20 Watt AM Zender voor Zelfbouw

Het moest er van komen deze 20 watt AM zender voor zelfbouw. Met de bouw van de stadradio met Middengolf zender produceerden we een mooi geluid maar het vermogen van de 807 buis in Class A viel zwaar tegen.

Dus er moest wel een follow-up komen die meer vermogen uitstraalt en daarmee een groter bereik heeft.

En dat is gelukt 😊

Een stabiele zender met mooi geluid geproduceerd door een 807 met een EL84 in de aansturing. Deze zender is eenvoudig na te bouwen. Deze zender produceert met dezelfde buizenbezetting maar wel in een andere schakeling ruim 20 watt vermogen in de LPAM waslijn antenne.

Het chassis dat ik voor dit bouwwerkje gebruikte is het chassis van de stadradio die voorafgaand hieraan grotendeel is gesloopt.

Ik heb de voeding er uit gehaald en maak nu gebruik van een zwaardere losse voeding. De beschrijving van deze voeding vind je in het artikel zwaardere universele voeding voor buizen.

Voor de afstemming met de antenne maak ik gebruik van een eenvoudig pi filter. Hierover verderop meer.

Je kunt zo’n Pi-filter ook samenstellen uit vaste condensatoren. Dat is goedkoper, vergt minder ruimte en daar is makkelijke aan te komen. Berekenen van die condensatoren doe je met het eenvoudig pi filter reken tool.

Wat ik helaas heb gemerkt is dat bijvoorbeeld van die 807 buis je geen twee exemplaren vindt die hetzelfde gedrag vertonen. Dat heeft tot gevolg dat de condensator Ca een andere waarde krijgt. Daarnaast is de antenne inrichting ook bij iedereen anders dan bij mij en dat vraagt dan een andere Condensator waarde voor Cb.

Je kunt dat oplossen door de waardes die in mijn schema staan iets lager te nemen en daaraan parallel een trimmer te zetten waarmee je kunt bijregelen. (Let op! De trimmer bij Ca moet minimaal 1000V kunnen hanteren).

Mei 2024. De praktijk laat zien dat er helaas geen kwalitatief goede 807 NOS buizen meer verkrijgbaar zijn. Daarom zijn we de ontwikkeling van een 30 Watt zender begonnen met een nieuwe goed verkrijgbare buizenbezetting en nog enkele andere forse verbeteringen.

Zie DIY 30 Watt Middengolf Zender.

Nu zijn er zolderkamertjes waar nog een goede 807 buis in een kastje ligt. Ben jij zo'n gelukkige dan kun je daar rustig deze zender mee bouwen en in gebruik nemen. Je bent dan de uitzondering die de regel bevestigd.

Hier zie je de 20 watt AM zender op de werkbank bij de start van zijn ontmanteling.

Het schema van de stuur- en eindtrap

Het 807 schermrooster wordt via een brug van twee weerstanden (81k en 120k) gevoed op ongeveer 250-300V.

Het schermrooster wordt met behulp van de 81k weerstand en de 3N3 condensator voor ongeveer 20% meegemoduleerd. Dat is nodig om een optimaal vermogen te verkrijgen met een aardige geluidskwaliteit.

De Audio trafo in deze 20 Watt AM Zender

Om aan 20 Watt vermogen te komen opereert de eindbuis, hier een 807 nu in Class C. Maar om 20 Watt te kunnen leveren moet die eindbuis ook gevoed worden met 10 Watt Audio vermogen. Als je wilt weten hoe dat werkt lees dan even De Waarheid over Zendbuis Vermogens.

De modulator trafo komt van ALI express en is een trafo die single ended 10 watt kan leveren en 100mA stroom kan voeren. Helemaal geweldig is die trafo niet. De impedantie (3,5k) is eigenlijk te laag en moet 5k à 6k zijn. 10 Watt audio levert toch wel enige hoorbare vervorming op. Tot 7 Watt gaat het goed.

Moet je hem nog bestellen dan doe ik de suggestie die Ali trafo te laten liggen en een Hammond 1628SEA te bestellen. Die Hammond kost meer maar levert aanmerkelijk betere kwaliteit en heeft voldoende ruimte om ook zwaardere zenders tot 60 Watt in Class C aan te sturen.  

De audio aansluiting moet minimaal 10 watt audio vermogen leveren. 10 Watt echt vermogen, dat is minimaal 50 Watt marketing vermogen uit de audio winkel. Secundair levert dat bij 100% modulatie een audio signaal op van 600V wisselspanning.

Dat maakt dat de anode spanning nu kan wisselen tussen 1200V en 0 Volt. Namelijk 600V gelijkstroom voeding plus en min de door deze trafo geleverde wisselspanning.

Push-Pull trafo’s zijn ongeschikt voor modulatie

Eerst probeerde ik als modulatietrafo een push-pull trafo. Eentje  voor 2 * EL84 die ik nog had liggen. Maar helaas dat werkt niet, er komt een sterk vervormd geluid uit die trafo terwijl hij in mijn Audio versterker prima functioneert.

Het gekke was dat als ik de HF spanning op het stuurrooster van de 807 temperde dat dan ook de vervorming ineens een stuk minder werd. Evenals de anode stroom die door die buis liep.

Wat gaat hier mis?

Even nadenken en tekenen wat er gebeurt. Bingo. Nu snap ik waarom deze trafo niet werkt in deze 20 Watt AM Zender.

Zoals de tekening laat zien kan deze trafo in een push-pull eindtrap maximaal wisselstroom signalen (audio geluid) overdragen omdat de gelijkstroomvoeding voor de buizen tegengesteld is en daarom geen magnetisch veld opwekt.

Diezelfde trafo in de zender krijgt een twee keer zo hoge stroom voor zijn kiezen en ook nog eens in één richting. De ijzeren kern van die trafo is daardoor magnetisch al volledig verzadigd.

Overdracht van audio geluid is praktisch niet meer mogelijk. En hiermee is ook duidelijk waarom de vervorming afnam op het moment dat de anodestroom sterk afneemt.

Kortom, een 10 Watt single ended uitgangstransformator voor 10 Watt audio heeft een grotere ijzeren kern dan een push-pull trafo van 10 Watt audio. En dat is wat deze 20 Watt AM Zender nodig heeft.

Die grotere ijzeren kern in zo'n single ended trafo wordt door de fabrikant aangebracht om de grote stroom van één enkele eindbuis die 10 Watt produceert te kunnen verwerken en daarnaast ook nog het audio signaal netjes kunnen overdragen.

Na een week uitzenden in West-Brabant is deze Ali trafo vervangen door de Hammond 1628SAE.  Dat leverde betere modulatie op (groter bereik) en betere geluidskwaliteit.

Class C instellen op de eindbuis

Over class C instelling van gemoduleerde zendbuizen wordt op diverse amateursites gedelibereerd dat op het stuurrooster een spanning moet staan van minimaal 2 of zelf 3 maal de afknijpspanning.

Aanvankelijk ging ik daar dan ook van uit maar al experimenterend kwam ik er achter dat het ook al werkt bij iets meer dan de afknijpspanning. Voor de 807 kom je dan bij 600V anodespanning en 250V stuurroosterspanning  uit op -45V.

Maar, er treed dan flinke vervorming op. Je kunt dat zien door de HF spanning uit te zetten. Dan valt de HF voeding vanuit de EL84 weg en dan zie je dat de 807 tocht nog een klein stroompje blijft trekken. Je audio signaal verhoogt de PA spanning tot boven de 1000V. En dus heb je een hogere afknijpspanning nodig. 

Al experimenterend kwam ik uit op -140V en een redelijke geluidskwaliteit. De EL84 levert een HF signaal af van 160V en de operationele stuurroosterspanning stijgt onder invloed van dat HF signaal ook in die richting.

De volgende vraag is dan. Hoe kom je aan die -140 V?

Onder amateurs is de automatische negatieve roosterspanning populair. Die spanning ontstaat uit een relatief kleine koppelcondensator vanaf de stuurbuis, het stuurrooster van de zendbuis die samen met de kathode als diode gaat functioneren en een relatief kleine stuurroosterweerstand.

Voordeel van die schakeling is dat de negatieve roosterspanning precies hoog genoeg zal zijn voor de aan de eindbuis aangeleverde HF power.

Er is echter ook een groot nadeel. Dat nadeel is dat als de HF spanning wegvalt het stuurrooster van de eindbuis nul volt wordt en die buis stuk zal gaan aan een veel te hoge stuurrooster en anode -stroom.

Om het risico van de eindbuis ‘opbranden’ te voorkomen koos ik ervoor om -140V vaste negatieve roosterspanning aan te leggen. Wat er meer nodig is komt vervolgens uit de EL84, de voedingscondensator en roosterlekweerstand (20k).

Mankementen die kleven aan de 807 zendbuis

Helaas werd ik ook geconfronteerd met mankementen die kleven aan de 807 zendbuis in deze 20 Watt AM Zender voor zelfbouw.

Gelukkig had ik een tijd terug twee van deze buizen uit de USA laten komen. Originele RCA buizen. Ze worden al lang niet meer gemaakt en op diverse forums was ik al tegengekomen dat de nog beschikbare exemplaren niet allemaal meer even goed zijn.

Dat klopt :-(. Eén exemplaar gaf bij -45V op het stuurrooster nog steeds 20mA Anodestroom. En bij volle HF sturing gaf het schermrooster een spanning aan van 450V. Daar liep dus niet meer dan 3 mA stroom.

Het tweede exemplaar werkte aanvankelijk wel volgens de specificaties. Maar in de praktijk bij mijn vrienden ging dat na een honderdtal draaiuren toch wel achteruit.

De oscillator en buffertrap voor deze 20 Watt AM zender

De oscillator en buffertrap voor deze 20 Watt AM Zender is overgebleven van de Stadradio Zender. Na alle verbouwingen bleken er wat harmonische vervormingen aanwezig. Ik heb een paar kleine wijzigingen aangebracht die de output weer schoon maakten. Hierover verderop meer.

De voeding

De voeding voor deze 20 Watt Zender in class C plus een oscillator en een buffertrap.

Zoals ik hiervoor al aangaf gebruik ik nu een externe voeding. De op zichzelf al goed afgevlakte 315V voeding is voor de oscillator en buffertrap op dit chassis nog een keer extra afgevlakt zoals je hierboven kunt zien. Er zit echt geen enkel rimpeltje meer op de gelijkspanning.

De oscillatorbuis wordt nu met behulp van een zenerdiode gevoed met 82 V. Hierbij heb ik afscheid genomen van de 85A2 stabilisatie buis. Met een zenerdiode is de inregeling wat eenvoudiger omdat die geen hogere startspanning nodig heeft en een 85A2 wel.

De stuurtrap met EL84 wordt gevoed met 315 V die nu heel stevig is afgevlakt met twee maal een smoorpoel en condensatoren.

De 807 eindbuis ziet zijn 600V voeding afgevlakt zonder smoorspoel. Ik leerde uit een oud RCA boek dat een smoorspoel in de voeding van een zendbuis in Class C voor fikse stoorsignalen kan zorgen.

Je begrijpt dat als je bedenkt dat die buis korte en felle piekstromen veroorzaakt.

Inregelen van deze 20 Watt AM zender

Voor het inregelen van deze 20 Watt AM Zender heb je een oscilloscoop nodig. Zonder zo’n ‘meter’ tast je te veel in het duister. Voor een goede € 200 weet je met zo’n oscilloscoop zoveel meer bij je experimenten en bouwprojecten.

Je begint bij het afregelen van de oscillator

We laten de schakelaar voor de PA spanning nog even uit staan. We schakelen de voeding in een 20 seconden later de HS spanning (300V).

Vervolgens beginnen op meetpunt 1 en regelen C1 op een mooi en zo groot mogelijk signaal. Hierna regel je met C2 de gewenste frequentie in.

Meetpunt 2 levert je een kwaliteitsimpuls op. Toen ik namelijk bij meetpunt 1 na het inregelen heel scherp keek leek het of er een heel klein trillinkje op de top van de amplitude zichtbaar was.

Achterdochtig geworden ging ik toen verder kijken door op allerlei andere punten het signaal te onderzoeken. Meetpunt 2 gaf het meeste inzicht. Daar zag ik een scherpe deuk optreden in de negatieve flank van de sinusvorm.

Vervolgens heb ik de kathode weerstand die eerst 220 ohm was in stapjes verlaagt tot de huidige waarde van 85 ohm. Bij die waarde toonde de sinus ook op de kathode een prachtige vorm.

Verklaring

Afstemkringen, L-C Kringen zijn zeer vergevingsgezind. Ze weten van sterk vervormde signalen weer een mooie sinusvorm te maken. We maken daar ook vaak gebruik van bijvoorbeeld bij de eindbuis in class C waar de afstemkring of het PI filter van lelijke stroompulsjes weer een mooi signaal weten te maken.

Maar, je weet nooit wat er voor residu van een vervorming overblijft. Zo’n residu kan na versterking weer groter worden en dat is niet de bedoeling. Toch?

Stap 2 en 3

Inregelen van de buffertrap en de stuurtrap in onze 20 Watt AM Zender.

Hierbij volg je dezelfde procedure als bij de oscillator. Wijs geworden 😊 heb ik niet alleen bij de uitgang van die trappen gemeten maar ook op de kathode.

Uiteindelijk komt er na dit proces een prachtig, schoon en stevig signaal uit de EL84 stuurtrap (Zie afbeelding links).

De eindtrap afregelen

Door schade en schande wijs geworden heb ik voorafgaand aan de afregeling van de eindtrap in deze 20 Watt AM Zender eerst een universeel pi-filter gebouwd. Meer informatie over dit filter vind je op de pagina eenvoudig pi filter voor zender experimenten.

De uitgang van dit filter heb ik voor de test afgesloten met een dummy load van 50 ohm. Voor een paar dubbeltjes gekocht bij Ali.

Vergis je niet!

Twee zaken zijn van belang.

1. Afregelen op je antenne kan natuurlijk ook en ik weet dat er collega’s zijn die dat doen. Maar daarmee loop je een forse kans op het veroorzaken van storingen in je omgeving. Bij een thuiszendertje met maximaal 1 watt vermogen loopt je daarmee geen grote risico’s ook al raad ik het ook daarbij af.

   Maar bij een 20 Watt AM Zender is het crimineel om geen dummy load te gebruiken.

   Wil je vrienden blijven met je buren en wil je ook diensten die van radio verbindingen afhankelijk zijn zoals bijvoorbeeld de ambulance dienst of het vliegverkeer niet storen? Doe dit dan niet. Gebruik een dummy load.

2. Afregelen met een dummy load is niet het laatste wat je doet. Want zo’n domme belasting is een gewone weerstand en je zender reageert daar toch net iets anders op dan op een coax kabel met antenne. Na het afregelen met een dummy moet je altijd nog fine tunen op het echte werk, de coax verbinding en je antenne.

Het afregelen

Voor als je niet beschikt over een universeel PI filter heb ik bijgaande aanpassing aan het schema gemaakt die ook uitstekend werkt.

Zoals je ziet in bijgaand schema heb ik de waardes van de vaste condensatoren Ca en Cb ongeveer 50pf naar beneden bijgesteld. Daarbij voeg je dan een trimmer van 25-100pF toe door ze parallel aan die condensatoren te schakelen.

De waardes van de vaste condensatoren Ca en Cb kun je berekenen met ons eenvoudig PI filter reken tool. De HF smoorspoel van 5 mH bij de antenneaansluiting breng je aan voor de veiligheid van iedereen die per ongeluk je antenne zou kunnen aanraken inclusief jijzelf 😊.

Je kunt die smoorspoel makkelijk zelf maken. Hoe? Kijk daarvoor even bij de Pi filter tool.

Of je nu met het Universele Pi filter werkt of met voormelde schakeling. De afregeling werkt hetzelfde.

Je kunt je scoop hier niet aan de kathode hangen want dan zie je niets. Het schermrooster is wel interessant. Als het goed is zie je daar dezelfde piekspanningen (wel veel kleiner) als op de anode.

Je start met je scoop aan de antenne aansluiting van het PI Filter te hangen. Regel dan de met Ca de sinus op je scherm op maximale grootte. Hierbij kun je ook de mA meter in de gaten houden. Deze van 200 mA vond ik bij Amazon voor 1/5 van de prijs die ik eerder voor een exemplaar van 100 mA bij Conrad betaalde.

Mijn ervaring is dat je zo’n 20 watt AM Zender met de scoop nauwkeuriger afregelt dan met de mA meter. In ieder geval is het de afregelkunst dat die mA meter in een dip terecht komt, de laagste stroom aan geeft als je goed afregelt.

Na CA ga je CB afregelen. Je zult zien dat die afregeling veel minder kritisch is en zeker bij de lage frequentie (675 kHz) die wij hier testen. Al je daar 100 pF meer of minder geeft zie je geen verschil op je scoop en zeker niet op je mA meter.

Bij 4700 pF zit je op 50,19 ohm en bij 4800 pF kom je uit op 49,15 ohm. Niet zo spannend. Ook bij bijvoorbeeld 1800 kHz is het nog steeds niet heel spannend. 1800 pF geeft daar 49,15 ohm en 1700 pF geeft 52 ohm.

Toch is het van belang dat je hier naar kijkt want 1000 pF maakt wel degelijk verschil.

Bij mij is 716 pF voor Ca de waarde die ik heb opgemeten van de variabele condensator na de afregeling. Dat betekent dat de 807 buis bij de gegeven instellingen een belastings-impedantie wenste van 3290 ohm.

Volgens het PI rekentool zou dan Cb worden: wortel 3290/50 = (8,1* 716) 5800 pF.

Zoals je ziet vormt zo’n instelling voor mijn experiment pi filter geen enkel probleem. Een eitje.

Tot zover op de dummy load, nu de antenne

Met de lpam antenne aangekoppeld aan de 20 Watt AM Zender bleek de gewenste waarde voor Ca iets lager te liggen ( 660 pF) en ook de waarde voor Cb lager te zijn ( bijna 5000 pF).

Helemaal verklaren kan ik het niet. Maar deze twee condensatoren leveren samen een capaciteit van 583 pF. En die capaciteit gekoppeld aan een spoel met 95 µH heeft een afstemfrequentie van 675 kHz. Dat stemt mij gerust.

Zoals je hiernaast ziet hebben we ook een schoon antenne signaal. Geen harmonische signalen op 2 en 3 maal de grondfrequentie (respectievelijk 1350 en 2025 kHz).

De 20 watt AM zender in bedrijf

Een kort Filmpje ter illustratie. De Zender was ook maar heel kort in de lucht want ik heb geen licentie voor deze frequentie. Het is nu aan de vrienden in West Brabant om hiermee verder te gaan.

Een leuke en wederom leerzaam experiment. Heb je nog zo'n 807 buis liggen dan kun je daar mee experimenteren. Is jouw buis nog van goede kwaliteit dan heb je hiermee een leuke en stabiele zender in handen.

Heb je die buis niet voorhanden. Ga hem dan zeker niet kopen. De exemplaren die je nog tegenkomt zijn afgeragd is mijn ervaring.   
-
Koos Overbeeke

 Terug van 20 Watt AM Zender voor Zelfbouw naar De Radio Amateur LPAM