[]
Amplificateur HF 2 x GS35b

                                                                        Droits d'auteur (Copyrights)

AMPLIFICATEUR H.F 2 X GS35b F4EOH

 

 

       

 

 

1/ le projet :

 

Le projet remonte à fin 2008 lors d’un séjour professionnel au Tadjikistan, anciennement sous l’autorité de l’ URSS, ce pays regorgeait en un temps de matériel radio déclassé de l’armée Russe, ce n’était plus le cas malheureusement en 2008, je suis rentré bredouille. L’idée était de construire un amplificateur expérimental à base de triodes Russes GS35b particulièrement robuste, fiable et à prix raisonnable. Bien que cette idée fasse sourire mon entourage, je décidais de me lancer dans l’étude (pour ne pas dire l’aventure). Je me suis inspiré à ce moment là du site GS35b.com du site de W4ZT et du site de Dominique F1FRV . Alors pourquoi autant de puissance ? Et bien la philosophie est basée en tout premier lieu sur l’expérimentation et ce n’est pas parce que l’on dispose d’une Porsche capable de rouler à 240km/h que l’on va rouler à 240km/h sur l’autoroute. Il suffit de mettre cette Porsche dans les mains d’une personne responsable qui prendra plaisir à conduire sans pour autant enfreindre la loi.

 

                 

 

 

    Le schéma est basé sur un montage "grilles à la masse" des deux triodes:

 

 

     

 

                             

  

 

 

 

2/ le dimensionnement :

 

Lorsqu’on s’attaque à un monstre tel que celui-ci, le plus dur est de savoir comment dimensionner au plus juste chacune des pièces constituant l’ampli.

 

                                                      

 

Aujourd’hui, peu de personnes sont capables de dimensionner ces pièces, et peu prennent la peine de partager leur expérience en la matière. J’ai donc cherché et accumulé pendant plusieurs mois de la documentation sur le net qui offre une grande richesse mais il faut trier prudemment les données parfois aléatoires ou carrément fausses. L’essentiel m’a été apporté par Dominique F1FRV car les données techniques étaient étudiées, réfléchies et déjà exploitées par d’autres.

 

3/ l’approvisionnement des composants :

 

3.1/  les tubes et supports :

 

Ils se trouvent facilement sur le net, sur les salons radioamateur ou par des annonces de radioamateurs qui ont abandonné leur projet et se séparent de leur tube. J’ai eu la chance de trouver deux tubes neufs auprès d’un radioamateur Français.

 

     

 

 

                                                                   

 

                                                                     GS35b Data

 

 

 Les tubes étant entreposés dans leur boite depuis 1987, il a fallu les « dégazer » c'est-à-dire reformer le getter à l’intérieur du tube. Ceci se fait en plusieurs étapes, la première étant le chauffage des filaments pendant des périodes de plus en plus longues. Ensuite, il faut faire débiter les tubes de quelques milli ampères pendant de courtes périodes. Tout ceci, bien sûr, avec une ventilation efficace.

 

     

Concernant les supports des tubes, il y avait trois solutions : les acheter tout prêts en les trouvant à prix d’or sur le net : supports de récupération d’origine militaire, ou bien en le faisant moi-même avec une simple plaque de fixation des tubes au niveau de la grille, puis des entretoises de séparation. Une dernière solution, celle que j’ai retenue, était d’usiner des pièces en cuivre et en aluminium afin de reproduire des supports déjà existants à partir du site de W4ZT

 

                                    

 

                                                         Support W4ZT ci dessus

 

 

      

 

                                                                    Support F4EOH ci dessus

 

 

Selon lui, ces supports permettent une répartition équitable du flux d’air et un refroidissement bien uniforme des tubes. De plus, le contact des grilles à la masse est optimisé par la partie en cuivre de 4mm d’épaisseur où viennent reposer les tubes solidement serrés sur leur support. Après de nombreuses heures de travail, ce support donne enfin satisfaction. 

Enfin, une trappe sera prévue sur le dessous de l’ampli permettant l’accès aux cathodes.

 

     

 

3.2/ Le pi de sortie :

 

     

 

  Le calcul du pi de sortie est établi grâce au tableau Excell de Dominique F1FRV disponible ici: 

 

                                                          http://f1frv.free.fr/main3d_pi.html

 

 

 

                                                     

 

    Après vérification à l'analyseur de réseau en suivant la procédure utilisée sur mon ampli Kenwood TL922 (CF le petit 7 ici:  http://f4eoh.free.fr/modification_kenwood_tl922_1252.htm ), il s'avère que les points d'attaques sur les selfs ainsi que la position des CVsont conformes à la théorie.

 

 

3.2.1/ les condensateurs :

 

Ce sont des condensateurs sous vides motorisés, équipés de potentiomètres de recopie et de butées de fin de course, l’un de 2000pf 7,5kV 60 ampères (Jennings UCSXF2000), avec capacités additionnelles mica de 2 X 390pF 2500v (bande 80m) et 2 X 1000pF 2500V (bande 160m) et l’autre de 300pF 10kV 40 ampères (Jennings UCS300) avec capacités additionnelles de 500pF pour la bande 160m et de 300pF pour la bande 80m.

 

 

     

 

La recopie se fait à partir des potentiomètres multi tours qui fournissent l’information de leur position à un quadruple ampli opérationnel suivi de galvanomètre affichant ainsi le nombre de tours des CV. Un variateur de vitesse commandé depuis la face avant permet d’accélérer ou diminuer la vitesse de rotation des moteurs : extrêmement pratique lors des changements de bandes en concours notamment.

 

3.2.2/ la self :

 

      

 

La self est séparée en deux parties : diamètre 9,52mm pour les bandes hautes et 6,35mm pour les bandes basses 160m et 80m. Ce cuivre au diamètre américain se trouve facilement au rayon « climatisation » dans les magasins de bricolage.

Petite astuce pour ne pas que le cuivre de 9,52mm ne s'aplatisse: insérer à l'intérieur l'âme de coaxial RG213 à l'intérieur du tuyau avant bobinage, on obtien aisi une kolie self!

 

3.2.3/ le commutateur :

 

 

     

 

 

Le commutateur 10 positions est largement bien dimensionné pour cette application et possède trois galettes permettant pour la première de commuter la self, pour la seconde de commuter les capacités additionnelles du CV plaques et pour la troisième, de commuter les capacités additionnelles du CV load. Les 10 positions sont intéressantes afin de pouvoir couvrir toutes les bandes y compris la bande 60m (qui risque fort de nous être attribuée dans un futur incertain) sans être obligé de faire des compromis de réglages comme avec certains amplificateurs commerciaux.

 

4/ la ventilation :

 

Mon projet de ventilation avec la turbine placée dans la pièce à côté de mon shack a très vite été abandonné car le bruit vient beaucoup plus du chemin emprunté par l’air au travers du support des tubes et des ailettes en cuivre des tubes que de la turbine elle-même.

 

     

 

 Une turbine bien dimensionnée a pris place directement à l’arrière de l’amplificateur.

 

     

 

 

Il y a possibilité de calmer un peu cette turbine lorsque l’ampli est utilisé à puissance réduite.

 

 

                                             

 

5/ la self de choc haute tension :

 

Ce point est un point particulièrement sensible car soumis à de la haute tension et au passage du courant anodes. Le rôle de cette self est de bloquer le passage dela HF des anodes vers l’alimentation haute tension, grâce à son inductance importante. Il faut contrôler à l’analyseur qu’il n’y ait aucune auto oscillation parasite (résonance sous forme de « pic ») sur les bandes HF utilisées. Pour se faire, on utilise ici un mandrin en forme de tube Téflon où sont bobinés 128 spires de fil de cuivre émaillé de 15/10ème (fil dimensionné pour passer 2 ampères sous 4000 volts).

 

                  

 

 

Cela donne environ 160µH, inductance satisfaisante sur quelques bandes mais insuffisante sur d’autres bandes ou à proximité immédiate de ces bandes. Pour augmenter cette inductance, il suffit d’insérer un barreau de ferrite au centre et sur toute la longueur de cette self, la faisant passer ainsi à 790,6µH. Après test à l’analyseur (un simple grid dip peut éventuellement faire l’affaire : http://f4eoh.free.fr/un_grid_dip_ultra_simple_322.htm ), plus aucun pic parasite n’apparaît. Un système de fixation solide sur le coffret a du être mis en place.

 

6/ Sécurités et appareils de mesure :

 

C’est la le cœur de l’amplificateur et c’est un point crucial qui va protéger l’amplificateur, l’opérateur, et conditionner aussi le confort de l’opérateur. Des cartes toutes prêtes ou à monter en kit existent chez GM3SEK (la fameuse « triode board » qui fonctionne bien mais n’intègre pas toutes les fonctions que j’espérais), chez W6PQL, pareil, fonctions incomplètes, OM cependant disponible, ouvert et sympathique lors d’échanges par courriel. J’ai finalement monté les cartes mises au point et étudiées pas Dominique F1FRV. Elles sont vraiment adaptées à mon application, simples, les explications sont claires et en Français. Dominique disposait à ce moment là de circuits imprimés de qualité, sérigraphiés :

 

                                  http://f1frv.free.fr/main1n_Triode_Linear_Amp.html

 

6.1/ la carte logique :

 

 

       

 

 

 

Cette carte joue plusieurs rôles indispensables au bon fonctionnement de l’amplificateur, parmi eux :

6.1.1/ allumage et extinction de l’amplificateur et protection anti-surtension.

6.1.2/ le soft start (démarrage en douceur afin de limiter le courant à l’allumage) de l’alimentation filament avec commutation automatique d’une résistance en série sur l’alimentation (à découpage, 12,6 volts CC en charge) filaments.

6.1.3/ gestion de la commande des relais d’émission / réception et « by pass » après réception de l’information en provenance du tranceiver.

6.1.4/ un séquenceur permettant l’insertion d’un récepteur secondaire ou un préamplificateur d’antenne.

6.1.5/ la gestion des LED pour les diverses informations en façade.

 

                                      

 

 

6.2/ la carte cathodes et mesures :

 

 

 

      

 

 

Cette carte gère le courant de repos des tubes grâce à un transistor FET IRFP8240 (dans la plupart des montages, un transistor PNP est utilisé, ici, le FET travaille mieux avec moins de dissipation de chaleur, néanmoins, un refroidissement avec un radiateur largement dimensionné s’impose, ici, un radiateur QRO de processeur d'ordinateur). Deux réglages séparés des courants de repos sont possibles pour la SSB ou pour la CW. La carte détecte la présence de haute tension, et indique les courants grilles et plaques des tubes. Elle fait partie intégrante de la chaîne de sécurité.

 

Pour des raisons de sécurité propre à mon design, les résistances chutrices de HT de cette carte se trouvent juste derrière la paroi du côté des tubes.

 

     

 

 

6.3/ la carte « timer » de la turbine :

 

 

       

 

Le timer s’articule autour d’un LM393. Cette carte, connectée à la carte logique, permet à la turbine de continuer à tourner après extinction de l’amplificateur pendant une durée réglable, ici, 5 minutes, et offre  aux tubes un refroidissement complet qui aide à leur longévité.   

 

7/ le coffret de l’ampli :

 

Le coffret de l’ampli a été dimensionné de manière à pouvoir accueillir tous les composants de manière à ce qu’ils soient accessibles tout en ayant une taille relativement petite : 65cm de large, 50cm de profondeur (avec un dépassement de 18cm de plus pour la turbine) et 25cm de haut. J’ai défini le design moi-même en me basant sur mon expérience, et de manière la plus logique qui soit. La tôle d’aluminium mesure 1,5mm à 2mm d’épaisseur selon les endroits et son fixées entre elles par des équerres de 15mm X 15mm rivetées solidement. Le dessus du coffret reçoit deux grosses poignées solidement fixées, qui permettent soit de porter l’ampli (lorsque les vis du capot sont en place) ou d’enlever le capot une fois toutes les vis du capot enlevées.

 

Le coffret possède certaines parcellisations internes et externes :

 

7.1/ parcellisation interne :

 

Toute la partie sécurité et logique plus les alimentations BT (12,6v filament et 24V accessoires) se trouve au fond à droite dans une partie blindée est complètement isolée de la HF. De plus, de nombreuses ferrites et découplages divers au primaire et au secondaire de chaque alimentation sont installées soigneusement, par principe de précaution. Ce compartiment correspond avec un autre compartiment en façade qui reçoit tous les galvanomètres et signalisation par diodes LED, le passage des fils se fait par un blindage constitué d’un tubes en aluminium de 30mm de diamètre et 32cm de long.

 

7.2/ parcellisation externe :

 

Enfin, un dernier compartiment se trouve à l’arrière et contient les relais sous vide.

 

8/ la commutation émission réception :

 

 

                      

 

                                   

 

 

Le compartiment blindé à l’arrière du coffret contient :

—Les relais émission (deux relais sous vide Russe B2B1B) et un gros relais Finder pour la réception.

—Deux relais sous vide Russe B2B1B permettant d’alimenter deux antennes les sorties « Ant A » et Ant B » étant des connecteurs type 7-16, sorties commandées depuis la façade.

—Un système de détection de la puissance directe et réfléchie « SWR Bridge ».

 

9/ la détection de puissance :

 

Le SWR Bridge  construit sur les plans et calculs, disponible sur le site de F1FRV

 

 

     

 

 

( http://f1frv.free.fr/main3h_SWR_Bridges.html ) est dimensionné pour pouvoir passer plus de 5kw et le passage de l’information se fait par le passage de deux fils blindés au travers du coffret pour accéder à un LM324 qui indiquera sur un galvanomètre à aiguilles croisées simultanément la puissance directe et réfléchie en passant par trois calibres disponibles (Directe/Réfléchie) : 500w/100w ou 2500w/500w ou 5000w/1000w un petit potentiomètre ajustable permettant un calibrage précis de ce puissance en prenant comme référence les puissances indiquées par mon Bird 43 : http://f4eoh.free.fr/modification_bird_43_638.htm .

 

 

     

 

 

10/ la capacité de liaison entre les anodes et le pi de sortie :

 

Elle est constituée par la mise en parallèle de trois capacités Russes de 470pF 15kV

 

                             

 

11/ alimentation haute tension :

 

Une alimentation haute tension capable d’alimenter cet amplificateur à la puissance maximum en régime soutenu a été réalisée, décrite sur cette page : http://f4eoh.free.fr/alimentation_haute_tension_5kw_977.htm

 

12/ La mise en œuvre de l’amplificateur :

 

La mise en œuvre et les réglages ne diffèrent en rien d’un amplificateur à tubes traditionnel mis à part quelques détails :

 

12.1/ antenne et système d’accord :

 

L’antenne utilisée doit pouvoir tenir la puissance et doit être dimensionnée pour cela, ainsi que le système d’accord. Pour une antenne Lévy, prévoir du câble en cuivre gainé de 6mm2 pour les brins rayonnants et pour l’échèle à grenouille. La boite d’accord pour antenne Lévy doit être correctement dimensionnée :  http://f4eoh.free.fr/mac_coy_66_fortes_puissances_1347.htm

 

Une antenne double FD4 avec brins rayonnants en cuivre gainé de 6mm2 et balun 6/1 de 10kW PEP et fiche 7- 16 a été aussi expérimentée avec succès.

 

       

 

               

 

       

 

    Courbe du BALUN 6/1 10kW PEP seul                         Courbne de l'antenne double FD4

 

 

                On observe que les résultats attendus sont au rendez-vous. Je déconseille de tenter de "régler" une fréquence en allongeant ou racourcissant un ou des brins, au risque de dérégler toutes les autres bandes. Cette antenne, bien qu'offrant totale satisfaction, reste un "compromis".

 

                                      

 

                              Construction d'une antenne double FD4 et double FD4 "full size"

 

 

12.2/ mesure puissance directe et réfléchie :

 

Malgré la fiabilité  du SWR bridge et des indications simultanées des puissances directes et réfléchies internes à l’amplificateur, le BIRD 43 fait parfaitement l’affaire à condition de l’équiper de fiches 7-16.

 

     

 

12.3/ Connecteurs et bretelles :

 

Que ce soit sur les appareils de mesure, du système d’accord ou des bretelles, il est impératif d’utiliser des connecteurs 7-16.

 

12.4/ Préréglages rapides :

 

Afin d’opérer en toute tranquillité, rapidité (concours) et efficacité, un tableau de préréglages est disponible sur la face de l’amplificateur, quelle que soit l’antenne utilisée car les valeurs de ce tableau sont propre à l’amplificateur.

L’expérience montre que ce tableau est d’une fiabilité sans faille.

 

                                                      

 

    

12.5/ Alimentation secteur:

 

La puissance de sortie est très voisine de 5 kilo watts sur toutes les bandes avec environ 200 watts en drive et la moitié avec 100 watts en drive. Si l'amplificateur est solicité au maximum, il est impératif de prévoir une alimentation secteur (entre l'arrivée du 230V au QRA, au compteur électrique) en 6mm2 si la ligne mesure moins de 10m et en 10mm2 ou 16mm2 si la ligne d'alimentation est supérieure à 10m. Avec une alimentation sous-dimensionnée, le fil d'alimentation risque de chauffer, une chute de tension sera observée, et la puissance de sortie sera limitée.