QRO 1,5kW 160 - 10m s tetrodou GU43B.

Obr.1

Úvodem musím zmínit že ke stavbě QRO s elektronkou GU43B mně zlákal článek PA0FRI již v roce 2008. V té době jsem ještě pracoval jako servizní technik přes spektrometry u firmy SPECTRO CS, byl jsem věčně na cestách a moc času na hobby mi nezbývalo, tak jsem stačil navrhnout a zhotovit DPS VN zdroje a DPS pomocných zdrojů s ochranami.Transformátory jsem nechal navinout u firmy JK-Eltra, na radioamatérských burzách jsem nakoupil sokl a pár elektronek GU43B, Q-1P/41, Q-1P/42, stihnul jsem zhotovit přípravek na zahořívání elektronek dle doporučení PA0FRI (viz.zde) a tím jsem na řadu dalších let skončil.       K rozpracovanému projektu jsem se vrátil po letech až v roce 2021, když mě oslovil Peter OK1PX (který nás bohužel po zákeřné nemoci v prosinci 2023 navždy opustil) s otázkami k mému názoru na koncept vhodného QRO. Další kroky se stavbou jsme spolu konzultovali a vyměňovali jsme si informace k dosaženým výsledkům v oblasti mechanické konstrukce, použitých součástkách,  řešení ochran a úskalím při oživování jednotlivých obvodů.

Charakteristické vlastnosti použité tetrody GU43B: Uf 12.6 +/- 1.3 V  @ 6.6 +/- 0.6 A Vstuponí kapacita 90 +/- 10 pF Výstupní kapacita 14 pF Průchozí kapacita max. 0.1 pF Ua 3.3 kV Ug2 500 V Ug1 -200 V Ic 1 A Pa 1.0 kW Pg2 28 W Pg1 5 W Výška 125 mm max. průměr 100 mm celková váha 1.5 kg

Obr.2 porovnání GU43B s polskéým ekvivalentem Q-1P/42

Následující informace dávám k volnému použití, ale zdůrazňuji, že nejsou stavebním návodem! Návrh zapojení:      Původně jsem vycházel z návrhu PA0FRI, postupně jsem musel přistoupit ke změnám vzhledem k použitým součástkám a zkušenostem běhěm testování a provozu. Schema VF části je na obr.3: Obr.3 Základní zapojení (kliknutím na obrázek zvětšíš na původní velikost a kliknutím se vrátíš zpět).       Elektronku s originálním soklem s keramickým komínkem jsem umístil na samostatný uzavřený box a je chlazená dvěmi turbínami čínské výroby 12V/19,2W. NTC senzor pro řízení výkonu (otáček) turbín v závislosti na teplotě je umístěný v pouzdře z Cu fólie nalpněném teplo vodivou vazelínou nad elektronkou na konci uzeměné Cu trubičky o průměru 5mm.       Pro blokování klidového proudu při příjmu jsem použil druhý kontakt relátka K2 na vstupu, který obsluhuje spínač zdroje pro g2. V tom případě není nutné obsluhovat napětí zdroje pro -Ug1 (můžeme jej nechat trvale na nastavené hodnotě v rozmezí mínus 51-56V dle vlastnosti použité elektronky).       Během cca devíti měsíců provozu se ukázalo výstupní vakuového relé JENNINGS RJ1 jako nevhodné pro instalovaný výkon (ekvivalent zminěný v popisu PA0FRI je SIEMENS V311) tato relátka jsou určena pro přepínání 1,5kV/3,5A. Při výkonu 750W do antény Rz=50 Ohm spíná anténní relé proud 3,87A a při 1kW až 4,47A. Mě došlo ke slepení kontaktů anténního vakuového relé při provozu na pásmu 40m, kde na začátku pásma má můj vertikál cca Rz30 Ohm, t.j. při 750W proud 5A.       Závadu jsem vyřešil náhradou původního relé za vakuové relé SIEMENS VR121 (JENINGS RH4),které může přepínat 4kV/8A.  (Výměna byla dost komplikovaná, protože relé mám umístěné pod hlavní cívkou Pí-článku, kterou jsem musel celou odpojit od přepínaše pásem a vyjmout z přístroje).       Další problém zavinil mnou použitý přepínač pásem, který jsem na svých www popsal zde. Při provozu na začátku 40m pásma a na 30m pásmu, kde mi vertikální anténa správně neladí (Rz je menší než 50 Ohm) a při 750W po několika hodinovém provozu došlo k postupnému "uhoření" pevných kontaktů pro obě pásma na přepínači pí-článku.Tento přepínač nemám čím nahradit - opravu lze udělat pouze výměnou vadných kontaktů za stejné jako původní, tak v případě, že anténa na danném pásmu neladí, je nutné provozovat QRO s adekvátně sníženým výkonem, nebo vřadit mezo QRO a anténu vhodný anténní tuner. Petr OK1PX napsal prográmek pro výpočet Pí-článku podle PA0FRI (ke stažení zde)

Obr.4 Vysokonapěťový zdroj (kliknutím na obrázek zvětšíš na původní velikost a kliknutím se vrátíš zpět).       Vysokonapěťový zdroj je osazen na samostatné DPS. Zvolil jsem zdvojovač napětí. Transformátor je na toroidním jádře P=230V/10A, S1=1100V/2A, S2=17,5V/3A (pro zdroj ovládacích napětí 24V). Zapínání zdroje ovládá relé K1 řízené z časového spínače se zpožděním 180 sec, který je umístěný na desce pomocných zdojů s ochranami. Proudový náraz při sepnutí trafa k síti je ošetřen sériovým odporem R32 330 Ohm/15W v primáru trafa který je se spožděním překlemován kontaktem relé K2. Varistory původně nabízené k transformátoru na utlumení proudového nárazu při zapnutí se mi již několikrát v minulosti neosvědčily. Než varistory vychladnou, po vypnutí a zapnutí zdroje nestačí vrátit svůj odpor na původní vyšší hodnotu a při dalším zapnutím trafa je proudový náraz zničí.       Zdroj na prázdno dává 3kV, po zatížení napětí klesne cca na 2800V v závislosti na provozovaném výkonu. Během testů jsem neměl žádnou připomínku ke kvalitě SSB signálu přesto, že nemám připojené ALC k TRX-u.       Vlevo dole je zapojení zdroje 24V pro sepnutí vakuového relé V1V. Po náběhu VN zdroje toto relé propojí výstup VN zdroje k anodě a při přetížení zajistí jeho okamžité odpojení.

Obr.5 Zdroj pro napájení g1, g2 s ochranami. Vše je umístěno na jedné DPS. (kliknutím na obrázek zvětšíš na původní velikost a kliknutím se vrátíš zpět).       Na schématu vlevo nahořže je síťový filtr s kombinací předřadných odporů, usměrnovač předpětí cca , 110V se stabilizátorem 51-56V při zaklíčování (vzhledem k blokování klidového proudu GU43B které je řízeno pomocí napětí pro g2 pro které jsem se rozhodl dodatečně, lze provozní předpětí mínus 51 až 56V nastavit pevně).       Vlevo dole MODUL 1 je upravený komerční časový spínač s obvodem NE555 (zakoupený na eBay) nastavený na spoždění 185 sekund a po dosažená tohoto zpoždění (během kterých dojde k nažhavení GU43B) aktivuje zdroj vysokého napětí 3kV, sepne časový spínač (5sekund), který vyřadí předřadný odpor v primáru VN transformátoru.       Zdroj pro Ug2 je násobič třemi (ze 115V AC) na 475V DC, stabilizován přes žárovku 250V/15W a sadou šesti zenerových diod s tranzistorem T2 BU508A. Záporná větev tohoto zdroje se při přechodu na vysílání připojuje ke kostře přístroje pomocí tranzistoru T6 (BU508A). Přepínací kontakty relé K1 sepne napětí pro g2 až po náběhu vysokého napětí 3kV pro anodu GU43B a K2 odpojí Ug2 v případě výpadku anodového zdroje 3kV. (Při výpadku anodového napětí by g2 převzala funkci anody, což by vedlo ke zničení elektronky). Tato relé (K1 a K2) jsou řízena přez "FetModul2 jehož zapojení je uvedeno na Obr.6.       Vpravo nahoře je obvod PTT se spínacím tranzistorem T4, pomocí nastavení klemy na JP5 je možná volba pro spínání uzemením, nebo připojením 13,8V

Obr.6 FetModul2 (Označení FetModul3a je pouze poslední verze, v připojení k desce na Obr.5 se nic nezměnilo).       Tranzistor T3 hlídá přítomnost vysokého napětí 3kV, optočlen OK1 je nastaven pro překročení anodového proudu na cca1,1A a tlačítkem RESET se deaktivuje obvod po odstranění závady. Nastavení tohoto obvodu je poměrně náročné, záleží na použitém optočlenu a kombinaci R1, D5 a D6. Ukázalo se, že C1 a C5 prodlužují reakci obvodu na proudové přetížení, je vhodné je zcela vypustit.

Obr.7 Zdroje 12 a 24V   slouží pro obsluho relátek a kontrolních LED diod.       Je na konstruktérovi, jaké filtrační kondenzátory použije. Vzhledem k vyhovující výšce použitých kondenzátorů, kterých jsem měl větší množství k dispozici, jsem použil v každém zdroji na vstupu 6 kusů 1G/35V.       Diody D1-D4 kompenzují ztrátu na satruačnim napětí výkonových tranzistorů T3 a T4. (Nenechte se mýlit číslováním tranzistorů, původně jsem na výkresu měl ještě jiné obvody, které jsem vypustil a již jsem číslování tranzistorů neopravil).

Obr.8 Řízení otáček turbín pro chlazení GU43B "Blowercontroll"       Obvod má vlastní napájecí transformátor z důvodu nezávislosti chlazení elektronky po ukončení provozu a spíná se samostatným vypínačem. Číslování součástek je opět trochu chaotické z důvodu delšího vývoje zapojení, než jsem dospěl k této konečné verzi.       Obvod pracuje s řiditelným stabilizátorem LM317 výkonově posíleným tranzistorem T3, který je umístěn se samostatným chladičem na hliníkové přepážce mezi zdrojem a koncovým stupnšm mimo DPS. Minimální otáčky se nastavují potenciometrem R1 a obvod je řízen teplotním čidlem NTC 470 Ohm který je umístěný v měděném pouzdru nad elektronkou, jak je zmíněno výše pod Obr.3. Zmenčení odporu tohoto čidla vyvolá zvýšení napětí na výstupu obvodu a zvýšení otáček turbín, které jsou připojeny paralelně k výstupu tohoto řídícího obvodu.

Obr.9 Propojovací schema jednotlivých bloků (kliknutím na obrázek zvětšíš na původní velikost a kliknutím se vrátíš zpět). Obr.10 Obvod pro indikaci výstupního výkonu (HF)       Obr.11 Obvod na mA metru M3 pro I g2 Obr.12 Obvod na mA metru M1 Ia/Ua Páčkový přepínač je pod měřicím přístrojem na předním panelu. Obr.13 Obvod na mA metru M2 pro I g1/HF Páčkový přepínač je pod měřicím přístrojem na předním panelu. Obr.14 LED diody na DPS za předním panelem       Tolik k zapojení ke kterému jsem se dopracoval po řadě pokusů a omylů. Dle původního záměru jsem počítal s osazením tohoto zesilovače pásmem 6m, ale v závěru jsem od realizace této varinty upustil. Poznámky ke konstrukci a použitým součástkám:      Po zhruba jednom roce provozu QRO s GU43B převážně s výkonem 750W (vyjímečně při několika kontestech 1,2kW) došlo počátkem roku 2014 k poškození koncové elektronky - závada na "poškozené g1". (Několikrát jsem omylem bez použití útlumového článku na vstupu QRO aplikoval 100W budicího výkonu z TRX a nesprávně nastavená časová prodleva ochrany proudového přetížení nereagovala včas) Vnitřní zkrat v elektronce na g1 zavinil pokles napětí -Ug1 (-56V) na -2V a při aktivaci Ug2 během zaklíčování došlo přez elektronku k přímému zkratu vysokého napětí. Při zatřesení elektronkou bylo z počátku slyšet kovové zvuky, které po čase ustaly, ale při měření v testovacím přípravku g1, nai g2 nevykazovaly po nažhavení proti katodě emisní proud, z elektronky se stala dioda. Během stavby tohoto QRO jsem pořizoval fotodokumentaci, bohužel jsem nedělal zálohy a SD karta na které jsem obrázky měl se nenávratně pokazila. Postupně se budu snažit fotodkumentaci doplnovat. V Chomutově 2014/2015/2024 OK1AMF