Pifilter, przełączanie pasm, napęd kondensatorów.

Budowa PIfiltra

We wzmacniaczu zastosowano klasyczny układ Pifiltra, którego odczepy dołączane są za pomocą przekaźnikow próżniowych. Nie będę oczywiście podawał konkretnych ilości zwojów, wymiarów cewek, ponieważ nie ma to najmniejszego sensu, gdyż zależy to od wielu czynników (przenoszonej mocy, wymiarów, zastosowanej lampy itd). Zresztą każdy Pifilter i tak trzeba zestroić indywidualnie, dobierając odpowiednio odczepy na poszczególnych pasmach. Ze swej strony polecam stronę kolegi F1FRV, gdzie opisane są różnego rodzaju konstrukcje wzmacniaczy, jest ta również ciekawy artykuł dotyczący „zimnego” strojenia PIfiltra, doboru dławika anodowego za pomocą analizatora antenowego VNA. Polecam również skorzystanie z zamieszczonych tam kalkulatorów (excel) służąych do obliczenia cewek PIfiltra adres strony http://f1frv.free.fr/main1h_Amps_Cold_Adjust.html

Ze względu na stosunkowo dużą moc główną cewkę pifiltra wykonano z rurki miedzianej o średnicy 6mm (pasma 7-28 MHz), do której szeregowo dołączona jest druga cewka (1,8-3,5MHz) nawinięta na korpusie ceramicznym drutem o średnicy 3mm. Odczepy dołączane są za pomocą przekaźników (styczników) próżniowych. Bardzo istotną różnicą w stosunku do powszechnie stosowanych przełączników mechanicznych jest fakt iż niewykorzystane odczepy pasm niższych niż załączone są zwierane. Przykładowo przy załączonym pasmie 14 MHz, odczepy z pasm 10MHz, 7MHz, 3,5 MHz są zwierane, tzn. odcinki cewki PiFiltra tych pasm są zwarte (nie pracują) Taki układ ma tą zasadniczą zaletę, że brak jest pasożytniczych rezonansów pochodzących od niewykorzystanej w danej chwili części cewki pifiltra.

Nawijanie cewki
Zespół przekaźników próżniowych.

Do przełączania odczepów cewki Pifiltra oraz dodatkowej pojemności najniższych pasm użyłem rosyjskich przekaźników (styczników) próżniowych W1W (B1B). Spotkałem się gdzieś z opinią, że tego typu przekaźnikami mogą być problemy(mała obciążalność prądowa) , jednak wielomiesięczna praca wzmacniacza, potwierdziła, że nie ma z nimi większych problemów. Mimo wszystko na wszelki wypadek przekaźnik z pasma 28 MHz, gdzie występują największe prądy wymieniłem na bardziej wytrzymały firmy Siemens.

Przekaźniki sterowane są z głównego modułu sterującego poprzez drivery na układzie ULN2003. Oczywiście można zastosować zwykłe tranzystory, jednak w każdym przypadku trzeba zadbać o odpowiednie odfiltrowanie sygnału w.cz. za pomocą kondensatorów blokujących.

Wstępne strojenie Pifiltra na „zimno”

Poniżej ręcznie rysowany przeze mnie schemat PIfiltra

Schemat Pifiltra

We wzmacniaczu zastosowano dwa kondensatory zmienne. Pierwszy z nich od strony anody lampy – kondensator próżniowy Jennings o pojemności 20-500 pF, 10 kV (26 obrotów), natomiast drugi kondensator, od strony anteny – klasyczny, płytkowy o pojemności ok 30-1100 pF. Pomiędzy anodą lampy, a cewką pifitra znajduje się kondensator dyskowy o pojemności co najmniej 2.2 nF (u mnie są dwa takie równolegle podłączone kondensatory) i napięciu co najmniej 10 kV. Ważne jest, aby ten kondensator był naprawdę wysokiej jakości. Do kondensatora „antenowego” na najniższym pasmie dołączany jest równolegle kondensator dyskowy 1nF / 10 kV.

Widok PiFiltra.

Kondensatory zmienne, zarówno anodowy (próżniowy) jak i antenowy napędzane są za pomocą silników krokowych i pozycjonowane przez kontroler. Do napędu wykorzystano silniki krokowe NEMA17, bardzo popularne, wykorzystywane powszechnie w drukarkach 3D, a co za tym i tanie. Nie ma najmniejszych problemów, aby wykorzystać inne silniki krokowe wymontowane np. ze starych drukarek. W przypadku kondensatora próżniowego, który od minimum, do makismum pojemności musi wykonać 26 obrotów zastosowano przekładnię 1:3 z kół zębatych oraz paska zębatego GT2 – . Wynikało to z tego powodu, że do pozycjonowania tego kondensatora wykorzystano potencjometr 10 obrotowy Helipot 10kOhm. Kółko zębate 60 zebów umieszczone jest na potencjometrze Helipot, natomiast kółko 20 zębów – zamontowane na osi silnika połączonego z kondensatorem próżniowym. Obrót kondensatora od minimum do maksimum (26 obrotów ) powoduje obrót potencjometru helipot prawie o 9 obrotów. Zakładając liniowość kondensatora, rozdzielczość 10 bitów (1024 kroków) ADC Atmegi, w przybliżeniu można przyjąć 1000 kroków na 500 pF, co daje rozdzielczość 0.5 pF – wysoka dokładność. W przypadku kondensatora antenowego – klasycznej budowy o pojemności 1046 pF, nie stosowano dodatkowej przekładni, gdyż kondensator taką już posiada 1:3. Pozycjonowanie odbywa się za pomocą zliczania (dodawania i odejmowania kroków). W czasie załączania wzmacniacza silnik krokowy obraca kondensator w skrajną pozycję, w której stykana jest krańcówka dająca sygnał do kontrolera iż jest to pozycja zerowa. Następnie kondensator jest ustawiany do konkretnej, zapamiętanej w pamięci pozycji. Ilość impulsów potrzebnych do obrotu kondensatora z jednej skrajnej pozycji do drugiej wynosi 1300 co przy pojemności 1046 pF daje dokładność pozycjonowania lepszą niż 1 pF , co jest bardzo dobrą wartością. Oczywiście zależy dużo od dokładności wykonania mechaniki, braku luzów itd. Nie ma najmniejszych problemów aby pozycjonować za pomocą helipota, jednak ten sposób wydał się w moim przypadku najprostszy.

Sposób połączenia silnika krokowego z Helipotem i kondensatorem próżniowym
Silnik krokowy i helipot pozycjonujący
Połączenie silnika krokowego z kondensatorem

Do połączenia osi silnika z kondensatorami wykorzystano tulejki wykorzystywane w drukarkach 3D, eliminują one niewielkie niewspółosiowości oraz eliminują drgania osiowe.