Buis en trafo

Om meer zendvermogen te krijgen zijn er twee soorten versterkers, lineaire en niet-lineaire. Een audioversterker bijvoorbeeld, moet altijd (zeer) lineair zijn, omdat anders de vervorming hinderlijk hoorbaar is. Bij het versterken van het zendvermogen voor sommige modulatiesoorten (bijvoorbeeld FM), kan niet-lineaire vervorming de modulatie niet aantasten. Niet-lineaire versterkers zijn goedkoper, en zijn ook veel makkelijker om te maken. Om die laatste reden is het juist interessanter en uitdagender, om eens te kijken hoe ver je zelf kunt komen met het bouwen van een hoogwaardige lineaire versterker, vaak kortweg 'lineair' genoemd.

Wet

Een cruciale vraag die altijd meteen opkomt wanneer over versterkers wordt gesproken, is hoe het zit met het toegestane vermogen dat wordt uitgezonden en het toegestane vermogen dat de lineair kan leveren. De Nederlandse wet is hierin zeer onduidelijk. In diverse Nederlandse amateurbladen als Electron, CQ-PA en RAM worden lineairs aangeboden van 2kW of meer, om maar niet te spreken over allerlei aanbiedingen op internet. Ook het Europese beleid is niet eensluidend. In verschillende EU landen is het maximaal toegestane vermogen voor gelicentieerde zendamateurs 100 watt, terwijl in het buurland het maximale vermogen 1kW mag bedragen. In Nederland bedraagt het toegestane vermogen 400 watt op de HF-banden en hier zullen we ons in onze verdere beschrijvingen dan ook op richten.

Keuzes

Alvorens over te gaan tot het bouwen van een lineair zul je eerst een paar keuzes moeten maken, die ik nader zal toelichten.

1. Is de lineair bedoeld voor VHF en UHF of voor de HF-banden? Voor de bouw en de keuze van de voeding maakt dit niet veel verschil, wel voor het type buis dat in de lineair moet worden toegepast.

2. Vaak heeft de amateur al een bepaald type buis op de plank liggen. Belangrijk is te weten bij welke anodespanning deze buis het beste zijn werk doet.

3. Ook komt het voor dat amateurs wel een hoogspanningstransformator op de plank hebben liggen, maar geen buis. Hier is het weer belangrijk te weten wat de trafo kan leveren en welke buis daar het beste bij past.

Uit het bovenstaande blijkt wel dat het al voor de start belangrijk is een hoogspanningstrafo en een buis te hebben, dan wel aan te schaffen, die overeenkomen voor wat betreft de benodigde anodespanning en de te leveren stroom. Voor alle duidelijkheid, het gaat hier om een project dat simpel na te bouwen moet zijn, vandaar dat de keuzes voor een buistype beperkt blijven tot triode's, geschakeld in een zogeheten grounded grid.
Voor de ingewijden: tetrodes en pentodes werken ook als ze als geaarde triodeschakeling worden toegepast maar het rendement zal lager zijn. Ook dat is weer recht te breien door de hoogspanning met 30% te verhogen maar dat valt buiten het bestek en de bedoeling van dit artikel.

Buis

Welke buis kiezen we bij onze trafo (of andersom)? In tabel 1 vindt u een aantal mogelijkheden, gebaseerd op relatief gemakkelijk verkrijgbare onderdelen.

Voor het hier te beschrijven project is gekozen voor de TB3,5/750 (TB3/750 kan ook) met een maximaal vermogen van 750W. Dit is een op de diverse radiomarkten in Europa tamelijk gemakkelijk te verkrijgen buis en buisvoet. Hij voldoet gemakkelijk aan de limiet van 400 watt output en is dus ook zeer geschikt voor het draaien van een 48 uurs contest! Maar nogmaals, als u een andere buis kiest of bezit wil dat niet zeggen dat aan de volgende afleveringen niets meer heeft. Het principe van een geaarde roosterversterker is in alle gevallen gelijk.

Trafo

De volgende keuze is de bijbehorende hoogspanningstransformator. De benodigde hoogspanning voor een TB3/750 bedraagt 4000 volt DC. Omgerekend in wisselspanning levert dat

4000/1,4= 2850V

De maximale stroom bij volle uitsturing ligt in de buurt van 400mA. Het zal geen probleem zijn een aanbieder van trafo's te vinden, maar de belangrijkste vraag in deze fase is hoe de trafo kan worden getest voordat we er meer verder gaan werken. Vaak is de spanning van 2850 volt al een probleem. Niet iedereen heeft een voltmeter voor dit bereik, dus we passen een truc toe.
Neem een bestaande trafo uit de junkbox van bijvoorbeeld 12 of 24 volt AC. In figuur 1 is aangegeven hoe de schakeling in elkaar steekt. Sluit deze 24V AC aan op primaire kant van de hoogspanningstransformator. Meet nu de wisselspanning aan de primaire kant van de HS trafo en meet de wisselspanning aan de secundaire zijde. Wat je nu meet is een verhouding van spanningen. Als de primaire spanning 24V AC is en de secundaire spanning is 290V dan is de verhouding bekend en kan met de onderstaande formule eenvoudig de werkelijke secundaire spanning worden berekend:

24/230 = x/290 => x = (230x 290) / 24 => x = 2880V AC

Uitstekend voor ons doel geschikt dus. Let op: soms zijn er trafo's beschikbaar die geen 2800 maar bijvoorbeeld 1400 volt leveren bij 1 ampère. Ook deze zijn uitstekend bruikbaar, mits men spanningsverdubbeling toepast.

Stroom

Maar kan deze trafo ook de stroom leveren die we nodig hebben? Om dat uit te vinden moeten we de trafo gaan belasten en wel met de volgende formule:

2880 = 0,4 x R waarbij R = 7000 ohm

Het vermogen van de weerstand zal I2R moeten zijn, dus 0,4 x 0,4 x 7000 = 1120 watt. Ik neem aan dat niemand een weerstand van 7 kilo-ohm, 1120 watt voorhanden heeft en al zou iemand die hebben hoe weet je dan of het gevraagde vermogen wordt geleverd? Tijd voor de gloeilamp-truc. In figuur 2 staat aangegeven hoe de lampen en voltmeter zijn aangesloten. We kopen bij de bouwmarkt twaalf gloeilampen van de allergoedkoopste soort van 230 volt, 100 watt. In serie geschakeld zijn deze natuurlijk goed voor 12 x 230 = 2760 volt, 1200 watt. Sluit deze string van gloeilampen aan op de 2880V van de trafo. Als het goed is gaat de kerstverlichting branden! Als de trafo ook werkelijk zijn vermogen kan leveren, moet je dit kunnen meten aan de spanning over één lamp. Ligt deze spanning in de buurt van 2880/12 = 240 tot 200 volt, dan heeft het er alle schijn van dat de trafo in orde is. 
200 volt, is dat niet vreemd? Nee, trafo's onder volle belasting storten altijd een beetje in en als er bij 200 volt nog zo'n 400 mA geleverd kan worden, betekend dat er altijd nog zo'n 12 x 200 = 2400V AC overblijft.

Kast

Rest ons voor deze aflevering nog de kast. Het maken van een goede en ook representatieve behuizing voor een lineair is voor veel amateurs een probleem. Zelf maken strandt vaak op het niet voorhanden hebben van een goede zetbank en aan het laten maken hangt een vaak gepeperd prijskaartje. We moeten het dus zoeken in een bestaande kast. En dat kan, er is voldoende aanbod op de bestaande radiomarkten in den lande. Een groot assortiment van allerhande meet- en regelapparatuur uit de jaren 50, 60 en 70. Meetzenders, signaalgeneratoren, ontvangers en zenders, niemand wil ze meer in de shack hebben vanwege hun omvang en verouderde specificaties. Maar als je voor de verandering nu eens niet naar de inhoud kijkt, maar naar het omhulsel, blijken het vaak prachtige professionele kasten. Het enige dat er moet gebeuren is een nieuwe, vlakke frontplaat en een vlakke basisplaat waarop de lineair gebouwd kan worden. Vraag de handelaar dan ook niet of-ie het nog doet, maar bied gewoon € 25,- voor zo'n apparaat en tien tegen één dat u de eigenaar wordt van een pracht van een kast met op de koop toe een heleboel mooie slooponderdelen.
Ga er in ieder geval vanuit dat de kast een minimale breedte moet hebben van 43 cm, een hoogte van 20 cm en een diepte van 36 cm. Na demontage van een bestaande kast kunt u de maten bepalen van de front- en achterplaat en de chassisplaat. De laatste moet ongeveer 5 cm vanaf de onderkant van de frontplaat met aluminium hoeklijntjes aan de zij- en frontplaat gemonteerd worden. Monteer de achterplaat NIET aan dit frame. Maak alles goed passend en schuivend, later als alle onderdelen gemonteerd zijn bespaart u dat een hoop ellende. Een stukje schuurpapier en een spuitbus voor de gewenste kleur doet de rest!

Heeft u vragen over deze eerste aflevering, vraag het de redactie van RAM: redactie.ram@bdu.nl.