AMPLIFICATEUR LINEAIRE
BANDES DECAMETRIQUES
500W AVEC DEUX 813 par F4EOH
1/Introduction,
Je ne vais pas donner de leçons sur l’utilisation des amplificateurs linéaires, je dirai juste qu’avec une bonne antenne, si 10w suffisent pour effectuer un QSO, dans certaines situations, les 100w fournis par les trancheurs modernes sont insuffisants et que la règlementation nous autorisant plus, il y deux intérêts : obtenir plus de puissance tout en économisant le final du tranceiver.
2/Description :
Les tubes utilisés se trouvent facilement dans les salons et brocantes ou sur internet. Les 813 ont la particularité d’être d’une grande robustesse, quelque soit leur « âge », en effet, les tubes de l’amplificateur qui suit datent de 1954 !
Caractéristiques pour un tube :
Dissipation plaque max : 125w
Tension plaque max : 2500v (on obtient de très bons résultats de 2000v à 2800v)
Chauffage filaments : 10v 5A
Capacité parasite de sortie : 14pF
Courant anodique max : 250mA
Impédance de charge : 6000 ohms (3000 ohms pour deux tubes)
Impédance d’entrée : 300 ohms (150 ohms pour deux tubes)
Puissance de sortie : 300w max
2.1/Analyse du schéma,
2.2 Haute tension,
Le cahier des charges est simple : il faut arriver à obtenir 2500v (environ) sous 500mA minimum pour obtenir le gain maximum de l’amplificateur. Plusieurs solutions s’offrent à vous :
Utiliser deux transfos d’isolement de 230V/230V, leur adjoindre un quadrupleur à chacun, puis mettre en série les deux tensions, ce qui donnerait la tension nécessaire, je n’ai pas essayé personnellement, mais cela peut être une solution valable.
Les transfos micro-ondes sont une solution sous réserve de quelques modifications : un côté du secondaire se trouve à la masse : enlever ce bout de fil de la masse et le fixer sur un bout de plexiglas solidement sur le transfo. Ensuite, il faut chasser le shunt magnétique avec un pointeau adapté (j’utilise un morceau de fer de 15 X 5 X 150mm) le transfo étant solidement serré dans un étau. On s’aperçoit à l’usage que le transfo chauffe, même à vide car le circuit magnétique est saturé, de plus, la puissance d’un seul transfo pour deux 813 est insuffisante. Une solution pour écarter le problème, sans le résoudre complètement est d’utiliser deux transfos, mettre en série les secondaires, redresser chaque secondaire, puis les mettre en série, de cette manière, on double la puissance et chaque transfos est alimenté en 115v au lieu de 230v. Ainsi, on obtient pas loin de 2800v redressés filtrés, et de puissance suffisante pour les deux 813. Les transfos chauffent encore un peu et j’ai opté pour une autre solution :
J’utilise deux transfos identiques provenant de PA d’origine CB, genre Zétagi BV603 (tension de 900v CA à vide chacun), qui offrent robustesse et qualité. Les deux transfos ont leur primaire en parallèle et les secondaires sont redressés indépendamment, puis mis en série avant le filtrage.
Le filtrage est effectué avec des condensateurs chimiques de récupération d’alimentation à découpage PC, ils doivent avoir la même valeur, même si la marque ou le format est un peu différent. Ils seront testés individuellement et subiront une remise en forme à basse tension avant d’être collés sur une platine en bois ou en plexiglas. Cette platine compte 18 condensateurs de 470µF 200V, ce qui donne, en série, une capacité équivalente de 26µF et 3600v.
2.3/ Tension filament,
2.4/ Circuit d’entrée,
Ayant essayé plusieurs systèmes (circuit large bande sur tores etc…), je suis revenu au traditionnel circuit en Py commuté par bande. Pour le changement de bandes : un rotacteur stéatite (pas critique, vu la puissance d’entrée) 6 positions est retenu. (libre à vous de penser un système de commutation par relais…). Il est important de bien séparer ce circuit de l’étage de sortie. Le mieux est de le placer dans un boîtier blindé, le plus près possible (selon contraintes mécaniques) des culots des tubes. Les capas sont toutes des capas mica et les mandrins ont été récupérés dans une épave de générateur HF Métrix. On peut aussi utiliser des tores T68-2 et « jouer » avec les capas pour la mise au point… Je déconseille l’utilisation de la boite d’accord automatique incorporée à votre tranceiver, vu la complexité des impédances à l’entrée des tubes selon les fréquences et les puissances mises en jeux, je pense que ce circuit est une étape fastidieuse mais indispensable à franchir.
2.5/ Circuit de sortie,
C’est l’élément déterminant pour un bon fonctionnement et tout le soin doit y être apporté.
Il se compose de deux CV : côté plaque, un CV de 180pF 4kV avec une faible capacité résiduelle (moins de 20pF) dont le point d’attaque se fait sur L1 à une spire (côté capa de liaison) ceci, afin de compenser la capacité interne, particulièrement importante sur la 813, deux inductances en série (L2, pour les bandes basses, 80m à 30m en cuivre nu de 4mm carré et L1, pour les bandes hautes, 20m à 10m en cuivre argenté de 3mm de diamètre). Ces inductances doivent être perpendiculaires entre elles et ne doivent pas être parallèles à une self de choc HT. Le sens de l’enroulement est le même pour les deux selfs. Le rotacteur stéatite fort isolement pour le changement de bande doit être positionné le plus près possible de la self argentée pour les bandes hautes. Toutes ces contraintes doivent être prises en compte avant l’agencement des composants dans le coffret. Puis, le CV antenne de récupération BCL, possédant deux cages de 500pF chacune, la totalité de la capacité (1000pF) sera utilisée pour toutes les bandes.
3/ Montage,
J’ai opté pour un montage de l’amplificateur et de l’alimentation séparée. Selon disponibilité, on peut rassembler les deux, ce qui demande une séparation blindée des deux parties et ce qui entraîne un poids important de l’ensemble ainsi qu’un plus grand volume.
Le coffret de l’amplificateur n’est autre que le boîtier d’une épave de base CB Excalibur à laquelle j’ai riveté une tôle d’aluminium sur la façade. Puis, j’ai découpé un rectangle (12cm X 20cm) et posé une grille sur le dessous, face aux tubes pour la ventilation.
Le bloc alimentation (comprenant tous les transfos, redressement et filtrage) est une épave de tour PC.
Les câbles de liaisons entre les deux éléments :
Pour la HT, j’ai utilisé de l’âme de coaxial 50 ohms 11mm et PL259 côté ampli
Masse : tresse du même coaxial mais séparé de l’âme
Tension filament : fil de cuivre multibrin gainé de 4mm carré et fiches banane côté ampli
Basse tension et périphériques (galva, commande relais etc…) : un câble 5 conducteurs blindé et une fiche DIN 5 broches côté ampli.
Un ventilateur 12cm trouve sa place sous le capot supérieur monté en aspirateur extracteur de l’air chaud vers le haut, à deux vitesses commandées depuis la face avant (résistance de 56 ohms 2W en série dans le 12v pour vitesse lente)
La disposition des composants est décrite plus haut. Cependant, précisons que les tubes peuvent fonctionner verticalement ou horizontalement à condition que l’on sépare bien l’étage entrée (côté culot, sous les tubes) de l’étage de sortie, côté anode. De plus, la masse HF interne de la 813 se situe à environ 1cm du bord du culot aluminium côté verre, donc, prévoir des entretoises pour que ce blindage arrive au raz de la tôle qui sépare les deux étages (chez moi, le support des 813 en stéatite se trouve à 4,5cm de la tôle blindée)
4/ Vérifications préliminaires,
Vérifier toutes les soudures, chaque composant, les découplages et s’assurer qu’il n’y ait pas de court circuit entre cathode et plaque, entre HT et masse, entre cathode et masse.
Si les tubes n’ont pas servi depuis longtemps, laisser chauffer les filaments sans appliquer de HT, en ventilant, pendant plusieurs heures.
Vérifier que l’ensemble est bien relié à la terre. Relier la sortie de l’ampli à un appareil de mesure fiable puis une charge non rayonnante de 50 ohms 500w minimum. Commencer ensuite les essais sous tension : la résistance R19 est en série dans le primaire de tous les transfos, elle sert à diminuer l’appel de courant important présent au démarrage. Pour allumer l’ampli : mettre sous tension avec S1, attendre trois seconde, pendant lesquelles on observe l’aiguille de M1 de l’alimentation monter rapidement : c’est le temps que les condensateurs chimiques HT mettent pour se charger (j’ai choisi la simplicité, mais on peut insérer une temporisation) puis, court-circuiter R19 avec S2. Les anglais appellent ce dispositif : « soft start », un démarrage en douceur qui protège les composants et un allumage progressif des filaments.
Vérifier la commutation émission /réception.
Puis passer en émission en SSB sans modulation, on doit observer un courant plaque de 60mA, sinon, ajouter ou enlever une ou deux diodes BY255 dans le circuit cathode jusqu’à obtention d’un courant de repos de 60mA.
5/ Mise au point Py de sortie,
Comme je n’étais pas sûr de l’accord de mon circuit d’entré, je l’ai remplacé provisoirement par une boite d’accord. Commencer par le 80m : appliquer une puissance de 5w en FM, CV plaque à mi-course et CV antenne fermé (capa maxi), le point d’attaque sur la bobine doit fournir le minimum de courant plaque pour la puissance maximum (j’utilise un fil souple et une pince crocodile pour les essais), à chaque fois, observer le CV plaque : s’il est complètement fermé pour le maximum de puissance, ajouter des spires, s’il est complètement ouvert, enlever des spires, chez moi, la capacité du CV antenne suffit pour toutes les bandes sauf pour la bande 80m, j’ai mis une capa additionnelle de 1000pF 1kV sur le commutateur de bandes. Une fois le 80m réglé, couper l’alim, la débrancher, décharger les condensateurs à l’aide de résistances de puissance : j’ai fixé deux résistances de 1k ohms 25W en parallèle au bout d’un manche en plexiglas, d’un côté, une pointe de touche de 3cm, de l’autre, un bout de fil électrique souple, relié à la masse via une pince crocodile. Puis, rechercher le point d’attaque pour le 40m, pour le 30m etc… Et à chaque intervention, débrancher le secteur, décharger les capacités. Tout ceci se fait dans le calme, sans personne autour. Prendre des notes s’il y a plusieurs interventions pour la même bande.
Une solution déjà décrite consiste à brancher un analyseur d’antenne en sortie antenne, hors tensions sauf le 12v, mettre une résistance de 3k ohms entre les anodes et la masse, mettre les relais en position travail et rechercher les points d’attaque à l’aide de l’analyseur. Cela donne une première approche mais en pratique, la complexité des impédances entrée et sortie des 813 fait que cette méthode n’est pas intéressante.
Une fois toutes les bandes bien accordées en sortie des tubes, mettre au point le circuit d’adaptation d’entrée en suivant scrupuleusement les valeurs données. Les capas mica peuvent être remplacées par des capas céramiques, elles ont le défaut d’être moins stable… Les mandrins à noyau ont été récupérés sur une épave de générateur HF Métrix, mais avec un peu d’imagination, on peu reproduire ces selfs de 14mm de diamètre 30mm de hauteur, à condition de tomber juste, les noyaux ne sont pas indispensables. Le ROS entre l’exciteur et l’ampli ne doit pas dépasser 1,5/1 aux extrémités de bandes, si le réglage avec le noyau plongeant ne suffit pas, enlever ou ajouter un peu de capa d’un côté ou de l’autre du Py. Il faut toujours garder un peu de marge de manœuvre : si le noyau est plongé au milieu de la self, le dévisser complètement, rajouter une spire et refaire l’essai avec le noyau à fleur de spire.
Le pi d'entrée avec les valeurs des condensateurs et selfs.
6/ Le gain,
L’amplificateur bien réglé doit donner pour 5W en entrée au moins 90W sur 80m et 60w sur 10m. Pour 50w en entrée : au moins 550w sur 80m et 400w sur 10m. On s’aperçoit que la puissance baisse lorsqu’on monte en fréquence : c’est normal. On s’aperçoit aussi que plus on augmente la puissance de l’exciteur, et plus le gain baisse, c’est normal aussi, à un certain moment, les tubes saturent, chauffent et le signal de sortie se dégrade fortement et la linéarité baisse. En fait, surveiller le débit plaque : ne pas dépasser 500mA sur un coup de sifflet, ceci garantit 500w en sortie sur la plupart des bandes et la linéarité sera parfaite.
Relire les numéros Mégahertz 258 à 267 : les articles traitant des amplificateurs HF écrits sous la plume de F6AWN sont à méditer…
Ne pas faire ses réglages sur l’air ! même 10w peuvent gêner les copains. J’utilise un sélecteur d’antenne deux positions QRO, genre Daïwa CX201 à la sortie de l’ampli qui dirige la HF soit vers une charge non rayonnante (pour les réglages), soit vers l’antenne (réglages finis), si besoin, retoucher légèrement le CV antenne lors d’un appel ou d’un message (sur antenne). 
7/ Conclusion,
Ce montage très simple peut être utilisé sans problème avec d’autres tubes, genre 811 ou 572B, ou même EL519, se référer au data de chaque tube pour comparer les impédances entrée et sortie et les tensions filament et plaque. Le principe reste le même. Les tubes n’ont pas fini de faire parler d’eux, les transistors n’ont pas encore gagné le duel. Quel plaisir à l’amateur de voir les tubes s’illuminer et d’utiliser un amplificateur unique, monté soi-même !
De nombreuses questions ou observations peuvent arriver pendant la réalisation, ne pas hésiter à en faire part autour de sois, il y a toujours des OM constructeurs pour vous aider à avancer. Je tiens à remercier F6AFU, F6CRP, F6HSB, F4AHK, F8CSW, F6GDO pour m’avoir épaulé durant cette aventure ainsi que pour leur patience, leur gentillesse et leur dévouement.
Le pi de sortie, on distingue la self bandes hautes en cuivre argenté et la self bandes basses en cuivre.
Liaisons au commutateur: le plus court possible.
Schéma alimentation.
Schéma amplificateur.
LISTE DES COMPOSANTS AMPLIFICATEUR
Le py d’entrée :
C1 : 100pF mica L1: 4 spires de cuivre nu 2,5 carré, mandrin 14mm C2 : 10pF mica
C3: 240pF mica L2: 6 spires de cuivre nu 2,5 carré, mandrin 14mm C4: 100pF mica
C5: 470pF mica L3: 10 spires de cuivre nu 2,5 carré, mandrin 14mm C6: 180pF mica
C7: 470pF+180pF L4: 9 spires de cuivre émaillé 10/10, mandrin 14mm C8: 180pF+100pF C9: 1000pF mica L5: 10 spires de cuivre émaillé 10/10, mandrin 14mm C10: 560pF mica
C11: 1820pF mica L6: 19 spires de cuivre émaillé 10/10, mandrin 14mm C12: 1000pF mica
Les spires de L1, L2, et L3 sont non jointives
Les spires de L4, L5, et L6 sont jointives
Suite :
C13, C14, C15: 3,3nF 500V mica
C16, C17: 2200pF 5kV mica bain d’huile
C18: 1000pF 1kV céramique
C19: 3,3pF céramique
C20, C21: 10nF céramique
C22, C23 : 1000pF 1500V mica
C24, C25 : 2,2nF 2kV céramique
C26 : 2nF 8kV
CV1 : 180pF 4 kV à faible capacité résiduelle (flasque stéatite ou résine, mais non métallique)
CV2 : 1000pF 500v (récupération BCL) complété par une capa fixe de1000pF 1kV pour la bande 80m.
L1 : 7,2 spires en cuivre argenté (important pour le rendement sur les bandes hautes) de 3mm de diamètre. La bobine mesure 6cm par 4cm (mesure extérieure)
L2 : 22 spires de cuivre nu 4mm carré. La bobine mesure 6,8cm par 9cm (mesure extérieure)
R1 : 15k ohms 25w bobinée
R2 : 10k ohms
P1: 47k ohms
D1, D2, D13: 1N4148
D3 à D12: BY255
CH F1: 22 spires deux fils en main de cuivre monobrin 4mm carré sur barreau de ferrite de 1cm de diamètre, 20cm de long. Avant le bobinage, une fine couche d’araldite recouvre la totalité du barreau de ferrite, les spires seront tenues serrées (entre elles et contre la ferrite) le temps du séchage.
CH F2 : 4 spires de fil de cuivre monobrin 4mm carré sur barreau de ferrite de 1cm de diamètre, 2,5cm de long, solidarisées à l’araldite également.
CH F3 : 62 spires de fil émaillé de 60/100 sur mandrin stéatite de 8cm de longueur et 15mm de diamètre.
CH F4 : 120 spires de fil émaillé de 40/100 sur mandrin en fibre de verre de 8,5cm de longueur et 1cm de diamètre.
Pour vérifier qu’il n’y ait pas d’auto-résonnance des trois selfs de choc en série, sur toute la bande HF, mettre en série les trois selfs (sans rien d’autre) et court-circuiter l’ensemble d’un bout à l’autre et vérifier au grid dip pour chaque bande qu’il n’y ait pas de dip, si c’est le cas, enlever ou rajouter des spires sur l’une ou l’autre self, personnellement, il a fallu que j’ôte une dizaine de spires à CH F3 (62 spires au lieu de 72…)
CH F5 : 164 spires de fil émaillé de 40/100 sur barreau de ferrite de 10cm de longueur et 1cm de diamètre, une extrémité étant soudée au plus près du CV antenne sur le coaxial de sortie, l’autre extrémité à la masse. Cette self de choc a deux fonctions : la première est de mettre électriquement (mais pas sur le plan HF) la sortie HF (cela à résolu un petit problème statique lors de mes premiers essais), la deuxième est une sécurité en cas de claquage de la capa de liaison C26, en effet, C26 serait passant et la HT se retrouverait à la masse via CH F5 et le fusible de l’alim HT claquerait à son tour instantanément.
Choc VHF plaque : après avoir testé différents types de choc VHF sans succès (soit les résistances chauffaient anormalement, soit le rendement était presque divisé par deux), j’ai finalement monté les anodes en direct sans observer aucun problème sur aucune bande, les 813 étant prévues pour fonctionner jusqu’à 30mHz, on n’est plus concerné par les VHF.
M1 : galva de 100µA étalonné pour 1A pleine échelle
M2 : galva d e150µA récupéré sur un watt-mètre, pas d’étalonnage, c’est un simple indicateur de puissance relative.
Les rotacteurs pour commuter les bandes sont en stéatite 10A minimum pour le Py de sortie et de préférence en stéatite pour le Py d’entrée.
LISTE DES COMPOSANTS ALIMENTATION
T1, T2 : transfos 230v/900v 0,8A de récupération ampli CB Zétagi BV603
T3 : transfos 12v modifié (voir texte)
T4 : transfos 12v 3A
C1 à C18 : 470µF 200V (récupération alim à découpage, deux par alim…)
C19 : 1000µF 25V
C20 : 10µF 25V
C21 : 10nF 65V
R1 à R18: 470k ohms 2W (provenant toutes d’un même lot)
R19: 47 ohms 25w bobinée, sur radiateur
R20 : 15 ohms 25w bobinée céramique
R21 à R28 : 10M ohms ½ watt
R29 : 56 ohms 2W (selon vitesse désirée du ventilateur)
R30 : 1k ohm, ½ watt
R31 : 180 ohms ( permet d’augmenter légèrement la tension à la sortie du régulateur)
D1 à D20 : BY255 (provenant toutes d’un même lot)
DL1 : diode led verte (réception)
DL2 : diode led rouge (émission)
REG : régulateur 7812CT
RL1 : relais 12v de puissance 15A 2RT (bobine découplée et protégée avec une diode 1N4007)
RL2, RL3 : relais 12v 5A 1RT (bobine découplée et protégée avec une diode 1N4007)
NB :chaque relais a une fonction qui lui est propre, ne pas chercher à réunir les fonctions sur un seul relais sous peine de voir vibrer les contacts en émission sur les bandes hautes…
V1 : ventilateur 12v 12cm de diamètre de récupération alimentation à découpage PC, ce type de ventilateur a un excellent rapport vitesse/bruit, mais nécessite un blindage afin de ne pas être perturbé par les rayonnements HF de l’ampli : deux grilles (prévues pour ce type de ventilateur) suffisent et sont vissées de chaque côté du ventilateur et reliées au chassis par les quatres coins.
M1 : galva de 150µA sans shunt, on arrive à 3000v pleine échelle avec les résistances de R21 à R28 (équivalent à 20M ohms), on peut prévoir un ajustable de 500k ohms en série si nécessaire.
S1, S2 : interrupteurs solides et bien dimensionnés (10A minimum)
Fusible primaire : 10A (pour faire face aux appels de courant au démarrage)
Fusible secondaire HT : 1A
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