Emitator CW cu RL12P35

Am fost intrebat de ce insist sa realizez un emitator folosind tocmai tubul RL12P35? Raspunsul e simplu: din motive ... istorico-sentimentale. Toata trazneala se datoreaza istorisirilor tatalui meu (Florica, YO3RH) despre echipamentele simpliste cu care lucra in 1957. Asa m-a "lovit" pofta de a avea pe masa un emitator primitiv, cu 2-3 tuburi, din care finala sa fie o lampa cu un design mai deosebit. 

Damblaua asta cu tuburile electronice m-a lovit prin 2009, cand tot datorita povestirilor tatalui meu, am fost curios sa vad si sa aud cum functioneaza un receptor cu reactie, echipat cu tuburi.

La vremea respectiva, povestea l-a captivat complet pe bunul meu amic, Nea Bobina (prezent in special pe ELForum si membru fondator la YO3KXL) si pentru ca la vremea respectiva, nu am avut timp sa ma ocup personal prea mult, am cooperat indeaproape pentru a construi un echipament de acest gen. Povestile tatalui meu s-au concretizat intr-un receptor 1V2 inspirat dupa schema lui ZL2JJ (TRF Receiver), din care am eliminat filtrul audio, economisind astfel un tub. Receptorul l-am "crosetat" folosind sasiul unei batrane statii A7B donat de Nelu, YO3AOE (tks Nelu!) si functioneaza bine-mersi si in prezent, pe banda de 40m.

Revenind la firul povestii, cand tatal meu mi-a pomenit de RL12P35 si am vazut lampa pe Internet, m-am amorezat imediat de ea si ca urmare, am inceput s-o caut. Au fost oferte, dar majoritatea cu preturi in jurul a 100 RON/ buc., fara soclu. Evident, le-am spus "pas", intrucat nu sunt colectionar si nu sunt chiar atat de motivat incat sa arunc atatia bani pe un balon de sticla cu metal, fie el trecut si prin WW2. Hi.
Si uite-asa, a aparut OM Anton (YO2BIN) care, intr-un adevarat ham spirit, mi-a facut o oferta mai mult decat convenabila, incluzand si un tub redresor cu vapori de mercur (alt element din povestile tatalui meu, hi). La data publicarii acestui articol, tuburile sunt pe drum, datorita bunavointei inimosului maramuresean din Sighetu Marmatiei. Sper ca marti, 16 decembrie, sa intru in posesia lor si sa fie intregi (Doamne-ajuta! si ganduri bune manipulatorilor de la Posta Romana, hi ! ) .

Tinand cont de acest lucru, articolul actual va fi construit pe bucati, asadar veti gasi mai multe adaugiri "later-edit" (datate corespunzator), in asa fel incat sa observati evoluatia proiectului.

Pana in prezent, n-am stat chiar cu mainile in san, am studiat foaia tehnica a tubului (produs de Telefunken) si am simulat o configuratie functionand in clasa C. Pentru simulare am folosit aplicatia software LTSPice si un model inclus in ultima librarie Koren existenta pe grupul de discutii LTSpice de la Yahoo. Mentionez ca am verificat modelul Spice printr-un sweep DC al sursei de negativare (in conditiile pastrarii constante a valorii tensiunii anodice si de grila ecran) si reconstruind astfel graficele curentului de anod, curentului de ecran si transconductantei (click pe imagine pentru a o vedea marita):

Comparand in cateva puncte valorile rezultate in simulare cu cele din graficele existente in foaia tehnica, am avut surpriza de a constata ca acestea sunt extrem de apropiate (inclusiv pentru curentul grilei-ecran, parametru insuficient modelat la majoritatea altor tuburi).

NOTA: referitor la acest aspect (modelarea defectuoasa a curentului de ecran), iata un interesant raspuns primit pe grupul de lucru LTSpice:

Odata verificat modelul Spice pentru RL12P35, am trecut la adaugarea componentelor minime necesare pentru un final in clasa C. Din primul grafic de pe cea de a doua pagina, rezulta ca la -80V negativare, curentul prin tub ar fi aproape zero. Ca atare, am stabilit negativare -80V si amplitudinea sursei de excitatie, putin mai mare. Urmarind nivelul de la iesire, am ajuns la o amplitudine de 104V pt. excitatie, limita la care si grila de comanda a inceput sa traga curent. In aceste conditii, RMS-ul tensiunii RF pe sarina de iesire (5K) a fost de 483.47V, corespunzator unei puteri de aprox. 46W (cu anodul alimentat la 800V si ecranul la 200V, conform datelor de la subpunctul 4 din foaia tehnica - "Telegraphiebetrieb" / Operarea in telegrafie).

Se observa ca in tabel, apare "Gitterstrom (curentul prin grila de comanda) = 3mA", cand puterea (Nutzleistung) este de 50W (coloana corespunzatoare lungimilor de unda de pana la 50m). Desigur, aceasta e o simulare in conditii maximale si nu intentionez ca in realitate sa fortez atat de mult tubul. Am vrut doar sa verific modelul Spice versus datele din catalog.

Schema utilizata in LTSpice e redata in imaginea de mai jos, alaturi de semnalele obtinute pe sarcina de iesire, pe grila de comanda si curentul prin anodul tubului (84.7 mA):

[click pe poza pentru a o vedea marita]

Valoarea sarcinii de iesire (5K) am obtinut-o prin parametrizare si fixarea valorii corespunzatoare puterii maxime masurate prin formula P = U^2/R . De asemenea, cautand mai multe amanunte despre dimensionarea sarcinii de iesire pentru un astfel de etaj, am gasit un material foarte interesant scris de Lloyd Butler, VK5BR: " RF POWER AMPLIFIERS - TANK CIRCUITS & OUTPUT COUPLING ", din care (cu acordul acestuia) citez urmatorul fragment:

Cele de mai sus se pot regasi si in ARRL Handbook 1998, iar partial sunt explicitate si in ARRL Handbook 2007. Daca se inlocuiesc in ecuatia a 3-a (corespunzatoare regimului de clasa C) valorile reale, se obtine:

RL = 800V / 2 * 84.7 mA = 4.72K

adica foarte aproape de cei 5K obtinuti prin parametrizarea sarcinii in simulare.

Mentionez ca am folosit un circuit acordat in anodul tubului, doar pentru aceasta prima faza. Cunoscand valoarea optima a sarcinii de iesire, am dimensionat filtrul PI obisnuit, pentru a translata cei 5K necesari tubului, la sarcina de 50 ohmi cu care suntem obisnuiti sa operam in mod normal. In acest scop am folosit aplicatia JJ Smith (de la TonneSoftware) si am avut grija sa tin cont si de capacitatea de iesire a tubului (specificata in foaia de catalog, respectiv 10.4pF). Cand voi avea tubul fizic pe masa, voi masura capacitatile dintre electrozi, pentru a confrunta realitatea cu datele de catalog.

[Later Edit] 12.12.2014 h20:50 > Filtrul PI

Iata schema filtrului PI (click pe poza pentru a o vedea marita):

In dreapta avem generatorul de curent (tubul), cu partea rezistiva a impedantei de 5K (simularea rezistentei de sarcina calculata mai sus, pentru ca tubul sa poata livra puterea maxima). Primul condensator (cel de 10.4pF) reprezinta capacitatea de iesire a tubului. Q-ul bobinei a fost stabilit arbitrar la valoarea 50 (pe baza statisticii masuratorilor efectuate de-a lungul timpului asupra bobinelor realizate).

Pe diagrama Smith se pot vedea contributiile bobinei (trasa verde), condensatorului de 31pF (trasa galben-mustar) si a capacitatii de iesire a tubului (10.4pF, trasa vernil). Condensatorul de 40pF dinspre sarcina de 50 ohmi, conteaza mai putin; ar fi putut fi chiar exclus, transformand astfel reteaua de adaptare intr-un circuit gamma, dar am preferat sa folosesc configuratia in PI, ptr. eventualitatea folosirii emitatorului si in alte benzi. 

Iata mai jos implementarea in LTSpice si rezultatele simularii cu filtrul PI conectat la iesirea tubului, in locul sarcinii de 5K :

[click pe poza pentru a o vedea marita]

Am simulat Q-ul bobinei prin introducerea rezistentei echivalente serie. pe care am calculat-o tinand cont de formula pentru Q-ul unui circuit RLC serie ideal: Q = ?₀L/R , de unde rezulta Rs=?₀L/Q (unde ?₀L=X_L) . In continuare, am stabilit arbitrar Q=50 si am calculat reactanta inductiva a bobinei de 12.6 ?H la frecventa f=7MHz, rezultand 554?. De aici, a rezultat Rs=554?/50 = 11?, parametru introdus in caracteristicile de modelare a bobinei in Spice.

Puteti observa ca tensiunea RMS pe nodul out (la bornele sarcinii de 50?) este de 41.43V. Aplicand binecunoscuta formula P=U_ef²/R , rezulta o putere de iesire de aprox. 34W , ce se incadreaza in specificatiile tubului pentru regimul de lucru si excitatia coborata la 100V. 

Directiva .four aplicata pe nodul out arata un THD de doar 2.27%, ceea ce e un aspect imbucurator:

Valoarea reactantei inductive a socului anodic SRF trebuie sa fie cel putin egala cu de 4x valoarea partii rezistive a sarcinii determinate pentru iesirea tubului. In cazul de fata, RL=5K, rezulta X_L>=20K?. Din expresia reactantei inductive, se determina inductanta SRF-ului:

L = X_L / 2*PI*f = 20e3 / 2*PI*7e6 = 0.454 mH

Am ales asadar, o valoare minima de 500?H, dar in general se pot folosi valori mai mari. Trebuie avut in vedere ca rezonantele proprii ale socului anodic sa nu pice in banda de lucru.

Ramane de vazut pe mai departe, prin ce sistem voi aplica excitatie pe grila tubului. Va marturisesc ca practic, intentionez sa folosesc un DDS, iar manipularea o voi face chiar pe tubul final. 

Mentionez ca desi am un catometru, nu il voi folosi pentru testul tubului; voi face acest lucru "in-site", in momentul in care voi pune in functiune sursele de alimentare si voi avea instrumentele de masura dispuse pe panoul emitatorului. Voi folosi stabilizatoare de tensiune atat pentru grila ecran, cat si pentru negativarea grilei de comanda (pentru ultima, va fi cu semiconductoare si reglabila, astfel incat sa pot verifica variatia curentului anodic).

Intrucat experienta mea in zona emitatoarelor cu tuburi este limitata, as aprecia foarte mult interventia unor colegi care ar putea sa-mi ofere mai multe sugestii/ sfaturi/ idei/ critici/ recomandari etc.

Practic, asa cum am mai mentionat, cei care vor fi interesati, vor putea vedea acest proiect evoluand in direct, chiar in cadrul acestui articol. Un thread cu acelasi subiect l-am deschis pe forumul de la radioamator.ro, intitulat " TX CW cu RL12P35 " .

Cu multumiri si urari de bine !
73! de Cezar, YO3FHM

{jcomments on}