Zelfbouw: lineaire versterkers voor amateurgebruik

Deel 2 - Printplaten en condensatoren
 

Zelfbouw: lineaire versterkers voor amateurgebruik

Deel 2 - Printplaten en condensatoren

In de vorige aflevering van deze serie zijn we gebleven bij de aanschaf van de kast. Voordat u uw soldeerlust bot gaat vieren op de componenten, is het zaak om eerst tot een goede plaatsbepaling te komen, op welke plek welke onderdelen in de kast, respectievelijk op het chassis moeten komen. Om dat te kunnen doen is het handig dat we eerst alle 'grote' onderdelen verzamelen of zelf maken.

Onder de onderdelen die de grootte van de kast bepalen, vinden we als eerste natuurlijk de hoogspanningstransformator, en die hadden we al. Verder hoop ik dat u een keuze heeft kunnen maken uit de aangeboden buizentabel. Denk er wel om, dat bij iedere buis ook een buisvoet hoort. Deze kaneventueel ook zelf gemaakt worden, maar de beschrijving daarvan voert een beetje te ver voor dit artikel. Verder zijn de zogeheten 'loading'- en 'tuning'-condensatoren relatief grote componenten. Ook de gelijkrichterschakeling kan behoorlijke afmetingen aannemen. Als laatste noemen we het PI-filter en de gloeistroomtrafo.

Foto 1 (klik = vergroting)

Op foto 1 ziet u een gedeelte van de componenten, los op het chassis gepaatst. Duidelijk te zien is dat de buis altijd zo dicht mogelijk bij de afstemcondensatoren moet staan, net als trouwens het PI-filter.

Foto 2 (klik = vergroting)

Op foto 2 ziet u het PI-filter en de condensatoreenheid voor het chassis liggen. Deze onderdelen worden straks boven de gloeistroomtrafo en de loading- C geplaatst. We zullen alle getoonde onderdelen nu  de revue laten passeren zodat u voldoende tips krijgt en inzicht in hoe een en ander gemaakt wordt en verkregen kan worden.

Foto 3 (klik = vergroting)

PI-filter
  
Op foto 3 zien we een detailopname van de zogenaamde loading-C. Deze condensator gaat  straks de aanpassing van het PI-filter aan de 50 ohm- kabel verzorgen. Wanneer we een lineaire versterker willen maken, inclusief 160 meter, dan is het aan te bevelen om voor dit onderdeel een vijfvoudige afstemcondensator te gebruiken van 5 maal 470 pF. Wanneer u echter vanaf 80 meter wilt beginnen, dan is 4 maal 470 pF ook voldoende. Maar waar vind je zo'n ding? Dat is heel eenvoudig: in de dumpapparatuur die op de meeste radiomarkten wordt aangeboden. Maar ook een rondje langs bevriende radioamateurs kan wat dit betreft heel vruchtbaar zijn.

Foto 4 (klik = vergroting)

Op foto 4 is een printplaatje te zien met een aantal diodes. Deze is gemaakt volgens het schema van figuur 1. Het maken van zo'n printplaatje is erg eenvoudig, uitgaande van enkelzijdig epoxy printplaat van 1 à 3 millimeter dik, niet kritisch dus. Teken met een dunne viltstift eerst de vakjes die u wilt 'overhouden'. Ga daarna met een stanleymes langs een stalen liniaal over deze viltstift lijntjes. Met andere woorden: maak een dikke inkerving in de koperfolie. Verwarm vervolgens het te verwijderen koper met een soldeerbout, voeg flink veel tin toe, en trek met een pincet het koper weg tussen de 'eilanden'. Houd bij het aantrekken van de folie steeds de soldeerbout op de plaats waar het koper loslaat van de epoxy ondergrond. Ziedaar: binnen tien minuten heeft u een prachtig printplaatje voor de hoogspanningsdiodes. Maak het printplaatje niet te klein en houd er rekening mee dat tussen de + en de - een spannings verschil staat van 4000 volt! Dus 1 centimeter ruimte tussen de eilanden kan geen kwaad. Natuurlijk kunt u het plaatje in plaats van bovenstaande werkwijze ook gewoon etsen.

Foto 5 (klik = vergroting)

De tuning-C
  
Vervolgens komt de zogenaamde 'tuning-C' aan bod, de afstemcondensator (foto 5) die straks aan de anodekant van het PI-filter komt te zitten. Een lastig product om op de kop te tikken, maar er is een truc.

Eerst even wat achtergrond: op deze condensator komt een zeer hoge HF-wisselspanning te staan. Nu is uit de praktijk gebleken dat de afstand tussen de platen van de condensator gelijk of groter moet zijn dan 1 millimeter per 1000 volt. We hebben in onze opstelling een spanning van 4000 volt, dus de afstand tussen de 'geïsoleerde' vaste platen en de geaarde draaibare platen moet minimaal 4000 / 1000 = 4 mm bedragen. Daar zit hem nou net de kneep: de aangeboden condensatoren op radiomarkten hebben meestal een plaatafstand van slechts 2 tot 3 millimeter.
  
De truc is als volgt: als we een goede condensator nemen met een plaatafstand van 2 millimeter, en we verwijderen om en om een plaat dan krijgen we precies de benodigde 4 millimeter. Op foto 5 is goed te zien dat er op het draaibare gedeelte nog een plaat tussen heeft gezeten.

Tekening (klik = vergroting)

Om dit voor elkaar te krijgen wordt gewoon de hele afstemcondensator uit elkaar geschroefd. Let daarbij vooral op het kogeltje. Trek met een flinke tang met platte bek aan één uiteinde aan de plaat op de rotor, dan laat hij met een beetje wrikken laat hij los. Dit doen we om en om. Wanneer we het heel netjes willen doen en we hebben de beschikking over een draaibank, dan kunnen we de lege ontstane groeven nog even wat uitdraaien, om ook daar de afstand tot de vaste platen op tot de juiste afmetingen terug te brengen. Het vaste gedeelte behandelen we op dezelfde wijze: met een tang wordt om en om een plaat losgewrikt.
  
Nu kan de condensator weer in elkaar gezet worden worden. U zult echter merken dat de rotor iets moet worden opgeschoven (zo'n 2 mm), om precies in het midden van de vaste platen uit te komen. Met twee ringetjes van 1 millimeter dikte aan de binnenzijde van de uitgaande as kan dit worden ondervangen. De grote moer waarin zich het kogeltje bevindt gaat dan 2 millimeter naar achteren. Mocht dit niet goed werken, plaats dan ook dezelfde ringetjes tussen de vier afstandhouders van de condensator.
  
  
Vacuümcondensator
  
Maar, zult u zeggen, door deze actie is wel de waarde van de afstemcondensator behoorlijk gedaald! Dat klopt, maar hoe we dat oplossen ziet u in een volgende aflevering. Als de waarde van de bewerkte condensator in de buurt van de 100 pF ligt, bent u op de goede weg. Een ander, maar ook duurder alternatief is een zogeheten 'vacuümcondensator' (foto 6).

Foto 6 (klik = vergroting)

Deze zijn verkrijgbaar in alle waarden van 10 tot 500 pF bij 5 tot en met 35 kV. Die zijn dus prima geschikt, en beslist aan te raden. Echter bedenk wel, dat er voor het gebruik van deze types een vertraging gemaakt moet worden. Vacuümcondensatoren moeten tussen de 10 en 20 keer worde rondgedraaid voor het hele bereik. Er moet dus een soort vertragingsmechanisme op het front komen om tot een stabiele en van te voren te bepalen aflezing te komen. Maar nogmaals, zo'n condensator is elektrisch gezien een heel stuk beter dan een luchtcondensator. Als u er dus een heeft, dan zou ik hem altijd gebruiken, maar het vertragings- en uitleesmechaniek zult u daarbij u zelf moeten bedenken, want dat valt buiten de strekking van dit artikel.
 
 
De gloeispanning
 
En dan nu de gloeistroomtrafo. Dat  is geen moeilijk onderdeel, maar er is wel weer een beetje huisvlijt nodig. Als u een keuze heeft gemaakt uit het arsenaal aan buizen, dan kunt u in de tabel uit aflevering 1 lezen wat respectievelijk de gloeispanning en de bijbehorende stroom bedragen.
  
We nemen hier als voorbeeld de TB 3,5/750. De gloeispanning is bij die buis 5 volt bij 14 ampère. Wanneer u op zoek gaat naar een een transformator voor die spanning en stroom, dan geef ik u weinig kans: die zijn er (bijna) niet. Maar het kan goedkoop en simpel. Neem een gewone transformator zoals die bijvoorbeeld vroeger in radiotoestellen zaten. Of neem een ander type trafo, waarvan u weet, of kunt zien dat de primaire wikkeling voor 220 V het dichtst bij de kern ligt. Wanneer het pakket ook nog afmetingen van ongeveer 8 bij 8 centimeter heeft bij een dikte van 5 centimeter, dan zit u goed. Verwijder, met Stanleymes en kniptang alle 'buitenste' windingen totdat u bij de primaire 220 voltwikkeling bent aangekomen. (Als er op de trafo ook een 12 of 24 volt- wikkeling zit, en er is voldoende ruimte, dan kunt u deze laten zitten voor de besturing.) Leg vervolgens twee wikkelingen willekeurig draad om het pakket en sluit de trafo aan op 220 V. Meet nu de spanning over deze twee wikkelingen. Waarschijnlijk ligt die in de buurt van 0,5 volt.

Wat zijn we nu te weten gekomen?

Wanneer twee wikkelingen 0,5 volt opleveren dan heeft u voor 5 volt dus 5 / 0,5 x 2 = 10 wikkelingen nodig. Maak er voor de zekerheid elf windingen van, want er zal altijd wel een beetje spanningsverlies optreden in de bedrading. Koop bij de lokale bouwmarkt vijf meter blauwe of bruine installatiedraad, en steek daarvan elf windingen rondom de kern. Deze draad is voldoende dik om de benodigde 14 ampère te kunnen leveren. Om de trafo er nog wat professioneler uit te laten zien kunt u brede tape of papier over de windingen leggen. Foto 7 geeft een beeld van zo'n zelf gewikkelde trafo, afgewerkt met een brede strook papier.

Foto 7 (klik = vergroting)

Wat op deze foto tevens te zien is, dat is de kleine transformator die de spanning levert voor het relais en voor de signaallampjes. Op dit moment zult u moeten beslissen of u de afwerking uitvoert met een 24V of 12V besturingssysteem. Of anders gezegd, wanneer u over voldoende 24V relais en lampjes beschikt, kies dan voor 24 volt. Is de voorraadschuur echter gevuld met 12 volt relais en lampjes, neem dan 12 volt. Voor de verdere werking van de versterker maakt deze keuze geen verschil. Het kan ook zijn dat u een gloeistroomtrafo heeft genomen waar de 12 of 24 wikkeling ook op is blijven zitten dan is het geen probleem om deze te gebruiken.
  
  
De anodekring
  
Op foto 8 ziet u de spoel van een PI-filter, ook wel anodekring genoemd. Ik heb die hier alleen maar even bijgehaald om de afmetingen van de kast te bepalen. We komen later nog uitvoerig op het PI-filter terug.

Rest ons nog het laatste volumineuze onderdeel en dat is de condensator voor de gelijkrichting. Als we een gelijkspanning hebben van 4000 volt, dan hebben we ook een condensator nodig van die spanning. Dit is op twee manieren te verwezenlijken:
  
1. Door een zogeheten blokcondensator, of
  
2. door een aantal in serie geschakelde elektrolytische condensatoren.

Foto 8 (klik = vergroting)

Ik kies meestal voor 2, om meerdere redenen. Ten eerste kun je met het in serie schakelen van elektrolytische condensatoren zelf de vorm van het condensator-'blok' bepalen. Verder is het volume, bij dezelfde capaciteit, bij een serieschakeling veel kleiner dan bij een blokcondensator. En ten slotte kun je de bleeders (zie verderop) meteen gebruiken als spanningsverdelers over de in serie geschakelde condensatoren.

Hoeveel condensatoren zijn hiervoor nodig? Simpel, op elke elektrolytische condensator staat de maximale werkspanning aangegeven. Meestal is dit tussen de 300 en 600 volt. In onze opzet zijn de condensatoren 220 µF bij 500 volt. Bij een totale spanning van 4000 volt hebben we dus 4000 / 500 = 8 condensatoren nodig. De benodigde capaciteit bij CW- en SSB- gebruik ligt op minimaal 25 µF. In dit geval bedraagt dat 220µF / 8 = 27,5 µF, wat dus voldoende is. Maar nogmaals: een grotere capaciteit en een hogere spanning van de individuele elektrolytische condensatoren is geen probleem, des te beter zelfs zou ik zeggen.
  
  
Restpanning in de uit-stand
  
U bent eerder al het Engelse woord 'bleeder' tegengekomen. Dit is een weerstand die over de condensator geschakeld wordt om de spanning weg te laten 'bloeden' op het moment dat de versterker uitgeschakeld wordt. Echter, om deze weerstand een beetje effectief te maken gebruikt hij ook een beetje van het vermogen, dus moet deze weerstand van een redelijk wattage zijn. Laten we zeggen dat we 10 mA laten wegvloeien via deze weerstand, dat betekend bij 4000 volt een waarde van 4000 / 0,01= 400 kilo-ohm. Het vermogen van deze weerstand zou 4000 * 0,01 = 40 watt moeten bedragen, en waar vindt u zo'n weerstand? De waarde van 39 kohm (33 mag ook) is een vrij normale handelswaarde bij een vermogen van 7 watt. Acht van deze weerstanden in serie geschakeld geeft een totale weerstand van 8 x 39 = 312 kohm bij een vermogen van 8 x 7 = 56 watt, dat is prima dus.

Tekening 2 (klik = vergroting)

Echter, deze weerstanden krijgen nog een andere functie. Gezien het feit dat de tolerantie van elektrolytische condensatoren binnen de zeer ruime grens ligt van -10 en + 20% zult u begrijpen dat ook de inwendige wisselspanningsweerstand van deze condensatoren onderling nogal verschillend kan zijn. Zonder bleeders zou dat betekenen dat over de ene condensator bijvoorbeeld 550 volt gelijkspanning zou staan, en over zijn buurman slechts 450 volt. Het gebruik van bleeders is ook uitstekend geschikt om die verschillen weg te werken. Omdat de weerstand van de bleeders vele malen kleiner is dan de hierboven genoemde inwendige weerstand van de condensatoren zal de aangelegde spanning zich keurig in dezelfde proporties over alle condensatoren verdelen. In tekening 2 is aangeven hoe een en ander geschakeld is.

Foto 9 - Opbouw van de schakeling uit tekening 2 (klik = vergroting)

Het benodigde printje kunt u zelf weer op manier maken waarop ook het printje van de gelijkrichter gemaakt is. Op de foto is duidelijk aangegeven hoe de koperbanen zijn weggesneden en hoe de bleeders gemonteerd zijn. Een laatste voordeel van deze bleederconstructie is de uitlezing van de totale spanning. Het zou toch wel een beetje griezelig zijn om de totale spanning van 4000 volt - al dan niet met een voorschakelweerstand - aan een spanningsmeter op het frontpaneel aan te sluiten. We kunnen door het gebruik van de bleederweerstanden volstaan met een uitlezing van de laatste bleeder van de serieschakeling. Immers, wanneer de spanning over de laatste bleeder 500 volt bedraagt, dan zal de totaalspanning 8 x 500 = 4000V bedragen. Deze 500 volt kunnen we veilig en via een weerstandje/potmeter aanbieden aan een voltmeter op het front. Deze meter is in de schakeling van figuur 2 opgenomen. Tevens ziet u dat ook de plaats van de ampèremeter (0-1 A) is opgenomen. De plek voor dit meetinstrument is zo gekozen dat hij niet uitslaat (tenminste niet te ver) als de elektrolytische condensatoren geladen worden tijdens het inschakelen. Daarnaast is dit een veilige plaats in het geval dat er een spontane overslag plaats zou vinden tussen en over de condensatoren. De ontlaadstroom loopt dan niet via de meter waardoor deze gespaard blijft.

Tot zover dus deel 2. In het volgende deel worden de in deel 1 en 2 verzamelde onderdelen samengevoegd.

Heeft u vragen over deze eerste twee delen, uitsluitend via e-mail wil ik u wel verder helpen.

zhtech[a]zhtech.nl

©2006, copyright: Bouke Zwerver

www.zhtech.nl

vorige - home - volgende