Zelfbouw: lineaire versterkers voor amateurgebruik

Deel 6 - Bias voor de buis en zend-/ontvangrelais

Onze voorlaatste bouw activiteit betreft een paar belangrijke componenten die de voorinstelling van de toegepaste buis bepalen, en het antenne relais. En uiteraard de werking en de bediening daarvan.
  
De voorinstelling van de buis wordt ook wel negatieve voorinstelling genoemd, en in het Engels 'bias voltage'. Deze spanning kan zowel positief als negatief zijn. Bij geaarde roosterschakeling is deze meestal positief en negatief bij buizen met een positieve spanning op een of meer van de roosters.

Het type lineair dat we hier beschrijven is van het geaard roostertype met de aansturing rechtstreeks op de gloeidraad. Deze buis mist dus een kathode wat tot gevolg heeft dat de stroom die door de buis loopt via de gloeidraad (die ook als kathode functioneert) zijn weg naar aarde moet vinden. In principe zouden we de gloeidraad rechtstreeks aan aarde kunnen koppelen, wat tot gevolg zou hebben dat de roosterspanning (die ook aan aarde ligt) gelijk zou komen te liggen met de DC spanning op de gloeidraden, te weten 0 volt.
  
  
Wagenwijd open
  
Het gevolg hiervan zou zijn dat de buis voor gelijkstroom wagenwijd open zou staan en er een vette stroom zou lopen, zonder dat we nog maar een signaaltje hadden toegevoerd. Deze instelling heet klasse A , en wordt veel gebruikt in de LF-versterkertechnologie. Wat wij willen is een instelling, die weliswaar lineair verloopt maar toch met een minimum aan ruststroom oplevert. Dit wordt klasse AB(1)-instelling genoemd.

Voor deze instelling is het nodig dat de gloeidraad op een hoger positief spanningsniveau komt te staan dan het rooster. Even praktisch gesproken; we hebben al geconstateerd dat bij 0 V DC op de gloeidraad de volle stroom, in het geval van de TB3,5/750, zo'n 600 mA gaat lopen.

Voor een goede lineaire werking van de buis is het nodig dat er een beetje stroom door de buis loopt, alvorens we hem aansturen, in ons geval zo'n 50 mA. We noemen dit de ruststroom.

Hoe kunnen we nu realiseren dat die 50 mA er gaat lopen? Simpelweg door een DC-spanning op de kathode te kiezen die er zorg voor draagt dat de buis 'een beetje' open gaat. En waar komt die DC spanning vandaan? Die wordt door de buis zelf geleverd!

Tekening 1 (klik = vergroting)

Soort weerstand
  
Door tussen de gloeidraad en de aarde een soort weerstand te schakelen zal er over deze weerstand een spanning vallen. Deze spanning is positief ten opzichte van aarde. Ik neem aan dat niet iedereen een boek heeft met buizengrafieken om de waarde van deze weerstand te bepalen, maar er zijn ook andere truc's om achter de juiste waarde te komen. Neem tussen de kathode (gloeidraad) en aarde een zware variabele weerstand of potmeter op van 5 à 10 kohm. Sluit een voltmeter (gewoon de universeelmeter) aan tussen gloeidraad (punt A van tekening 1) en aarde. Pas bij dit alles op voor hoge spanningen! Zet de tijdelijke weerstand op maximale waarde, en schakel de gloeispanning en hoogspanning in. Let daarbij op de anodestroommeter. Als het goed is loopt er nagenoeg GEEN stroom door de buis. Schuif of draai nu langzaam de weerstand naar een kleinere waarde totdat er anodestroom begint te lopen, bij 50 mA stopt u. Lees nu de voltmeter af, hoogstwaarschijnlijk staat die in de buurt van de 125 Volt!

Wat zijn we nu te weten gekomen? We hebben een spanning nodig van 125 volt op de kathode om de buis 50 mA te laten 'trekken'. Fluitje van een cent zult u nu denken, 125 / 0,05 = 2500 ohm. Maar er zit hier een addertje onder het gras, want wat gebeurd er als u door uitsturing de buis 200 mA laat trekken? 0,2 * 2500 = 500 volt. Jammer dus, de buis gaat daarbij potdicht zitten. Dus die 125 volt moet 125 volt blijven, ongeacht te stroom die er door de buis loopt. Dat kan worden gerealiseerd door een de meetweerstand van 2500 ohm te vervangen door een spanningsstabilisator van 125 volt.
  
Toch nog een klein beetje rekenen voor de uitleg. Als over deze spannings- stabilisator 125 V staat, en er loopt een (max.) stroom van 600 mA, dan is het 'weg te werken' vermogen van deze stabilisator 0,6 * 125 = 75 watt. Teveel voor een simpele 2N3055. Vandaar dat er drie stuks in serie moeten komen te staan, gemonteerd op een stevige koelplaat. Nog een rekensommetje:
125 V / 3 = ~41 volt. Middels een aantal zener diode wordt geprobeerd om de benodigde spanning zo gelijkmatig mogelijk over de 3 torren te verdelen. Dat is het beste voor de warmteontwikkeling.

Foto 2 - Opbouw van de bias-schakeling
(klik = vergroting)

In tekening 1 is aangegeven hoe een en ander geschakeld is. De potmeter in de laatste 2N3055 is ervoor bedoeld om nog wat fijnregeling te kunnen bewerkstelligen, want bij niet iedereen is de anodespanning precies gelijk aan 4000 volt. De zeners zijn van het 1 watt- type en ik heb voor de veiligheid twee stuks in serie genomen van elk 22 volt, daarbij ook nog eens parallel geschakeld. Op de foto's 1 en 2 is duidelijk te zien hoe het een en ander gemaakt is.
  
  
Zenerdiodes
  
De potmeter is uitgevoerd naar de achterkant van het chassis, maar dat is geen absolute noodzaak. Wanneer u echter over de de steeds zeldzamer wordende 25 watt zenerdiodes beschikt, zoals aangeven op foto 3, dan heeft u een uitstekend alternatief. Mits de drie diodes tenminste samen 125 volt kunnen verzorgen.

Foto 3 - 25 w zenerdiodes op bijpassende koelplaten
(klik = vergroting)

Natuurlijk hoeft u al deze experimenten niet te doen, het is alleen belangrijk te weten hoe zoiets tot stand komt en werkt.

Tot zover de 125 volt- voorziening, gemeten op punt A van tekening 1. Aankoppelen met de gloeidraad gebeurt met 2 diodes van 1 ampère. Eén diode mag ook, maar voor de symmetrie is twee diodes leuker.

De volgende vraag werpt zich nu op: we hebben de buis nu 'gecontroleerd' open, maar hoe krijgen we hem weer dicht? Tijdens de ontvangst is het niet handig om die 50 mA rustroom alsmaar te laten lopen. In feite gebeurt dit weer met dezelfde methode als het openzetten. We sluiten een 10 watt- weerstand van 33 kohm aan op de emitter van de laatste 2N3055-transistor.

We gaan nu even naar relais RL2 van tekening 1. RL2 is een heel normaal (Siemens) kamrelaitje. In de stand TX (zenden) wordt het relais aangetrokken en verbindt het de emitter (uitgang) van de laatste 2N3055 aan aarde. Op punt A zal nu 125 volt staan. Gaan we over in de stand RX (ontvangen, de getekende stand), dan zal de emitter niet meer via het relais contact met aarde zijn verbonden zijn maar via de weerstand van 33 kohm. Het gevolg is een hogere weerstand, en dus minder stroom en een hogere spanning op punt A. De buis drukt zichzelf hierdoor nagenoeg dicht. Bij een weerstand van 33 kohm zal de waarde op punt A nu een paar honderd volt bedragen.

RL2 schakelt verder nog het RX- en TX-lampje dat zich op het front bevindt.
  
U begrijpt natuurlijk: die 33 kohm is absoluut niet kritisch. Alles tussen de 10 en 47 kohm is ok, als het maar een 10 wattertje is, want hij mag hoegenaamd niet stuk gaan.

Wat ook nog uit deze schakeling blijkt is dat u een kwalitatief goede gloeistroomtrafo moet gebruiken. Immers, er kan wel 300 V DC op de 5 V AC wikkelingen komen te staan, en dan is de kans van overslag naar het blikpakket van de transformator niet denkbeeldig! Ook dit kunnen we heel simpel testen: Zet de randaarde van uw lichtnet op het blikpakket, en sluit de 'live' 230 volt aan op een uitloper van de gloeistroom wikkeling. Als u nu NIET in het donker zit en/of niet naar de meterkast hoeft te rennen, dan is de trafo geschikt voor uw doel.

Bovenstaande min of meer automatische voorinstelling maakt is wat geaard rooster (grounded grid) schakeling zo populair maakt. U hoeft zich namelijk nooit zorgen ergens voor te maken, en dus ook geen beveiligingen in te bouwen voor het geval de voorinstelling defect zou raken. Anders is dat bij tetrode en penthode geschakelde buizen. Hier moet een extern gemaakte negatieve spanning op het stuurrooster er zorg voor dragen dat de buis altijd netjes ingesteld blijft staan op zijn ruststroom. Valt deze spanning weg dan is het meestal te laat, en zijn de rooster(s) er al uit 'gebrand', als u dus niet een heel scala aan beveiligingen inbouwt.

Foto 4 - Zend-/ontvangrelais 
(klik = vergroting)

Het zend/ontvangrelais
  
Dat als zend-/ongvangrelais geschikte relais er in alle soorten en maten zijn kunt u zien op foto 4. Echt kritisch is het allemaal niet, als u de volgende uitgangspunten maar in acht neemt.

1. Een relais van keramisch materiaal heeft de voorkeur.

2. Moet vorozien zijn van flinke verzilverde of vergulde contacten

3. De contactafstand minimaal 0,3 mm bedragen, maarniet meer dan 1 mm

4. Kijk met een apart voedingsspanninkje eens naar de schakelsnelheid van het relais. Te traag betekent dat de buis heel even zijn uitgangsvermogen niet kwijt kan en omgekeerd dat u de punt van het eerste morseteken kwijt bent tijdens het 
omschakelen van ontvangst naar zenden.

6. Hele snelle morse jongens kiezen dan ook voor lineairs met vacuümrelais als  antenneomschakeling. Maar dan hebben we het wel over meer dan 40 woorden per minuut.

Dit soort relais zijn allemaal opnieuw te vinden op de verschillende radiomarkten waar we het al eerder over hadden.

Heeft u wel het juiste relais maar de niet de juiste schakelspanning? Probeer hem eens opnieuw te wikkelen, meestal gaat dit gewoon met het spoelkokertje in de  boormachine en dan draaien maar...

Foto 5 - Montage van de relais 
(klik = vergroting)

Nu we beide relais besproken hebben wordt het tijd voor de montage. Op foto 5 is een mogelijkheid aangegeven. RL1 en RL 2 staan hier naast elkaar afgebeeld maar dat is geen must, het mag overal onder het chassis waar u maar een plaatsje heeft. Wel is het handig om het antennerelais direct tegen de achterkant van het chassis te plaatsen. Het scheelt wel de montage van twee stukken coax zoals u op de foto kunt zien.
  
  
De bediening
  
Tja, deze relais moeten natuurlijk ook nog bediend worden. In de praktijk gebeurt dat door de transceiver himself. Elke goede transceiver heeft wel een accessoire-plug op de achterkant. In het bijbehorende manual is dan aangegeven welk punt door de transceiver naar 0 of naar aarde (ground) wordt geschakeld tijdens het zenden. Dit punt moet u hebben, en via een afgeschermd kabeltje (dat is het handigst) moet dit worden verbonden met de tulpsteker C. Wat echter ook in het manual is aangegeven, dat is dat de transceiver maar een beperkte (relais-)stroom kan schakelen. Om te voorkomen dat de totaalstroom van RL 1 en RL 2 te veel van het goede is voor uw dure transceiver, is er een transistor in de schakeling opgenomen. Via de basis van deze tor worden de relais respectievelijk aan/uit geschakeld. Deze tor kan in principe elk flink type PNP zijn, op foto 5 ziet u hem tegen de achterkant van het chassis geschroefd. Met de driestandenschakelaar S1 kunt u respectievelijk kiezen uit:

1. Links: man. (manual)  oftewel handmatige bediening van uw lineair, handig bij het afstemmen.

2. Middenstand: stb oftewel standby, het lineair staat wel aan, maar wordt niet door de trx bediend.

3. Rechts: aut, oftewel het lineair wordt automatisch door uw trx bediend.

Heeft u vragen over deze aflevering, of de vorige:

zhtech]at[zhtech.nl

©2006, copyright: Bouke Zwerver

vorige - home - volgende

www.zhtech.nl