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1 - Présentation Ayant construit un kit de K2 durant l'hiver 2004, la question de la puissance s'est rapidement posée, trafiquer en QRP c'est amusant et formateur en CW, cela devient vite lassant en SSB sur 40 m tant pour vos correspondants que pour vous-même. Mon cahier des charges stipulait seulement que la puissance devait atteindre celle fournie par un transceiver actuel soit une petite centaine de W. Plusieurs options se présentèrent alors : - acheter le kit vendu par Elecraft, ce produit est totalement intégré au K2, l'ensemble reste compact mais fort onéreux - se tourner vers le marché, il existe une offre conséquente à des prix très raisonnables d'amplis de 100 W. Option sympathique mais pas vraiment dans l'esprit. - construire soit à transistor, soit à tube. La dernière option remportant tous les suffrages, restait à déterminer quelle technologie employer. Or il se trouve que j'avais acheté à CJ il y a quelques années six PL519 pour une somme très (très) modique et que se présentait là l'occasion rêvée de les utiliser. De ces réflexions est né un ampli de 100 W utilisable du 80 au 10 m, je me suis basé sur un schéma publié par PA0FRI dans RadCom de juin 1989

2 - Description

La PL519 est une pentode chauffée sous 40 V, la dissipation anodique est de 35 W, ce tube a été décliné en de nombreuses versions, les différences portent sur la puissance anodique et la tension de chauffage. Il est tout à fait possible d'utiliser une EL509, PL509, EL519, 6KG6, 40KG6 veillez seulement à respecter les tensions de chauffage.

Cet amplificateur est simple à construire, simple à mettre au point, peu onéreux et stable. Avec une puissance d'entrée de 5 - 7 W la puissance de sortie est de 100 W " utiles " (voir conclusion) sur les bandes basses.


Schéma :






Le tube est excité par la grille de commande, l'exciteur est chargée par une résistance non inductive de 50 ? - 10 W. Le circuit d'entrée composé d'un condensateur de 100 pF, de L1 et de la résistance de 50 ? permet d'obtenir une adaptation correcte.

Initialement sur le schéma d'origine, la tension d'écran était fournie par un multiplicateur de la tension d'excitation. A l'usage ce système ne m'a pas donné totalement satisfaction aussi l'ai-je modifié pour revenir à une tension d'écran fixe et régulée. La tension d'écran est injectée par le biais d'une résistance de 82 ? (valeur non critique) sur laquelle est bobinée une inductance, un condensateur de 10 nF la découple.

La polarisation du tube est fournie par la chute de tension obtenue aux bornes d'un ensemble de diodes mis en série dans la cathode. Le courant de repos doit être fixé à une valeur comprise entre 25 et 35 mA, il faudra pour chaque cas régler ce courant en insérant ou court-circuitant une ou plusieurs diodes. La connexion de cathode ouverte (contact du relais ouvert), le tube est bloqué (10 k? à la masse), aucun courant ne circule, quand le contact se referme, le courant de repos s'établit. 

La haute tension fournie par l'alimentation parvient à l'anode par le biais d'un réseau composé d'une résistance de 25 ??? - 5 W découplée par 4,7 nF 3000 V et une inductance de plus ou moins 100 µH. Cette inductance est toujours un point critique sur les amplificateurs décamétriques. Sur cet exemplaire, elle est constituée d'un bobinage uniforme à spires jointives de 80 tours sur un diamètre 20 mm, aucun problème particulier n'a été noté.

Le circuit de sortie est un filtre en PI comme on les trouve très classiquement sur les amplificateurs décamétriques à tubes. L'inductance est décomposée en deux parties, l'une bobinée sur mandrin stéatite l'autre réalisé à partir d'un tore T200- 2. 


L'anode est alimentée par une tension de 1300 V, l'alimentation fournit par ailleurs les tensions d'écran, de chauffage et servitude.







3 - Réalisation




L'alimentation HT


Avant toute explication sur cette partie de l'amplificateur, il convient de mettre en garde contre les dangers de la haute tension. 1300 V sous 400 mA peuvent vous tuer ou provoquer de graves blessures. Avant de commencer le montage, il est indispensable de se confectionner un outil qui servira à décharger les condensateurs. Le réglage de l'amplificateur nécessitera que vous mettiez sous tension et stoppiez fréquemment pour rechercher l'emplacement des prises sur la self du filtre. Vos mains et votre fer à souder voisineront les composants soumis à la HT, c'est potentiellement très dangereux, il faudra décharger préalablement les condensateurs. Cet outil est simple à réaliser, il est composé d'une résistance d'une vingtaine de k? et d'une puissance d'une dizaine de watts, il est isolé et laisse apparaître deux extrémités conductrices qui vous permettront de relier le + HT (anode du tube par exemple) à la masse. En quelques secondes les condensateurs seront déchargés et vous pourrez travailler en toute sécurité.

Avant toute intervention sur l'appareil, pensez à :

- couper l'alimentation
- débrancher l'appareil du secteur
- décharger les condensateurs





Pour un seul tube, il convient de prévoir une alimentation susceptible de fournir 1300 V sous 300 - 400 mA. On utilisera préférentiellement des diodes 1N4007 provenant du même lot, deux diodes sont mises en série par branche. A titre expérimental, je n'ai pas utilisé de résistance d'équilibrage, jusqu'à aujourd'hui aucun problème ne s'est manifesté sur cette partie. Pour le filtre, j'ai utilisé des condensateurs de 350 µF 350 V et en ai placé huit en série. Cette configuration est donnée à titre indicatif, chacun adaptera le montage à son stock de composants disponibles. Chaque condensateur est shunté par une résistance de 470 k?? - 1 W de manière à équilibrer les tensions. 

Une résistance de 300 ? - 10W est placée en série dans le primaire du transformateur, ceci permet de limiter le courant au démarrage ce qui ne peut avoir que des effets bénéfiques tant pour les diodes condensateurs que filament (un seul primaire pour toutes les tensions sur mon exemplaire). Un simple inter permet de court-circuiter cette résistance. 

Il conviendra également de placer un fusible sur la HT, un modèle 500 mA sera parfaitement adapté. 


Alimentation écran - servitude

La tension d'écran est de l'ordre de 15 V, sa valeur a naturellement une influence sur le courant de repos. Vous pourrez faire des essais et adapter celle-ci à vos besoins.

L'alimentation 15 V est également utilisée pour alimenter le relais de commutation émission-réception.








Réalisation des inductances :

L1 : 5 spires sur tore T50-6
L2 : sur une résistance de 82 ? - 2 W, bobiner en fil émaillé 5/10 ème tout le corps de la résistance en spires jointives. (pas critique)
L3 : 23 spires sur diamètre 50 mm, fil de 1 mm de diamètre
L4 : 15 spires sur Tore T200-2 , fil de 1 mm de diamètre

RFC : 80 spires fils entre 0,3 et 0,5 mm de diamètre sur diamètre 20 mm
RFC 2 : 30 spires sur batônnet de ferrite, fil diamètre 0,8 mm (pas critique)






Détail du circuit de sortie
 

Détail du circuit d'entrée











Détail des commutations émission-réception





La bobine du relais est reliée au + 15V, la commutation s'effectue en appliquant la masse. Un interrupteur de panneau est inséré en série, il permet, en interdisant la commutation, de passer à travers l'ampli. D'autre part, un contact auxiliaire du relais est utilisé pour fermer le circuit de cathode à la masse. Les transceivers modernes fournissent une boucle de courant pour la commutation mais celle-ci est insuffisante pour commander un relais, il conviendra donc d'interfacer. A titre d'exemple, voici le montage que j'utilise pour le K2.






4 - mise sous tension et réglages


Les deux inductances L3 - L4 sont en série, les essais vont commencer sur la bande 80 m, bande qui demande le plus d'inductance. Il est très incertain que vous tombiez dès le premier essai sur la bonne valeur de spires sur le tore, il conviendra de le rebobiner un certain nombre de fois.

Avant de mettre le tube sur son support, vérifier l'alimentation. Une bonne pratique consiste à confectionner un diviseur de tension formé de deux résistances identiques, et de mesurer au point commun des résistances. La valeur de HT à cet endroit n'est que de 650 V, valeur compatible avec tous les contrôleurs universels. Vérifier ensuite la tension de 15 V puis la tension de chauffage.

Mettre une charge 50 ? à l'entrée et relier la sortie à travers un wattmètre sur une charge 50 ?? susceptible d'absorber la puissance fournie par l'amplificateur

Positionnez le tube. Mettre sous tension, vérifier que le tube est normalement chauffé puis après deux ou trois minutes fermez le contact de cathode pour établir le courant de repos. Ce dernier doit se situer dans la fourchette 25 - 35 mA. S'il est supérieur, insérer une ou deux diodes supplémentaires, s'il est inférieur court-circuitez une diode. Refaire jusqu'à obtention de la bonne valeur. Attention, un courant de repos exagéré fait débiter inutilement le tube et réduit son espérance de vie.

Si tout est correct, remplacer la charge d'entrée par un exciteur. Fermez le contact de cathode et appliquer 1 W de puissance. Le débit plaque doit augmenter, agissez sur les deux condensateurs variables de manière à obtenir la puissance max en sortie. Le CV côté plaque doit provoquer un creux net et sa position va vous renseigner sur votre circuit de sortie. Si pour obtenir la puissance maximum votre CV est au minimum de capacité (complètement ouvert), c'est que l'inductance est trop élevée, s'il est complètement fermé (capa max) c'est que vous n'avez pas assez de self. Si le réglage est dans la bonne fourchette augmenter progressivement la puissance d'entrée. Essayer de déplacer légèrement votre prise de manière à obtenir, pour la puissance maximum le minimum de courant plaque.

Une fois le 80 m réglé ( 5 à 6 W d'excitation doivent procurer 100 W en sortie pour un courant de 250 mA sous 1300 V), faites la prise 7 MHz au point de jonction du tore et de la self L3. Là aussi il est fort improbable que vous obteniez le point correct mais c'est un bon point de départ. Procédez aux essais comme précédemment. Vous constaterez que la puissance maximum disponible chute au fur et à mesure que la fréquence croît, c'est normal. D'une manière générale, ne dépassez pas 300 à 350 mA de débit plaque, surveillez la couleur de l'anode, et ne faites pas de porteuses prolongées, 10 secondes maximum en émission continue imposent 30 secondes de refroidissement. Il ne vous reste plus qu'à pratiquer ces opérations pour toutes les bandes ce qui est assez long. Il est impératif de ventiler le tube, un ventilateur 12 V de récupération convient parfaitement. 

Cette description est volontairement succincte car la réalisation de cet amplificateur fait appel "aux fonds de tiroirs", les images et autres dessins sont fournis à titre indicatif, il est tout à fait possible de réaliser cet amplificateur de manière complètement différente en fonction des composants disponibles.



5 - conclusion



Comme vous avez eu l'occasion de le lire sous la plume de F6AWN, un amplificateur, même de puissance modeste comme celui-ci doit être utilisé de manière responsable. Il est dommageable pour le tube et pour les autres utilisateurs du spectre que vous alliez chercher les derniers watts susceptibles d'être produits par cet appareil. Si vous en avez le temps, faites des mesures en relevant la puissance d'entrée et la puissance de sortie en augmentant la puissance d'entrée watt par watt jusqu'au moment ou la puissance de sortie n'augmente plus. Tracer la courbe obtenue et sous cette courbe tracer une droite représentant un amplificateur ayant 1 dB de moins de gain que le vôtre. Les deux courbes vont se rejoindre à un point que l'on appellera le point de compression à 1 dB. En exploitation, vous ne devez jamais utiliser votre amplificateur à ce point ou au-dessus, mais en dessous et ce avec une bonne marge de sécurité. Vous constaterez alors que, si poussé dans ses derniers retranchements votre amplificateur produit 130 W de HF, il est raisonnable de ne l'utiliser qu'à 90 W, cette différence représente 1,6 dB, c'est un prix très modique à payer en contrepartie d'une largeur de bande et d'un spectre de qualité.
Bonne réalisation.
 

Révision 01 du 06/04/2006