Selbstbauprojekt GU43B PA

© DC9ZP  2007

  

Projektvorstellung

Programmanleitung ENDSTUFE.EXE

Inhaltsverzeichnis der Bauanleitung

Der passende Tuner zur Endstufe, selbst gebaut

Eine selbst gebaute abgesetzte Umschaltbox für 5 Antennen

Selbstbauprojekt Endstufe mit der russischen Tetrode GU74B

 

Eine KW-Röhrenendstufe mit einfachen Mitteln selbst bauen.

KW-Endstufen hoher Leistung mit Röhren sind immer noch bevorzugte Bastelobjekte. Ältere Funkamateure, die mit der Röhrentechnik aufgewachsen sind, haben sicherlich im Laufe ihres Lebens eine oder mehrere PA selbst gebaut oder sich zumindest mit der Technik auseinander gesetzt. Röhrenendstufen sind immer noch aktuell, sie lassen sich auch mit nur durchschnittlichen mechanischen Fähigkeiten ohne Drehbank und sonstiges Spezialwerkzeug relativ preiswert bauen.

Man soll sich aber keinen Illusionen hingeben. Erstens ist der Umgang mit der unvermeidlichen Hochspannung nicht jedermanns Sache und nichts für Anfänger, zweitens ist ein solches Projekt nicht zwischen Tür und Angel zu erledigen. Man muss viel Zeit einplanen, wobei die meiste Zeit für die Beschaffung der notwendigen Teile verbraucht wird.

Um es auf den Punkt zu bringen: der Selbstbau von Endstufen rechnet sich betriebswirtschaftlich nur, wenn man seine eigene Arbeitszeit zum Nulltarif bewertet und den Erfahrungsgewinn, auch bei Fehlschlägen, als Nutzen verbucht.

Man kann seine PA detailliert im Voraus planen, stellt dann aber fest, dass gerade die Traum-Röhre(n), passende Drehkos oder andere Teile nicht beschaffbar - oder zu teuer sind.

Daher ist zunächst eine Marktsichtung erforderlich, die darin besteht, dass man Amateurfunkflohmärkte besucht und in Ebay die Angebote in der Rubrik Amateurfunk sichtet. Bei der Röhrenbeschaffung muss man darauf achten, dass für den Röhrentyp noch ausreichend Ersatzröhren auf dem Markt sind, denn Röhren sind nun mal Verschleißteile. Die hier gewählte russische GU43B ist noch in hoher Anzahl zu zivilen Preisen (35-60 Euro neu) auf Flohmärkten oder im Internet erhältlich, man decke sich mit mindestens 3 Exemplaren ein.

Es empfiehlt sich also zunächst die Beschaffung der Einzelteile in Angriff nehmen und dann die Detailplanung anzugehen.

Hier soll eine leistungsfähige, aber mit einfachen Mitteln erstellte PA mit der russischen Tetrode GU43B vorgestellt werden. Sie hat eine Anodenverlustleistung von 1000 Watt, kann mit einer Leerlaufanodenspannung bis zu 3300 Volt betrieben werden und zieht dabei ca. 1 A Anodenstrom. Die PA und das Netzteil sind so ausgelegt, dass Dauerstrichaussendungen, wie z.B. bei RTTY mit den in Deutschland erlaubten 750 Watt ohne besonderen Stress für alle Bauteile möglich sind, was angesichts der Röhrendaten nicht verwundert.

Die Bauanleitung ist als Anregung für den Selbstbau ähnlicher Projekte gedacht und nicht als verbindlich und als einzige Lösung mit dieser Röhre anzusehen. Zur Berechnung der PI-Filterkomponenten (Spulen, Eisenpulverkerne, Drehkondensatoren) steht ein von mir geschriebenes Programm" ENDSTUFE.EXE" zur Verfügung mit dem ich den hier vorzustellenden Prototypen berechnet habe. In den einzelnen Stücklisten der Schaltpläne sind die Bezugsquellen angegeben, die ich genutzt habe.

Bild 1: Die PA links und das Netzteil rechts im Partnerlook.

 

Bild 2  Innenansicht HF-Teil

 

 

Grenzdaten der GU43B

Anodenstrom Ia

1000 mA

Anodenspannung Ua

3300 Volt

Anodenverlustleistung Pa

1000 Watt

Maximaler Output Pout

1600 Watt

Schirmgitterspannung Ug2

500 Volt

Schirmgitterverlustleistung Pg2

28 Watt

Steuergittervorspannung

-200 Volt

Steuergitterverlustleistung Pg1

5 Watt

Heizspannung

11,3-13,9 Volt

Heizstrom

6,0-7,2 A

Vorheizzeit der Kathode

180 Sekunden

Max Temperatur (Anode)

150 Grad

Eingangskapazität

90-100 pf

Ausgangskapazität

10-18 pf

f max

100 MHz

Höhe

125 mm

Durchmesser

100 mm

Gewicht ohne Sockel

1,5 kg

 

Die GU43B

Die Schaltbilder und eine umfangreiche Bauanleitung  für das Netzteil und die PA, einschließlich Programm "ENDSTUFE.EXE" sowie viele Referenzen für die Beschaffung der Einzelteile, sind für lizenzierte Funkamateure bei mir als E-Buch (60 Seiten) gegen Erstattung der anfallenden Kosten erhältlich. 

 

Inhaltsverzeichnis der Bauanleitung GU43PA

 

 

INHALT            2

1.            PROJEKTVORSTELLUNG            6

2.         DAS NETZTEIL            8

2.1             Komponenten 8

2.2             Blockschaltbild NT            8

2.3             Leistungsmerkmale Dauerstrich/PEP       8

2.4             Netzteilkonfiguration          9

2.4.1             Gleichrichterdioden kaskadieren            9

2.4.2    Elkos in Reihe schalten            9

2.4.3    Trafos in Reihe schalten            10

2.4.4             Schaltbild 1 Netzteil            10

2.4.5            Stückliste zu Schaltbild Netzteil            11

2.4.6             Stromstoßschutz mit Industriezeitrelais    11

2.4.7            Schaltbild Stromstoßschutz      12

2.5       Die Gitter 2-Spannung im Netzteil            13

2.5.1             Stabilisierung 13

2.5.2    Schutz vor Überstrom und Überspannung            14

2.5.3             Maßnahmen bei negativem Schirmgitterstrom     14

2.5.4             Schaltbild Schirmgitterspannung            15

2.5.5             Stückliste zu Schaltbild  G2-Spannung            15

2.6       Das Steuergitter und  seine negative Vorspannung            15

2.6.1             Zenerdiodenstabilisierung    15

2.6.2             Umschaltbare Vorspannungen für A/AB/C-Betrieb            16

2.6.3             Schaltbild Steuergittervorspannung            16

2.6.4             Stückliste zu  Schaltbild  G1-Vorspannung            17

2.6.5             Stufenlose Regelung der Vorspannung            17

2.7            Zusätzliche Sicherheitseinrichtungen im Netzteil            18

2.7.1    Glitch-Widerstand            18

2.7.2             Berührungsschutz  und Entladung der Elkobänke            18

2.7.3             Spannungsspitzen (Surge Protection)            18

2.8             Bemerkungen zum Dauerstrichbetrieb    18

3.             ELEKTRONIK IN DER PA            19

3.1       Der Heiztransformator  19

3.2       Die Sicherheitselektronik            19

3.3             Blockschaltbild PA            20

3.4       Schutz des Schirmgitters            20

3.4.1             Schaltbild G2-Sicherheit            21

3.4.2            Stückliste Schaltbild Schirmgitterschutz   21

3.5       Schutz vor Ausbleiben der  G1 Vorspannung            21

3.5.1             Schaltbild G1-Schutz 22

3.5.2             Stückliste Schaltbild Ausfallschutz G1-Vorspannung            22

Schaltbild 6a: Variante mit einem PNP-Transistor            22

3.6       PTT-Schaltung und Relais 23

3.6.1             Relaisauswahl und Relais-Timing            23

3.6.2             Bistabile Relais und /oder Vakuumrelais            23

3.6.3             Schaltbild PTT            24

3.6.4             Stückliste Schaltbild  PTT    24

Die Stromversorgung aus dem Heiztrafo            25

3.7.1    Strom für Vakuumrelais und Sicherheitselektronik            25

3.7.2             Druckluftversorgung            25

3.7.3             Schaltbilder  12/24 Volt Netzteil            26

3.8       Inrush-Schutz für Heiztrafo/Elektronik            27

3.9              Zeitverzögerte Einschaltung der Hochspannung          28

4.         DER HF-TEIL DER PA            29

4.1       HF-Schaltbild            29

4.2             Stückliste Schaltbild, HF-Teil PA            29

4.3       Der Eingangskreis            30

4.4       Der Anodenkreis            31

4.4.1    UKW-Sperre 31

4.4.2    Die Anodendrossel           31

4.4.3             Sicherheitsdrossel gegen Hochspannungsdurchschlag            32

4.5       Das PI-Filter            33

4.5.1             Amidon Ringkerne vorbereiten            34

4.5.2    PI-Filter Berechnungsgrundlagen            34

4.5.3             Auslegung der Drehkondensatoren 36

4.5.4    Der handbetätigte Bandwahlschalter      37

4.5.5    Die Rollspulenalternative            38

4.5.6             Vakuumrelais als Bandwahlschalter      38

4.5.7    Einige Bemerkungen zu Vakuumrelais            38

4.6       ALC oder nicht ALC    41

5.         DIE RÖHRE            43

5.1       Sockel und Kamin            43

5.2 Alternativen zur GU43B            44

5.2.1    Die polnische Version der GU43B            44

5.2.2    Die GU84B            44

5.3       Die Grenzdaten der GU43B            45

5.4             Diagramm Kühlluftbedarf          45

5.5 Höchst zulässiger Input und maximaler Output            46

6.             GEHÄUSEAUFBAU/VERDRAHTUNG PA            47

6.1             Gehäuse        47

6.2             Verdrahtung  48

6.2.1             Abblockung gegen HF       48

6.2.2             Hochspannungsutensilien   48

6.3             Messinstrumente und Anzeigen            49

6.3.1             Anzeigen im Netzteil            49

6.3.2             Anzeigen im PA-Gehäuse            49

6.3.3             Kühlluftführung            49

7.         TEST UND INBETRIEBNAHME            50

7.1             Netzteil testen            50

7.1.2    Inrush Schutzschaltung prüfen            50

7.1.2             Netzteil einbrennen            50

7.2       PA Test und Abgleich            51

7.2.1    Test der Zeitrelais            51

7.2.2    Röhre einbrennen            51

7.2.3             Spannungen und LED-Anzeigen            51

7.2.4    Test der Schutzschaltungen    51

7.2.5             Sendetest       51

8.            COPYRIGHT (c) UND HAFTUNGSAUSSCHLUSS          52

9. LITERATUR/FUND- UND BESCHAFFUNGSQUELLEN FÜR BAUTEILE            52

10. GLOSSAR            53

10.1 Vakuum HF- Relais Siemens VR 421      53

10.2 Vakuum HF-Relais Siemens VR311            53

10.3 Vakuum-Relais Siemens VR-121      54

10.4 Dauerbelastbarkeit von Eisenpulver-Ringkernen in Watt bei ca. 25 Grad            54

10.5 Sättigung von Ferrit-/Eisenpulverkernen  54

10.6 Skin Effekt 54

ANLAGE 1: MUSTERTABELLE BERECHNUNGSWERTE PI-FILTER            55

ANLAGE 2: PROGRAMMANLEITUNG ENDSTUFE.EXE    56

1.             PROGRAMMÜBERSICHT            56

1.1       Das Handbuch/Support   56

1.2             Grafikunterstützung            56

1.3             Genauigkeit der Routinen            56

2.             BETRIEB UNTER DOS, WIN ETC.   57

2.1             Vorbereitung zum Start   57

3.             PROGRAMMSTART         57

3.1             Normalstart   57

3.2             Optimierung für LCD Displays            57

4.         DIE NUTZEROBERFLÄCHE            57

4.1             Schaltfelder   57

4.2             Menügrundsätze            57

4.3             Eingaberegeln            57

4.4             Mausbedienung            58

5.         DAS HAUPTMENÜ/BETRIEB            58

Pi-Filter Tiefpass            60

L-Tuner berechnen            62

Ringkern Windung            62

6            COPYRIGHT / HAFTUNGSAUSSCHLUSS          63

6.1             Lizenzbestimmungen            63

 

 

Hinweise zum Programm ENDSTUFE.EXE

 

1.       Programmübersicht

 

Das Programm berechnet die PI-Filter, die darin auftretenden Spannungen und Ströme, die Input/Output Relationen in einer typischen PA und Werte für Anodendrossel und Abblockkondensatoren sowie Reaktanzen. Bei den Berechnungen wird vom üblichen AB1/AB2-Betrieb ausgegangen.

ENDSTUFE.EXE in der Version 20.x ist das Begleitprogramm zum Endstufenprojekt DC9ZP GU43B.

Bezieher der Bauanleitung „PA GU43B DC9ZP“ können mit dem Programm ihre selbstzubauende Endstufe komplett berechnen. Das ausführliche Handbuch des Programms ist der Bauanleitung beigefügt.

Das Programm läuft unter DOS, OS2 und allen 16 und 32 Bit Windowsversionen

 

2.       Die Funktionen des Programms

   

PI-Filter einfach

Berechnet nach Eingabe der Anodenspannung und des Anodenstroms ein normales PI-Filter mit einer Induktivität,  die Daten der notwendigen Drehkos, Spannungen und Ströme sowie die Tankkreisimpedanz. Alle Berechnungen gehen davon aus, dass  der Ausgangswiderstand des PI-Filters 50 Ohm beträgt. Siehe auch Abbildung.

 

 

 

Berechnungsergebnisse eines normalen PI-Filters

 

PI-Filter mehrfach

Berechnet die Daten für ein mehrgliedriges PI-Filter mit zwei Induktivitäten. Dabei wird vom Ausgangswiderstand der Röhre beginnend, die erste Induktivität für eine Anpassung auf 300 Ohm berechnet und danach die zweite von 300 Ohm auf 50 Ohm. Die Oberwellenunterdrückung eines PI-L Filters ist ca. 20 dB höher als beim einfachen.

 

 

Berechnung eines mehrgliedrigen PI-Filters (PI-L Filter)

Pi-Filter Tiefpass

Berechnet ein PI-Filter als z.b. als Tiefpass, oder als Abstimmelement für einen Antennentuner. Eingangs - und Ausgangsimpedanzen können frei gewählt werden.

Drehko berechnen

Hier werden nach Abfrage der entsprechenden Daten die Kapazität und die mechanische Länge von selbst gebauten Drehkos ermittelt. Für Bastler die richtige Funktion, weil es bei Ebay Anbieter von Rotor- und Statorplatten gibt. Für die notwendige Berechnung der Fläche einer Platte durch das Programm nehmen Sie eine der halbrunden Rotorplatten und messen den Radius in cm.

 

Reaktanz C pf

Berechnet die Reaktanz ( Blindwiderstand) eines Kondensators in Ohm

 

Reaktanz   L μH

Berechnet die Reaktanz einer Induktivität in Ohm.

 

Weitere Berechnungen

ruft das nachfolgende Menü auf:

 

 

 

Optionen des Untermenüs:

 

Watt-PEP

Berechnet die Ausgangsleistung in PEP. Dazu ist die Leistung bei Dauerträger, die Leerlaufanodenspannung und die Anodenspannung bei Dauerträger einzugeben.

 

Output maximal

Berechnet anhand der Anodenverlustleistung der Röhre und des Wirkungsgrades der PA den höchstmöglichen Output bei der die Röhre noch nicht überlastet wird. Einzelheiten sind in der Bauanleitung am konkreten Beispiel erläutert.

 

Input maximal

Berechnet anhand der Anodenverlustleistung der Röhre und des Wirkungsgrades der PA den höchstmöglichen Input.

 

Abblock-C Werte

Berechnet die höchstzulässige Reaktanz des Abblockkondensators sowie den Kapazitätswert in pf den er auf dem 160 m Band mindestens haben muss. Auf allen anderen Bändern ist das C dann ausreichend weil die Reaktanz mit zunehmender Frequenz sinkt.

Berechnet den Stromfluss in mA der im ungünstigten Fall (29 MHz-Band) durch den Abblockkondensator fließt. Dazu muss u.a. die Ausgangskapazität der Röhre (Datenblatt) bekannt sein.

Anoden Drossel

Berechnet die minimale Reaktanz der Anodendrossel und deren Induktivität in µH, die sie auf dem 160m Band zwingend haben muss. Auf den anderen Bändern ist der Blindwiderstand dann wesentlich höher und somit ausreichend. Zusätzlich wird die Windungs-Kapazität der Drossel berechnet und die zu erwartende Serienresonanz.  Variieren Sie die Drossel so, dass die Serienresonanz stets außerhalb der Amateurfunkbänder liegt.

L-Tuner berechnen

Berechnet einen zur Endstufe passenden Antennentuner.