MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje
We gaan de bouwpakket zender met EL84 naar versie 2.0 brengen. Een MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje. Die uitbreiding kost je nog geen €25 en brengt veel.
Een stabiel en kwalitatief goed zendertje voor in en rondom huis en eenvoudig zelf te bouwen. Dat is wat we gaan doen.
Waarom bouwpakket zender 2.0?
Deze bouwpakket zender is in het afgelopen jaar door een tiental hobbyisten nagebouwd. Van hen hebben er enkele gevraagd of een meer stabiele versie mogelijk is?
Het is begin juni 2024. We zitten in ons vakantiehuisje in Zeeland en het regent al dagen.
Ik pak er een paar buizen boeken bij
De bouwers van de bouwpakket zender kampen met het volgende. Het is een leuk zendertje, voor in en rondom huis met een 60 cm sprietje als antenne. Hij werk ook nog aardig voor de buurt of het dorp met een spriet van 3 meter die boven de nok van het huis uit komt.
Dat laatste raad ik je af want het is niet legaal en die uitzendingen zijn ook niet erg stabiel. De luisterkwaliteit valt tegen na een half uurtje luisteren. Twee sitebezoekers vroegen me of een MOPA mogelijk is en mogelijk verbeteringen op kan leveren.
Die mogelijkheid is er zeker en daarom hierbij twee suggesties voor een kleine uitbreiding op de bouwpakketzender die zeker de gewenste stabiliteit brengen.
Maar voor we naar die verbetering gaan kijken is het voor een goed begrip van belang om vast te stellen waar de tekortkomingen in de bouwpakket zender 1.0 door worden veroorzaakt.
Tekortkomingen in de bouwpakket zender
De EL84 moet in deze zender drie functie tegelijk uitvoeren:
- Oscilleren,
- Versterken en
- Moduleren.
Hij doet dat knap maar het geheel in één buisje levert niet een erg robuust en stabiel resultaat op.
Met deze combinatie van functies in één buis komen diverse beperkingen in zicht. Zo heeft fijn-afstemming in de anode- en in de antennekring van het PI-filter ook altijd invloed op de afstemming in de oscillatorkring.
De wisselwerking tussen die drie afstemkringen brengt instabiliteit teweeg. De buisinstelling is ook zeer kritisch. Zoals diverse bouwers van de bouwpakket zender merkten kan het gebruik van bijvoorbeeld een voedingstrafo uit een oude radio al veroorzaken dat de zender ook op de FM band te horen is.
Een te hoge gloeistroomspanning en een te hoge voedingsspanning veroorzaken dat de EL84 op hol slaat.
De les is hier.
De voedingstrafo kopen die ik bij dit bouwpakket aanbevolen heb of in ieder geval zorgen dat de gloeispanning beneden 6,5 V blijft en de hoogspanning beneden 280 V blijft.
Daarnaast zijn er wisselingen in ons stroomnet (220V net) die direct doorwerken op de stromen die door de buis lopen en daarmee doorwerken op de frequentie die in de zender wordt opgewekt. Ook aan dat laatste gaan we iets doen.
Een MOPA, een zender samengesteld uit een
Master Oscillator en een Power Amplifier
Even een korte uitleg omdat daarmee de voordelen van dit MOPA ontwerp direct duidelijk worden.
De zender met één EL84 pentode buis is een zogenaamde ECO. Die drie letters ECO staan voor Electron-Coupled Oscillator. Het is een oscillator waarbij in de pentode buis het oscillator circuit bestaande uit kathode en stuurrooster worden afgeschermd van het anode circuit met behulp van het schermrooster.
Met andere worden het uitgangscircuit (anode) van de buis is afgeschermd van het ingangscircuit (kathode en stuurrooster). In de ECO schakeling bevindt het oscillator circuit zich bij de ingang van de buis.
Die afscherming maakt dat zo’n ECO-oscillator vrij ongevoelig is voor variaties in de uitgang van de buis, het zogenaamde belasting circuit. Dat laatste is mijn motivatie om ook een pentode-buis in de MO, de master oscillator toe te passen.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
In de bouwpakket zender is van die ongevoeligheid weinig te merken en dat komt door de modulatie.
Die modulatie wordt uitgeoefend op de anode en op het schermrooster. Door het schermrooster mee te moduleren wordt een betere modulatie verkregen. Maar daardoor is de afschermende werking van het schermrooster ook voor een groot deel teniet gedaan.
De voordelen van het MOPA concept
In een MOPA zender wordt de modulatie uitgevoerd op de PA, de Power Amplifier. Dat ontlast de oscillator van sterke schommelingen in de schermroosterspanning waardoor dit schermrooster zijn werk beter kan doen.
Daarnaast hoeft de oscillator nu minder power te leveren wat ook stabielere prestaties mogelijk maakt. En we kunnen de oscillator nu van een gestabiliseerde voedingspanning voorzien wat de stabiliteit ook ten goede komt. Schommelingen in het lichtnet werken niet meer door op de oscillator.
Bovendien ziet de anode van de oscillatorbuis nu een redelijk stabiele belasting voor zich en ook dat komt de stabiliteit ten goede.
Twee MOPA concept schema’s, bouwpakket zender 2.0
Voor deze MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje heb ik twee ontwerpen in gedachte.
- Een MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje met EF89 en EL84.
Deze zender is in de oscillator uitgerust met een EF89, een RF penthode. Met die penthode zal het uitgangsvermogen maximaal 2 à 3 watt zijn.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
Twee tot drie watt!? Ja dat is een stuk minder vermogen dan het bouwpakket 1.0 met maar 1 buisje oplevert.
Hoe dat kan?
De verklaring is dat in bouwpakket 1.0 de EL84 en voor oscillatie zorgt en voor power output. De buis weet zo’n krachtige oscillatiespanning op te roepen dat de buis ruim in class C terecht komt.
In class C kun je met een stevig audio signaal lekker moduleren en zo een krachtig signaal naar je antenne voeren.
Ben je niet zo bekend met modulatie in class C. Lees dan even Eenvoudig het Effectieve Antenne Vermogen Verdubbelen in je LPAM Zender
De EF89 in de oscillator levert wel een mooi en stabiel signaal maar ook een minder krachtig signaal. De EL84 in de PA wordt nog wel in class C aangestuurd maar niet op volle kracht en zo komt die EL84 niet tot zijn volle vermogen.
Dat laatste is ook precies de bedoeling! 😊
We willen stabiliteit en kwaliteit. Muziek in je woning of bedrijfsruimte. 2500m2, geen probleem hoor. Maar daarbuiten hoeft niemand iets van ons zendertje te merken.
De veilge optie
Een EF89 in de MOPA, een stabiel middengolf zendertje, dat is de veilige optie.
Wil je een stabiel middengolf zendertje voor in en rondom je eigen woning dan is het schema met de EF89 een prima en veilige optie.
Met dit lage vermogen loop je weinig risico om andere radio bronnen te storen en in combinatie met een bescheiden antenne beperk je het bereik tot ongeveer 30-50 meter.
Je kunt zonder bandbreedte beperking je audio naar je middengolf radio’s sturen. Met een reikwijdte van maximaal 100 meter (via een sprietje van maximaal 2 meter als antenne) doe je daar niemand kwaad mee.
Waarom een EF89?
Ik heb bewust voor de EF89 HF buis gekozen. Niet een buis die je vaak tegenkomt in amateurschema’s. Wel een buis van hoge kwaliteit die ruim beschikbaar is en voor minder dan 10 Euro te koop.
De ruime beschikbaarheid en lage prijs en ook nog een hoge kwaliteit, dat is een combinatie die je niet vaak tegenkomt. De oorzaak hiervan is eenvoudig verklaarbaar. De buis werd in de vorige eeuw in TV toestellen gebruikt maar zo zijn er wel meer buizen en die zijn schaarser geworden.
De EF89 is vanwege zijn stabiliteit en degelijkheid massaal toegepast in versterkerstations in de telefonie wereld. Dat laatste in een tijdperk dat die telefoons nog analoge techniek gebruikten. Die analoge techniek is overal in de wereld nu wel uitgefaseerd maar daarbij kwam dit buisje dus massaal op de markt.
En ook tweedehands bewijzen ze nog steeds hun kwaliteit.
Je wilt power
Je wilt de power van de bouwpakket zender behouden. Dan lijkt optie twee een mogelijkheid.
2. Een MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje met EL84 in de MO en EL84 in de PA.
Dit zendertje, nu uitgerust met twee EL84 buisjes kan net als het bouwpakket 1.0 tot wel 6 watt draaggolf en 24 watt PEP AM signaal je antenne inpompen.
Dat levert een krachtiger signaal in je middengolf radio’s op.
Het grote verschil tussen deze MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje en zijn bouwpakket voorganger is de stabiliteit van het signaal en een rustiger afstemming. Rustiger omdat fijn afstemming in het anode en antenne circuit de afstemming van de oscillatorkring niet meer verstoort.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
Wil je power en toch een stabiel signaal? Dan is dit ontwerp een optie. Let wel. De opzet is niet licentiewaardig en daarom op de middengolf niet legaal bruikbaar.
Deze opzet werkt in de prijktijd niet goed en levert een slechte geluidskwaliteit in je radio.
Wil je power dan zijn er betere ontwerpenen en betere schema op deze site te vinden.
Beveiligde rooster lek voorspanning in de PA
Met het doel de schakeling zou eenvoudig mogelijk te houden heb ik gekozen voor een zelfvoorzienende negatieve roosterspanning in de PA buis.
Deze MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje is voorzien van zogenaamde rooster lek voorspanning (Grid-Leak Bias).
De benodigde negatieve voorspanning op het stuurrooster van de buis in klasse-C varieert normaliter tussen 1,5 en 3 keer de cutoff spanning van de buis. Voor de EL84 is die cutoff spanning 20-25V.
Hoe hoger de anode en schermrooster spanning des te hoger de cutoff spanning. Dat vraagt voor de EL84 dus een voorspanning van minimaal -40V.
In mijn zenderontwerpen tot nu toe voorzag ik in die voorspanning met een extra spanningsbron. Een kleine extra trafo met een brugcel en een Elco zorgen dan voor die negatieve spanning.
In dit MOPA schema wilde ik het eenvoudiger en goedkoper houden. De negatieve voorspanning wordt verkregen door een klein koppel condensatortje (220pF) en een relatief kleine roosterlek weerstand (12K).
Om deze eenvoudige schakeling te laten werken moet de oscillator een hoogfrequent (RF) spanning leveren die boven de -40V uitkomt. Ga uit van 100 VPP (positieve piek tot negatieve piek) RF spanning.
Het rooster gaat dan roosterstroom voeren gedurende korte tijd van de sinusvorm, het moment dat de spanning positief boven de nul spanning komt. Die stroom laat de koppelcondensator negatief op en dat bepaalt de negatieve voorspanning van de buis.
De condensator ontlaadt zich weer over de roosterlekweerstand op het moment dat de positieve piek voorbij is. Zo blijft de negatieve spanning op het stuurrooster in stand op het moment dat er geen roosterstroom meer loopt. Je ziet dit links op de afbeelding.
Het voordeel rooster lek voorspanning (Grid-Leak Bias) is dat hoogte van de negatieve voorspanning aansluit bij de kracht van het aangeleverde signaal.
Zo zal die negatieve voorspanning bij de EF89 in de MO minder hoog zijn dan in geval van de EL84 in de MO. Die automatische aanpassing maakt het leven van een ontwerper een stuk eenvoudiger.
Om deze schakeling te laten werken moet de lekweerstand niet te groot en niet te klein zijn. Meestal iets in de orde tussen de 10 en 25 kilo-ohm. De condensator moet voor de werkende radio frequentie een impedantie bezitten van een paar honderd ohm.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
Een nog stabielere oscillator
Met het oogmerk de stabiliteit van de oscillator nog verder te verbeteren voer ik nog een wijziging toe. De afstemcondensator C1 verplaats ik naar dicht bij de oscillatorspoel. Voor de aansluitingen tussen spoel en afstemcondensator neem ik dikke stijve koperdraad (1,5mm2).
De buis die het dichtst bij de oscillatorkring staat wordt de oscillatorbuis. De verbindingen tussen die buis en de oscillatorkring worden zo kort mogelijk gehouden en ook uitgevoerd met stijve draad.
Die draden worden ook nog met Hot Glue vastgezet aan het chassis zodat bewegen op de trillingen van welke oorzaak ook, worden uitgesloten.
De ‘oude’ EL84 uit de bouwpakket 1.0 zender wordt nu de PA.
Bijgaande compositiefoto geeft een globale indruk van hoe dat er uit gaat zien.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
Opzet van de chassis aanpassingen
De praktijk
De praktijk van deze MOPA een stabiel middengolf zendertje voor binnenhuis gebruik.
Je zag hierboven al dat er een zorgwekkende smiley staat op het concept schema met de EF89 in de Master Oscillator.
Tijdens de eerste experimenten bleek de EF89 met geen geweld aan het oscilleren te krijgen.
Ook kon ik geen schema’s vinden waarbij een EF89 met 150V spanning functioneert. Altijd zie je die buis werken met een spanning van 250V. Ik wil 150V gebruiken omdat we daar eenvoudig een gestabiliseerde spanning voor kunnen maken. Voor 250V zou dat complexer worden.
Het stuurrooster (g1) leek bij die lage anode spanning niet in staat om voldoende automatische bias te genereren. We moesten de buis daarom helpen met een kathode weerstand.
Die kathode weerstand moet de EF89 richting afknijppunt brengen. Bij een anode spanning van 150V is die afknijpspanning ongeveer 28V. Met een kathode weerstand van 5k6 krijgen we 25 volt op de kathode.
De roosterlekweerstand heeft ook een andere waarde nodig. De waarde van rond de 25k die je vaak bij hartley oscillators ziet veroorzaakte bij deze buis te veel demping op de zwakke signaaltjes die hij wist op te wekken in de oscillator kring.
Een roosterlek weerstand van 1M, een waarde die je bij deze buis vaker ziet, dat werkte ook niet. De buis begon daarbij wel te oscilleren maar de kleine roosterstroom die dat oplevert laadde de condensator van 100pf steeds verder op tot de buis dicht sloeg.
De normale roosterlek-weerstandswaarde veroorzaakte dus teveel demping. Zoeken naar een passende waarde voor die weerstand leverde 68k op. Vervolgens heb ik ook de anode van een HF smoorspoel voorzien om de versterking op te voeren
En toen zoemde de EF89 een fraai signaal op middengolf frequenties.
Hierbij het schema.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
Bromberen op de weg met de EF89
Er duikt een nieuw probleem op. Dit zendertje werkt prima, er komt goed geluid uit en de reikwijdte blijft met een rechtopstaande antenne van 2 meter beperkt tot een meter of vijftig. Na 100 meter hoor je niets meer.
😊
Maar,
Er zit een flinke bromrimpel op dat geluid en na wat zoeken en experimenteren blijkt die brom uit de zonnepanelen (PV installatie) te komen.
Die brom valt in onze woning ondanks alle genomen maatregelen niet helemaal uit te bannen. Het gegeven dat we de kathode op een niveau van 25V boven ‘grond’ hebben getild maakt de gevoeligheid van het buisje voor brom alleen maar groter.
Terug naar de tekentafel
Terug naar de tekentafel voor deze MOPA, een stabiel Middengolf Zendertje
We gaan de kathode weer dicht bij ‘aarde’ leggen. Daarvoor is wel een anderen concessie nodig. De voedingsspanning moet naar boven de 200 V conform de datasheets van de EF89.
Hierbij het schema.
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje -
De schermroosterweerstand moet nu 47K worden anders gaat daar teveel stroom lopen.
En dan werkt de EF89 wonderwel goed als oscillator. De HF smoorspoel heb ik snel weer verwijderd in de anodekring. Die smoorspoel probeerde van de pieksignaaltjes (class C output) weer wat salonfähig signaal te maken en dat is nu juist niet de bedoeling.
De EL84 wil graag lekker met class C piek signalen worden aangestuurd. Zo werkte het ook in de bouwpakket zender. Ik verving die smoorspoel door een weerstand van10k en bingo. Het werkt.
Die brom van de PV installatie is niet 100% weg te managen maar hij is nu wel een stuk minder en niet meer storend aanwezig.
Het bereik van deze MOPA
Het bereik van deze MOPA, een stabiel Middengolf zendertje.
Dat bereik is met het hierbij toegepaste pi filter maximaal 100 meter. Het filter zorgt er effectief voor dat je naast bijvoorbeeld 1250kHZ niet ook op 2500kHz gaat uitzenden.
Met 1 watt (4 watt PEP) uitgangsvermogen kun je overigens een veel grotere reikwijdte behalen. Hoe je dat doet is voer voor een ander artikel: Meer bereik halen halen uit amateur zenders met een te kleine antenne..
Niet tevreden!
Het resultaat van dit experiment stemt me niet tevreden. Met name de geluidskwaliteit valt me tegen. Dat vraagt om wat onderzoek en een nieuw experiment.
Gelukkig leverde dat wel het gewenste resultaat.
Je kunt daar kennis van nemen op: 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit
Wat kost deze MOPA?
Wat heb je nodig voor deze stabiele versie van de bouwpakket zender? Een MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje?
Weinig. Een EF89 buisje.
Verder heb je een paar weerstandjes en condensatortjes nodig. Zie de schema’s voor de juiste waardes.
In het schema met de EF89 (schema 4.0) zie je nog twee zenerdiodes (type 5 watt) die samen goed zijn voor 230V. Spannend zijn die niet.
Als je ze weglaat is de MO iets gevoeliger voor verstemming in de PA. Dat komt doordat de voedingsspanning iets fluctueert als de EL84 overgaat van 36 mA bij afgestemd signaal naar 60 mA bij niet afgesteld signaal.
De 100 ohm weerstand in de kathode van de EL84 zorgt er voor dat dit niet verder uit de hand loopt (de EL84 mag maximaal 65mA kathodestroom hebben).
Wordt vervolgd
Voor een inleidend artikel ga je naar 'vorige' en voor het vervolg ga je naar 'Volgende'.
Tot zover,
Voel je vrij met deze twee schema’s te gaan experimenteren.
Heb je een vraag of kom je iets vreemds tegen? Laat het me weten via de communicatie box hieronder.
-
Koos Overbeeke
Terug van MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje naar de-Radio-Amateur.nl/zenders
Reactie van Site volgers
Anton
Zendertje produceert veel Brom, hum.
Beste Koos, Ik heb deze MoPa gebouwd en jouw instructies van de bouwpakket zender nauwgezet opgevolgd. Toch produceert dit zendertje veel brom in mijn radio’s.
Die brom is vooral goed hoorbaar als er geen muziek op de audio ingang staat.
..Koos
Een bekend probleem Anton ☹,
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje –
- Ik ga er van uit dat je de trafo die ik heb aanbevolen hebt gebruikt. Heb je een oude trafo gebruikt kijk dan even over er midden aftakking op de 6,3V voedingspanning zit. Die midden aftakking moet met de massa (centrale aardpunt) zijn verbonden. Heb je dat ook gedaan? Zo niet dan heb je hier al een stevig brompunt te pakken.
- Mogelijk heb je een andere trafo en zit die midden aftakking er niet. Soldeer in dat geval aan allebei de 6,3 V voedingsdraden een weerstand van 100 ohm. Soldeer de andere kant van die weerstanden aan elkaar (er staat dan 200 ohm aangesloten over die 6,3V). Op dat punt waar je de twee weerstanden aan elkaar hebt gesoldeerd monteer je een draad die dit middelpunt verbindt met het centrale massa punt.
- Let ook op dat je gloeispanning niet te hoog is (probleem van oude trafo's). 6,5V of meer kan ook een flinke brompot tot gevolg hebben.
- De trafo afscheiding is niet verbonden.
De Hammond trafo’s bezitten een elektrostatische afscherming. Die afscherming dient om brom door elektrostatische koppeling te voorkomen. Op de afbeelding rechts, zie je dat die afscherming met een grijze draad naar buiten komt.
Alleen,
Op de afbeelding links, zie je die grijze draad niet terug en ook in de werkelijkheid ontbreekt die draad.
Dat komt doordat in de fabriek die draad al met de massa is verbonden.
Nu zal dat ooit goed gewerkt hebben maar in de moderne tijd zijn, of de aardringetjes niet meer van zulke goede kwaliteit, of de gebruikte lak heeft juist een te goede kwaliteit.
Zie onderstaande afbeeldingen die een imperfectie in het fabricage proces illustreren.
Op afbeelding 1 en 2 zie je de bout waaronder de grijze draad zou moeten zijn afgewerkt.
Op afbeelding 3 zie je dat we de afschermkappen hebben verwijderd (alle vier de schroeven losdraaien).
Nu zie je de grijze draad die met een ringetje tussen de afschermkap en het trafohuis zat geklemd. Maar op afbeelding 4 zie je dat dat niet tot een solide contact leidde. Bovendien zie je op afbeelding 5 dat de bevestigingssteunen van de trafo zo netjes en stevig zijn gelakt ook hier geen contact met massa ontstaat.
De oplossing is eenvoudig. Zoals je op afbeelding 3 ziet heb ik een grijze draad aan de originele draad gesoldeerd en daarna alles weer netjes in elkaar gezet. Dat laatste is een eenvoudige klus.
Vervolgens de trafo weer gemonteerd alle juiste draden weer aangesloten en de nu wel aanwezige grijze draad met massa verbonden.
Probleem opgelost.
-
Koos Overbeeke
- MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje –
