Hazeltinův fremodyn

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Už dlouho jsem chtěl postavit elektronkové rádio, jen tak, pro zábavu. Chtěl jsem jednoduché FM radio, co chytí víc než jednu nejsilnější stanici a co se dá skutečně poslouchat. Nejdřív jsem hledal různé superreakční přijímače, ale po zkušenostech s tranzistorovými se mi do toho nechtělo (šum, mizerný zvuk). Pak jsem našel přijímač zvaný fremodyn: http://cool386.tripod.com/fremodyne/fremodyne.html
Po přečtení článku mi přišlo, že jsem našel to pravé. Hlavně mě překvapila věta, že použitý detektor na boku rezonanční křivky může dosáhnout stejné kvality zvuku jako normálně používané detektory. Navíc vstupní část přijímače je v podstatě stejná jako u superhetu, takže by neměl být problém s vyzařováním do antény jako u superreakčních, kdy je anténa často připojena přímo na oscilační cívku.

Pár informací o člověku, co to vymyslel: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/257947/Alan-Hazeltine

Jedno ze zapojení, které se mi zdálo nejvhodnější ke stavbě, navíc se nejvíce blíží původnímu

(Zdroj: http://cool386.tripod.com/fremodyne/fremodyne.html)

Trioda dole na schématu funguje jako oscilátor v superhetu, tedy na frekvenci vyšší o mezifrekvenci než druhý, souběžně laděný obvod u horní elektronky. Mezifrekvence je daná colpittsovým oscilátorem tvořeným cívkou L3 a kondenzátory C8, C9 v sérii. Superregenerační frekvenci přibližně 30kHz určují R5 a C10. Tlumivky stačí běžně vyráběné, jejich hodnota není kritická.
Jelikož nemám měřáky na tak vysoké frekvence, tak mi nezbylo než rezonanční obvody co nejpřesněji spočítat a podle výpočtů navinout cívky. Mezifrekvence má být 21,75MHz kvůli tomu, aby její harmonické frekvence ležely mimo přijímané pásmo 88-108MHz.

Jedno odpoledne jsem dělal plošný spoj a druhý den jsem osadil desku a zkusmo navinul vypočítané cívky a zkusil to zprovoznit. Superhetový oscilátor kmital okamžitě, naladil jsem ho na rádiu s čítačovou stupnicí a pokusil se roztahováním cívky nastavit správný rozsah frekvencí. Problémem jsou samozřejmě harmonické a to, že k ladícímu kondenzátoru se musí správně dopočítat paralelní kondenzátor pro daný rozsah frekvencí, který ale zároveň závisí na indukčnosti cívky. Úplně nejjednodušší by bylo vzít hotové vstupní ladící obvody z rozebraného rádia a přepočítat jen oscilační obvod pro dvojnásobek mezifrekvence (z 10,7 na 21,75). Colpittsův oscilátor začal fungovat až při napětí asi 120V, to se z výstupu konečně ozval šum. S cívkou L3 jsem měl největší problém, protože jsem neměl čím měřit, tak jsem ji také navinul přibližně podle výpočtu s tím, že se doladí jádrem. Při zašroubování jádra se ozvalo pár německých, pravděpodobně výkonných krátkovlnných stanic, jinak ticho, takže frekvence aspoň přibližně odpovídá. Nejdřív to vypadalo bledě, ale když jsem pak večer ještě více roztáhl závity oscilátoru, konečně jsem uslyšel místní rádia...

Zapojení má opravdu velkou selektivitu, při citlivém ladění se dá chytit každá stanice zvlášť a mezi nimi ticho, při správném naladění zmizí i šum a kvalita zvuku je celkem slušná. Stále mám ale velké problémy se souběhem laděných obvodů, je potřeba je pořádně přepočítat a oscilátory nejspíš změřit čítačem (Měla by to zvládnout digitální stupnice z rádia, jen je třeba myslet na jinou mezifrekvenci)

Říkám si, jestli by nakonec nebylo jednodušší slaďování elektronkového superhetu, když bych do něho mohl dát hotové mezifekvenční cívky z rádií...ale to by byla nuda...

Pár fotek

Nenapadlo mě nic jiného, než desku připojit k právě konstruované zkušební desce na nožičkové elektronky (Momentálně osazen dvoustupňový zesilovač). Neuvěřitelné, že téměř 70 let staré lampy mají v pořádku vlákno, které je tak tenké, že není ani vidět, nesvítí, je jen mírně červené a elektronka přitom vykazuje téměř katalogové hodnoty... Stejným příkladem jsou usměrňovačky z té doby, jen málokterá AZxx má dnes takové vlastnosti. Ale možná je to jen tím, že byly prostě předimenzované a v těch rádiích se neopotřebovaly.

Podivný odpor 100R v anodě spodní triody jsem nakonec nahradil 47K a zapojení funguje lépe.

Video jak to hraje: http://www.youtube.com/watch?v=XBcGJNEnOWM

Podrobnější popis další úspěšné konstrukce fremodynu: http://jan16.czela.net/index.php?id=146&n=fremodyn---elektronkovy-vkv-fm-rozhlasovy-prijimac  

Schema další úspěšné konstrukce fremodynu: http://picasaweb.google.com/lh/photo/I_0tAeLn_H6hv7Y8tVYACLaMDe6bIxKzv6OYDJCyeA0?feat=directlink

Rotační měnič s alternátorem

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Chtěl jsem postavit rotační měnič na sváření v co nejmenším provedení. Nejlépe, aby se dal vzít jednou rukou... Sehnal jsem použitý alternátor 14V 120A a odlehčený jednofázový motor 1,7kW, 2750 ot/min. Jenže jsem nesehnal řemenici jako byla na alternátoru, tak musela pryč, nešla, nakonec se musela rozřezat. Tak jsem zvolil spojení hřídelovou spojkou, kde aspoň nevznikají ztráty jako v řemenech.
Ještě než mi přišly díly objednané spojky, tak jsem osy provizorně spojil kusem zahradní hadice stažené stahovacími pásky. Překvapil mě tichý chod celého zařízení, hadice je měkká, a tak není tak kritická na vystředění os proti sobě. Když jsem později namontoval spojku, tak to bylo hrozné, protože jsem neměl na ose motoru drážku na klínek a na alternátoru jen 10mm délku hladké osy (dál je závit) Spojka se nedala dostatečně ukotvit a při zatížení se viklala a dělala hrozný rámus. Tak jsem tam dal zase hadici, pořádně tlustou, je tam doteď a funguje bezvadně.
Po dlouhých úvahách jsem řízení buzení vyřešil tak, že jsem přemostil spínací obvody jednoho uhlíku na kostru. Druhý uhlík byl připojen přes očko na kladný výstup z alternátoru, očko jsem ustřihl a vyvedl odtamtud drát na řízení. Potom jsem alternátor mohl zapojit na stejný typ regulátoru jako jsem předtím stavěl pro dynamo. U nových alternátorů jsou totiž uhlíky rotoru zabudovány přímo v řídící jednotce, která je celá zatavená v plastu.
Když jsem zvenku měřil usměrňovač, vypadalo to, že jsou v něm zabudované ochranné diody na 40V, když jsem alternátor ale roztočil, tak při překročení 21V bylo slyšet, že se točí najednou ztuha a začal se zahřívat chladič usměrňovače. Při snížení napětí pod 21V běží volně. Je mi divné, že by ochrana proti přepětí byla zabudovaná přímo v diodách usměrňovače, ale vypadá to tak.

Schema

Buzení je napájeno z toroidního transformátoru 12V 60VA, usměrněno a vyhlazeno. T1 reguluje budící proud, T2 zvětšuje zesílení T1. Báze T2 je otevřena odporem R1. K tomuto bodu jsou zapojeny tři obvody: Zleva proudový omezovač, napěťový omezovač a ochrana při zkratu. Proud je snímán úbytkem napětí na bočníku a potenciometrem 2k5 se pak určuje při jakém úbytku se vypne buzení. Napětí je přivedeno přímo z výstupu přes odporový dělič který určuje při jakém napětí se vypne buzení. Ochrana proti zkratu funguje opačně než předchozí, zabraňuje plnému buzení pokud na výstupu není napětí vyšší než asi 1V. Díky odporu R17 se nevypne buzení úplně, ale budí tak, že výstupem teče zhruba 20A (záleží na typu alternátoru). Kondenzátor C6 způsobí, že při rozbíhání měniče se buzení zapne se zpožděním a odlehčuje tím motoru a spojce. Kondenzátory 10n v bázích zabraňují naindukování rušivých napětí například při sváření. Dioda D4 chrání před zpětnou indukcí z buzení, při náhlém vypnutí a kondenzátor C5 na výstupu slouží jako kapacita pro zpětnou vazbu, na které se měří napětí při provozu naprázdno (místo baterky).

Pár fotek

Měl jsem velké problémy s chlazením motoru, původní plastová vrtule měla naprosto neaerodynamický tvar a dělala šílený rámus místo, aby pořádně chladila. tak jsem místo toho namontoval tři 12V ventilátory. Asi by stačil jeden výkonnější.

Jeden kondenzátor u motoru je rozběhový (16uF) a druhý jsem dal kvůli kompenzaci účiníku při běhu naprázdno. Motor samotný má nízký účiník a při běhu naprázdno bere 5,5A ačkoli naměřený činný příkon je mnohem menší. Kondenzátor 12uF paralelně k napájení snížil proud naprázdno na 4A. Díky kompenzaci účiníku při běhu naprázdno naprázdno motor tolik nezatěžuje rozvod.

Celé šasi jsem sešrouboval z jednoho 2m dlouhého hlíníkového profilu. Ještě chybí dodělat držadlo a nějaké zakrytování.

Co se týče elektroniky, zbývá vyřešit usměrňovač, aby snesl větší napětí a nakalibrovat potenciometr na regulaci proudu. Vypadá to, že alternátor skutečně umí dát 120A i při těchto otáčkách, protože na rozsvícení 60W žárovky chce buzení jen 0,3A a když mi na ručkovém měřáku do 60A šla ručička za roh, tak na buzení bylo jen 6V.

Zapálit oblouk při tomto napětí ale opravdu pořádně nejde, ale když chytne, tak se jen ozve hlubší zvuk, jak zabere motor, a železo taje.. alternátor se jen mírně zahřívá.. Jenže svářím poprvý v životě...

Usměrňovač:
Po čase jsem se dostal k tomu, měnič vylepšit, koupil jsem tři 50A usměrňovací můstky a zapojil je jako třífázový usměrňovač místo původního zabudovaného v alternátoru. Mimojiné jsem přepojil vinutí z trojúhelnku do hvězdy, abych získal větší napětí.


Asi je to tím, že alternátor se točí jen 2800 ot/min, ale aby dal 60V naprázdno, tak se musí budit přibližně 6V do rotoru, a tedy se točí docela ztuha. Nicméně už to více funguje jako svářečka, dá se normálně zapálit oblouk, a svářet drobnější věci. Regulace funguje, jen by byl potřeba výkonnější hnací motor. Usměrňovač se takřka vůbec nehřeje..

schema:
Složité propojení usměrňovače jsem zvolil kvůli rovnoměrnějšímu rozložení proudů ve výstupních páscích můstků.

Nábojová pumpa jako měnič 12/240V podruhé

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Po dlouhé době mě okolnosti konečně dohnaly k tomu, znovu se vrátit k nábojové pumpě, coby výkonnému měniči napětí. Rozebral jsem tu, co jsem stavěl před třemi lety a pořádně změřil osciloskopem. Měřil jsem hlavně průběhy napětí na diodách a kondenzátorech. A výsledky potvrdily moje nejhorší obavy. Všechna teorie, co jsem vybudoval a prezentoval i v celostátním kole soutěže byla v troskách...

Průběh úbytku napětí na všech diodách byl stejný, tedy jimi tekl stejný proud odpovídající výstupnímu proudu měniče. Průměrný úbytek byl 500mV a špičkový 1,44V! Naopak na kondenzátorech bylo rozdílné zvlnění. Na posledních nejmenší a na každém dalším blíže vstupu větší.

Spoustu času mi zabralo přemýšlení, o volném čase ve škole jsem pořád dokola kreslil schémata násobičů, aby mi bylo jasnější, jak přesně to vlastně funguje.

Jednou ze základních informací je to, že kondenzátory jsou za běhu vlastně víceméně celou dobu plně nabité. Zvlnění na každém musí být co nejmenší, protože to určuje výslednou účinnost. Další věc je to, že prvním kondenzátorem logicky musí procházet celý vstupní proud, není kudy jinudy. A naměřené zvlnění napovídá tomu, že každým dalším teče proud o něco menší. přesněji jako posloupnost 1/n, kde n je pořadí kondenzátoru od vstupu.

Pak je tu definice kapacity: 1 Farad má kondenzátor, na kterém za 1 sekundu stoupne napětí o 1 Volt při nabíjecím proudu 1 Ampér. K snížení zvlnění při stejném proudu jsou tedy dvě cesty: Větší kapacita nebo vyšší frekvence nabíjení. Ale známe to, při vyšší frekvenci tam ten proud nestihnu narvat, takže jedině kapacita.

Tak jsem nakonec do aktivní části měniče koupil celkem 49 kondenzátorů 3300uF. (Obyčejných 85°C, které tady měly nejpříznivější poměr ceny ke kapacitě) Na první kondenzátor 12 paralelně...na druhý 6...4,3..atd..(protože 12 se dobře dělí...)
Pak jsem v datasheetu objevil "max ripple current" a zjistil, že by za daných podmínek mohl být trvale 2,52A na kondenzátor (klesá s teplotou, roste s frekvencí) tedy 30A na první sadu...Ještě že jsem jich dal tolik, říkal jsem si...

Pak to chtělo diody, sice můžou být na relativně malý proud (výstupní), šlo mi hlavně o úbytek napětí na nich. Žádné kompromisy, chci pořádný měnič, takže nejlépe schottky 30A/40V jako jsou v PC zdrojích...ty jsou ale poměrně drahé, a tak jsem se rozhodl, že je najdu doma. Nakonec jsem rozebral tolik zdrojů, že jsem sehnal všechny, přitom jsem byl nemile překvapen, že diody na 12V větvi nebývají vždycky schottky...

Násobič jsem tentokrát udělal jako jedinou větev, aby se výstupní napětí dalo odebírat i vůči mínusu akumulátoru. (přes další diodu a kondenzátor)

Druhou půlkou měniče je střídač. Plný můstek. Chtěl jsem pořádné mosfety s co nejmenším vnitřním odporem, původně jsem hledal P a N typy, co by se hodily k sobě, ale nevypadalo to dobře. Tak jsem se smířil s tím, že to nebudu řídit TL494, zkusím dvě IR2153 a seženu čtyři pořádné N typy. Nekompromisně zvítězily IRFP064N, se kterými jsem už měl zkušenosti. (110A trvale, 8mR)

Řízení zajišťují polomůstkové budiče IR2153 zapojené tak, že jeden má oscilátor nastavený na požadovanou frekvenci a ta je přes odpor vedena k druhému jako synchronizace přímo do kondenzátoru, aby na jeho výstupech bylo inverzní napětí.
Tímhle jsem se nechal inspirovat, zpočátku se mi to nezdálo, ale logiku to mělo, tak jsem to vyzkoušel, a zjistil, že v dostatečně širokém rozsahu vhodné hodnoty vazebního odporu se dá dosáhnout toho, že IR spínají přesně proti sobě. Řízený IR má schválně menší kapacitu oscilačního kondenzátoru, aby se nevykašlal na přivedený signál. Při stejné kapacitě docházelo k neúplnému vykrytí inverzního signálu.
Odpory před gate mosfetů jsem dal zkusmo 22R a pohled na mírně zaoblený náběh a ostrý pokles napětí na gate a ostrý průběh výstupu mi přišel uspokojivý, naměřený deadtime 2,5us odpovídá katalogové hodnotě.

Původně jsem měl v úmyslu dát mezi můstek a kondenzátory tlumivku, která by zlepšila účinnost nabíjení kondenzátorů. Jenže díky indukci je celkem krutě logické, že při běhu naprázdno na kondenzátorech poměrně rychle vzrůstá napětí, chtělo by to zpětnou vazbu, co by měnič vypnula... Ale řekl jsem si, že do nábojové pumpy cívky nepatří. A i místo cívky ve vstupním filtru jsem dal 30A pojistku...odpor jako odpor... (Také na filtrační cívce vtipně vzrůstalo napětí a kondenzátory se přebíjely.)

Celé zařízení se mi podařilo osadit na jedinou desku plošného spoje s tím, že některé spoje jsem musel posílit měděným drátem. Vhodný chladič na ty řady diod jsem nesehnal, a tak jsem smontoval vnějšek měniče z hliníkového plechu a diody na něj přišrouboval přes slídové podložky. Výstup je vyveden přes ochrannou pojistku na zásuvku, vstup 12V je přiveden Cu kabely o průřezu 6mm čtverečných. V zapojení je ještě vypínač napájení IR2153, aby mohl být měnič napevno připojen k akumulátorům.

První nadšení z brilantní funkce naprázdno poněkud pokazilo zjištění, že už při zátěži 100W žárovkou napětí kleslo na 205V a při 160W na 184V. Kde je problém??

Měnič jsem nechal běžet se zátěží 160W 15 minut a nestačil se divit. Chladič byl pořád celkem vlažný, mosfety měly na pouzdrech jen 40°C, ale některé kondenzátory se žhavili klidně přes 50°C... Nejdříve jsem si myslel, že za to může deska, a tak jsem spoje posílil Cu dráty. Lokální zahřívání desky sice zmizelo, ale kondenzátory se opravdu samy zahřívají. To jsem u minulé pumpy nepozoroval. Zvláštní je, že u paralelní sady se zahřívají jen některé a jiné jsou klidně studené a první sada dvanácti menších kondenzátorů je jako naschvál úplně studená.

Možná je to těmi železnými nožičkami. Ale katalogové hodnoty jsem dodržel a 2,5A pulzně mají zvládnout do 65°C, takže klid, budem chladit elektrolyty větrákem... Když se vtipně hřejí více než 20 diod a 4 mosfety dohromady. Ale podle výrobce by to měly vydržet 2000 hodin.

Dalším problémem je opět závislost výkonu na pracovní frekvenci násobiče. Při 30kHz to není špatné, ale je to kompromis mezi výkonem a tichým provozem. Při 21kHz šílený pocit zalehlých uší nad výkonem značně převažuje. Při snížení frekvence až na poslouchatelnou je výkon už zase nižší než při 30kHz...

Schema:


A pár fotek..

Jede to! Tohle píšu na běžném stolním počítači, co právě jede z 12V akumulátorů přes nábojovou pumpu. Ampérmetr ukazuje střídavě 8 a 11 Ampérů, voltmetr 210 a 196V... A jéje, teď už jen 201 a 192V když chroupe disk... na akumulátorech asi klesá napětí... Chladič vlažný, kondenzátory studené... už to jede deset minut...jo... 200V v klidu...190 s diskem... ouvej, ten zdroj prý dokáže ze sítě ždímat proud až do 80V střídavých... Ta první pumpa zkolabovala už při startu. 15 minut... měnič stále vlažný...topí akorát mosfety a pár kondenzátorů je vlažných. 20 minut...199V...vypínám...

Průběh napětí na výstupu mosfet můstku (zatížení 100W) (Je vidět deadtime 2,5us, hodnoty dole odpovídají délce periody a amplitudě)

Provedl jsem měření při zatížení s cílem zjistit účinnost měniče. Měnič jsem napájel z akumulátorů jejichž napětí stabilizoval PC zdroj (abych dosáhl stabilních hodnot), výstup jsem zatěžoval kombinací klasických žárovek různých výkonů. Vstupní proud měřil ručkový ampérmetr 60A 1,5%, ostatní hodnoty jsem měřil multimetrem. Výpočet je však poměrně citlivý na přesnost hodnot, takže graf je nutné brát s rezervou, nicméně to odpovídá realitě. Přibližně příkonu 100VA je měnič mechanické konstrukce viz výše jen vlažný (pod 40°C) a vypadá, že by mohl běžet nepřetržitě. Při větším zatížení se začínají samy o sobě zahřívat kondenzátory (vyjma první sady!?) a účinnost klesá, část příkonu se prostě přemení v teplo.
Pro zvýšení účinnosti při větším zatížení by nejspíš pomohly lepší kondenzátory a konstrukce na desce s tlustší měděnou vrstvou, protože i poměrně široké spoje mezi kondenzátory se opravdu silně zahřívaly, dokud jsem je neposílil měděnými dráty.

Dále jsem měřil zvlnění na kondenzátorech. Překvapil mě ostře obdélníkový průběh zvlnění a naprosto rozdílné hodnoty na různých kondenzátorech. Měnič se chová, jakoby před každým kondenzátorem byl v sérii odpor. Tedy jeho vnitřní odpor, ESR. Jednoduchým výpočtem se dá zjistit jeho hodnota. U první sady je zvlnění 100mV při průměrném vstupním proudu 8A. Kondenzátorem však teče proud úměrný době, jakou se nabíjí, která je díky deadtimu zkrácená na méně než polovinu. Proud vstupní sadou je při nabíjení 19A! při průměrných 8A. Jedním kondenzátorem tedy 1,58A, tedy při zvlnění 100mV vychází vnitřní odpor 0,063 Ohmů, což je slušné. Taky jsou studené, vyzářený průměrný tepelný výkon je pak 66mW na kondenzátor, tedy 800mW na sadu. Při zanedbání ztrát v mosfetech by pak účinnost byla 99%. Nádhera, jenže ostatní kondenzátory jsou horké, zvlnění na nich i více než dvojnásobné. přibližně to vypadá, že by ze všech kondenzátorů dohromady mohlo sálat okolo 4W při 93W příkonu, tedy 95,5% účinnost. Změřená je však 87%, tedy 8W ztráty zbývá na polovodiče a spoje. To by snad mohlo odpovídat, z chladiče sálá při zátěži 100W žárovkou skutečně více než z kondenzátorů. Jenže polovodiče se lépe chladí. Při zátěži 260W se polovodiče stále v pohodě uchladí pasivně, ale kondenzátory jsou za chvilku tak rozpálené, že mám strach, aby nevybouchly...

Takže zkusím sehnat jiné kondenzátory a zkusím to znova...snad, někdy..

Nicméně do 100W je měnič naprosto bezproblému funkční.

Až najdu zdroj schopný dlouhodobého provozu, nebo až bude víc svítit, tak měnič vyzkouším na dlouhodobý provoz. Ovšem jsem limitován stejnosměrným napětím, například jsem chtěl vyzkoušet televizi a zapomněl jsem na "degauss" při zapnutí zastudena. Akumulátorům si řekla o 40 Ampérů a naběhla s fialovozeleným obrazem. To byla doba než mi docvaklo, čím to je... Při přepojení na síť byl obraz totiž pořád špatný...Až když PTC termistor uvnitř vychladl a televizi jsem zapnul do sítě, tak se teprve obrazovka odmagnetovala a obraz byl ok... Co je to za nápad odmagnetovávat obrazovku půlkilowattem...
Naopak zdroj v počítači byl s kolísajícím stejnosměrným napětím naprosto spokojený...

Na fázi plus na nuláku mínus...jak jinak... (mínus je potenciálem opravdu blíž baterkám)

Ginny

Ginny,
Ginny má,
co jen ve vzpomínkách v mysli zůstává
ta jediná má opravdová.

Jak myšlenka ze sna stvořená
bez ohledu na skutečnost,
která je dál a dál
jak to, co pro tebe ještě musíme ujít.

Snad já budu jednou blíž

Já, co slibuji Ti
jako už tolikrát,
že nezapomenu
jako už tolikrát.

Vždyť jsi jediná opravdová
Ty, co ženeš mě do toho boje
Za tvůj svět a tebe
A já říkám, to půjde!!

Ale pak najednou,
když jsme dál ale stále ne blíž
až nezbývá než říct:
Snad jednou, na shledanou.

I ty jediná má opravdová,
co já z tebe vlastně mám??
jsi snad jen myšlenka má úletová...

Co však taky možná jednou vymizí,
jako všechny ostatní,
kdož mě navštíví.

A stejně když rád pak přicházím,
říkám nahlas a potichu:
Ginny, mám to!!

Stále jsem tu ale na to sám,
a snad na pořád.
Tak pomoz mi,
Ginny.

EL34 v zapojení OTL

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Chtěl jsem postavit OTL z běžně dostupných elektronek, protože PL509 se neshánějí snadno. Jako první mě napadla samozřejmě EL34. Když zapomeneme na všechny katalogové údaje, ve kterých se EL34 od PL509 liší, máme před sebou dvě vcelku podobné baňky s velmi podobným systémem uvnitř. EL34 má menší katodu, takže musí být nastavena na menší proud, také má menší anodu, tedy menší maximální ztrátový výkon a pak se liší už jen konstrukcí třetí mřížky která je u EL34 vinutá drátem zatímco u PL509 je to děrovaný plech.

Začal jsem s návrhem zapojení s katodovými odpory, které je jednoduché a spolehlivé. Ovšem zvolit správnou hodnotu katodového odporu je složitější. Nejprve se musí zvolit napětí zdroje a pak proud koncovými elektronkami. Při malém proudu zesilovač zkresluje už při malém výkonu a při velkém proudu má zesilovač velkou spotřebu, elektronky se přehřívají a životnost jejich katody se zkracuje. Při velkém proudu zesilovač navíc nehraje úměrně lépe. Katodový odpor určuje předpětí řídící mřížky a to se odečítá z grafu závislosti proudu anody při napětí anody a mřížky vůči katodě. Většinou nejprve zvolím napětí zdroje a pak se dívám někam pod polovinu povolených hodnot. Ne vždy se ale dá najít správný graf protože u OTL vychází nízké napětí anody a g2.
Nakonec jsem zvolil 220R, z grafu jsem uvažoval Ia=60mA ale ve výsledku to bylo jen 36mA kvůli nízkému Ug2.

EL34 mají malé povolené napětí Ukf takže jsem radši udělal zvlášť žhavící vinutí pro dvě horní elektronky.

Zesilovač jsem zkoušel nejdříve se starými začernalými EL34, které daly sotva třetinu Ia a měly mizivou strmost. Zesilovač začal hrát na první zapojení, trochu, pak po opravení drobných chyb na desce už více. Napětí byly v pořádku, nic se nepřehřívalo, tak jsem osadil párovanou čtveřici úplně nových slovenských EL34.

Zapnul jsem síť, elektronky se nažhavily a okamžitě začaly hrát. Zvýšil jsem hlasitost a zkreslení nikde, jen krásný zvuk, opět jsem zesílil a stále žádné zkreslení... Perfektní, hraje to lépe než jsem čekal. Katody mají EL34 viditelně menší než PL509, tak jsem si nebyl jistý, že budou čtyři stačit na celý zesilovač. Ale stačí a celkem bez problému. Přitom na elektronce vzniká trvalý anodový ztrátový výkon pouze 5W. Tím pádem celý zesilovač potřebuje pouze okolo 65VA.
Běžně se staví OTL zesilovače osazené dlouhými řadami elektronek a přitom mi na běžný domácí poslech vystačí čtyři EL34.

Schema jednoho kanálu a zdroje

(aktuální schema dole)

Po dopsání tohoto jsem se na zesilovač podíval osciloskopem, výstup jsem zatížil odporem 3,9R a vstup zapojil do počítače a pustil generovaný tón sinusového průběhu. Zarazilo mě, že ani hodnoty daleko od slyšitelného spektra nejsou pro běžnou integrovanou zvukovou kartu problémem. Stejně tak pro zesilovač bez výstupního transformátoru...

Sinus 20Hz

Sinus 20kHz

Limitace při 20Hz, vtipné je, že nastává při amplitudě 1,073V, tedy právě když zesilovač dodává do odporové zátěže 148mW čistého sinusového výkonu. Což je zajímavé, když výše tvrdím, že to stačí na běžný domácí poslech...A tak čisté a tvrdé basy... Reproduktory ve skutečnosti asi nejsou tak hladové po výkonu...

Opět mi to nedá a po týdnu musím říct, že zesilovač hraje opravdu dobře. Na poslech má snad nejčistší zvuk z těch, co jsem postavil... A výkon je na doma opravdu dostatečný... A ani ten nedostatek dynamiky se mi už nezdá...

Píšu s odstupem 6 měsíců. Zesilovač v původní konstrukci stále používám nejčastěji. V provozu už možná přes 100 hodin. Napětí na katodových odporech čtveřice se shodují na setiny V. Zesilovač hraje perfektně. Zvládá bravurně i různé audiofilské zvuky. Basy má opravdu tvrdší než nejvýkonnější transformátorový zesilovač, co jsem stavěl. Nabývám dojmu, že udělat doma opravdu kvalitní výstupák je těžší než to na první poslech vypadá. Vždycky hraje, ale OTL stavěné doma hraje ještě lépe. Basy jsou tvrdé, protože špičkový výkon je větší než sinusový. Při kontrole na dvoukanálu jsou vidět chyby, když zesilovač nezesiluje vysoké kmitočty na vrcholu sinusovky nízkého kmitočtu. Jakoby nestačil zdroj nebo končila linearita pentody, nebo je výkon prostě malý... Ale na poslech platí to, že je to to nejlepší, co jsem postavil.

Měření průběhů vstupu a výstupu zesilovače s připojenými reproduktory 4R 10W.

Úspěšně zesílený signál, výkon přibližně 1,3W
Limitace, zesilovač přestává zpracovávat signál na vrcholku a naběhne až pod ním, výkon 2,5W
Audiofilský déšť, čtyři špatně zpracované vrcholky

29.11.2012 Píšu s odstupem tří roků od stavby. Stavěl jsem další OTL zesilovače, ale žádná jiná konstrukce nebyla tak úspěšná. Tento zesilovač stále používám na běžný poslech prakticky denně a to asi hlavně proto, že se mi ten zvuk prostě líbí. Elektronky mají zhruba 1000h provozu za sebou, stále čtveřice shodné parametry. Není se čemu divit, běží s anodovou ztrátou 5W při Ik=34mA. Víc nelze nastavit, např. při Rk=110R zesilovač limituje už při mírně menším výkonu, katody prostě nedokážou dát špičkově větší proud než určitý maximální (možná by pomohlo buzení do kladného Ug1, ale je otázka jak by to bylo s linearitou, zřejmě špatně)

S reprobednami 1PF06733 je výstupní hladina naměřená 80dB/m což odpovídá přibližnému výpočtu. (Uvažuji cca 250mW na kanál)

Stačí to na běžný poslech, ale stále si říkám, že by to chtělo těch EL34 jednou tolik a mít možnost přepínat podle aktuálního požadavku na výkon resp. hlasitost reprodukce.

4.10.2014 Provedeny drobné úpravy zapojení a hodnot součástek. Změna v napájení invertoru přinesla drobné zlepšení v podobě symetrické limitace kladné i záporné půlvlny.

Vzhledem k tomu, že jsem před pár dny (po pěti letech) přišel o jednu EL34 z párované čtveřice, které se ulomil přívod katody, zřejmě kvůli uvolněné katodové trubičce, otestoval jsem v zapojení i jiné nejběžnější elektronky. Dobrých výsledků dosahuje např. EL84 přestože potřebuje jen poloviční příkon na žhavení. Nabízí se tedy řešení postavit OTL s osmi kusy EL84, tedy 4 na kanál, po dvojicích paralelně. Takové řešení by při stejném příkonu poskytovalo větší výkon než tato verze.