Röhren-Betriebsdaten für eine KW-SSB-PA mit 750 W out

von Peter, DJ4XN

Auch heute gibt es noch OMs und (x)YLs die eine Endstufe mit Röhren betreiben, bauen wollen, oder einfach mal mehr darüber wissen möchten.

Achtung: Auf die Gefährlichkeit der hohen Anodenspannungen und die unbedingt notwendigen Schutzmaßnahmen achten !

Der folgende Beitrag zeigt, wie jeder OM und jede (x)YL ohne komplizierte Rechnerei mit Sinus und Cosinus usw. seine PA-Röhre selbst aussuchen und die dazu notwendigen Überlegungen anstellen kann, um später nicht enttäuscht das Handtuch zu werfen. Das angeführte Beispiel ist im Prinzip auf jede andere Triode anzuwenden und erfolgt mit ausreichender Genauigkeit.

Die ABB-Triode T510-1 entspricht in allen wesenlichen Parametern der 3-500Z (direkt austauschbar).




Hauptdaten:

Uf 5* Volt + -3% / If ca. 15 A, direkt geheizt; Steilheit ca. 15 mA/V; Verstärkungsfaktor µ: ca. 160; Ua(max) SSB, CW = 4000V bis 75MHz;

Qa (Anodenverlustleistung) = 500W; Qg (Gitterverlustleistung) = 40W; F(max) = 150MHz; Sockel = Giant 5 Stifte; Eingangsleistung max. 1,5kW .

*= Heizpannung mit Dreheisen-Instrument direkt am Röhrensockel zu messen.



Forderungen:

Hochfrequenzleistung 750 Watt CW am Ausgang der PA, Anodenspannung 3 kV, nur eine Röhre, maximal verfügbare Steuerleistung 100 Watt, AB2-Betrieb.

Am Beispiel der ABB-Triode T510-1 (High-μ) soll nun die Machbarkeit mit dieser Röhre überprüft werden. Dazu nehmen wir einige Parameter, welche sich in der Praxis als günstig und richtig erwiesen haben. Für AB2-Betrieb legen wir einen halben Anoden-Stromflußwinkel von 97 Grad fest und erhalten damit immer die folgenden Konstanten: K1ap = 0,34; K1gp = 0,25; K2a = 0,76; K2g = 0,85. Die Anoden-Restspannung VaRest legen wir mit 10 % von Va = 0,3 kV fest.

Dies ergibt einen Röhren-Wirkungsgrad von etwa 68 %. Die HF-Verluste bis zur HF-Buchse setzen wir mit 8 % an. Somit ergibt sich eine notwendige Eingangsleistung Pi von etwa 1200 Watt, d. h. bei 3 kV Anodenspannung ein Anodengleichstrom Ia von 1200/3 = 400 mA.

Damit wird der Anoden-Spitzenstrom Iap = 400/K1ap = 400/0,34 = 1176 mA.

Im Konstantstromdiagramm der T510-1 suchen wir den Schnittpunkt PL, Vap mit VaRest und lesen links die maximale positive Gitterspannung Vgp mit 125 Volt ab. Der maximale Gitter-Spitzenstrom Igp ist an diesem Punkt mit 0,7 A abzulesen.

Kleine Rechenarbeit:

Betriebsdaten und Zulässigkeit:

Der Gittergleichstrom Ig wird damit Igp x K1gp = 0,7 x 0,25 = 0,175 A. Die nötige Gitter-Steuerleistung Pgs (für Kathoden-Basisschaltung) wird Vgp x Ig x K2g = 125 x 0,175 x 0,85 = 18,6 Watt. Bei High-muTrioden ist dies etwa auch die Gitterverlustleistung. Die T510-1 erlaubt 40 Watt (die 3-500Z nur 20!). Also kann selbst bei krasser Fehlabstimmung - die Gitter-Verluste steigen in diesem Fall stark an - die Röhre keinen Schaden nehmen, da das Gitter selbst im Normalfall bei Volllast (CW Dauerstrich) nur knapp zu 50 %ausgelastet ist.

Für Gitter-Basisbetrieb errechnet sich die notwendige Kathoden-Steuerleistung nach der Formel Pks = Pgs + (K2a x la x Vgp), also Pks = 18,6 + (0,76 x 0,4 x 125) = 57 Watt. Dafür reichen 100 Watt zur Verfügung stehende Steuerleistung, wenn wir auch die HF-Verluste berücksichtigen, auf allen KW-Bändern sicher aus.

Die Überprüfung der Anodenverlustleistung erfolgt nach folgendem Rechnungsgang: Pa = Pi - Po (ab Röhre) = 1200 - (68 % von Pi) = 384 Watt. Die T510-1 kann 500 Watt dauernd und 1 kW im Pulsbetrieb abführen. Also genügt ein kleiner, leiser Lüfter (Vorteil der Graphit- Anode!). Auch hier genügend Reserve für Fehlabstimmung, Fehlanpassung usw.

Die T510-1 ist eine aus einer robusten Industrie-Triode (T380-1) entstandene high-μ-Version. Somit sind alle Elektroden dieser Röhre auf lange Lebensdauer ausgelegt. Trotzdem wollen wir auch den für die Lebensdauer einer Röhre sehr wichtigen Parameter maximal zulässiger Kathoden-Spitzenstrom Ikp (bei der T510-1 = 3 A) überprüfen. Dieser errechnet sich nach der Formel Ikp = Iap + Igp = 1,176 + 0,7 = 1,876 A. Also auch hier genügend Sicherheit und somit lange Lebensdauererwartung.

Es zeigt sich also, daß eine T510-1, ohne großen Aufwand an Schutzeinrichtungen und großes Gebläse, ohne weiteres in der Lage ist, mindestens die in Deutschland zulässige HF-Ausgangsleistung von 750 Watt sauber, sicher und mit großer Reserve auf allen KW-Amateurbändern und mit der langen Lebensdauer einer robusten Industrie-Röhre abzugeben.

Zur Vervollständigung wollen wir noch die für die Berechnung der Pi-Filter wichtigen Daten (bei Vollaussteuerung) wie Röhren-Außenwiderstand Ra und Kathoden-Eingangswiderstand Rki bestimmen:

Ra = (Va - VaRest) / (2 x K2a x Ia) = (3000 - 300) / (2 x 0,76 x 0,4) = 2700 / 0,608 = 4440 Ohm.

Der Rki errechnet sich mit ausreichender Genauigkeit nach der Formel 1 / Steilheit S (hier 15 mA/Volt), somit 1 / 0,015 = 67 Ohm. Der tatsächliche Wert liegt infolge der dynamischen Belastung (bei SSB) etwa um 50 % höher.

Der Ruhestrom der T510-1 stellt sich gemäß Datenblatt Pr (Schnittpunkt Va 3 kV zu 0 Volt Vg) auf etwa 80 mA (keine Z-Diode oder -Vg nötig) ein. Bei Röhren mit geringerem Verstärkungsfaktor μ oder bei Verwendung höherer Anodenspannung muß das Gitter gegenüber der Kathode so negativ vorgespannt werden (oder die Kathode gegenüber Gitter positiv), daß ohne Ansteuerung der Wert Ruhestrom Iar x Va etwa die Hafte der zulässigen Anodenverlustleistung ergibt.

Viel Spaß beim basteln - aber: Vorsicht Hochspannung!

Sollten Sie nach Fertigstellung Ihres Gerätes und mit den obigen Betriebsdaten (vor allem in Gitter-Basis-Schaltung) mehr Leistung bekommen, so liegt das daran, daß erstens ein Teil (ca. 3/4) der Steuerleistung "durchgereicht" wird und sich zur Ausgangsleistung addiert und zweitens daran, daß Sie alles bestens aufgebaut haben!

vy 55 de DJ4XN

Anmerkung:

Die gesamte ABB-Röhrenfabrik in der Schweiz (somit auch die Produktion der T510-1) wurde vor Jahren an Thomson verkauft. Vertrieb der T510-1 von https://www.relltubes.com/products/Electron-Tubes-Vacuum-Devices/Triode/T510-1TH.html