval vlastní zapojení tohoto PA. Počínaje buzením do katody, přes buzení do G1 a nakonec jsem našel a konzultoval to i s Jirkou OK1RI zapojení, které publikoval Honza OK2BNG v jeho podkladech pro stavbu PA s elektronkou GU81. Měl tam nekreslené kvarteto, k tomu odkaz co kampa to 1kW OUT a spínání PTT jen uzemněním katod proti mínusu anodového napětí. A teď jak to je vlastně zapojené. Sám dost dobře princip nechápu, ale funguje to. Je spojena G1 s G2 a pak je stoper. Následuje trafo 1:4 a pak za oddělovací kapacitou je proti zemi výkonový odpor 100R do kterého se to budí.

Zprvu jsem se leknul, když se nedostavil klidový proud po zaklíčování, ale je to tak. Prostě tam neteče, ale funguje to.

Víc k tomu zapojení asi napoví pár fotek.

Hned určitě každého zaujme ta baterie odporů. Je to skutečně 100R odpor, spájený ze 120ks odporů 12k. Pájení zabralo pár hodin, bylo to do zblbnutí, ale podařilo se a dobře to vypadá.

Toroid je výrobek Pramet Šumperk, materiál N1 žluté provedení o průměru 50mm. Omotal jsem ho instalatérskou teflonovou páskou a na soustruhu vytočil podložku s víčkem, aby tam seděl a nehnul se. Dobře je vidět spojení G1 a G2 a následný stoper. Odpor je 56R.

Jako vyzební kond jsem použil ruské výroby 4n7 / 6,3kV co jsem našel v šuplíku. Detail napojení trafa na kond a zátěž je dobře vidět. Z jedné strany jsem přiletoval na odporu koax a z druhé strany pak napojil vazební kond. Odpor jde samozřejmě proti zemi.

Takhle to vypadá z trochu jiného pohledu jako celek.

Ten bílý vodič je vyvedení středů žhavení od jednotlivých lamp a je vedeno na relé, které při TXu spojí vývody s mínusem anodového napětí.

Tady to je dobře vidět. Relé jsem zároveň i využil k přepínání RX / TX, protože má 3 přepínací kontakty. K tomu relé, jde o průmyslové relé, původně uzavřené v plastu a na spodku s vývodem do patice. Patici jsem odletoval a použil jen samotné relé. Přišrouboval jsem ho na plech pomocí plastového šroubu, který ho drží i v originálu. Jen jsem musel doplnit vývod na uzemnění, diodu a blokovací kond. Jednoduché. Na fotce je i dobře vidět, jak jsem realizoval přívod živého vodiče od koaxu. Aby relé nebylo namáháno ohýbáním tvrdého středního vodiče koaxu, tak jsem stáhnul z RG58 opletení v délce asi 6cm, to jsem zplacatil, na začátku a na konci proletoval a z té punčošky udělal pružné napojení na relé. Funguje to skvěle, relé není namáháno mechanicky a výkonově to přenese cokoli. Stejně to mám udělané i na výstupním relé.

Na další fotce je vidět uzemnění mínus polu anodového napětí na kostru PA přes výkonový odpor.

Tady je vidět ten odpor taky a uchycení katodové tlumivky.

V hliníkovém plechu je vidět i snaha o to, aby vnitřní mosazná tyč netvořila závit nakrátko s hliníkovým upevněním katodové tlumivky a tak jsem musel vypilovat kolem dostatečnou díru, aby se mi nikde tyč nedotkla plechu.

Vedle žhavícího trafa je vidět plošný spoj osazený odpory. Je to pro měření napětí na anodě.

Na další fotce je vidět přívod mínus polu na měření anodového proudu a keramickou průchodku pro kladný pol anodového napětí.

Osvícení budíků jsem udělal tak, že na rampu, držící samostatné měřidlo jsem přinýtoval L plech, na ten jsem chemoprenem přilepil pásek s modrými LED diodamy a přivedl napětí 12V. Zezadu to vidět neni, je to schované pod plechem, ale svítí to hezky a budíkům na předním panelu to dodá zvláštní nádech, zvláště pokud jsou schované za panelem a je vidět pouze okno stupnice. Stupnice jsem vytvářel v programu, vytisknul je a nalepil dovnitř, opět metodou suchého lepení chemoprenem.

No a pak jsem začal s instalcí PI / L článku a horní díl se začal postupně plnit.

Kondenzátor C2 jsem musel trochu podepřít, abych měl hřídelku ve stejné výšce jako C1. Musel jsem proto udělat z plechu konstrukci, která C2 zvedla. Z obavy o možné kmitání jsem to udělal velké a robustní, ale vyplatilo se to a kond dobře drží, je uzemněn z obou stran a VFka jde opět do kříže. Přívody a odvody měděným páskem.

Tady je dobře vidět uzemnění G3. Je důležité uzemnit jak na patici, tak na lampě do stejného bodu a to skutečně pořádně (bezindukčně). Hliníhová páskovina, hliníkový plech a šroubky M4. S tím uzemněním jsme si vyhrál, ale funguje to a nekmitá to. Což je základ úspěchu v tomto zapojení.

Na řadu přišlo i oplechování a s tím i převod na přední panel pro proměnnou indukčnost. Musel jsem ale vysoustružit novou hřídel převodovky, protože byla ulomená. Vypomohl jsem si mosaznou tyčovinou průměru 8mm a za chvilku byla nová hřídelka hotova a převodovka namontována.

Musel jsem i na soustruhu vytočit přechody z hřídelí kondů na hřídelky knoflíků na předním panelu. Nakonec i knoflíky jsem musel mírně upíchnout, už měly talířky mírně poškozené. Stříknul jsem je nakonec i barvou.

Pokračoval jsem v zapojení PI / L článku.

Už se to začínalo rýsovat. Zbývalo pár drobností, ale dorazit je.

Paralelně s C1 jsem použil skleněný kond z R140. Na burzách se hojně prodává a tento má kapacitu 3O0pF. Posloužil naprosto skvěle. Napěťová pevnost víc než dobrá pro tohle použití. Jen jsem udělal objímky a už tam bydlí.

Nechybí ani tlumivka proti zemi. Opět vypomohl soustruh. Upnul jsem keramiku do soustruhu, mezi prsty drát, nastavil jsem si pomalé otáčky a už jsem motal. Nádhera, když je nářadí. Prolakoval jsem vinutí a už šla dovnitř.

Výstupní L cívku jsem opět namotal na inkurantní keramické kostry. Dvě na sobě drátem 2,5mm2. Indukčnost 7,5uH. Opět je vidět relé a přechodka z opletení na relé z koaxu. Paralelně k C2 je kond 1n / 3kV.

Chvilku jsem bojoval s měřením výkonu, ale zadařilo se a zapojení funguje a na předním panelu je přepínač, kterým se přepíná měření Ua, dopředný a odražený výkon. Destičku PSV metru jsem namontoval přímo na zadní panel na konektor a toroid zafixoval.

No a přišlo finále a s ním i oživení.

První šok přišel, když jsem přivedl anodové napětí a on netekl prakticky žádný klidový proud. Jen se velmi lehce zvedne ručička. Pár telefonů a byl jsem ujištěn, že to tak je v pořádku. Ostatně pohledem do zapojení je to jasné. Nemá co tect. Nekmitalo to, hodné jak spící mimino. Paráda.

Tak jsem přikročil k předladění. Vzal jsem dva odpory 2k2, spojil je paralelně a zapojil z anod proti zemi, abych simuloval impedanci na anodě. Přednastavil jsem si jak kapacity, tak i indukčnost a zapískal do toho zezadu malým výkonem a jemně doladil prvky PI / L článku podle PSV metru na 1:1. To bylo prakticky hned, až mne to překvapilo jak krásně se to ladilo. Sice tuhost C1 je dost velká, ale kolikrát to zase budu ladit?

No a tak jdeme na výkonové buzení.

Myslel jsem si, že když to nabudím tak 60-70W pro začátek, že to moc výkonu nedá. Tak jsem za PA zařadil olejem chlazenou zátěž, kterou jsem měl doma. V oleji se doposud koupalo asi 50 kusů 2W odporů, tak jsem věřil tomu, že to na chvilku vydrží. Ladění byl přítomen i Franta OK1HFP.

Písknul jsem do mikrofonu, rafička vylítla někam k 1kW a ozvalo se zlověstné pšouknutí. To mě mělo varovat, bohužel. Tak jsem zaklíčoval na FMce, pustil tam znovu výkon, otočil jsem jemně s C2, výkon povylezl na 1,5kW a ozvala se detonace.

Víko zátěže vylítlo ven a s ním i něco oleje. To byla pecka. Nezbylo než olej utřít a ukončit první pokus o ladění, který se Frantovi nesmírně líbil. Na první pokus mít 1,5kW není tak špatné. Zátěž ovšem nepřežila. Bylo nutné to pustit do něčeho co snese ten výkon.

Všechno jsem přestěhoval na QTH a zkusil znovu ladit. Franta HFP čekal na kmitočtu a posuzoval signál a hlásil.

Bohužel anodový zdroj z R140 je pro tento PA již slabota. S tím jsem i počítal, v plánu je stavba mnohem většího zdroje. Nicméně jsem ladil v prvopočátku s ním. Bylo mi řečeno, že co lampa to 0,5A proudu, takže jsem věděl, že lezt přes 2A celkově je pro lampy smrtelné. Nicméně jsem si to zkusil a dohnal je až k 2,5A což už bylo moc a lampy svítili jak pomeranč. Takže ubrat.

PA je třeba budit s mezibudičem, protože 100W rádiem je to málo, takže posloužili 4xGU50. Na anodách je vklidu 3300V a při proudu 2A už padá napětí na 2800V. Je to už dost, ale pro to měření jsem to s tímto zdrojem absolvoval. Překvapila mne účinnost, která je cca 55% ale je otázka nakolik je to přesné číslo. Nicméně výkon na 160m se vyšplhal na hranici 3kW OUT při 250W buzení. Zkoušel jsem to ještě dál, lezlo to, ale už jsem překročil 2A proudu, ale chtěl jsem vidět co to umí. Při překročení 3,8kW OUT už jsem to vzdal, z obavy o elky.

Chce to lepší anodový zdroj, na hranici 4kV maximálně 4,2kV naprázdno, pak už to střílí a odchází flašky.

Ještě jsem dostal jeden požadavek a to ten, zkusit to naladit na 80m. Takže jsem odpojil skleněný kond u C1, udělal odbočku na L cívce, přetočil indukčnost a zkusil to i na 80m. No a ono to funguje i tam. Sice je trochu horší účinnost, přece jen je sečte kapacita lamp, ale i tam to dá výkon. Se zdrojem z R140 je to na hranici 2,8kW OUT. Takže jsem mohl následně telefonem potvrdit, že i tam to funguje a vypadá to, že se bude v OK2 stavět další kousek.

Franta OK1HFP mi posoudil signál. Proladil vpravo / vlevo a jak na SSB, tak i na CW je signál čistý, žádný bordel.

Co je ale horší, je chlazení. Takže jsem si domů postupně odvezl krycí plechy a vrtal další a další díry a místo jednoho mezaxu tam jsou dva, aby se to uchladilo.

Takže první pokus vyšel, výkon to dává a nyní přijde na řadu nový anodový zdroj a jakmile bude, přijde finálové měření na dvoutonu, měření harmonik atd. Zatím se to tváří, že to funguje, ale měření napoví více.

Tolik k prvnímu pokusu 4 x GU81M.

No a proč název "MAMMUT"? Asi proto, že celkově je konstrukce tak robustní a velká, že výkon který by to mohlo dát je mamutí, ale není. Přesto všechno se to jen mírně přiblížilo profi PA jakým je třeba OM Power. Ale cenově je to někde jinde. Z inkurantních dílů se dá říci za málo peněz hodně muziky.

3RM