Článek popisuje, jak jednoduše a elegantně vyrobit zdroj předpětí pro triodu v PA. Přestože se může zdát, že v dnešní době je elektronkový koncový stupeň vysílače již anachronismus, není to tak docela pravda. Elektronky mají své kouzlo a ten, kdo s nimi umí pracovat, může využívat jejich výhod, jako lepší linearita, než mají tranzistorové zesilovače, jednodušší napájecí zdroj a v nepodslední řadě podstatně větší odolnost proti hrubému zacházení, resp. při dostatečném předimenzování konstrukce praktická nezničitelnost.
Konstrukci zdroje předpětí si ukážeme na příkladu elektronky GI-7. Obecně platí, že trioda potřebuje na mřížce záporné předpětí vůči katodě, konkrétně elektronka GI7 potřebuje pro nastavení pracovního bodu do třídy B cca přivést na mřížku -27V vůči katodě. Protože triody se jako výkonové vf zesilovače provozují v zapojení se společnou mřížkou, je jasné, že je optimální mřížku přímo uzemnit a záporné předpětí získáme tak, že přivedeme kladné napětí na katodu.
Triviální variantou zdroje předpětí je prostý katodový odpor, chceme-li, aby elektronkou tekl klidový proud 50 mA, bude jeho velikost 560 Ohmů 2W. Pro praxi se nehodí.
Lepší variantou je Zenerova dioda zapojená tak, že katodu diody připojíme (přes tlumivku) na katodu elektronky, anodu diody na zem. Průchodem katodového proudu se vytvoří na diodě potřebné předpětí. Principiální schema je zde:
Chceme-li elektronku pořádně vybudit, zjistíme, že Zenerovu diodu neuchladíme, pomůžeme ji tedy tranzistorem. Principiální schema je níže.
Tohle už docela funguje, výkonový tranzistor se dá dobře chladit. Co ale s předpětím, když nechceme vysílat, ale přijímat? Zdánlivě není potřeba dělat nic, ale ve skutečnosti je potřeba elektronku zavřít, protože jinak by nám její šum kazil příjem. Elektroku zavřeme přivedením dostatečně velkého záporného napětí na mřížku, v našem provedení dostatečně velkého kladného napětí na katodu. Opět není zapotřebí žádný zdroj, potřebné napětí vznikne jako úbytek na katodovém odporu, resp. zvolíme triviální řešení, totiž emitor tranzistoru odpojíme od země. Na katodě elektronky se vytvoří a udržuje takové napětí, které ji zcela uzavře, u GI7 s cca 2 kV na anodě je to asi 60V.
Dopracovali jsme se k zapojení, které udržuje pracovní bod elektronky, umí zapínat a vypínat pracovní bod a dokáže se uchladit. Nevýhodou zapojení je, že nepřežije občasné výboje, které nastávají uvnitř elektronky. Podrobným zkoumáním bylo zjištěno, že když dojde ke krátkodobému průrazu, skutečně je chvilkově na katodě anodové napětí a je jasné, že to zdroj předpětí nemůže přežít. Že k výbojům v elektronce dochází je fakt, četnost výbojů se zvyšuje s velikostí anodového napětí, při 2,5 kV k nim dochází cca jedenkrát za závod. Analýzou několika zničených zdrojů předpětí jsem zjistil, že dojde k destrukci přechodu báze - emitor výkonového spínacího tranzistoru z důvodu překročení proudu báze. Další vývoj zdroje předpětí tedy směřoval k tomu, aby zdroj byl v tomto ohledu robustnější. Co vzniklo, je na dalším obrázku.
toto je už skutečně funkční a odzkoušená varianta. Odpor 8k2 omezuje proud báze na hodnotu cca 300 mA, který je sice větší, než povoluje katalog výrobce, ale tranzistor to přežije. Trochu se tím zakulatí jinak rovná charakteristika Zenerovy diody, ale v této aplikaci to moc nevadí. Malý proud Zenerovou diodou (v důsledku ochranného odporu 8k2) je kompenzován Darlingtonovým zapojením tranzistorů. Elektrolyt 100 uF chrání výkonové tranzistory před výbojem. Protože výboj je velmi krátký a kondenzátor se po dobu výboje nestačí nabít, je ochrana účinná. Toto zapojení používáme v klubu OL3Z řadu let a od doby, kdy byl zdroj předpětí zapojen tímto způsobem, už ho výboj nezničil, resp. výboj v elektronce skončí vyhozením síťového jističe v rozvaděči a PA jako celek, včetně tranzistorového zdroje předpětí, přežije. S ohledem na to, že katodový proud asi nikdy nepřesáhne 1A, jsou použity zdánlivě zbytečně robustní tranzistory, není to ale samoúčelné. Důvodem je jejich velký povolený proud báze a tím odolnost proti zničení výbojem v elektronce. Jsem si vědom překročení katalogových hodnot součástek v okamžiku výboje, je však na několika kusech odzkoušeno, že to součástky vydrží.
Shodný zdroj předpětí je možné použít i pro jiné vysílací triody, jako jsou GS-9, GI-14, GS-31, GS-35, GS-1, 2xGI-7 a podobně, dvojice velkých elektronek jako GS-35 vyzkoušené nemám, ale asi není důvod, proč by výše uvedený zdroj předpětí nešel pro takovou dvojici použít.