100 watt PEP LPAM Middengolf zender
Binnen een week na publicatie van het schema van de 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender ontving ik al twee reacties. De zender is licentiewaardig en vormt daarmee een unieke en relatief goedkoop alternatief voor iedereen die een licentie wil aanvragen,
of met kwalitatieve AM modulatie wil experimenteren.
Een Licenty waardige Community hobby Zender
Een zender kopen vraagt afhankelijk van kwaliteit en instel mogelijkheden een investering van € 800 tot € 2000,-
Zelf bouwen uit nieuwe onderdelen kan voor minder dan 250 euro.
Maar, zo merkten enkele opmerkzame lezers na het zien van het schema op: Koos, twee 6146 buizen voor 100 watt PEP vermogen? Is dat niet wat veel van het goede, met andere woorden, kan het niet nog goedkoper want elders op je site staat een zender die maximaal 400 watt PEP levert met één enkele 6146 buis!
Het antwoordt is nee, al kun je met één 6146 buis natuurlijk ook 100 watt PEP leveren. Maar uiteindelijk is die zender toch duurder en de kwaliteit is net iets minder.
Laat me dat uit leggen.
Plate dissipation en Output Power
Of in gewoon Nederland, Anode dissipatie en uitgangsvermogen.
Dissipatie is het verlies van energie door warmteontwikkeling. Voor de 6146B buis wordt die opgegeven als maximaal 25 watt in FM of CW mode en 16,7 watt voor AM class C mode.
Voor commercieel gebruik zoals in een omroepzender wordt 20% minder dissipatie aanbevolen. Ga je over die waardes heen dan kan dat, alleen zal dat de levensduur van je buizen flink bekorten.
De grote vergissing
Veel amateurs (en ook ik heb dat een tijdje gedacht) denken dat met die maximale dissipatie ook het maximale vermogen van de buis wordt aangegeven.
Die gedachte is onjuist. Het maximale vermogen dat de buis kan afgeven is vooral afhankelijk van het rendement in de schakeling waarin die buis zich bevindt.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Is dat rendement bijvoorbeeld 75% dan wordt van het toegevoerde vermogen naar die buis (spanning (U) maal stroom (I)) 75% omgezet in uitgangsvermogen. Er gaat dus 25% verloren in de buis (warmte ontwikkeling).
Je voelt hem al aankomen. Die warmteontwikkeling is het gevolg van 25% van het toegevoerde vermogen. Het uitgangsvermogen is 75% dat is dus 3 * de dissipatie in de buis.
Praktisch voorbeeld.
We voeden de buis met 600V en 100mA. Dat is het toegevoerde vermogen 600V* 0,1A = 60 watt.
Het signaal uitgangsvermogen kan dan zijn 75% * 60 watt = 45 Watt
De anode dissipatie is nu 25% * 60 watt = 15 watt.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Meer dan 100 watt. Hoe dan?
Hoe komen we nu aan meer dan 100 watt uitgangsvermogen uit die ene buis?
Dat kan met een buisschakeling in Class C. In class C moeten we aan een RF (radio)signaal van 45 Watt een AF (audio)signaal van 45 watt toevoegen.
Die twee signalen worden gemoduleerd en zo ontstaat een AM signaal van 90 watt. Dat is nog steeds geen 100 Watt!
Vermogen en PEP vermogen
De vermogens die we tot nu toe bekeken zijn afgeleid van gelijkstroom vermogen. Hierbij is het vermogen in Watt gelijk aan de spanning (U) maal de stroom (I).
Bij wisselspanning zoals ons lichtnet, audio- of radiosignalen gaat die vlieger niet op. Onthoud!
Het effectieve vermogen van een wisselspanning is ongeveer 50% van het vermogen bij een even hoge gelijkspanning.
Dus voor een vermogen uit gelijkspanning, een vermogen van bijvoorbeeld 90 watt in een weerstand van 50 ohm hebben we een gelijkspanning nodig van 67V en een stroom van 1,34A.
Voor datzelfde vermogen in 50 ohm uit wisselspanning hebben we een wisselspanning nodig van 95V. Die spanning zal een stroom opleveren 1,9A. Dat lijkt dan een vermogen van 1,9*95= 180 watt op te leveren.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Echter...
De warmte ontwikkeling in de weerstand van 50 ohm zal bij die schijnbare 180 watt precies gelijk zijn aan de warmteontwikkeling van 90 watt gelijkstroom. De lichtopbrengst bij een lamp zal eveneens precies gelijk zijn.
Met andere woorden het effectieve vermogen is bij wisselspanning slechts de helft van het vermogen dat een even hoge gelijkspanning zou opwekken.
Die 180 watt is nu het PEP vermogen, Peak Envelope Power. PEP vermogen is dus het dubbele van effectief vermogen.
De praktijk
In de praktijk is onze meetapparatuur afgesteld op het effectieve vermogen. Dus een Voltmeter aangesloten op een wisselspanning van 325 Volt geeft aan dat er 230V spanning aanwezig is. 230V is namelijk de effectieve spanning (0,707 maal de piek) van die wisselspanning.
Die effectieve spanning noemen we de RMS spanning (RMS= Root Mean Square in NL het kwadratisch gemiddelde).
Die 325V is de piekspanning. Piek tot Piek is hier dus een spanning van 650V werkzaam (een sinus met op het ene moment 325 plus- en even later 325 min- spanning)
Samenvattende conclusie
Uit een zendbuis met een anode dissipatie van 15 watt kunnen we met de juiste schakeling een uitgangsvermogen van 180 watt PEP halen.
Terug naar de 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender
Hier zie je het blokschema van de complete zenderinstallatie zoals ik hem op de shack heb ontwikkeld en uitgeprobeerd.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Je ziet dat er wat overeenkomsten zijn met de 400 watt zender. Zo is de DDS oscillator gebleven en ook de drivertrap met EL84. Waarom iets veranderen wat goed werkt.
De PA is nu met twee 6146B buizen uitgerust. Daarover verderop meer. Ook het Pi Filter en de antenne zijn hetzelfde gebleven. De versterker is nu de 10 watt (echte watt) audio versterker met buizen.
Meer dan 5 watt hoeft die versterker nu niet te leveren dus hij werkt met zeer lage vervorming.
De veel zwaardere diy-pa-versterker uit de 400 watt zender hebben we nu niet nodig.
Blokschema operationele zender
Hier zie je het blokschema van de operationele zender. De vrienden hebben met name in het audio gedeelte wat veranderingen aangebracht. Zo is er een redelijk professioneel mengpaneel aangeschaft.
Zo’n mengpaneel kun je zo duur maken als je wilt maar nodig is dat niet. Dit Vonyx (voorheen Skytec) STM-7010 mengpaneel biedt alles wat je nodig hebt en levert goede kwaliteit voor €200,-
Zij schaften ook een compressor aan. Met deze Universal Audio API 2500 Bus analoge VCA Compressor koop je goede kwaliteit voor rond de €70,- . Voor 70 euries kan ik hem niet maken.
Compressor prijzen variëren van € 50,- tot €50.000,-. Ze zijn er in vier types:
- VCA (spanning gestuurde analoge techniek)
- Fet compressors
- Optical compressors
- Tube compressors
Een VCA voldoet op AM uitstekend. Een optical geeft een iets warmer ronder geluid maar kost minimaal € 800,-
Waarom hebben we nu twee zendbuizen in de PA?
Waarom hebben we nu twee zendbuizen nodig voor die armzalige 100 Watt PEP uitgangsvermogen?
Dat zit hem in de schakeling van de zendbuizen. We kiezen hier namelijk voor schermroostermodulatie in plaats van anode modulatie.
Voor schermroostermodulatie is maar een gering audio vermogen nodig. We besparen dus ten opzichte van anode modulatie een zware audio versterker van 50 Watt ( echte RMS watt, geen marketing RMS watt van de audio shop).
Maar daarmee leveren we dus ook 50% uitgangsvermogen in.
Het wordt nog erger want het rendement uit een schakeling met schermroostermodulatie is maximaal 33 %. Nu mag de anode dissipatie bij deze schakeling wel iet hoger zijn: 20 Watt CCS (constant, meestal commercieel, gebruik van de buis).
Van het aangeleverde gelijkstroomvermogen, spanning maal stroom, gaat nu dus 67% verloren aan warmteontwikkeling in de buis en levert 33% uitgangsvermogen op.
Leveren we aan een 6146 een spanning van 600V en een stroom van 65mA dat is een vermogen van 39 watt. Dan gaat 26 watt hiervan omgezet worden in warmte. Er is 13 watt uitgangsvermogen beschikbaar.
Bij twee buizen is dat 26 watt effectief draaggolf uitgangsvermogen (RMS vermogen).
26 watt draaggolf! Hoe komen we aan 100 watt PEP?
We nemen een draaggolf van 26 watt RMS in 50 ohm. De RMS spanning is dan 36V en de stroom is 0,72A.
Uit het voorgaande weten we dat de piek spanning en stroom 1,41 maal hoger zijn en het PEP vermogen 2 maal zo hoog is 52 watt.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Nu gaan we AM moduleren. We gaan dus de draaggolf variëren tussen nul volt en 2* de piek van de draaggolf.
Met andere woorden, de piekspanning wordt tweemaal zo hoog en dus ook het piek vermogen! De PEP gaat dus naar 2 *52 is 104 Watt. Nu gaat er in het PI filter tussen de zendbuis en de antenne wel weer wat vermogen verloren en zo komen we op 100 Watt uit.
De geluidskwaliteit van deze
100 watt PEP LPAM Middengolf Zender
Nu gaan er over die geluidskwaliteit verschillende geluiden rond op het Internet. Feit is dat veel AM omroepzenders tot eind vorige eeuw (made by Continental) screen grid (schermrooster) modulatie gebruikten voor hun buizen zender.
Die zenders gebruiken die schermroostermodulatie wel in combinatie met Doherty modulatie. Die combinatie zorgde voor hoge efficiëntie, lage zender- en modulatiekosten en goede geluidskwaliteit.
Die goede geluidskwaliteit werd bereikt met een modulatie die iets onder de 100% bleef.
Doherty techniek wordt nu ook nog wel in solid state (moderne transistor techniek) zenders toegepast. Doherty techniek is echter te complex om in amateur en doe het zelf zenders te gaan toepassen.
Door beneden de 100% modulatie te blijven kunnen we nog steeds goede geluidskwaliteit bereiken. De kunst is om toch dicht bij die 100 % te komen en ook om die grens van 100% op te rekken. Over dat laatste verderop meer.
Die 100% zo dicht mogelijk benaderen zonder vervorming te introduceren doen we met het schema van figuur 2 als modulator voor de 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender in figuur 1.
Hoe Realiseert deze modulator Audio Kwaliteit?
Hoe realiseert deze schermrooster modulator in de 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender audio kwaliteit?
Voor het beantwoorden van die vraag moeten we even kijken naar de oorzaken van mogelijk vervorming?
Waar gaat AM modulatie vaak fout?
Daar zijn 2 oorzaken voor aan te wijzen.
- Klipping, afplatten en vervorming van pieksignalen door over-modulatie. Hier over verderop meer.
- Gebrek aan lineariteit.
Gebrek aan lineariteit. Dat zit zo. Een schermrooster produceert roosterstroom en die roosterstroom is hoger naarmate de spanning op het rooster hoger is. Met andere woorden. Sluit ik een wisselspanning, een audio signaal op dat rooster dan zal dat rooster bij de positieve pieken meer stroom trekken dan op de negatieve spanningspieken.
Vaak zie je dat de schermroosterspanning via een weerstand van de hoogspanning wordt afgenomen. Neemt dan de audio signaal spanning toe, een positieve piek in het signaal, dan neemt ook de roosterstroom toe en dus het spanningsverlies over die weerstand.
Bij een negatieve spanningspiek in het audio signaal gebeurt het omgekeerde. De stroom neemt af. Het spanningsverlies over de voedingsweerstand neemt af dus de roosterspanning stijgt.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
De negatieve puls wordt dus extra versterkt en de positieve puls wordt gedempt. Zie daar niet lineaire vervorming. Bij gecombineerde anode- en schermroostermodulatie wordt dit verschijnsel vaak nog extra versterkt.
In veel zenderschakelingen wordt dit verschijnsel nog extra versterkt door het schermrooster zogenaamd mee te moduleren met de anode.
Je ziet een veel voorkomend voorbeeld van de bron van niet lineaire versterking in figuur 4.
In dit schema zie je dat de schermroostervoedingsweerstand verbonden is met AM voedingsbron van de anode. In dit schema zal bij een positieve audio spanningspuls de anode spanning en daarmee de schermrooster spanning verdubbelen.
Dat laatste lijkt goed maar nu zal de schermroosterstroom ook fors toenemen. Gevolg is dalende schermroosterspanning en daarmee ook dalende anodestroom. De positieve puls wordt dus ook hier gedempt.
Het kan anders
De voordelen van de gekozen modulator in onze 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender.
Je ziet dat de voedingsspanning voor het schermrooster in rust, dus zonder modulatie is gestabiliseerd. Hier op 100 Volt.
Daarnaast zie je dat het audio signaal wordt aangevoerd door een kleine trafo, een trafo met een relatief kleine ohmse weerstand.
Wordt er nu een relatief klein audio signaal naar die trafo gevoerd dan zal die secundair een wisselspanning, een audio signaal vertonen van maximaal 220 Vpp dat is 110V piek.
De schermroosterspanning kan nu variëren tussen min 10 en plus 220V.
Ook nu zal dit een sterke en evenredige wisseling in de roosterstroom betekenen maar de invloed hiervan op de roosterspanning zal gering zijn.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Reken maar mee
De stroom door de voedingsweerstand van 10k is in rust 300-100= 200V gedeeld door 10 k = 20mA. De zenerdiode van 100V stabiliseert die stroom. Dus als er 2 mA stroom door het schermrooster wordt gevraagd blijft de aangeboden spanning 100V en als er 16 mA wordt gevraagd ook.
Pas als beide schermroosters samen meer dan 20mA stroom zouden vragen zou dat invloed hebben op de geleverde spanning. Zo’n hoge stroom gaan deze buizen in de gegeven schakeling nooit vragen.
Het schema van deze
100 Watt PEP LPAM Middengolf Zender
Is deze schakeling perfect ?
Ja en nee.
Ja, de zender met de hiervoor gepresenteerde modulator staat borg voor een lineair uitgangssignaal met zeer lage op de Middengolf onhoorbare vervorming.
Nee, perfecte schakelingen zijn uiterst zeldzaam en kostbaar. Bij deze schakeling benaderen we 100% audio modulatie. Want voor werkelijk 100% modulatie heb je in AM wel 120 à 130% modulatie nodig. Of een audio compressor.
Bij meer dan 100% modulatie krijg je toch klippen en vervorming?
Als je het goed doet niet. Daarover later meer.
Ik zet voor hetzelfde effect een zelfgebouwde compressor in (zie: diy audio processor voor am zenders). De exploitatie zender gebruikt een API 2500 Bus Compressor.
Waarom heb je tot 130% Modulatie of Compressie nodig?
Bij gebruik van een audio compressor heb je aan modulatie tot 100% voldoende.
Heb je geen audio compressor dan is modulatie tot 130% nuttig. Dat komt doordat het gemiddelde audio muziekniveau niet boven 70% van het piek niveau uitkomt.
In onderstaande voorstelling zie je dat verschil tussen pieken gemiddeld geluidsniveau uitgebeeld in onderstaande afbeelding.
We gaan in een volgende publicatie daarom wat experimenteren en onderzoeken of we op 130 % modulatie uit kunnen komen zonder dat er klippen en andere vormen van vervorming gaan optreden. Daarbij heb je dan dus geen audio compressor nodig.
Een tipje van de sluier over hoe we dat gaan doen.
De modulatiediepte wat opvoeren
We gaan de modulatiediepte proberen richting 130% te krijgen door een beetje kathode modulatie toe te voegen. Dit doen we door een milde vorm van kathode modulatie toe te voegen.
We krijgen dus kathode en schermroostermodulatie.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
De Buffer & Driver trap
voor deze 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender
De Buffer & drivertrap hebben we overgenomen van de 30-400 watt middengolf zender. Die driver werkte daar uitstekend dus waarom zouden we daar iets aan willen veranderen?
Deze drivertrap kan afhankelijk van de buisinstellingen belast tot ruim 100V RF signaal produceren. Meer dan genoeg voor het aansturen van de twee buizen in de PA.
Met de keuze van de schermrooster-ontkoppel-condensator (* op schema) kun je het uitgangssignaal beïnvloeden. Hoger of lager laten zijn.
De buffer Moet de oscillator afschermen van invloeden vanuit de driver en PA. Daarnaast zorgt de buffer voor aanpassing van het signaalniveau. Deze buffer kan aanpassing verzorgen van 0,2 tot 4Vpp in en 5 tot 10Vpp uit.
Voor dat aanpassen beschikt de buffer over drie posities met componenten waarmee je het signaalniveau aan kunt passen. Hieronder zie je het schema. (Zoals vaak, klikken voor een vergrote weergave)
De oscillator
van deze 100 Watt PEP LPAM Middengolf Zender
We maken gebruik van de DDS oscillator die ook in de 30-400 watt zender zijn kwaliteiten al heeft bewezen. Je koopt hem als bouwpakket voor ongeveer € 50,-. Met een eenvoudig afstemknopje kun je met dit oscillatortje (VFO) de hele Middengolf inclusief de 1600-1650 khz piratenband bestrijken.
Maar zijn voornaamste kwaliteit is natuurlijk dat hij een mooi signaal afgeeft. Een signaal dat zo constant en stabiel is dat je er een licentie waardige zender mee kunt bouwen.
Achtergrond informatie over deze ARDU kit vind je bij: Buizen Zender Bouwen met een DDS Oscillator Kit
De voeding voor deze kit is eenvoudig en grotendeels overeenkomstig diverse andere gestabiliseerde laagspanningsvoedingen op deze site.
De HF trafo maak je zelf. Hoe je dat doet staat uitgebreid beschreven in: een hf trafo zelf maken
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
De Antenne koppeling, het PI Filter
Met behulp van het PI filter reken tool bepaal je de spoelinductie. Daar komt bij een load van 2400 en een Q factor van 20 een inductie van 18,46 µH.
Op het spoelwikkeling tool bekijken we hoeveel wikkelingen we op een witte afvoerbuis van 40mm moeten aanbrengen. Dat blijken 23 wikkelingen te zijn bij een wikkellengte van 27 mm (draaddikte 1 mm).
Condensator CA is nu 885 pf en CB is 5660 pf.
Let op!
Dit zijn andere waardes dan op het schema van de PA staan. De waardes die uit de tools komen zijn mede afhankelijk van de Q waarde, de kwaliteitswaarde, die je wenst en de load, de gewenste belasting voor je eindbuizen.
Amateurs kiezen meestal Q is 10. Voor een muziekzender, zeker als je licentiewaardig wilt zijn en geen storingen wilt veroorzaken, kun je beter 20 kiezen.
De afstemming en inregeling eenvoudig maken
Voor CA neem ik nu een condensator 820 pf en 68 pf parallel en beide 3000 Volt. Dat is niet precies de berekende waarde maar er dicht genoeg bij.
De afstemming doen we met CB. Hier neem ik twee condensatoren parallel van 4700 pf en 470 pf. Daaraan parallel schakel ik een afstemcondensator van 1000 pf.
Dat kan er één uit een oude radio zijn of nieuwe van 3 * 365 pf. Probeer die condensator niet uit op CA want die gaat daar doorslaan.
Aan de antenne kant van het pi filter kun je met zo'n afstemcondensator perfect regelen/afstemmen. De spanningen zijn daar veel minder hoog.
Regel die afstemcondensator af met RF maar zonder AF signaal op minimale stroom door de PA buizen (125 mA). Ik heb dit uitgeprobeerd met een enorme afstemcondensator van 1400 pf op de plaats van CA plus de 3* 365 op CB.
Daarbij bleek dat afregelen ook heel goed mogelijk zonder dat grote en dure bakbeest.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Chassis 100 watt PEP LPAM Middengolf Zender
Voor het chassis van deze 100 watt PEP LPAM Middengolf zender gebruiken we een PME taartblik van 330 * 230 * 70. Deze taartblikken voldoen uitstekend als chassis, ze zijn niet duur, ze zijn stevig en makkelijk verkrijgbaar.
De mA meter komt in het blik aan de voorkant evenals de ARDU 5351 DDS. De gaten voor deze onderdelen vragen iets meer aandacht. Eerst boor je een gat van een mm of 10 en daarna ga je met de nibbler cutter aan de slag. Hierbij de tekening van het chassis ontwerp.
Met zo’n nibbler cutter had ik ook nog nooit gewerkt maar op YouTube vind je snel video’s met voorbeelden hoe je met zo’n cutter werkt. Met een vijltje netjes afwerken en dat is het.
Zoals je ziet zitten er geen schakelaars (aan/uit, stand-by etc.) op dit chassis. Ook tref je geen voedingseenheid aan. Ik maak gebruik van de zwaardere universele voeding voor buizen. Ook de 12V voeding voor de DDS Oscillator heb ik aan dat voedingsapparaat toegevoegd.
Heb je zo’n voedingsapparaat niet beschikbaar dan sta je voor de keuze die toch te maken of een vergelijkbare voeding bij deze zender te bouwen. Neem dan wel een groter taartblik of wat ik je aanraad, zet die voeding op een apart chassis.
Op die manier kun je zo’n voeding ook nog eens voor andere projecten inzetten.
Alleen de -100V stuurrooster spanning voor de PA zit wel op dit zender chassis. Hiermee voorkomen we een lange leiding voor deze spanning naar de externe voeding en daarmee voorkom ik het oppikken van storende signalen.
- 100 watt PEP LPAM Middengolf zender -
Tot zover. Vragen of opmerkingen hierover? Click even op de knop onder aan de pagina.
-
Koos Overbeeke
Terug van 100-watt-pep-lpam-middengolf-zender naar de radio amateur LPAM
Reactie van Site volgers
Berend
100 watt PEP LPAM Middengolf zender
Hallo, kun u mij helpen? Ik zoek een schema voor 50 ohm in sturen voor de 6146 buis voor de middengolf
..Koos
Hallo Berend,
Via deze link diy-30-watt-middengolf-zender vind je alle informatie die je nodig hebt.
Let op! Het uitgangsvermogen bleek heel wat meer dan de 30 watt die ik voor ogen had met dit experiment. Tot 400 watt PEP. Al doende leert men 😊
Kom je er niet uit dan hoor ik van je. Vanaf medio december 2024 zal hierover ook op deze pagina informatie staan.
Berend
super bedankt Koos groetjes Berend
