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2010年11月23日 (火)

不可解な現象

さてさて、戴いた4-400Cと8438をペアにして自作アンプにインストールしてみた結果です。

400a_amp1

 まずは、アイドリング状態で赤熱具合を。少し、4-400Cの方が負荷が高いようだが酷くはない。ダミーロードを使って調整。おお、パワーのも問題無く出てくれるじゃないか・・・。
 写真は、800W程度出力してみたプレートの焼け具合。


これでEimacの赤熱を楽しめるわい(国産やAmperexと比較するとEimacが一番、赤熱しやすいようです。)と思って、蓋を閉じシャックの定位置にセッティング。さて、アンテナをつないでテストしようと思ったら・・・

プレート電流が700mA, Cg電流も10mA近く流れ、何かおかしい!

ドライブを絞っても同じ。送信状態にするだけでガ~~ンと電流が流れる。ピンと来たとおり、思いっきり発振してしまっているのでした。
あれれ、思いつついろいろやってみたところ “LPFを通すと発振する” ことに気が付きました。ダミーロード直だと、何も起こらないのだが、LPFを通すとダミーでもアンテナでも関係なしに発振!!!
 誠に不可解な現象であります。例のCgに入れた発振防止抵抗を少し大きな定数に変更してみたけどダメ、結局、元の5F23Aに戻すことでピタリとこの現象は収まりました。考えられるのは、4-400Cが非常に“元気”だし、電極間容量とかが微妙に異なるから??のようです。
 発振を抑えるには、また数々の検討が必要で時間がかかるし、根本的に部品配置とかも考えうるので、深追いはやめることとしました。

4極管を使いこなすに、まだワタシの力量不足を感じた次第。しかし、LPFを通すとなぜ発振するのか・・・不可解です。

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4-400A PPアンプ製作」カテゴリの記事

コメント

見事な焼けっぷりですね。このような状態を直接見たことないので、写真でも迫力あります。
それにしてもLPFを通過させると発振とは、RFアンプは奥が深いですね。
なんだかあまりお役に立てませんでしたが、とにかくお疲れ様でした。

投稿: JK1NMJ@斉藤 | 2010年11月23日 (火) 22時08分

斉藤さん
4-400C、元気がありあまっていて、いうこと聞いてくれません。手なずけるには時間がかかりそうです。Hi 決して役に立たなかった訳じゃなくて、新たな発見が有って楽しめました。対策のヒントが見つかればまた、挑戦しますんで。

赤熱ぐあい、これでも損失は230~250Wぐらいなのでフルに使うと更に赤くなります。

投稿: JF3DRI | 2010年11月23日 (火) 22時56分

 面白いですね。考えられるのはやはりLPFまでのケーブル(とその長さ)でしょうか。続編楽しみにしてます。

投稿: JI3KDH | 2010年11月24日 (水) 21時12分

ケーブルは関係ないようです。「LPFを入れると発振するVHF帯の周波数が反射されるから」と考えたら良いのかも。
部品配置や、シールドなど基本的にまだ不安定なところがあるのでしょう。現状で問題ないし、メゲ気味で対策する気力が失せてますんで、この問題は一旦保留です。

投稿: JF3DRI | 2010年11月25日 (木) 22時19分

おはようございます。
これってLPFの帯域外のSWRや位相特性が見事に発振するように作られているからでしょうね。

LPFのお仕事は帯域外の信号を吸収・反射して、基本波はできるだけ損失なく通し、帯域外の信号はできるだけ出力に出さないようにする、ということなんですが。今回お気付きのようにじゃ、それだけで良いのか?と言えば良くないんです。

帯域外までSWRが平坦で、帯域外の信号は黙って吸収するのが理想。そうでないと減衰極やπ型回路のCが燃えたりします。

ということで私も吸収型LPFをお奨めします。前にも書いたと思いますがMRF151や150ppで実験すると50MHzで300Wくらいまでの出力が得られるわけですが、第二が-17dBc程度しか撮れないと15W出ますし、第三が5Wとか出ます。普通のLPFでは燃えるでしょう。

しばらくHPF+10W無誘導抵抗とLPFを組み合わせて遊んでますが、案外簡単に作れます...

投稿: β教粗 | 2011年2月13日 (日) 06時49分

一つ書き忘れました。

LPFを入れると発振する=その周波数を全反射しているということだろうと思うので、スペアナがあるのでしたら発振している周波数を調べて、その周波数で極を作ってやれば大丈夫でしょう。

出力に並列に、L+VC+小さい無誘導抵抗を直列にした物を入れれば止まると思います。

投稿: β教粗 | 2011年2月13日 (日) 06時57分

β教粗さま
こんばんは。やはり、ダイプレクサ型のLPFが良いのでしょうかね。それと、高調波のゆくえですが、以前から疑問に思っていて、反射を繰り返して減衰していくという説やらありますが、LPFで消費されるのでしょうか?? カットオフ=60MHzのLPFに144MHzを入れたらところSWR=∞(あたり前か・・・)でした。

例えばD級アンプのようにスイッチング動作をさせ、理論効率80%とかなっている場合、出力は矩形波のような形になって出てきますが、ここからサイン波成分のみを取り出す(LPFを通す)と、高調波成分は全て熱になってしまうので、効率80%は達成できないとの考えで良いのでしょうか?
真空管アンプで、C級動作させた場合歪んでいても「タンク回路」を通すと、フライホイール効果でサイン波になると教科書にありますが、これは「共振」させているためですよね。バイポーラーやMOS-FETで構成するブロードバンドアンプとは、考え方が少し違うような気もしますが、理解できていません。

投稿: JF3DRI | 2011年2月13日 (日) 21時52分

こんばんは。

> ダイプレクサ型のLPFが良いのでしょうかね。

はい。上に書いたように高調波成分が多いとどんなに特性が優秀なLPFでも燃えますから、基本波より上の成分はHPF経由で無誘導抵抗に食わせて、基本波はLPF経由でなるべく損失無く出力するのが理想と思います。

1kWの送信機でスプリアスが-60dBcなら1mWですが、普通は-30~-40dBcくらいでしょうから、0.1~1Wくらいです。でも素子の高域が伸びていると-17dBcくらいしか取れないので20Wくらい出ます。

例えば50MHz用のフィルタではあるが、入力から覗いた反射は例えば0.1MHz~500MHzでゼロに近く、通過損失は0.1MHz~52MHzでゼロに近く、それ以上では80dB、などというのが理想ですが、あまり気張らずに、とにかく高調波は適当に熱にしてくれて、市販のフィルタが燃えないレベルの出力が取り出せれば、後はそういったフィルタを入れれば良い、と考えています。

> 反射を繰り返して減衰していくという説やらありますが、LPFで消費されるのでしょうか??

送信機→同軸ケーブル→負荷 とつながっているとき、負荷で反射があると、送信機に戻り、また送信機から負荷へ行き反射され...となって結局同軸ケーブルで熱になって消えるというのがメインの説ですが、この方法では勢力が大きければどこかしら弱いところが燃えるとか、たまたま全反射して位相がうまく合ったり終段が敏感だと発振するなどの弊害がありますから、黙って低いリターンロスで全部吸収するのが良いと思います。

> D級アンプのようにスイッチング動作をさせ、理論効率80%とかなっている場合、出力は矩形波のような形になって出てきますが、ここからサイン波成分のみを取り出す(LPFを通す)と、高調波成分は全て熱になってしまうので、効率80%は達成できないとの考えで良いのでしょうか?

これは不勉強ながら検討していません。電力効率とは、もちろん終段の入力電力に対する基本波の出力電力なので、不要波は抜いた電力のことですよね。

135kHz用にD級アンプ用のFETも買ってあるので、ぼちぼち実験したいのですが、回路形式はPPで、出力にちゃんとしたLPFを入れます。専用のドライバICがあり、これで位相が180度ずれて、ちゃんとデッドタイム制御もしている駆動信号が出るので、あとは終段のFETを接続するだけ、というお手軽回路です。

> C級動作させた場合歪んでいても「タンク回路」を通すと、フライホイール効果でサイン波になると教科書にありますが、これは「共振」させているためですよね。

C級だと、グリッドがプラスに振れた時だけ最大限のIpが流れるので、Ipの波形は、1サイクルごとに幅が半サイクル以下のパルスが出力されますよね。それを同調回路に加えてやると、正の半サイクルで蓄積されたエネルギーが、正のパルスが終わった後にオーバーシュートして負サイクルにも出ていく、というか正のパルスと0期間による信号を、単純にグラウンドレベルを中心とした正負の信号にレベルシフトするとともに、高調波を取ることでなるべく基本波成分だけを含むサイン波信号を作っている、と理解しております。

> バイポーラやMOS-FETで構成するブロードバンドアンプとは、考え方が少し違うような気もしますが、理解できていません。

真空管、トランジスタ、FET共に動作点によってA級、AB級、B級、C級、D級などがあり、私はすべて共通と考えています。

最近、あまり大したことはないのですが相変わらずリニアアンプの実験をしていて、その一環で、次は出力用の吸収型フィルタを作ります。

50MHz用のLPFの場合、fcを50MHzに近づけて100MHz以上の減衰を増加させたいところですが、実は通過帯域内で損失のうねりがあるので、メーカー製のLPFではfcは60MHzくらいで設計し、100MHz付近以上の減衰は減衰極で整形するのが主流のようです。その方が基本波の損失は少なく、かつ100MHz以上の減衰はきれいになり、なかなか奥が深く、真似して作るにしても楽しめそうです。

投稿: β教粗 | 2011年2月15日 (火) 23時43分

詳細で論理的、かつ体験に基づいた的確なコメントありがとうこざいました。

頭の中のもやもやがずいぶんとすっきりしてきたような気がします。

>たまたま全反射して位相がうまく合ったり終段が敏感だと発振するなどの弊害がありますから、黙って低いリターンロスで全部吸収するのが良いと思います。

このご説明は、非常に説得力があり、なるほどなるほどと納得です。

LPF設計において、バタワース、ベッセル、チェビシェフ、カウアー、などがあるのを少し勉強しましたが、実践で使うものとしては、高調波をうまく吸収して熱としてしまうことが、どうやら良い対応方法のようですね。これだけで、一つの文献にまとめることができるくらい、奥が深いことは私にも理解できました。

投稿: JF3DRI | 2011年2月16日 (水) 21時59分

こんにちは。 HPを写真を見て気がつきましたが、貴殿は、ひょっとしてCQ誌に小型の3-500Zのリニアの製作記事を投稿した方ではないでしょうか? 私は、自分の技量では無理と思ってはいるのですが、50メガの100W程度の球のアンプは作ってみたいです。 100Wといえど、致命的な電圧及び電流が必用です。 例の4-250のレファレンス回路は持っています。 製作実績はおもちでしょうか? お持ちでしたら教えて頂ければ幸いです。 尚、HFは1kW免許です。 50メガは100Wです。 自分で作ったアンプからマトモな電波が出るとは思えませんのでダミー相手です、 トリオの300Wの物
持っています。

投稿: JL2IOT | 2013年2月28日 (木) 10時12分

3-500zの記事をお書きになったのはJH2CLV望月さんではないかと思います。ここにも時々登場していただいてます。

4-250Aは4-400AとP損が異なるのみで特性は同じなので、4-400Appアンプ製作途中に少し試してみたのみです。(当アンプは4-125A, 4-250A, 4-400A, 3-500Zのどのタマでも使えるように考えています。)

当然、出力は落ちますが4-250Aをそのまま使うことができます。

投稿: JF3DRI | 2013年2月28日 (木) 19時40分

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