Tanque PI

https://owenduffy.net/calc/pi.htm

A origem do nome “Tanque Final” de um amplificador de RF


Os amplificadores de potência de RF se classificam em “classes“ conforme a condução de corrente do elemento ativo em função do ciclo do sinal a ser amplificado.

Considerando-se um sinal senoidal de excitação, o amplificador classe A se caracteriza pela condução ao longo de todo o ciclo, ou seja ao longo dos 360º do sinal elétrico. Assim, a corrente de placa, no caso de uma válvula, está presente ao longo de todo o tempo.

O amplificador classe B se caracteriza pela condução durante meio ciclo (ou seja, durante apenas 180º do seu ciclo), o que resulta em uma saída “pulsada”, portanto intermitente no tempo. Os amplificadores classe AB conduzem ao longo de um ângulo entre 180º e 360º enquanto os classe C conduzem em períodos menores do que 180º. Ou seja, o amplificador classe A é o único com corrente de saída presente em todo o tempo, enquanto as demais classes (AB, B e C) têm saídas pulsadas.

Essas diferentes classes existem porque há diferenças no rendimento, sendo a classe A menos eficiente, mas é a que reproduz com maior fidelidade a senoide, enquanto a classe C é a mais eficiente, mas ao preço da maior distorção entre as classes, já que a sua saída é feita de pulsos relativamente estreitos em relação à senoide de entrada. As classes intermediárias apresentarão eficiências e distorções também entre as classes A e C.

Mas se as correntes de placa (no caso da válvula) são apenas “partes” dos ciclos da senoide, como é que a saída do amplificador pode ser uma senoide completa, conforme precisamos para levar o sinal à antena?

O circuito LC na saída da válvula amplificadora restitui o ciclo completo como se fosse uma roda pesada que é impulsionada por “um pequeno empurrão” em cada revolução desta roda mas, pela sua inércia, continua o seu movimento de forma contínua (como o motor a explosão).

Pois bem, os projetistas dos amplificadores valvulados, nos seus primórdios, consideram que este circuito LC na saída funciona como verdadeiro armazenador de energia, que chegava pulsada da válvula mas era entregue de forma contínua à antena, exatamente como um tanque de água constantemente preenchido por baldes de água ao longo do tempo, mas que entrega o líquido continuamente por uma torneira no seu fundo.

Engenhoso, não? O circuito LC, por ser um armazenador ressonante de energia, foi denominado, na época, de circuito “tanque” (de armazenamento) pela sua função, que nada mais é do que a de filtragem. 

Note que o circuito tanque original consistia apenas do capacitor e indutor que formavam o circuito ressonante LC de carga de placa. E o acoplamento para a antena era feito através de um segundo enrolamento que podia ser afastado ou aproximado das espiras do indutor para um maior ou menor acoplamento magnético de energia para a antena.

Posteriormente este circuito foi substituído pelo circuito “pi”, formado por um indutor e dois capacitores que facilitam mecanicamente o acoplamento de impedâncias para a antena, mas mantendo a mesma função de recuperação da senoide contínua de saída a partir dos pulsos de corrente gerados pela válvula amplificadora das classes AB, B e C. 


O capacitor de carga e o capacitor de ajuste de placa estão em série (com sua junção conectada ao terra) e são conectados em paralelo com as bobinas do tanque, formando um circuito ressonante paralelo que é ajustado para ressonância usando o capacitor de ajuste de placa .

Os dois capacitores formam simultaneamente um divisor de tensão capacitivo, com a antena conectada diretamente através do capacitor de carga. Ao alterar o valor dos dois capacitores, mantendo o circuito em ressonância, a tensão através dos dois capacitores (e, portanto, a antena) pode ser variada. Isso permite que o acoplamento à antena (carregamento) seja controlado.

Tenha em mente que com capacitores em série, quanto maior a capacitância, menor a tensão através do capacitor. Assim, quando o capacitor de carga é ajustado para capacitância máxima (totalmente em malha), a tensão através da antena é um mínimo e o acoplamento à antena é um mínimo. À medida que o capacitor de carga é diminuído (sem malha), a tensão e, portanto, o acoplamento à antena aumentam . Sempre que o ajuste do capacitor de carga é alterado, o circuito deve ser reajustado para ressonância com o capacitor de ajuste de placa.

O pi-network do amplificador final é uma rede de acoplamento que combina a alta impedância de saída do tubo com a baixa impedância da antena. 

Um filtro Pi é um circuito de filtro eletrônico que consiste em uma conexão em série de um capacitor e um indutor, seguido por outro capacitor, dispostos no formato da letra grega “Pi” (π). Uma rede PI ou filtro PI pode ser usada para casar impedâncias, por exemplo, a impedância de saída de um transmissor com a impedância de uma antena. As fórmulas seguintes são usadas para calcular as características deste tipo de rede. A eliminação das harmônicas ou espúrias que aparecem na saída de um transmissor e que causam problemas de interferências em receptores próximos pode ser eliminada com um filtro em PI. Como este é um filtro passa-baixo, ele produz alta impedância em alta frequência e baixa impedância em baixa frequência. Assim, ele é comumente usado em uma linha de transmissão para bloquear altas frequências indesejadas. Em aplicações RF, a impedância correspondente é um fator enorme e filtros Pi são usados ​​para corresponder a impedância através das antenas RF e antes dos amplificadores RF. Pi é usado para combinar a impedância entre dois pontos, geralmente uma fonte (valvula) e uma carga (antena).

Um filtro passa-baixo ideal deve passar todos os sinais com frequências menores que a frequência de corte e atenuar todos os sinais com frequências maiores que a frequência de corte.












Fórmula 1

 

Onde:

Z1 é a impedância de entrada em Ω 
Z2 é a impedância de saída em Ω

C1 e C2 são as capacitâncias da rede em farads (F)

 

Fórmula 2

 

Onde:

C é a capacitância total em picofarads (PF)

C1 e C2 são as capacitâncias da rede em picofarads (PF)

 

Fórmula 3

 

Onde:

F é a frequência de ressonância em hertz (Hz)

Pi = 3,1416

L é a indutância associada em Henry (H)

C é a capacitância total em picofarads (PF)

 

Fórmula 4

 

Onde:

Z1 é a impedância de entrada em Ω
Z2 é a impedância de saída em Ω

C1 e C2 são as capacitâncias em farads (F) ou submúltiplos



Método


1. Conecte o VNA à saída do amplificador. O amplificador está desligado e desconectado!!

2. Deixe o tubo ou tubos conectados e instale um resistor da conexão da placa ao aterramento do quadro. Isso simula a resistência de saída do tubo ou tubos. Resistor de 1/4 ou 1/2 watt está OK (de preferência carbono, então é não indutivo, mas não obrigatório até VHF).

CÁTODO AQUECIDO INDIRETAMENTE

3CX1000A7 is ~42 Ohms
3CX1500A7 is ~50 Ohms
GS-35B is ~39 Ohms
GI-7B is ~100 Ohms
6LQ6 is ~104 Ohms
EL-509/6KG6 is ~56 ohms

Para calcular o valor do resistor, você pode usar as planilhas do EXCEL:

Para amplificadores HF, veja main3d_pi.html , baixe e use PI de saída.

3. Mecanicamente ou eletricamente (use uma pequena fonte de alimentação externa) ative o relé T/R

4. Ajuste o seletor de banda do amplificador para qualquer banda que você queira verificar.

5. Ajuste os botões de sintonia e carga para cerca de 1/3 das posições.

6. Ajuste a frequência alimentada pelo analisador de antena no amplificador para onde você quiser. Eu começo na banda média
e vou para cada lado dela.

7. Ajuste o analisador de antena até ver essas 3 coisas acontecendo ao mesmo tempo:

  • 1:1 SWR ou o mais baixo que você puder.
  • 50 ohms de impedância (Rs)
  • Reatância ou Xs de zero ou o mais próximo que você puder.
  • Mova as torneiras ao redor da bobina do tanque conforme necessário para obter os valores acima.

8. Agora ajuste os capacitores de sintonia e carga e veja quanto alcance você tem. Se você puder sintonizar o amplificador
ok dessa forma e manter SWR baixo e resistência de 50 ohms, não altere a torneira da bobina do tanque. Se não, mova-a
ao redor até obter a correspondência correta. Os marcadores colocados na perda de retorno de -3dB permitirão que você saiba o "Q" do
circuito

9. Faça isso com todas as bandas. O mais importante: Verifique também na faixa completa do amplificador (1,5 – 30 MHz) para
ressonâncias parasitas do indutor de placa CC.

Se houver alguma banda próxima a amadores (menos de 2 MHz), modifique o design do indutor de placa
para evitar DESTRUIÇÃO FORTE, FUMADA E BARULHENTA...
Um indutor de placa CC bem projetado não deve ter NENHUMA ressonância entre 1 e 32 MHz.

Indutores de placa podem ser feitos com haste de ferrite dentro da bobina. Quando terminar, coloque o relé T/R de volta em seu estado normal e remova o resistor!!
Isso funciona bem e economiza muito trabalho duro e tempo.

Nota: 10, 12 e 15 metros podem exigir muita experimentação para encontrar a melhor correspondência.

http://f1frv.free.fr/main1h_Amps_Cold_Adjust.html

AJUSTES DE ENTRADA SINTONIZADOS PARA GRADE ATERRADA
TUBOS

Deixe os tubos plugados em soquetes e conectados.

1. Sem energia no amplificador (o amplificador está desconectado!!)

2. Solde um resistor de ¼ ou ½ watt cujo valor seja igual à impedância do cátodo do tubo do cátodo do tubo para o aterramento da estrutura. Isso simulará a impedância de entrada do tubo ou tubos. Como um
exemplo, um único tubo 3-400Z equivale a ~120 ohms de impedância do cátodo. Para dois em paralelo, use ~60 ohms.

Para calcular o valor do resistor, você pode usar as planilhas do EXCEL:
Para amplificadores Grounded Grid, baixe e use:

“Calcul_ENTREE_Ampli_Grille_a_la_masse.zip”.

Para amplificadores Tetrode, veja main1l_Tetrode_Amp_Design.html, baixe e use “Calcul Entree Tetrode”.

3. Conecte o analisador de rede à entrada do amplificador, RF IN.

4. Use o mesmo jumper coaxial que você usará quando o rádio for reconectado ao amplificador. Seu comprimento será crítico se você não conseguir obter uma boa correspondência.

5. Mecanicamente ou eletricamente (use uma pequena fonte de alimentação externa) ative o relé T/R.

6. Ajuste a frequência do analisador para qualquer frequência que você estiver usando. Usei 7,225 para 40 metros porque é quase o ponto médio em que opero.

7. Agora ajuste o indutor ou capacitores de entrada sintonizados. Recomendo deixar Cin (lado do rádio) sozinho e ajustar o indutor e Cout (lado do tubo).

8. Vá para um SWR de 1:1 ou o mais próximo que puder, Rs de 50 ohms e um Xs ou zero ou o mais próximo que puder.

9. Remova o resistor de carbono do cátodo do tubo.**

10. Quando terminar com todas as bandas, você pode esperar ter que fazer alguns pequenos ajustes na entrada sintonizada após a aplicação de RF.

11. Seja paciente, pode levar algum tempo!

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