TUONO un PA molto atteso
Questo progetto è nato nella mia testa molti anni fa, circa 30, quando per cause condominiali non avevo nessuna antenna e sono stato QRT per 10 lunghi anni. All’epoca il lavoro non mi dava tregua e rimandando ogni volta l’inizio del progetto sono arrivato alla fine della mia carriera professionale.
Oggi, con molto tempo a disposizione ho riorganizzato la mia vita e ho realizzato il mio progetto.
Costruire un PA moderno con i tubi ceramici, oggi presenta il problema del reperimento dei componenti. Molti di questi non sono reperibili in Italia o lo sono con caratteristiche non soddisfacenti quindi il progetto deve essere impostato tenendo presente queste difficoltà.
La scelta del tubo
Ero partito con il tubo 3CX1500 alias 8877 della EIMAC. Questo tubo è diventato estremamente costoso e sul mercato USA si vende oltre gli 800 $. Il tubo presenta una buona scelta per quanto riguarda le prestazioni e la semplicità circuitale ma ha una certa debolezza intrinseca della griglia controllo che non accetta assolutamente corrente di griglia pena la distruzione del tubo stesso. Visto il prezzo e valutata la sua delicatezza costruttiva occorre fare una scelta diversa.A questo punto la scelta è caduta sul tubo Svetlana GU84b, alias 4CX2500.
Questo è un tubo molto robusto, dotato di buon guadagno ed in grado di una dissipazione anodica di 2500 W. All’epoca del progetto si portava a casa con 170 euro, oggi i prezzi sono lievitati e oscilla intorno ai 600 euro, sicuramente molto meno dell’ 8877.
Il tubo si può acquistare presso QRO parts il sito è: http://qro-parts.com/
Una volta trovato il tubo (ricordate di acquistare anche il suo zoccolo) si può iniziare a reperire gli elementi del gruppo RF.
Una cosa che deve essere ben chiara sin dall’inizio è che quando si lavora con alte potenze e quindi con alte tensioni bisogna considerare che molta importanza la acquista il parametro sicurezza. Certe dimensioni sono necessarie per avere la certezza che non avvengano scariche, che le bobine siano abbastanza distanti dalle parti metalliche per evitare gli accoppiamenti capacitivi e che le capacità che si formano per effetto prossimità sono dentro le tolleranze dei componenti. Una induttanza che si trova a 3 cm dal piano di massa introduce una capacità di 10 pF che in 10 metri rovina tutto il funzionamento del Pi greco.
La prima cosa per procedere con il progetto è stabilire il punto di lavoro del tubo in base alle sue caratteristiche. Per il tubo GU84b le caratteristiche disponibili dalla Svetlana sono alquanto modeste e si riducono a una pagina con alcuni dati del funzionamento per una tensione di 2000 V.
Questa tensione anodica è tipica dell’utilizzo del tubo in un radar russo dove viene impiegata con ampi margini. Io ho verificato la potenza di uscita del tubo con questa tensione trovandola in linea con quanto garantito dal costruttore.
Per i nostri usi una tensione anodica tra i 2400 V e i 2800 V è sicuramente una buona condizione, considerando che il tubo non è destinato ad un uso continuo quale potrebbe essere quello di una radio privata o di un radar di sorveglianza.
Applicando al nostro PA una tensione anodica di 2800 V e una tensione di griglia schermo di 375 V avremo bisogno di una tensione di griglia controllo intorno ai meno 60 volt per avere una corrente di riposo (idle) di 300 mA. In queste condizioni il tubo eroga una potenza di 2 Kw con la massima sicurezza e senza problemi di dissipazione assorbendo una corrente di 1.1 A.Scelto il tubo e il punto di lavoro si scelgono i moduli che serviranno per le tensioni del tubo: filamento, griglia controllo, griglia schermo e anodica.
La tensione di filamento è una tensione molto delicata perché il tubo deve essere alimentato con una tensione costante e molto precisa se non si vuole accorciare la vita ( con quello che costa non è proprio il caso). In alcuni progetti che girano in Internet la alimentazione è presa in alternata con un trasformatore in discesa dalla rete a 220 V. Io non ho ritenuto sicuro questo metodo e ho optato per uno stabilizzatore lineare con 2 transistore MJ413 per avere la tensione costante e livellata anche se la rete a 220 se ne va a spasso per cause di assorbimenti di altre utenze.
Su questo punto vorrei spendere due parole per coloro che non hanno mai misurato la rete che fornisce Enel. A norma di contratto Enel assicura di fornire una rete di 220 Volt +/- il 10 %. In realtà questo valore è molto variabile e dipende dalle zone e dalle ore della giornata. Il suo valore oscilla tra i 220 e i 230 Volt ma quello che rompe i nostri apparati sono le brusche variazioni che avvengono quando dei forti carichi vengono connessi o disconnessi. Queste variazioni possono essere di 50 e più volt di durata da qualche millisecondo a 10 millisecondi nei casi più gravi. Questi transienti possono distruggere un apparato perché aumentano le tensioni secondarie al trasformatore oltre i valori tollerabili dai componenti a meno di prendere grossi margini sui valori dei componenti a spese di ingombri e costi inaccettabili. La soluzione è quella di stabilizzare tutte le tensioni con robusti margini ed affidarsi alle capacità di tenuta degli stabilizzatori. Il modulo che alimenta il filamento è stato progettato con questa filosofia; esso fornisce una tensione di 27 Volt regolabile al millivolt con una corrente massima di 4 A limitata allo spunto per evitare stress al filamento.
A freddo, la resistenza di filamento e di circa 2 ohm contro i circa 7 che mostra a caldo, pertanto se non ci fosse la limitazione, allo spunto l’assorbimento sarebbe di più di 10 A con fortissimo stress del tubo e alta possibilità di rottura.
Il modulo della griglia controllo è un semplice raddrizzatore a doppia semionda con uno stabilizzatore a zener, questo perchè la griglia non assorbe corrente, quindi non è necessario uno stabilizzatore controreazionato.come avviene quando il carico è variabile. Nel circuito è previsto un circuito di lettura della corrente di griglia che accende un led rosso se la corrente supera il valore di 0.1 mA. La corrente può anche essere letta nello strumento multifunzione che fornisce le letture di tutti i parametri operativi del tubo.
Il modulo della griglia schermo è un modulo stabilizzatore che può fornire corrente così come può assorbirla, funzionando da carico. Si distingue dagli stabilizzatori lineari canonici, detti stabilizzatori serie, per avere l’elemento di regolazione in parallelo al carico. La regolazione viene effettuata facendo cadere la tensione su una grossa resistenza e leggendo con un integrato comparatore di tensione la tensione in uscita rispetto a un riferimento fisso. Il segnale errore viene inviato come segnale di pilotaggio ad un Mosfet che tira più o meno corrente attraverso la resistenza anzidetta creando quindi un caduta variabile secondo la corrente che viene assorbita/rilasciata dalla griglia schermo.
Infine il circuito anodico che deve fornire la tensione di 2800 V con massimo 1.2 A.
Questo è costituito da un trasformatore in alta tensione con isolamento a 6000 volt in grado di fornire una secondaria di 2300 V alternati con una corrente di 1.3 A va ad alimentare un ponte di diodi per alta tensione con 4 diodi in ogni ramo. Questi diodi sono di nuova generazione e non necessitano dei condensatori di equalizzazione che erano necessari nei vecchi tipi. Segue una batteria di condensatori (10) che messi in serie, con delle resistenze di equalizzazione forniscono la corrente necessaria con basso ripple di tensione. Una scelta più costosa è quella di usare un condensatore in olio da 5000 V. Il filtro ne beneficia ma il costo levita di 150 euro.
Sulla tensione anodica è stata inserita la protezione contro le scariche nel tubo o “flashover”. Questa protezione in caso di assorbimento sopra la soglia, stacca il primario del trasformatore bloccando il rifornimento di energia al banco dei condensatori e cortocircuita verso massa con degli SCR di potenza il banco stesso per scaricarlo prima che la scarica possa distruggere il tubo. Per questo motivo la rete a 220 V è allacciata al trasformatore per mezzo di 2 TRIAC di potenza che operano da interruttore , uno per il soft start e il secondo per la protezione anzidetta.
Un PA di queste caratteristiche deve avere una serie di protezioni che ne mantengono il funzionamento entro i limiti di progetto, quindi in caso di mancanza di filamento, oppure della griglia controllo o della griglia schermo o dell’anodica il circuito va in st-by interdicendo il tubo. Stessa cosa accade per alto VSWR dove un circuito rivelatore misurando la potenza diretta e riflessa fornisce ad un comparatore analogico la tensione proporzionale alla riflessa. Se questa tensione supera la soglia di scatto il comparatore setta un flip flop che blocca il circuito di Griglia 2.
In caso di flash- over ( speriamo mai) il sistema stacca l’anodica e per ripristinarlo occorre spegnere l’interruttore generale e poi riaccendere.
L’ingresso RF sul tubo avviene sulla griglia attraverso un circuito di adattamento a Pi greco; questo è necessario per accoppiare la capacità di ingresso del tubo di 110 pF alla linea a 50 ohm; una resistenza di 50 ohm antiinduttiva garantisce il giusto adattamento alla linea a 50 ohm e aumenta la stabilità del tubo.
Il circuito RF di uscita è realizzato con circuito a Pi greco facendo uso di una bobina in aria con tubo di rame da 5 mm fino ai 40 metri e poi con filo argentato isolato in teflon da 2 mm per gli 80 metri. Sugli 80 metri la bobina è avvolta su un toroide composto da 3 T200/6 della Amidon.
I variabili sono del tipo a vuoto isolati a 10000 volt per la placca e a 5000 volt per il load.
Per la lettura della posizione dei variabili è stato adottato un voltmetro digitale a 4 cifre, 200 mV fondo scala che legge la tensione fornita da un potenziometro a 10 giri trascinato dall’asse del variabile attraverso una cinghietta dentata. Questo sistema è molto preciso e perfettamente ripetitivo.
La costruzione è stata impostata prendendo a riferimento il PA della Henry 4K. Questo modello è il lineare a consolle, ossia con mobile ruotato poggiato a terra che contiene tutto il gruppo alta tensione nel vano stto mentre nella parte superiore troviamo il gruppo RF con le protezioni e gli alimentatori in bassa e media tensione. La costruzione è risultata molto impegnativa per quanto riguarda la meccanica costruita con lamiera di anticorodal da 2 mm di spessore. Si è ricorsi ad una officina solo per la saldatura ad argon delle zampe che sostengono 2 piani di appoggio di anticorodal da 4 mm e il gruppo RF, mentre tutto il resto è stato assemblato con pannelli avvitati. Il peso complessivo dell’apparecchio si aggira sugli 85 Kg buona parte dovuti al trasformatore alta tensione (33 Kg). Il rendimento del PA è 67 % e la corrente di riposo del tubo è stata fissata a 300 mA in classe AB1. Non dispongo di un analizzatore di spettro e quindi non ho misurato i prodotti di intermodulazione ma il costruttore garantisce un IMD di -34 dB per la GU84 in classe AB1. A pieno carico in CW la corrente anodica si ferma a 1.1 A a causa della diminuzione della tensione di rete che perde circa 10 Volt sulla 220 nominale. In condizioni ideali si dovrebbe avere una anodica di 1.2 A con una potenza input di 3200 Watt e 2150 watt output. In modo SSB ci sono circa 200 watt in più per la minore corrente media assorbita.
Le difficoltà incontrate sono solo quelle del reperimento dei componenti che sono stati rintracciati in USA, Russia e Europa, alcuni dopo lunghe attese per i tempi doganali. Per quanto riguarda i costi c’è da considerare che alcuni componenti risentono di spese improprie quali spedizioni e dogana e sono risultati molto costosi a causa della loro provenienza. Alla fine il costo totale si è fermato sui 2300 euro.
Nel prossimo articolo pubblicherò lo schema elettrico del PA e le fotografie dei vari moduli.
Per informazioni scrivete a I0GOD, Godifredo a: godifredo@alice.it