Progettazione trasmettitore AM a tubi

Bene, è giunto il momento di concretizzare le chiacchierate fatte con Dario e Law.

Come sapete ormai da un po' di mesi mi sto interessando di trasmissioni AM. L'idea finale sarebbe quella di mettere su un trasmettitore in OM da circa 200W. Tuttavia, quando non si è pratici di qualcosa, è bene partire da piccoli progetti pilota. In aggiunta a questo, un piccolo trasmettitore in OM o OC mi tornerebbe comodo per resuscitare una mia vecchia radio AM appartenuta a mio nonno.
Si sia quindi inizio alle danze.

Inizio col dire di aver trovato molto interessanti questi link, perchè svelano diversi trucchi pratici che non si trovano sui libri di teoria
www.w8ji.com/grounded_grid_amplifiers.htm
www.w8ji.com/metering_amplifier.htm

Per iniziare potrei seguire uno dei tantissimi progetti che si trovano in rete, tuttavia voglio utilizzare le valvole che ho già tra le mani. A tal fine ho pensato di progettare il tutto intorno a uno stadio finale in classe C costituito da una EL84 o da una PL84 (le ho entrambe). La cosa migliore sarebbe certamente quella di modulare la tensione di platta attraverso un trasfmormatore dedicato, ma questo primo progetto deve essere piccolo e low budget, mi sto quindi orientando verso una modulazione di g2 o di catodo. Entrambi i sistemi presentano degli svantaggi: il primo è notoriamente poco efficiente; il secondo esibisce una bassissima impedenza di ingresso (problema non di poco conto quando si ha un driver anche lui a valvole).

Se avete consigli fatevi avanti, nel frattempo inizio a fare qualche conto e qualche simulazione

Edited by DamnLarsen - 23/6/2020, 22:14

Ok, come promesso ho effettuato delle simulazioni costruite su una EL84 come stadio "di potenza". Le PL84 dovrebbero avere delle caratteristiche anodiche pressochè identiche, quindi mi riservo di decidere più avanti quale usare.
Nella simulazione utilizzo una ECC81/12AT7 configurata come oscillatore Colpitts per fornire la portante alla EL84. In realtà vorrei impiegare una PC88 (stesso mu, ma caratteristiche anodiche un po' diverse) perchè ne ho un cassetto pieno. Ovviamente non sono riuscito a trovare un modello spice per la PC88, quindi mi sono dovuto arrangiare con quello della valvola più simile, ma non mi aspetto grosse differenze di comportamento. Come stadio preamplificatore/modulatore ho invece optato per una ECC82/12AU7, visto che per modulare efficacemente la g2 della EL84 c'è necessità di una bella spinta. Probabilmente una 6SN7 sarebbe stata ancora più idonea, ma in questo momento non ne ho nessuna.
Lo schema finale è il seguente:

Attached Image: 1

Per sommi capi: La 12AT7 oscilla alla frequenza determinata da L2, C8 e C9 (che formalmente si comportano come un unico condensatore da 50pF). Il segnale oscillante viene portato alla EL84 che opera in classe C grazie a una forte polarizzazione positiva del catodo. La g2 della EL84 viene modulata alla frequenza del segnale audio dall'anodo della 12AU7, mentre il segnale modulato viene prelevato all'anodo della EL84 grazie al circuito risonante LC accordato alla frequenza dell'oscillatore (il circuito LC funge da carico e permette di "ripulire" l'uscita dalle inevitabili armoniche RF). La R4 funziona da resistenza di smorzamento e probabilmente potrebbe essere anche omessa.
Come si può vedere dalla simulazione le cose funzionano abbastanza bene, col segnale modulato in antenna che dopo circa 1 ms di assestamento inizia ad assumere valori compresi tra i 60Vpp e i 280Vpp (modulazione del 79% circa, not so bad).

Attached Image: 2

Uno zoom non fa mai male...

Attached Image: 3

Il comportamento a regime del circuito non mi preoccupa: tutte le valvole lavorano non oltre il 50% della corrente catodica consentita, mentre le tensioni anodiche non eccedono mai gli "absolute max."
L'unico problema temo potrebbe verificarsi all'avvio, momento in cui la tensione di placca della EL84 schizza a valori pericolosamente alti (vedi sotto). Quest'ultimo fatto tende a sbilanciare la scelta verso la PL84, che dovrebbe essere un po' più avvezza alle tensioni impulsive oltre i 500V di picco.

Ovviamente tutto quello che ho scritto è frutto di simulazioni che dipendono dall'esattezza dei modelli LTSpice utilizzati. Non prendetelo quindi come oro colato

Attached Image: 4

Si, ho notato che alcuni schemi usano un oscillatore Hartley montato direttamente sul catodo del pentodo finale... Non so se quella soluzione ha altri vantaggi, oltre all'ovvio "una valvola in meno"

E' esattamente il motivo per cui non mi sono fidato di quegli schemi...
C'è una cosa che comunque non capisco: come si effettua l'adattamento all'antenna? Così per sommi capi ho capito che un antenna accordata correttamente dovrebbe avere un impedenza di radiazione compresa tra i 50 e i 70 ohm (a seconda della tipologia). Ho visto che in molti schemi è presente un circuito di adattamento LC, ma non ne comprendo ne il funzionamento ne i criteri con cui viene progettato...

Allora, fermi tutti, ho capito come funziona il giochetto dell'accoppiamento all'antenna. Poi ho effettuato qualche ottimizzazione qua e la e alla fine pare che la potenza si aggiri sugli 8W di picco su 50 ohm di carico (400mA di corrente di cresta dentro R3 che dovrebbe simulare l'antenna). Non male.
Ecco lo schema. Per qualsiasi dubbio chiedete pure. Ovviamente C1 e C7 devono essere dei condensatori variabili il cui valore esatto andrà determinato sperimentalmente.

Edited by DamnLarsen - 26/6/2020, 11:46

Attached Image: 1

Ciao Dario, penso dovrai portare un po' di pazienza perchè ho da reperire i condensatori variabili e uno chassis adeguato. Ad ogni modo hai ragione, si tratta sempre di simulazioni.
A onor del vero devo dire che, conti alla mano, la situazione in cui ottengo la massima potenza di uscita dalla EL84 (quella riportata nell'ultimo schema) è assimilabile a un carico riflesso di poco superiore ai 5000 ohm. Un valore assolutamente coerente con le mie esperienze pregresse con questa valvola. Quindi perlomeno il suo modello sembrerebbe affidabile

Edited by DamnLarsen - 30/6/2020, 19:16

Eccoci quà! Il montaggio è ormai a buon punto e con le prime prove iniziano a comparire i primi problemi
Il circuito, al netto di un paio di semplificazioni/adeguamenti, è quasi identico a quello postato sopra (posterò lo schema a breve) e devo dire che la maggior parte delle componenti lavora esattamente come previsto nonostante le prove siano a tensioni ridotte:
L'oscillatore oscilla anche con una PC88 al posto dell'ECC81. Sulla g1 della PL84 misuro circa 20Vpp contro i 100Vpp previsti in simulazione, ma ovviamente i 10pF verso massa introdotti dalla sonda si faranno sicuramente sentire. La frequenza è di circa 8MHz invece di 10, segno che l'induttanza mi è venuta da 8uH invece di 5uH.
La sezione audio lavora esattamente come previsto, con un accordo rispetto alle simulazioni quasi miracoloso. Il segnale modulante arriva sulla g2 della PL84 in modo impeccabile.
Le tensioni continue misurate sui vari elettrodi della PL84 sono in accordo.

E quindi dove stanno i problemi?

Semplice: Non rilevo nessun segnale sull'anodo della PL84, come se il circuito di carico LC non esistesse.

Sono piuttosto perplesso