Este Retrofit tem como objetivo dar uma vida nova e longa ao amplificador linear Collins 30L-1, muita pesquisa foi feita e com base na experiencia de muitos radioamadores ao redor do mundo, escrevo aqui a lista de modificações necessárias para uma boa performance do amplificador:
Collins 30L-1 manual 9th edition February 1966
Modificação 01:
R21, R22, R23 e R24 de 47Ω foram substituídos por resistores Ohmite Série OX de composição cerâmica de 2W modelo modelo: OX220KE de 22Ω
Link Mouser: 588-OX-22-E
Justificativa: Resistor de Ohmite da serie OX de composição cerâmica permite que, em caso de abertura de arco, este absorva grande quantidade de energia sem danificar o mesmo. A alteração do valor de 47Ω para 22Ω tem o proposito de reduzir a variação de tensão da grade com a corrente circulante colaborando para a modulação e distorção do sinal do amplificador, tornando o BIAS (polarização de grade) mais estável. Fonte: Tom W8JI
Modificação 02:
Adicionar 4 capacitores de disco de 0,001 µf x 1000 Volts entre a grade de controle e a massa (GND).
Justificativa: Aumentar a capacitância para manter a tensão de grade linear nos capacitores de C22, C23, C24 e C25 de 220 PF, melhorando o IMD do amplificador tornando o ganho plano de 80 m à 10 m. Fonte: Tom W8JI
Modificação 03:
Adicionar um Diodo TVS de proteção (Nº da Mouser: 625-1.5KE180CA-E3/23) , onde o cátodo vai a massa (GND) e o ânodo no ponto de união dos resistores conforme a foto. Nota: Esta modificação é também é altamente recomendado por Dennis Brothers - que ainda é um funcionário da oficina autorizada Collins Rádio em Cedar Rapids.
Justificativa: Caso ocorra uma arco no tubo a tensão positiva irá se desviar para a massa, esse incremento não afeta em nada a polarização negativa da grade. Fonte: Tom W8JI
Modificação 04:
Adicionar um varistor entre 200~250V em paralelo com o C2 como o S20K250 ou Panasonic ERZ-V14D221
Justificativa: Caso ocorra um curto circuito entre a grade de controle e a placa irá proteger oo circuito de polarização incluindo a bobina do relé da antena.
Modificação 05:
Adicionar dois diodos 1N5408 e um capacitor de 10 nf nos terminais do medidor.
Justificativa: Se um surto de Alta Tensao ocorrer os medidores podem ser danificados, a sugestão é proteger todos os medidores de painel com diodos conectados back-to-back. Os retificadores em ponte também são muito adequados. O capacitor de valor entres 10~22 nF para desacoplar para os diodos modernos de alta tensão podem funcionarem bem na região de HF. Fonte: PA3HGT
Modificação 06:
A proteção do circuito do filamento segue o mesmo princípio da proteção da grade. Ele deve levar à massa qualquer sobretensão, por exemplo, em caso de quebra de filamento de placa, para isso adicione dois GDTs Centelhador de gás 150~170 volts, um de cada linha de filamento em qualquer soquete de tubo para aterrar no soquete se necessário. Caso os tubos formarem um arco.
Link Mouser: 871-B88069X880S102
Justificativa: Danos no relé, danos ao excitador e/ou Falha no resistor da grade. Fonte: Tom W8JI
Modificação 07:
OK, agora vamos ver o Boletim de serviço do 30L-1 quanto a problemas de projeto:
Part A of Service Bulletin #3 de abril de 1962, para reduzir o corrente de repouso dos 4X811A para 110 mA do original 130 mA (a polarização foi aumentada para cerca de 3,0 Vdc). Esta mudança resulta em R12 sendo 2000 ohms 7 watts, R28 sendo 39 ohms @ ½ watt e R9 alterado para 47 ohms. Siga o serviço, a tensão da polarização da grade deve estar em torno de -3,0 Volts quando o Rele estiver atracado, ou seja, em transmissão. R28 nunca terá mais de meio watt de dissipação. E deixe este resistor em ½ watt. Agora, termine esta parte verificando se R9 é 47 ohms e não 82 ohms. Você pode ter que ajustar este valor de 47 ohms (geralmente um pouco mais alto) para obtenha a corrente ociosa correta de 110 (+/- 5) mA com a tensão de rede nos dias atuais.
A maioria dos sistemas ALC pode ser configurada da seguinte maneira;
1. Carregue o amplificador da maneira normal até a saída total, com a unidade de RF completa necessária para atingir o nível máximo de saída de RF.
2. Ajuste o limite de ALC (geralmente um potenciômetro na parte de trás do amplificador), até que a saída de RF seja ligeiramente reduzida, então retorne o
ajuste ligeiramente.
3. Pronto. Nenhum ajuste adicional é necessário. Se o sistema ALC foi projetado corretamente, o sistema operará sem reajuste em todas as bandas.
fonte: www.awasa.org
30L-1 INSTABILITY - Cause & Cure by Don Jackson, W5QN - AC03-11523
Recentemente, alguns problemas de estabilidade com o 30L-1 vieram à tona e foram discutidos no refletor CCA. Os problemas foram levantados por Dave Harmon, K6XYZ e Rick Williams, W1RIK, que tiveram problemas de estabilidade com o 30L‑1 em 10m, 15m - ou ambos. Dave, um técnico experiente da Collins, tem dois 30L-1 instáveis em 15m e 10m, então deve haver algo acontecendo aqui. Ficando curioso, comecei alguns experimentos com meu próprio WE 30L-1 e encontrou dois cenários de oscilação independentes. Cenário #1: Oscilação de HF - O vídeo Hi-Res Communications 30L-1 menciona este problema. A Seção 1 contém esta declaração sobre o cabo RF de 20,5 pés originalmente fornecido para uso com 30L-1s: "Este comprimento foi determinado através de testes de laboratório abrangentes em Collins para reduzir instabilidades entre o excitador e o amplificador. Isso é especialmente importante com amplificadores anteriores, mas é recomendado com todos os 30L-1s." Dennis Brothers concordou, mas disse que Collins mudou os componentes correspondentes de entrada 30L-1 para eliminar a necessidade do cabo longo. Sabe-se que a aplicação original do cabo de 20,5 pés era melhorar o IMD em um sistema específico usando um KWM-2 (ou 32S-X) dirigindo o 30S-1 amplificador. A teoria por trás do uso do cabo de 20,5 pés com o 30L-1 não é clara, mas é improvável que tenha apenas a intenção de melhorar o IMD uma vez que o cabo teria que ter um comprimento diferente para simplesmente contabilizar a diferença de atraso de fase entre as redes correspondentes 30L-1 e 30S-1. Aparentemente, porém, o cabo também melhorou a estabilidade do 30L-1. Minha crença é que provavelmente não há nada mágico sobre os exatos 20,5 pés comprimento, mas os engenheiros descobriram que este cabo melhorou a estabilidade 30L-1 quando os excitadores Collins foram usados. O cabo já tinha um part number e estava em estoque, então eles usaram. Algum tempo depois, os engenheiros mudaram as redes correspondentes de entrada para que o cabo de 20,5 pés não fosse mais necessário. mas não tenho conhecimento de detalhes e tempo de mudanças de componentes. Percebi que algumas das indutâncias da rede de entrada são diferentes nos manuais da 5ª e 8ª edições. Além disso, os diagramas de fiação na 5ª edição referem-se ao cabo de 20,5 pés, mas a 8ª edição não. Então, pode ser que essas mudanças de indutância foram associadas com a eliminação do cabo. Se alguém tiver mais conhecimento sobre isso, por favor me avise.
Fiz alguns testes no meu próprio 30L-1 (WE), que tem Cetron 572Bs instalado. Eu nunca tinha notado nenhum problema de estabilidade com este amplificador em qualquer banda durante a operação normal, mas nunca parecia muito difícil. Primeiro, terminei as portas de entrada e saída 30L-1 com cargas fictícias. EU em seguida, acionei o amplificador (sem unidade de RF) e observei a corrente da placa enquanto variava os controles Tune e Tune aleatoriamente em um esforço para cobrir todas as combinações possíveis de configurações. Se o amplificador entrar em oscilação, você deverá ver o movimento da corrente da placa. Além disso, também monitorei com um analisador de espectro. Durante este teste nunca vi nenhum sinal de oscilação. Em seguida, repeti o teste com meu 32S-3 conectado ao entrada (usando cabo de 4 pés) e novamente com a entrada 30L-1 sem terminação. Em nenhum desses casos detectei qualquer oscilação. Para o próximo teste, Criei um cenário de pior caso em que tanto o circuito de entrada quanto o de saída foram deixados sem terminação. A ideia de deixar a saída ininterrupta me deixou muito nervoso, mas Dave disse que tinha feito isso e, desde que qualquer condição oscilatória durasse apenas um segundo ou mais, não haveria mal. Então, cerrei os dentes e tentei. Descobri que meu 30L-1 oscilou em 15m quando o controle Tune foi ajustado para cerca de 9,7 ou mais. Apesar de não ter visto instabilidade nos 10m, outros sim. A oscilação estava presente, independentemente da configuração do controle Tune. O oscilante frequência foi sempre na vizinhança de 26 MHz. Em seguida, tentei o mesmo teste, mas com uma terminação de 50Ω apenas na entrada. A oscilação, semelhante ao de Dave, ainda estava presente, parecendo o mesmo que com a entrada não terminada.
Para garantir que essa oscilação não fosse uma anomalia exclusiva do meu 30L-1, peguei emprestado o Bob Kellow's (W5LT) 30L-1, que é uma unidade WE com 811A tubos instalados. Ele também exibiu a mesma oscilação, embora na frequência ligeiramente inferior de 23 MHz. De todos os dados recolhidos ao longo de vários meses, é claro que o 30L-1 não é incondicionalmente estável. Um amplificador “incondicionalmente estável” é aquele que não oscila sob qualquer combinação de impedâncias complexas de entrada/saída. No entanto, pode haver apenas um único conjunto de terminações de entrada/saída e ajustes de Tune/Tune que permitem que um determinado 30L-1 oscile. Outra unidade pode oscilar sob um conjunto diferente de condições. Em qualquer caso, é bastante claro que Collins fez não projetar o 30L-1 com estabilidade incondicional como um objetivo necessário. O manual especifica que não seja operado com uma carga de saída VSWR pior que 2:1, que geralmente cuida da instabilidade de HF, além de garantir que o amplificador terminação, mas era um pouco dependente da carga de saída. A oscilação não estava presente com uma carga fictícia de banda larga ou com meu dipolo de 15m antena, mas ocorreu com minha antena vertical de 15m. Isso foi inicialmente intrigante, pois ambas as antenas tinham excelente VSWR em 15m. Eu então percebeu que a antena dipolo incluía um balun de tensão que é um curto DC no ponto de alimentação da antena, enquanto a vertical tem um balun de corrente, que é um DC aberto, então provavelmente havia uma diferença significativa de impedância nas frequências médias. Esta oscilação de média frequência (MFO) é mais preocupante para mim do que a oscilação de HF do Cenário #1 porque pode ocorrer mesmo quando o 30L-1 é terminado com uma antena tendo baixo VSWR na frequência operacional desejada. Quantas antenas usamos com bom VSWR na banda de média frequência? Isto não seria muito difícil dizer que a resposta é "zero". Liguei um rádio AM e, com certeza, estava transmitindo um sinal sonoro alto em 800kHz quando digitei o PTT. A partir de experimentos iniciais, parecia provável que o 30L-1 precisava er uma terminação de saída de baixa impedância em frequências baixas (cerca de 800kHz). para suprimir esta oscilação. Eu construí uma rede diplexer highpass-lowpass para a saída 30L-1 para testar a teoria. esta rede fornece uma terminação de 50Ω em frequências abaixo de 2MHz, sem interferir com a impedância normal da terminação da antena na operação frequência. Essa abordagem funcionou bem, eliminando a oscilação indesejada. Um esquema do diplexer é mostrado na Figura 2 e uma foto do O diplexer “junk box” é mostrado na Figura 3. O projeto do diplexer foi gerado usando um software gratuito disponível em www.tonnesoftware.com.
Nesse ponto, a equipe de Bob, Dick e eu começamos a determinar a causa dessa oscilação. Olhando para o diagrama esquemático do 30L-1, não demorou muito para perceber que se o circuito fosse visto em médias frequências, parecia muito um Tuned Input Tuned Output, catodo comum oscilador. A grade é sintonizada em cerca de 860 kHz por L3 (39uH) e os quatro capacitores de desvio da grade, cada um com um valor de 220pF. Enquanto isso, a frequência ressonante da placa é definida principalmente pelo bloqueador de placa L12 (44uH), tampa de bloqueio C31 (1000pF) e pelas variáveis Tune e Load, C32
e C33. Com a porta de saída de RF 30L-1 terminada em alta impedância na faixa de média frequência, um cálculo aproximado da placa ressonante a frequência revelada pode variar de cerca de 900 kHz a 2,9 MHz, dependendo da banda e das configurações dos controles Tune e Load. O feedback para a oscilação é fornecido pela capacitância parasita da grade de placas (Cpg) dos tubos 811A. Cada tubo tem um Cpg de 5,6 pF resultando em um feedback total de 22,4 pF. Isso foi o suficiente para investigar o mecanismo de oscilação do TITO. Uma simulação Spice foi criada usando o melhor modelo de tubo 811A que pude encontrar na web. Com certeza, o modelo Spice oscilou exatamente como no mundo real. Usando o modelo, ficou claro que a oscilação poderia ser interrompida alterando as características do estrangulamento da grade (L3). L3 é 39 uH em maioria das unidades, mas é de 22 uH em algumas unidades posteriores. Felizmente, Dick tem um 30L-1 com o estrangulador de 22 uH e também exibiu o MFO. Uma estratégia suprimir a oscilação era aumentar o valor de L3 para diminuir a ressonância da grade para uma frequência bem abaixo da ressonância de placa mais baixa possível. No entanto, por si só, esta era uma solução impraticável, porque um L3 com indutância suficientemente alta criava problemas de frequência auto-ressonante (SRF). com componentes reais. Foi então descoberto que colocar um resistor (Rp) em paralelo com L3 interrompeu a oscilação. Infelizmente, o Spice inicial o modelo apenas mostrou um estado “vá ou não vá” para o MFO. O que precisávamos era de uma técnica para quantificar o nível de melhoria da estabilidade para cada de muitas escolhas possíveis para L3 e Rp.
Uma técnica muito bem-sucedida foi fornecida por uma modificação do modelo Spice em que o loop amplificador/feedback foi aberto e o ganho em malha aberta e características de fase investigadas. Esta é uma técnica clássica frequentemente utilizada na análise de estabilidade de amplificadores operacionais, mas pode ser aplicado a qualquer sistema de feedback. Como sabemos, um sistema de realimentação será instável se o ganho de tensão ao redor do loop for unitário (ou maior). em uma frequência na qual o deslocamento de fase é zero ou um múltiplo de 360º. Na simulação do Spice, o ganho na mudança de fase de zero grau foi registrado para uma ampla gama de valores L3 e Rp. Esta análise de ganho/fase foi um preditor consistente de oscilação quando os valores L3/Rp foram instalados em unidades. Igualmente importante, a “margem de ganho” para cada conjunto de componentes quantificou o grau de estabilidade para cada combinação L3/Rp. Usando essas informações, foi determinado que um valor L3 de 56 uH e um Rp de cerca de 3k deveriam funcionar, mesmo no pior cenário possível de sintonia 30L-1 e terminação de entrada/saída. Todos os cinco 30L-1s foram modificados com esses valores. Em todos os casos, o MFO não pôde ser reproduzido sob quaisquer condições de ajuste ou terminação.
The MFO Fix
O novo estrangulamento 56 uH não pode ser o estrangulamento moldado típico. Depois de muita pesquisa, encontrei o Epcos 82111EC24, um afogador que possui auto frequência de ressonância (SRF) de 70 MHz, bem acima da banda de operação HF. Eu medi seu SRF e descobri que é 77 MHz. O valor do resistor, Rp, não é crítico e pode ser de 3,3k, se desejar. Embora o valor de dissipação de 1/4 W deva ser suficiente, Bob e eu usamos 3,3k 1/2 W porque para ter algum em mãos, e Dick usou um 3k, 1W. Certifique-se de usar uma composição de carbono ou um design de filme de baixa indutância.
Por questões de espaço, Bob sugeriu a montagem do resistor nos cabos do estrangulamento antes da instalação. Isso facilita muito o trabalho, pois os terminais para conectando L3 já estão lotados. As Figuras 4 e 5 são as fotos da instalação “antes” e “depois” de Bob. Você também pode ver o diodo Littelfuse TZS (20KPA204CA) dispositivo de proteção de rede. Bill Carns recomenda enfaticamente a instalação deste dispositivo (o TZS é recomendado em vez do MOV) em seu 1º trimestre Artigo de sinal de 2010. O diodo Littelfuse TZS e o estrangulamento Epcos estão disponíveis na Mouser.
Enquanto você abre o 30L-1, sugiro verificar o R28. Conforme mencionado por WB7ODD recentemente no refletor CCA, este resistor é subestimado em 1/2W quando o inversor é aplicado ao 30L-1. Deve ser substituído por um resistor de 1W ou 2W.
Uma preocupação sobre essa modificação era se ela poderia afetar o comportamento do ALC e/ou a função Tune Meter do 30L-1. Felizmente, encontramos muito pouca mudança, se houver, após a modificação. No entanto, eu recomendaria verificar o comportamento de ambas as funções
e ajustando R16 e C18 se necessário.
Comentários e Conclusões
O 30L-1 não é incondicionalmente estável e não foi projetado para ser. Dois problemas de estabilidade foram identificados. A primeira delas ocorre no faixa de frequência HF superior e pode ser evitada por atenção ao carga de saída e, em alguns casos, a terminação de entrada. Esta oscilação ocorre apenas com configuração inadequada dos controles Tune e Tune ou um VSWR ruim na saída 30L-1. Embora a neutralização possa ajudar (confira o site da W8JI), neutralizar um 30L-1 existente seria difícil do ponto de vista mecânico. Em geral, a oscilação de HF normalmente ocorre ao operar nas bandas de 10m ou 15m. Geralmente não ocorrerá se o 30L-1 estiver sintonizado corretamente e sua saída for terminada com boa carga na frequência de operação. No entanto, no caso da unidade de Dave Harmon, o comprimento do cabo entre o driver e 30L-1 fez a diferença.
Ao mesmo tempo, o cabo de 20,5 pés foi especificado para uso com o 30L-1 amplificador, mas neste caso o cabo foi usado para melhorar a estabilidade, não a melhoria IMD para a qual foi originalmente implementada no Sistema 30S-1. No início do ciclo de fabricação 30L-1, o componente mudanças permitiram que o cabo de 20,5 pés fosse excluído do sistema requerimento. Os experimentos de Dave Harmon indicaram que o comprimento de cabo entre o 30L-1 e o driver pode realmente afetar Estabilidade HF, pelo menos em alguns 30L-1s. A instabilidade do MFO é um fenômeno de baixa potência que ocorre entre 700-900 kHz. Esta oscilação é problemática porque pode ocorrer em qualquer banda, mesmo se a saída 30L-1 for encerrada com um bom carga na frequência de operação. Está em um nível baixo em comparação com o tensão primária de RF transmitida, então você tem que procurá-la. EU encontrei-o com um osciloscópio enquanto monitorava minha saída. é mais prevalente e tem a maior amplitude quando o 30L-1 está em 80m e terminado com uma carga de alta impedância em 700-900 kHz. Este MFO estava presente em 5 das 5 unidades testadas, então é provável que você tenha o problema também. Você não quer estar transmitindo no AM banda de transmissão!
Outro benefício: Depois de instalar a modificação L3, um adicional privilégio foi anotado. No meu 30L-1 e no de Dick, descobrimos que a potência em algumas bandas WARC subiu significativamente. Em 12m, meu máximo potência de saída aumentada em cerca de 1/3. Dick viu ainda mais melhorias em sua saída de 30m. Embora eu não seja positivo, a melhora é provavelmente devido ao fato de que o novo filtro de rede tem um SRF de 70 MHz. EU mediu o choke SRF original de 39 uH a 25,8 MHz. Certamente parece provável que este SRF poderia ter afetado adversamente 12 m Potência da saída.
Em julho de 1970, Collins lançou informações sobre a linha de produtos amadores Carta #26, que mudou L3 de 39 uH para 22 uH. Apesar de documento não dá muitos detalhes, a mudança aparentemente foi incorporada para corrigir uma instabilidade parasitária exclusiva de uma execução de produção atrasada de 30L-1s. Não era para abordar o MFO discutido aqui. especiaria a análise mostra que a mudança de L3 para 22 uH aumenta a ressonância da grade frequência, parando o MFO com alguma configuração Tune/Load, mas piora o problema com outras configurações.
Dick encontrou algo muito interessante sobre seu Heathkit SB- 200. Ele usa um par de 572Bs, mas muitos dos circuitos de RF parecem foi retirado diretamente do esquema 30L-1. Ele usa um estrangulamento de grade de 28 uH com um resistor de 3,3k através dele. Hmmm… Por curiosidade, Dick removeu temporariamente o resistor, e o amplificador produziu um MFO de explosão semelhante ao que observamos no 30L-1.
Embora o mecanismo MFO seja bem compreendido, a causa precisa o comportamento de rajada não é. Claramente, as rajadas estão associadas a AC fontes de linha, pois as rajadas são sincronizadas com a frequência da linha. Existem algumas fontes que podem contribuir para as rajadas, que são caracterizados por ciclos “ON” e “OFF” completos do MFO. O lista inclui o óbvio HV ripple e bias ripple, bem como características que estão presentes no cátodo filamentoso (aquecido diretamente) tubos aquecidos com AC. Essas características incluem emissão de filamentos variação devido ao aquecimento AC, interação entre os campos magnéticos da carga espacial e do filamento, o campo eletrostático do filamento e desequilíbrio do filamento resistivo. Dick realizou um experimento em que ele aqueceu os filamentos do tubo com DC em vez de AC. O resultado foi que não houve estouro do MFO, embora o MFO modulado com ripple estava presente. É, portanto, razoável assumir que, embora as ondulações de HV e bias possam ser influências secundárias no mecanismo de rajada, o driver principal está relacionado ao aspectos do cátodo filamentoso do tubo. Depois de discutir a explosão mecanismo com Bob Kellow e uma análise mais aprofundada do modelo Spice, a teoria mais plausível é algo como isto: uma combinação dos fenômenos acima mencionados produz uma tensão de 60 Hz, Vac, que varia o potencial catodo-grade do tubo, Vgk. O MFO inicia em um valor ligeiramente negativo de Vgk. Como Vac balança Vgk mais positivo em a região onde a corrente da rede começa a fluir, a condutância da rede aumenta, diminuindo o Q do tanque da grade e extinguindo o MFO. Quando Vac retorna Vgk para um valor mais negativo, o MFO reinicia. Eventualmente, Vac oscila Vgk longe o suficiente para diminuir a corrente da placa para um valor que mais uma vez extingue o MFO. Repetição deste processo resulta em rajadas de 120 Hz. O modelo Spice suporta esta teoria, mas o modelo de tubo usado não tem detalhes suficientes para produzir o comportamento de explosão exato que observamos no 30L-1. Claro, o estouro mecanismo é apenas de curiosidade acadêmica desde a eliminação do MFO também elimina as rajadas. Agradecimentos: Agradeço a Dave Harmon, K6XYZ, por sua entrada no início desta investigação. Eu gostaria de dar um muito especial reconhecimento aos esforços de Bob Jefferis, KF6BC e Dick Weber, K5IU. Eles investiram muito tempo neste projeto. Obrigado rapazes. Eu não poderia ter feito isso sem você! de Don, W5QN
Lista de Material
4 - Resistor 22Ω - 2W Referencia: OX220KE ........... link
4 - Capacitor de disco de 0,001 µf x 1000 Volts
1 - Varistor Panasonic ERZ-V14D221 ................... link
2 - GDTs 150V ........................................ link
2 - Diodo 1N5408 ..................................... link
1 - Capacitor 10 nf .................................. link
