La realizzazione di un amplificatore di potenza (PA) per la banda VHF, in particolare per i 144 MHz, rappresenta una sfida intrigante per gli appassionati di radiofrequenza. Sebbene in passato l'idea di affrontare questa banda non fosse nei piani, la disponibilità di un lineare broadcast FM della C.E.A. Telecomunicazioni, modello AS-1000-K, ha acceso la curiosità e la voglia di sperimentazione. Questo amplificatore, originariamente progettato per la trasmissione FM, utilizza un triodo Eimac 3CX800, un componente noto per le sue prestazioni e robustezza. L'obiettivo è adattare questo apparecchio per operare efficacemente nella banda dei 2 metri, una trasposizione che richiede modifiche mirate e una profonda comprensione dei principi di funzionamento degli amplificatori a valvole.
La Valvola Eimac 3CX800: Caratteristiche e Potenzialità
Il cuore di questo progetto è il triodo Eimac 3CX800. Questo tubo, a detta del venditore, era funzionante. Le informazioni disponibili suggeriscono che la tensione anodica ideale si aggiri intorno ai 3 kV, un parametro cruciale per determinare la potenza di uscita teorica. La 3CX800A7, in particolare, sembra non tollerare tensioni superiori a 2.25 kV, mentre varianti come la 3CPX potrebbero supportare tensioni fino a 4.5 kV. Con una corrente di placca di 0.6 A a 3.5 kV, la potenza di ingresso sarebbe di circa 2.1 kW. Assumendo un rendimento del 60%, la potenza di uscita effettiva si attesterebbe intorno ai 1.3 kW. Tuttavia, nel contesto radioamatoriale, soprattutto per le trasmissioni SSB e CW, è possibile spingersi oltre i limiti teorici di funzionamento continuo, mirando a potenze di uscita nell'ordine di 1 kW per SSB/CW e circa 800W in FM, mantenendo un rendimento del 65%.
È importante notare che alcune varianti di questo triodo, come le "CPX", sono state progettate per tensioni anodiche significativamente più elevate, grazie a una struttura fisica più imponente, che consente un'elevata potenza di picco, sebbene la dissipazione rimanga un fattore limitante per il funzionamento continuo. La qualità costruttiva di questi tubi è generalmente elevata, con una quasi assenza di problemi di breakdown o flashover.
Modifiche alla Cavità di Uscita per la Banda VHF
L'adattamento del lineare broadcast per la banda dei 144 MHz ha comportato una revisione completa della cavità di uscita. L'approccio è stato quello di semplificare radicalmente la struttura originale, mantenendo solo il condensatore di disaccoppiamento. Il condensatore verso massa è stato spostato, e il collegamento verso l'antenna è stato realizzato tramite un condensatore autocostruito. La linea di accordo originale è stata sostituita con una bobina di una spira, con un diametro di 5 mm, avvolta su un supporto di 50 mm di diametro.
Le prime risonanze ottenute dopo queste modifiche indicano un buon punto di partenza per l'ottimizzazione. La cavità di uscita, una volta modificata, ha dimostrato di funzionare a dovere, permettendo di raggiungere potenze significative.
Ottimizzazione del Circuito di Ingresso (P-Greco)
Per quanto riguarda il circuito di ingresso, noto anche come "P-greco", l'obiettivo è garantire un adattamento di impedenza efficiente e a banda larga. Inizialmente, è stata utilizzata una resistenza di catodo da 56 Ohm, regolata tramite un trimmer ceramico, che rappresenta un'impedenza tipica per questo tipo di triodo. Nonostante la presenza di parti reattive, l'utilizzo di due condensatori variabili consente di effettuare l'adattamento finale.
L'adattamento di ingresso iniziale si è rivelato a banda larga, un aspetto non sempre desiderabile per applicazioni specifiche. Tuttavia, intervenendo sulla larghezza delle bobine e ritarando i condensatori variabili, è stato possibile ottenere un picco di risonanza più definito sulla banda dei 2 metri. Questo dimostra l'importanza della fine-tuning per ottenere le prestazioni desiderate.
Modifiche all'Alimentazione e ai Circuiti di Controllo
Il processo di adattamento ha richiesto anche interventi significativi sull'alimentazione e sui circuiti di controllo. Tra le modifiche più importanti si annoverano:
- Collegamento del secondario AT: Invece di saldare direttamente i fili del secondario ad alta tensione (AT) sullo stampato, sono stati inseriti degli occhielli e dei bulloncini M3 per un collegamento più robusto e sicuro.
- Fusibili: L'inserimento di fusibili sull'alimentazione a 220Vac e sul secondario AT del trasformatore è fondamentale per la protezione dell'apparecchio da sovraccarichi o cortocircuiti.
- Strumento indicatore: È stato installato un deviatore per consentire l'utilizzo dello strumento indicatore di potenza anche per misurare la tensione anodica, fornendo un monitoraggio completo dei parametri operativi.
- Circuito di BIAS: La realizzazione di un circuito di BIAS è essenziale. Questo circuito non solo gestisce la polarizzazione della valvola, ma comanda anche la velocità del ventilatore centrifugo durante la trasmissione (TX) e i relè di RTX (ricezione/trasmissione) relativi alla sezione RF.
- Soft-start anodica: Il relè temporizzato di soft-start dell'anodica è stato regolato per garantire un'accensione graduale. Inizialmente, un collegamento quasi istantaneo dei 220V aveva causato una forte sovratensione sul secondario, con conseguente scarica tra un ponticello e la massa. La sostituzione del ponticello con un filo isolato in teflon e la regolazione del relè a 2 secondi hanno risolto il problema. Inoltre, la resistenza in serie durante l'accensione è stata aumentata da 5 a 20 Ohm per ottenere una rampa di tensione meno ripida.
Test e Risoluzione di Problemi
Le prime fasi di test hanno rivelato alcuni inconvenienti, ma anche la robustezza del sistema. Durante una prova a vuoto, con la valvola che assorbiva 140 mA (indicativo di una buona classe AB), un cavetto con morsetti a coccodrillo è caduto accidentalmente sul PA, cortocircuitando la resistenza di bias. Questo ha portato la griglia a condurre corrente anodica in modo incontrollato, attivando le protezioni di Ig (corrente di griglia) e Va (tensione anodica).
Il problema si è manifestato anche con una seconda valvola 3CX800, inizialmente ritenuta buona. L'ispezione della cavità ha rivelato l'esplosione di un condensatore di fuga RF a massa, posizionato sulla base dello choke anodico. Questo componente, probabilmente danneggiato da uno spike di tensione, si era messo in corto, potenzialmente salvando le valvole da danni maggiori. Dopo aver sostituito il condensatore, il sistema ha ripreso a funzionare correttamente, mantenendo lo stesso assorbimento anodico a vuoto.
Prestazioni RF e Considerazioni Finali
Le prime prove con segnale RF hanno confermato l'efficacia delle modifiche. Con 20W di pilotaggio, è stata ottenuta una potenza di uscita di 800W. In queste condizioni, la tensione anodica scende da 3300V a circa 3kV, con un assorbimento di 450 mA. La corrente di griglia si attesta intorno ai 15 mA.
Analizzando questi dati, con 3kV e 450 mA, l'assorbimento anodico è di circa 1350W. Sottraendo gli 800W di uscita, si ottiene una dissipazione di 550W da parte della valvola 3CX800. Questo valore è ben al di sotto del massimo consentito, ma la corrente di griglia tende a salire rapidamente oltre i 20-22W di pilotaggio. Questo comportamento è stato osservato anche da altri OM che utilizzano la 800A7, suggerendo che questa valvola possa avere una sensibilità elevata all'aumento del pilotaggio. La variante 3CPX potrebbe offrire una maggiore tolleranza a correnti di griglia più elevate.
Nonostante queste considerazioni, i risultati sono considerati soddisfacenti, soprattutto considerando il costo irrisorio della valvola utilizzata (7€). Le modifiche apportate alla cavità di uscita hanno funzionato come previsto.
Ulteriori Sviluppi e Possibili Miglioramenti
Il progetto è quasi completo. Resta da realizzare il BIAS elettronico, che includerà anche il comando del PTT (Push-To-Talk), e integrare i relè coassiali di ingresso e uscita. Il BIAS elettronico è stato progettato per gestire anche la velocità della ventola (alta/bassa) e il relè di RTX.
Il relè di uscita è un TohTsu, mentre quello di ingresso è un Finder da 16A. La particolarità del cablaggio dei relè in linea ha permesso di mantenere un ROS (Rapporto di Onda Stazionaria) di ingresso di 1:1. Anche i connettori di ingresso e uscita sono stati spostati sul retro dell'apparecchio per una migliore gestione dei cavi.
Il funzionamento del sistema è stato testato e si è dimostrato eccellente. La ventola, operando a basso regime, è quasi inudibile. La potenza di uscita di 800W è ampiamente sufficiente per le esigenze operative.
Considerazioni sulla Realizzazione Pratica
La realizzazione di modifiche così profonde su un apparecchio esistente richiede tempo, pazienza e competenza tecnica. Il processo descritto, sebbene relativamente semplice in termini di modifiche, ha richiesto circa due settimane, lavorando a intervalli brevi a causa degli impegni quotidiani. Questo sottolinea l'importanza della perseveranza e della dedizione nel perseguire progetti di questo tipo.
La scelta di utilizzare componenti come il triodo 3CX800, anche se di costo contenuto, dimostra come sia possibile ottenere risultati eccellenti attraverso un'attenta progettazione e un'esecuzione meticolosa. La possibilità di adattare un lineare broadcast per operare in bande amatoriali apre scenari interessanti per il riutilizzo di apparecchiature professionali, trasformandole in strumenti potenti e versatili per la comunità dei radioamatori.
Inoltre, la discussione sulla resistenza dei diversi tipi di triodi alle alte tensioni e correnti di griglia, e il confronto tra modelli come la 3CX800A7 e la 3CPX, evidenzia la complessità e le sfumature nella scelta dei componenti per applicazioni RF ad alta potenza. La menzione di problemi storici con la produzione di tubi da parte di aziende rinomate come EIMAC, e l'impatto di tali problemi su produttori di amplificatori di fama mondiale come Alpha, sottolinea l'importanza della qualità e dell'affidabilità dei componenti in questo settore.
Per chi desiderasse replicare questo progetto, le informazioni sulle dimensioni della bobina di uscita (diametro interno 50mm, filo di rame 3mm) e sui condensatori utilizzati potrebbero essere utili. Si è anche suggerito che una valvola come la 8877 potrebbe essere un'alternativa valida, potenzialmente in grado di erogare potenze comprese tra 1.5 e 2 kW in SSB, sebbene richieda adattamenti specifici nella cavità.
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