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Triode linear amplifier boards

by F1FRV

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Revision 5: august 2014, Professional PCBs availables. See HERE

April/may 2016, New 3U rack pre-drilled.

August 2017, Error correction in front panel, & cathode possible auto oscillations.

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Mise en coffret des cartes / Rack for the cards

Des racks 19" 3U prépercés sont disponibles (Infos ici ). Voir description et nomenclature dans le fichier à télécharger.

Ce coffret reçoit toutes les cartes décrites ci-après, les galvanomètres, les leds et interrupteurs, les relais d'antenne et les alimentations basse tension (dont l'alimentation filament du tube). La séparation de ces cartes du boitier de l'amplificateur permet d'utiliser alternativement différents amplificateurs (multi ou mono bandes HF, VHF ou UHF) utilisant des triodes de puissance. Le courant de repos du tube est réglable à l'arrière de ce coffret. La GS-35b est aujourd'hui le meilleur choix technique et économique pour des amplis jusqu'à 2.5 kW HF/VHF. La normalisation des connections entre ce coffret et l'ampli (3 connecteurs XLR) est nécéssaire pour permettre l'interchangeabilité avec différents amplis.

New 3U rack pre-drilled are availables (Infos here). See description & bill of materials in file to download.

You can place all cards described in this page, meters, leds, switches, RF relays, and low voltage supplies (including tube heater) in a 19" 3U rack. Separation of all these cards from amplifier RF cabinet is a must, and allows for use of this assembly alternatively with different amplifiers (eg. HF multi or monobands, or VHF, UHF) using (or not) same tubes. Bias is adjustable at rack rear panel. GS-35b is now the most versatile and economical power tube up-to 2.5 kW HF/VHF. Normalization of connections between this rack and amp ( 3 XLR connectors) is mandatory for interchangeability with different amplifiers.

Laser engraved labels for the pre-drilled 3U rack.

Interconnections rack - amplifier

Ceci s'adresse à ceux qui ne veulent pas construire un fatras de composants et de fils en vrac (engineering de Bamako, comme dit l'abbé J), sans schémas, et sans sécurités pour eux et le matériel, mais qui acceptent de payer le minimum nécéssaire pour avoir quelque chose de fiable (trop peu parmi les OMs). Pas de changements importants entre cette version et les précédentes (elles fonctionnaient), seules quelques modifications d'implantation, la tension secteur n'est plus présente sur la carte logique. Câblage plus facile de la face avant (LEDs et interrupteurs) avec connecteurs à sertir 5 et 20 points pour câble en nappe, au lieu de nombreux "fil à fil" entre borniers.

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This is only for those who dont want to build a components & wiring mess (Bamako engineering, dixit abbé J) , without schematics, and without enough safety for them and equipment, but accept to pay what is minimum necessary to have something reliable (only a few among hams). No major technical changes between this one and the old revisions (they worked), except some layout arrangements, which removed mains AC voltage from logic board, easier wiring to front panel PCB (LEDs and switches) with IDC connectors 5 & 20 pts, with flat ribbon cables, instead of a lot of individual wires & terminal screwed blocks.

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Ces nouvelles cartes rev 5 (2014) remplacent les anciennes 2005/2007/2013. Elles réalisent les fonctions requises par un amplificateur de puissance avec une triode montée grille à la masse (sauf l'amplification et l'alimentation HT).

These new cards rev 5 (2014), replaces the old 2005/2007/2013 boards. They performs the main functions required by a power triode grounded grid amplifier (except amplification and HV supply).

Les principales fonctions sont:

- Distribution de la tension secteur après fusible pour les alimentations filament, auxiliaires et relais d'antenne.

- "Soft start" pour limiter l'appel de courant du filament froid, et prolonger la vie du tube.

- Temporisation d'environ 3 minutes pour chauffage du tube avant de pouvoir émettre.

- Temporisation avant arrêt du ventilateur pendant ~3 minutes après extinction de l'ampli, afin d'évacuer les calories accumulées dans le tube. Des fusibles de protection du ventilateur sont prévus pour la sécurité, comme le ventilateur n'est pas arrêté par l'interrupteur marche-arrêt de l'ampli.

- Toutes les connections sur les circuits imprimés par borniers à vis, ou connecteurs à sertir sur cable en nappe (IDCs).

- Contrôle de la cathode par opto-isolateur rapide.

- Le courant de repos du tube est réglable par l'alimentation stabilisée de la cathode entre 3 et 55 V (avec protection).

- Galvanomètres pour courants grille et plaque, et pour haute tension plaque.

- Sécurité réglable en cas d'excès de courant de grille. Une chaine de sécurité avec tous les contacts en série protège opérateur et matériel.

- Séquenceur réglable pour éviter les commutations "à chaud" et respecter l'ordre des commutations lors des passages emission <-> réception. Ce circuit intègre également le contrôle d'un éventuel préamplificateur de réception ou d'un récepteur séparé.

The main features are:

- Switched and fused mains outlets for heaters, auxiliary and antenna relays power supplies.

- Tube heater soft start to limit inrush current and extend tube life.

- Start-up timer to allows for tubes heating ~ 3 minutes before being ready to operate.

- Blower delayed stop, after amplifier switch off ~ 3 minutes, to evacuate accumulated heat in tube. Blower protection fuses for operator safety included, as blower is not switched off by amplifier on-off switch.

- All board inlets and outlets by screwed terminal blocks and IDCs with flat ribbon cables.

- Cathode control via fast opto-isolator.

- Cathode adjustable bias voltage regulation circuit, from 3 to 55 V bias (with protective device).

- Grid & plate current meters. High voltage plate meter.

- Adjustable safety trip in case of too high grid current. A safety chain, with all contacts serialy connected, protects operator and equipments.

- PTT adjustable logic timers (sequencer) to avoid “hot switching” and perform controled sequences during transmit <-> receive operations. This circuit allows also for RX preamplifier control or external receiver.

Pas si mal ... n'est ce pas ? Not so bad ... isn’t it ?

- Modifiez (si besoin) les valeurs des temporisations du séquenceur en fonction de votre TX et de vos relais d'antenne.

- Modifier (si besoin) la valeur de la résistance de "soft start" chauffage filament en fonction du tube utilisé.

- Toutes les valeurs de composants du schéma sont données comme exemple pour une GS-35b. Adaptez si besoin les valeurs pour d'autres tubes.

- Tous les composants sont disponibles chez Radiospares et Farnell. Les nomenclatures détaillées sont fournies.

Pour information: Pour construire un amplificateur fiable, le côut total des circuits imprimés et des composants associés est ~150 à 200 Euros.

C'est pourquoi construire avec de petits tubes (petites puissances) n'est pas intérressant. Les travaux mécaniques et cablage, le temps et l'argent dépensés sont similaires ...

 

- Change (if needed) the values of sequencer timings in accordance with your transceiver and antenna relays.

- Change (if needed) heater “soft start” resistor value according to your tube heater data.

- All values are given as practical example for GS-35b. But, this design can be easily adapted to other tubes.

- All components are available at Radiospares and Farnell. Detailed bill of materials are supplied.

For information: To build a reliable amplifier, total cost for necessary PCBs and related components is ~ 150 to 200 Euros.

Its why building amplifiers with small tubes (small power) is not interesting. Mechanical works, wiring, spent time and money are similar...

Schematic diagrams & layouts

Part 1: Logic card

La carte logique, comme les précédente révisions peut être utilisée pour triodes, tetrodes ou amplificateurs transistorisés (SSPAs).

Si vous pensez que la sécurité est excessive pour vous dans ce design, retirez toutes les sécurités dont vous ne voulez pas, à vos risques et périls !

The logic card, like previous revision, can be used, either for triodes, or tetrodes, and SSPAs amplifiers.

If you think that safety is excessive for you in this design, remove all safeties you dont want, at your own risks !

Part 2: Blower timer card

La carte de temporisation du ventilateur, peut être utilisée avec amplis avec triode, tetrode ou SSPAs. Elle sert à maintenir la ventilation en service ~3 minutes après extinction de l'ampli afin d'évacuer les calories accumulées dans le tube (ou le transistor), en cas d'arrêt rapide après utilisation prolongée à forte puissance. Une version spéciale a été créée pour une autre application, avec alimentation en 13.8 V au lieu de 24 V. En cas de besoin, la documentation est ICI.

Le secteur 230 V n'est présent que sur cette carte. La carte intègre également une détection de la tension de chauffage du tube (alternative ou continue). L'information est envoyée vers une LED en face avant de l'ampli (via la carte logique).

The blower timer card can be used, either for amplifiers with triodes, tetrodes, or SSPAs. It is used to maintain cooling air flow ~3 minutes after amp switch off, in order to evacuate accumulated calories into tube (or transistor), in case of fast stop after long use at high power. A special version for other application, with 13.8 V supply instead of 24 V has been made. In case of need, documentation is HERE.

Mains 230 V AC voltages are present only on this board. There is also on this board a circuit for heater voltage (AC or DC) detection to amplifier front panel LED (via logic board).

Part 3: Cathode & meters card

Ce schéma " amélioré " utilise un MOSFET de puissance à la place d'un transistor bipolaire TIP147 ou équivalent. Il peut fonctionner avec de forts courants de cathode ( jusqu'à 3 Amperes ). Ceci améliore aussi un peu la dissipation. La raison de ce changement est de rester dans la zone de fonctionnement ( safe operating area ) définie par la datasheet du composant. Le non respect de la " safe operating area " est la cause de destructions nombreuses de Q1, un peu partout dans le monde.

This " improved " design, use a power MOSFET instead of bipolar darlington transistor TIP147 or equivalent. This also reduce a bit the dissipated power. It can work at high cathode current ( up-to 3 Amps ). The reason is to stay in the " safe operating area " defined by component datasheet. Non respect of the safe operating area result is Q1 breakdown, in a lot of cases, all around the world.

Un système de " trip " est prévu en cas d'excès de courant grille. Le contact du relais de " trip " est à insérer dans la chaine de sécurité de la carte logique. Avec les galvanomètres 85C1, pour éviter d'éventuelles auto oscillations, il est fortement recommandé d'installer sous le circuit imprimé une résistance de 1 MOhm 0.25 W en parallele avec une capa de 10 nF 1 kV entre la gate de Q1 et la masse du circuit. Une sortie pour galvanomètre de haute tension est prévue. Pour la détection de présence de haute tension, un petit MOSFET envoie l'information vers une LED en face avant de l'ampli (via la carte logique). Il est recommandé de placer une protection isolante (plexiglass ou epoxy) au dessus des composants soumis à haute tension, pour éviter les accidents. LA HT EST MORTELLE.

A trip system is implemented, in case of excessive grid current. The trip relay contact is to be inserted into logic card safety chain. With 85C1 meters, to avoid possible auto oscillations, it is strongly advised to place under PCB a 1 MOhm 0.25 W resistor in parallel with a 10 nF 1 kV capacitor between Q1 gate and PCB ground. A HV meter output is also implemented on the board. For high voltage detection, a small MOSFET send information to amplifier front panel LED (via logic card). It is advised to place an insulating protection (plexiglass ou epoxy) over high voltage components, to avoid accidents. HV CAN KILL YOU.

Cathode RF input calculations

Si votre TX possède une boite d'accord incorporée (ROS maxi < 3), une simple capa de liaison, bien dimensionnée, sur l'entée cathode est suffisante.

If your transceiver has an internal antenna tuner (SWR max < 3), a simple well designed serial capacitor at cathode input is enough.

Part 4: Front panel card

Nota. Quand les 2 interrupteurs prévus sur le circuit imprimé (bypass - operate et cw - ssb) sont remplacés par des switches "Télémécanique" de 22 mm, insérer des "pins VERO" de 1.32 mm dans les 4 trous utiles du circuit imprimé pour soudure fiable à l'arrière des fils vers les switches.

Download all boards documentation files (with datasheets & bill of materials)

Download new 2016 3U rack data : SAFETY RACK 3U F1FRV.ZIP

Cathode input circuit design (excel sheet) Calcul_ENTREE_Ampli_Grille_a_la_masse

Simulation of comparisons between bipolar and mosfet

Simulations of trip system

 

Some pictures of the previous cards

Pictures of the cards in a 2 x GS35b amp at 144 MHz

Internal link to GS-35b DECAMETRIC AMPLIFIER KIT

Internal link to HV POWER SUPPLY

 

Internal link to GS-35b VHF/UHF half wave cavities

Internal link to high power antenna relays

19" OLD 2013 RACK (with datasheets & bill of materials)

Download OLD revisions triode boards documentation files

 

For now, that's All Fox !!!!!

Enjoy !!!!

Dominique - f1frv@sfr.fr OR

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