Röhren-PA: Wer hat eine Idee?

    Hallo Selbstbau-Gemeinde!
    Ich gehöre inzwischen zu den etwas älteren Semestern, die mit der Röhrentechnik im Hobby großgeworden sind. Deshalb macht es mir Spaß, sich auch in der jetzigen Zeit mit dieser Technik zu beschäftigen. Es ist eben doch ein anderer Anblick, so eine Röhre leuchten zu sehen (besonders jetzt im Winter, hi). Auch aus der Überlegung heraus, dass sowohl das know how als auch die Bauteile immer rarer werden, habe ich seit längerer Zeit eine PA mit 2x PL519 in Bau. Nicht dass ich mir von den erwarteten ca. 200W HF eine tolle Zunahme der QSO-Möglichkeiten gegenüber den Standard-100W meines FT-890 verspreche: Es geht um die Freude am Selbstbau, auch wenn es (diesmal) kein QRP-Gerät ist. Und um die Möglichkeit des Experimentierens.


    Und genau diese Freude ist getrübt, weil ich seit langem vergeblich Versuche, einen akzeptablen Wirkungsgrad zu erreichen. Statisch ist alles wie geplant OK, aber seit dem ersten Versuch vor einem Jahr komme ich nicht weiter: Ganze 50W HF bei mehreren hundert Watt input! Das machen die beiden Röhren natürlich nur mal kurzzeitig mit.


    Dabei ist die Schaltung (siehe Anhang und die Bilder in der Galerie) eigentlich nichts Außergewöhnliches:
    - Katodenbasis-Schaltung (wenig Ansteuerung nötig -> für QRP-Gerät wie IC-703 ideal)
    - 2 Röhren parallel (damit es sich vom Aufbau her besser lohnt, hi)
    - Monoband 80m (keine Bandumschalter nötig)
    - AB-Betrieb (also nicht nur für CW geeignet)
    - Netztrafo 350VA (extra anfertigen lassen)
    - Ua=800V aus Doppelnetzteil je 400V
    - Ug2 ca. 170V (zur Arbeitspunkteinstellung separat je Röhre,stabilisiert)
    - Ug1= -60V (-120V bei RX)
    - Ia ruhe ca. 20mA je Röhre
    - Instrument für wahlweise Anzeige Ua/Ia/Ig2 (je Röhre)/Antennenstrom
    - LED als Indikator Ig1 (Aussteuergrenze)
    - Eingangskreis selektiv mit Transformation auf ohmschen Gitter-Abschlusswiderstand 1kOhm, inklusive Kompensation der Eingangskapazität
    - Ausgangskreis als Parallelschwingkreis mit angezapfter Spule (Verzicht auf variable Anpassung durch Collinsfilter mit antennenseitigem Mehrfach-Drehko)
    - Induktivitätsarmer Aufbau des Anodenkreises, Verzicht auf extra Kompensationsmaßnahmen auch wegen niederohmigen Gitter-Abschlusswiderstand


    Ich habe nun heute eine Entdeckung gemacht, die ich mir nicht erklären kann, die aber sicher mit dem Problem zusammenhängt:
    - Der Eingangskreis wurde als L-Glied zur Transformation 50Ohm auf 1kOhm berechnet und aufgebaut. Die Röhren-Eingangskapazität von ges. ca. 100pF ist darin enthalten.
    - Der Abgleich auf Eingangs-SWR=1:1 erfolgte problemlos mit dem Trimmer bei geheizten Röhren, mit Ug1, aber ohne Ua und Ug2
    - Selbst bei Ansteuerung bis zum Ig1-Einsatz (bei ca. 4W input) geht das SWR bis auf max. 1:2 hoch.
    - Aber: Schon bei geringer Aussteuerung (<1W in, ca. 10W out) geht das Eingangs-SWR gegen unendlich hoch!
    - Bei Verstimmung des Ausgangskreises wird das SWR wieder besser!


    Da die PA wie erhofft keinerlei Schwingneigung zeigt und das Signal am Ausgangskreis sauber sinusförmig aussieht, kann ich mir diese starke Rückwirkung auf den Gitterkreis einfach nicht erklären.


    Hat jemand eine Erklärung für diesen Effekt? Ehe ich den Eingangskreis auf Verdacht umkonstruiere würde ich mich über Vorschläge freuen.

    Hallo om Peter,


    ich kenne die Daten der Röhren nicht aus dem "Hut", kann mir aber vorstellen,
    daß die Rückwirkungen auf den Gitterkreis wegen der innerren Kapazitäten
    im HF-Gebiet gewaltig sind.


    Versuche doch bitte einmal die Methode der Neutralisation HV-Tirmmer zwichen Anode
    und kaltem Punkt (47n) des Gitterkreises. Evtl. 47n verkleinern, damit die Neutralisation
    wirksam wird.


    73 de Olaf, DL7VHF

    Hallo Olaf,


    danke für deinen Tipp.


    Mit dem gewählten Aufbau wollte ich eigentlich genau diesen Aufwand einsparen. Es gibt in der Literatur eine große Anzahl Schaltungen zu diesem Röhrentyp. Klassiker (und auch etwas Vorbild) ist die PA von DL9AH von 1982. Sie ist so aufgebaut, dass keine Kompensation erforderlich ist. Er "verbrät" allerdings dort den Großteil der Steuerleistung an einem Widerstand im Eingang und geht ansonsten breitbandig ohne Transformation an die Steuergitter. Ich werde mal nachrechnen/probieren, vielleicht reichen ja die max. 10W des IC-703 für diese simple Methode. Dann hätte ich mir am Ende nur einfach zu viele Gedanken für ein "ordentliches" Konzept gemacht.


    Ich hatte übrigens den Vorläufer dieser PA vor ca. 10 Jahren erfolgreich am Laufen, allerdings mit Ua=600V ohne Trafo direkt aus dem Netz. Dann muss man aber galvanisch getrennt einspeisen (Ringkern, mit Kompensation) und auskoppeln (Koppelspule), was nicht ganz einfach und ungefährlich ist. Das Gerät brachte bei Ansteuerung mit meinem AFE-12-TCVR (max. 5W) locker 200W output auf 80m und hat keine Probleme gemacht. Ich wollte es dann mal auch auf 40m umbauen, habe irgendwann die Lust verloren und es lag ewig in der Schublade. Man sollte eben kein laufendes System verbessern wollen...

    72/73 de Peter in JO61VA, Dresden
    DL-QRP-AG #01921

    Hallo Peter,
    ich vermute dein Problem im Gitter1- Bereich.. deine Anpassung auf das beste SWR muß auch auf der G1_Seite einen passenden Abschluß haben.. dieser besteht aber bei dir aus dem 1Kohm Widerstand gegen die Gittervorspannung und jeweils 1 30Ohm Widerstand in Serie zum G1 .. ich würde als nächstes mal den ganzen Anpaßkrram herausnehmen und mit deiner 703 Leistung direkt an die Gitter1 gehen.. statt des1Kohm Widerstandes 5Watt nimmst du dann einen wesentliche kleinerer z.B. direkt am Gitter1 gegen HF-Masse 50 Ohm...(die beiden 30 Ohm Widerstände in Serie zum jeweiligen G1 entfernen!!!) dann hast du bestes SWR, keine Selbsterregung zu befürchten und vermutlich auch genügend Steuerleistung zur vollen Aussteuerung der beiden Röhren... falls letzteres nicht reicht erhöhst du sukzessive den Widerstand auf höhere Werte..
    ich habe das hier mit einer PA mit 5 x PL519 genauso gemacht.
    Uwe DJ9XG

    2 Mal editiert, zuletzt von DJ9XG ()

    Lbr Peter,


    meines Erachtens ist die Anodenspannung von 800 V für die PL519 zu hoch, und mit der Höhe der Anodenwechselspannung steigen auch die Rückwirkungen auf den Gitterkreis über die Gitter-Anoden-Kapazität. Wenn Du sonst den Eindruck hast, daß die PA bis auf die starken Rückwirkungen einen stabilen Eindruck macht, dann sehe ich darin das Hauptproblem deiner jetzigen Lössung gegenüber früher.


    Man kann die europäischen Zeilenendröhren NICHT mit den US-amerikanischen vergleichen; die sind auch im Fernsteher für höhere Anodenspannungen gebaut. Denn bei nur 110 V Netzspannung kann man keine Zeilenendröhren betreiben, bei 230 V schon eher, aber die Gitter-Anoden-Kapazität der europäischen Zellenendröhren sind deutlich höher als die der amerikanischen. Deine Anmodenspannung von 600 V von früher erscheint mir maßvoller und vernünftiger.


    Die 30-Ohm-Schutzwiderstände vor den Steuergittern würde ich beibehalten, sonst gibt es noch UKW-Schwingungen zwischen beiden Röhren in Gegentakt. Solange die PA nur für 80 m gedacht ist, würde ich aucn nichts neutralisieren (hätte sonst keine Angst davor, habe sogar Topfkreise neutralisiert), sondern würde Stabilisationsprobleme durch eine niederohmigere Ansteuerung im Gitterkreis zu verbessern suchen.


    Ganz zufrieden bin ich auch mit deinem PA-Kreis nicht; Du wirst nach heutigen Maßstäben noch ein Tiefpaßfilter für die Oberwellen von 80 m brauchen. Aber erst einmal muß die gewünschte Leistung herauskommen.


    Viel Erfolg.

    Ha-Jo, DJ1ZB

    Hajo und Gerhard,
    aus dem Schaltbild kann ich beim besten Willen keine Gegentakt-PA erkennen.. es ist eine simple Eintakt_PA mit 2 parallel geschalteten Röhren... nirgendwo Gegentakt welche ja symmetrische Ein-und Ausgangskreise haben müsste ... also ein völlig anderes Konzept als die PA von DL1YEO
    1000V für die PL-509 sind auch noch ok, allerdings ist das schon grenzwertig... fahre meine auch nur mit 600V.. die Kapazitäten sind keine Problem, wenn ich relativ niederohmig am G1 bleibe... wie schon geschrieben habe hier 5 Stück im Parallelbetrieb, die auch noch 750W auf 10m bringen, ohne jegliche Eingangskompensation des hohen Gesamt-C,s.
    Uwe DJ9XG.

    Hallo Peter:


    hier ein Auszug aus der glowbug-mailingliste:


    Dear amigos:
    Absolutely true ! TV Sweep tubes, designed to draw a large plate current at low plate voltages are an excellent choice for " an economy MOPA rig "


    A simple " high voltage power supply" - voltage doubler from a present day 120 Volts to 120 Volts isolation transformer makes by MOPA final tube - a PL500 - very happy indeed.


    By the way, a MOPA with 2 PL500's makes a nice lightweight CW rig... put the two PL500's filaments in series , add a diode, plus a thermal protection resistor, and connect this to the 120 volts AC, you may need maybe an extra wire wound resistor in series to make the mark of 27.5 volts to each of the PL500's filaments... BUT... no need for a filament transformer !!!


    I am now organizing the parts in a box... to build a similar MOPA rig for a friend that has just upgraded his ham radio license and can operate on 40 meters.


    It can even work without the isolation transformer - although I won't recommend it - in case you can't find one.... The half wave voltage doubler circuit with the husky 330 microfarads at 250 volts DC big electrolytics connected in series - 4 required - and the 1N4007's recycled from the broken compact fluorescent 20 Watt Chinese lightbulbs... makes a very nice power supply for the high voltage.


    You can even add a VR-105 or similar gas discharge regulator tube to provide regulated DC to the screen grid of the PL500 oscillator...


    The rig uses cathode keying ,,,, but a more elaborate version includes a negative voltage power supply to provide very nice sounding grid block keying.


    Breadboard... well, not true breadboard, but 3/4 inch plywood board , is used to assembly this ultra low cost 40meters CW rig... that can be build in just a few hours using hand tools. It is crystal controlled and can be duplicated with many other vacuum tubes combinations if provided with a filament transformer instead of using the series connected filaments approach I am describing here,


    More details : For those not having at hand air spaced variable capacitors,,, a fixed plate tuning capacitor can be used, and then the tuning is done with a home built variable inductance coil... NO , this is not a "complex roller coaster mechanical arrangement ", it is just a 15 turns coil with taps on the first
    7 turns, so that one can find the proper tuning point for maximum output... the PI network antenna loading capacitor is a standard tubes AM broadcast band variable capacitor 140 + 365 pF connected in parallel and if needed with some additional ceramic or mica capacitors.


    The crystal oscillator uses an ELECTRON COUPLED circuit, with the quartz crystal connected between the screen grid and the control grid of the PL500 oscillator tube... The screen grid can be fed with
    +105 volts regulated , but it works nicely without the regulated voltage...


    The plate of the PL500 oscillator tube is not tuned... I have used just a plate resistor, but " by design"
    if should use a rather non critical in value homebrew radio frequency choke.


    I have tested a lot of components values , and found out that this rig is quite tolerant of the span of both resistors and capacitors values on both the oscillator and final RF amplifier stages...


    The original idea of the series connected filaments and the voltage doubler power supply came from a Danish World War II radio transmitter built by the locals to communicate during the German Nazis occupation of that country... It was called " The Telephone Book" , because it could be fitted into a Copenhaguen telephone book from where the inner pages were removed !!!


    The Danes had the advantage of a 220 volts AC power line, so their TelephoneBogen rig run on a much higher high voltage than the voltage that you can achieve from a voltage doubler that works with 120 volts AC input...





    n2ey@aol.com wrote:
    > Looking at the tube manuals, it seems to me that the 6AV5 is simply a
    > 6BQ6 with the plate lead out the bottom rather than to a top cap. All
    > the other ratings are very close if not identical.
    >
    > The main problems I can see with both the 6BQ6 and 6AV5 as RF
    > amplifiers are:
    >
    > 1) Limited plate dissipation (11 watts) - probably shouldn't try to
    > push more than 35 or 40 watts into one
    >
    > 2) High Cgp - more than double that of an 807, which means
    > neutralization will probably be needed.
    >
    > OTOH, the tubes draw a lot of plate current at low voltage, making
    > them a better choice if you want to run at 350 or 400 volts B+.
    >
    > IIRC, the W1ICP article "65 Watts At Low Cost" mentions 6BQ6s as a
    > possible final tube; but cautions that you should keep the plate
    > current down somewhat lower. Still, 350 volts at 200 mA is 70 watts
    > input, and the power supply is simplified. I would think 6AV5s would
    > do the same job.
    >
    > That article (it's on the GB website) is a good starting point for any
    > MOPA.
    >
    > 73 de Jim, N2EY




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    73
    de
    Addi / DC0DW

    Ich danke euch erst einmal für die zahlreichen Tipps und Gedanken. Auch wenn ich wahrscheinlich erst am kommenden Wochenende dazukomme, das Löteisen anzuwerfen.


    Die angesprochenen Schaltungen kenne ich bereits und habe sie mit Interesse studieren und vergleichen können.


    Ich werde wohl zuerst den Vorschlag von Uwe testen: Ohne Transformationsglieder die Ansteuerung auf die mit 50 Ohm niederohmig abgeschlossenen Steuergitter geben und sehen, wie der Wirkungsgrad aussieht. Evtl.kann man zwar nicht voll aussteuern, dann bliebe aber immer noch ein Ringkerntrafo 1:2 auf 200 Ohm.


    Die Gittervorwiderstände gibt es auch in anderen Applikationen und ich lasse sie wegen Schwingneigung besser drin.


    Die 800V Anodenspannung sollten wahrlich noch nicht kritisch sein. Es gibt da Schaltungen mit >1000V... Die Wahl auf 800V fiel übrigens wegen den üblichen Elkos mit max. 450V und der Überlegung, dass man bei 2x400V auch die Schirmgitterspannung ganz gut stabilisiert erzeugen kann.


    Ich werde auf jeden Fall hier berichten, hoffentlich von Erfolgen, hi.

    72/73 de Peter in JO61VA, Dresden
    DL-QRP-AG #01921

    hei,
    Du kanst vielleicht mal die site von pa0fri ansehen! Vieles uber qrp und qro mitt pl-519 ror.Auch bei niedrige steurung(qrp-trx)

    Hi,


    wenn die Arbeitspunkteinstellung der Röhren korrekt ist, kann mangelnde Ausgangsleistung nur mit einem falschen Röhren-Lastwiderstand zusammenhängen. Dieser ergibt sich aus dem Anzapf am Ausgangskreis und der Spannungsteilung zwischen Koppel-C und Kreis. Wenn man den Lastwiderstand aus den Röhrendaten richtig bestimmt hat und diesen als diskreten ohmschen Widerstand an Stelle der Röhren an das Ausgangsnetzwerk gegen Masse anschaltet, dann muss man z. B. mit einem Antennenmessegrät in den Antennenanschluss hineingemessen Anpassung feststellen. Wenn die nicht gegeben ist, gibts auch keine volle Ausgangsleistung!


    73, Uli, DK4SX

    2 Mal editiert, zuletzt von DK4SX ()

    Hallo Uli,


    der Meinung war ich bisher auch. Ich hatte deshalb selbstverständlich zuerst mit unterschiedlichen Tankkreis-Anzapfungen experimentiert, musste aber verwundert feststellen, dass sich kaum Änderungen ergaben! Ich hatte ja vermutet, dass es bei zu loser oder gar fehlender Auskopplung einen deutlichen tiefen Anodenstrom-Dip geben müsste. Ist aber nicht, eher ein Strommaximum.


    Der optimale Lastwiderstand (abhängig u.a. von Betriebsart, Anodenspannung und -strom) sollte lt. Literatur bei ca. 1000...1200Ohm liegen. Ich habe deshalb den von dir vorgeschlagenen Test bereits vor einem Jahr gemacht: Mal direkt einen 1kOhm-Widerstand vom Anodenblech nach Masse gelötet und (bei ausgeschalteten Röhrenspannungen!) HF von der Antennenbuchse rückwärts eingespeist: Im Resonanzpunkt war das SWR wirklich 1:1, wenn die Anzapfung bei der 2. Windung lag. Also stimmt sowohl die Resonanzfrequenz als auch die Transformation. An einer falschen Wahl des L-C-Verhältnisses sollte es auch nicht liegen: Ich rechne mit Betriebsgüte Q=12...15 als empfohlener Kompromiss, das ergibt ca. 600pF Kreiskapazität.


    Wie schon geschrieben ruhen meine ganzen Hoffnungen nun auf dem Umbau des Eingangskreises von selektivem L-Glied auf breitbandige, ggf. niederohmigere Einkopplung. So ähnlich war es ja auch in der früheren Variante, die auf Anhieb funktioniert hatte: Ringkern mit Np=9, Ns=40 -> Transformation 50Ohm zu 1kOhm.


    Schaun 'mer mal.

    72/73 de Peter in JO61VA, Dresden
    DL-QRP-AG #01921

    hallo Peter,
    Du liegst jetzt sicher richtig.
    Soweit ich gefunden habe, liegt die G1-A-Kapazität bei dieser Röhre bei 3pF! Das mal 2 = 6pF. Die Wirkung auf den Knotenpunkt Gitter hängt m.E. linear vom Spannungsverhältnis A/G1 (Spannungsverstärkung) ab. Könnte 10x6=60pF entsprechen. Damit ist Deine Eingangskreisberechnung völlig im Eimer.
    ==> wie DJ9XG schon vorschlug:
    Eingang drastisch niederohmiger (breitbandiger) machen!!!
    (statt 1kOhm z.B 50..200 Ohm und nötigenfalls zur Anpassung aus dem L-C-Glied ein P-Filter machen)
    oder - wie von Dir schon vorgeschlagen - ersatzweise einen (mittels Widerstand bedämpften) Eingangsübertrager.
    Die Längswiderstände am Gitter würde ich auch belassen, aber evtl (falls nötig und keine Schwingneigung) bissel verkleinern.
    Viel Erfolg! Gert

    Hallo Gert und alle weiteren Helfer,


    die Tipps haben geholfen, denn ich konnte heute die ersten beiden QSOs mit der PA fahren, nachdem ich die einzig noch infrage kommende Stelle "Eingangsanpassung" radikal abgemagert hatte: Nur noch ein Dickschicht-R 75 Ohm HF-mäßig zwischen G1 und Masse, kein L und kein C (außer natürlich Abblock- und Koppel-). Wie schon vermutet muss man nun natürlich zwar viel mehr Ansteuerung bringen, um die Röhren auszusteuern, aber der undiskutable Wirkungsgrad hat sich in einen vernünftigen gewandelt. Mit den vollen 10W des IC-703 komme ich locker auf ca. 100W HF und das bei ca. 160W input. Das merken die Röhren (fast) noch gar nicht, hi.


    Interessanterweise hat sich auch der Resonanzpunkt des Anodenkreises etwas verschoben. Man muss jetzt am Drehko für die Resonanz etwas mehr C geben als früher. Die Spule hat aber noch 2 Reservewindungen, ist also kein Problem.


    Als nächstes werde ich es nun mal mit einem zwischengeschalteten UnUn 1:4 auf einem Ringkern und dann z.B. 220 Ohm Abschluss dahinter versuchen. Wenn ich Glück habe, reicht die dann ja doppelte Gitter-HF-Spannung, um die Röhren und den Trafo wie geplant voll auszufahren. Und auch dieser ohmsche Abschluss sollte hoffentlich noch keine Schwingneigung bringen. Nun macht das Basteln erstmal wieder Spaß.


    Fazit: Über ein Jahr gegrübelt, was da los ist. Am Ende ist es eben in der HF-Technik doch nicht damit getan, statische Werte zu messen, ohne die (von mir völlig unterschätzten) Rückwirkungen mit zu betrachten.


    Edit 14.01.2010
    Habe heute wie geplant den Ringkernübertrager mit 2x9 Windungen eingebaut und den Lastwiderstand entsprechend erhöht. 2 parallelgeschaltete Draht-Widerstände 470Ohm/6Watt schlagen gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe: Sind trotz kleiner Bauform höher belastbar und bringen mit ihrem induktiven Anteil zusammen mit den Röhren-Eingangskapazitäten ein besseres SWR als die sonst an dieser Stelle üblichen induktionsarmen Typen.


    Im Ergebnis kann ich nun mit ca. 8 Watt endlich die PA auch mal bis zur Aussteuergrenze (Einsatz Steuergitterstrom) reizen und komme dann auf ca. 300 Watt HF bei ca. 400 Watt Input. Das geht natürlich nicht im Dauerstrich, aber etwas Reserve ist ja immer gut.

    72/73 de Peter in JO61VA, Dresden
    DL-QRP-AG #01921

    Einmal editiert, zuletzt von dl6dsa ()