Power Amplifiers for 6 Meter AM communications
  - 4CX250B GK pp -

2002.10.11追記　大改造に着手
2023.06.01　実用化を目指して
2023.08.18　シャントレギュレータ
2023.08.24　追い込み
2023.09.17　完　成
2023.09.21　ま と め
2023.10.01　そ の 後

4CX250Bをプッシュプルで使った、50メガのAM用終段です。
いつ頃から作り始めたものか、名盤がなくはっきりした経緯はわかりませんが、1980年台の前半に始めた仕事であることは間違えありません。
2023年後半、実用になるLinear Amplifireに変身させようと、本気で取り組んでいます。

ここ

-------------------- 1980年代 --------------------






タカチのアルミサッシを組み合わせて，格好良く仕上げました。

このデザインはこの機械が初めてですが、その後も813の送信機など、数々の自作機に長く使い続けました。









まだ，製作途中と思われる写真。


ファイナル部タンクコイルがついていません。右上カドにつく予定のアンテナ切り替えリレーもまだです。

左上の黒いのは高圧トランス。スタートした当時の、縦横高さ10cm位のアメジャンが搭載されています。








おそらく1985年か86年ごろの写真で、パワーが出る状態になっていたころの姿だと思います。

高圧トランスは、菅野のTB-1というものに交換されている。

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ファイナルのバリコンも立派なものに置き換えています。

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＜　改　造　＞


2002年10月11日追記



最近、電源の強化を行おうと画策しています。そうです、４CX250BをPPで使ったリニアアンプへの変身 です。
この娘は、もともとAM用終段に計画したものですから、当時の法制上のピーク；200Wpepまでいければ良かろうとしか考えておらず、アンプとしては貧弱なトランスしか載っていないのです。スタートはアメジャンで、それをもう少し何とかしたいと、菅野のTB-１というものに載せ換えました。50WキャリヤのAMには有り余る性能のものを、チョットだけでも何とか、、、と、骨の髄までこたえる購入代金の負担に耐えながら選定した新品トランスでした。

しかし、何せ、700V×２、200mA、140VAしか無い。AM用にはともかく、アンプとしてはピリッとしないと言わざるを得ません。

そのため、いろいろと誤解を招きそうな外観の割には電源が貧弱で（菅野のものがどうこうというわけではなく）、イケナイアンプとしては今イチぴりっとしない、実態は大したことない中途半端な箱、というのが正直なところでした。


しか～し、法令改正もあり、今はkWもOKという時代です。トランスを替えれば500W位は出そうな面構えですから、何とかしたい、HL-1K6には負けたくない、、、っと。

といって別に使うあてはないのですが、せっかく良い面構えをした箱があるのですから、リニアアンプとして堂々と仕上げてみたいなと言う気持ち；　気持ちの問題　としてやってみようかなというところで画策している次第です。


も、ち、ろ、ん、お金をかけるつもりはありません。FL-2000B用のトランスの手持ちがありますので、これに換装しようというところです。2000Bは572Bパラで500W出していますから、トランスにもそれなりに余裕ありと見ました。倍電圧整流で2400V位とれそうで、4CX250PPの実力発揮； SSBで500W位取るにはぴったりだろうと思えます。

当然、コンデンサや整流用ダイオードも交換する必要がありそうです。コンデンサには、手持ちの105度品をふんだんに投入することとしましょう。


実は、、、高い電圧にはあまりなじみが無く、子供の顔を思い浮かべるとあまり気乗りもしないのですが、2.5KV／1Aというトランス (何と、新品。またまた菅野)　を入手　してしまったものですから、高圧へ向けた予行演習でもやろうか　というのが本音であります。とりあえずの問題は電圧計でしょうか。普通のテスタでは1000V超は計りずらいもので。。。


 






＜ トランスの載せ替え ＞


2003年6月3日追記


海外出張から帰ったのを機に、一気に作り上げました。2003年5月31日、6月1日の作業です。

改造の要点はトランス交換とそれに伴う電源系統の整理です。これで400Wくらいは出るようになるだろうかと期待できます。





やったこと

１）トランス交換：　従来、700Vx2　200mAという140VA定格のトランスを使っていましたが、これをFL2000Bのトランス；850V　1A（850VA）に載せ替え！　超重い！

二次側には３つのタップ；　850V／620V／425Vがありますが、620V／425VをオムロンのMK2Pで切り替えてパネル面のDX／Local／AMモード切替に連動。DX時には約1800V弱、Local／AM時には1200Vの電圧が期待できる。850V端子に接続すれば2400V／500Wも期待できるが、全体の部品のバランスを考えるとちょっと怖いか。。。

菅野のトランスはすぐにヤフオクで売却してしまいました。


２）整流回路の変更：　従来、高圧はブリッジ整流していましたが、これを倍電圧整流に変更。

３）コンデンサ：　従来、450V、100uｘ２を４本直列につないでいましたが、これを、450V、150u　の６本直列に変更。

４）その他、電源一次側の配線強化。より太いコードを利用して、再配線。


ということで、全体にいたって簡単な内容なのですが、実はスペース的に種々問題がありました。このため、スクリーングリッド安定化用の6AU6を2cmほど移動するという久々の大作業を行いました。また、トランス取り付けも実は大事で、限られたスペースに重たいトランスを付けるのは、何とも筋肉作業そのものでした。一番最初に作ったときと比べると、トランスの体積が３倍くらいになったように思われます。





さてどうなりますか、、、高圧はやはり怖いので、一週間くらい時間をおいて、落ち着いてから電源投入する予定。正直なところ、パワーがいくら出るかな というのが唯一の楽しみであります！


 
 
 




＜その後の状況＞


2003年６月25日追記


先日来、とりあえずスイッチを入れて、高圧の具合とか球の具合とかを確かめつつあります。

その前に、on/offタイマーやその他の制御などの確認も。結構複雑で、動作を追っかけるだけでも骨が折れます。が、これらがきっちり動いて初めて高圧が出るわけですから、はやる気持ちをおさえてじっくりと取り組みました。

結果、制御系は一式OK。特に大きな部品交換もありませんでした。しか～し、高圧には色々問題がありました。

高圧電圧計の倍率用抵抗がダメになり交換。これは寿命か。

さらに、ちょっと色気を出して実験した2500Vで、何処かでスパーク発生。被害甚大で、なんとプレート電流計がダウン。虎の子の角形メータを焼いてしまいました。何か替わりはないかとオークションを見ていたところ、偶然具合のよいものを発見し、早速これを購入して交換しています。その後高圧を1750Vに戻して、とりあえず安定に動いています。現在の設定で、高圧は1750V／1200Vの切り替え。これだと、安定に動作するようです。


球は、まだエージング中。一晩ヒーターだけつけっぱなしにしてエージングした後、上記高圧やスクリーン電圧を印可して、さらにエージングを続けています。1750Vのプレート電圧はかかっていますが、まだ深いバイアスをかけたまま。電流を流すには至っていません。

今週末にでも、コワゴワですが、徐々に電流を流してみようかと言うところで、うまくいけば数日中にパワー試験もできそうです。


それにしても2500Vかけられないのはやはり残念。実験やる度にメーターと引き替えではどうにもなりませんが、まとめて時間を取ってどこが悪いか調べようと言う根性が出ないのも事実でありますhi。



 
 
 
 


＜その後の状況 2＞


2003年7月19日追記


随分時間がたちましたが、十分焼き鈍しもおわったかと考え、とりあえず送信状態にしてみました。

勇気を振り絞り、いきなりリレーをカチッとやりましたが、特に問題はなし。２本で100mA程度のバイアス電流が流れます。

これを作った当時の記憶がよみがえります！ 4CX250Bのフィンを通って出てくる熱い風（暖かいなどと言うものではない、、、）の独特の臭い。 何とも言えません！！

何度もリレーをカチカチやりましたが、全然大丈夫なようで、いよいよエキサイタをつないでパワー出しを行うところまで来ました。
 

さてパワー出し。適当に線をつないでやってみました。IC575 10W機で軽く押しましたが、1500V 400mA強の入力で、出力は400W弱。まだIgは流れておらず、あっさり、とりあえずの目標をクリヤしました。この機械はAMモード共用ですから入力側にアッテネータが入っており、これをスルーにすればピュッと500W超まで出そうな雰囲気でした。。。


ということで、20年越しでどうやら面構えなりのアンプになったようです。

が、申請して免許をもらうつもりは特になく、時々ダミーにパワーを喰わせて遊ぶ という状態が続くと思います。少なくとも次のコンディションの峠まで、10年ほどは何も考えずにお蔵にしまっておくことになるでしょう。。。


以上、昔の機械の改造記を終わります。












＜実用化に向けた取り組み＞


2023年8月1日追記



今日は、2023年6月1日です。

お蔵にしまっておくのは10年のつもりでしたが、いつのまにか20年も経ってしまいました。


でも、時は来ました。 

conditionは上々、満を持して この娘を表舞台に引っ張り出します； リニアアンプとして活用し、50メガの500W免許をもらおうと思います。


丁度20年前に、大きな改造と一通りの動作確認をしました。

しかし、この20年間はスイッチを一度も入れていません。動くでしょうか？　現代の技術基準に適合できるでしょうか？　あれもこれもまったく不明です。よって、ほとんどゼロスタートです。それでも自分で作った機械ですからそれなりの記憶はあります；動作確認し、必要に応じて改造、スプリアス確認などを行っていきたいと思います。
今後、もうこのアンプに手を入れることはないと思うので、この機会に、納得いくまで手を入れる方針で臨みます。








＜まず回路確認から＞


いきなり電源を入れてもよかろうと思いましたが、さすがに20年間のブランクは大きいので怖い！　何より今回は、ただ動かすというより納得できるまで追い込むことが目的なので、
まずは回路を追ってみることにしました。といっても、製作当初からの記録を整理したファイルが度重なる引っ越しでどこかにいってしまったようなので、回路図起こしから始めました。


6月7日 　 AM系統の整理

6月8日 　 制御基板、Sg電源系統の整理　on/offディレー関係、PTT関係の整理

6月21日　モード切替、-C発生などの整理


面倒でしたが、この作業を行ったことで全体が良く頭に入り、手を加えるべきポイントも整理できました。





＜気になる点の改造＞

上面から見た印象はかなり変わりました。左：着手時（2023.6.1）、右：最終追い込み中(2023.8.1)

　  
　



・高圧整流部と-Cの整流/電圧発生部を分離

2つの機能を1枚の基板に作り込んでいましたが、命の-Cを高圧電源の横に置くというのは、自分の作品ながらどうもしっくりこないとずっと思っていました。そのため、まずこれを分離。

高圧整流基板は、1000V3Aの1N5408を10本など大きな部品を使って作り直しました。不注意で事故が起きないよう、裏面は薄い塩ビ板でカバーしておきました。本来不燃性の板を使うべきでしょうが、無いより良かろうということで。。。

　

表面 左端は端子盤、裏面の白いところは、安全のため剥離した蛇の目パターンのあと。

これを、-C基板とは離して左側面に取り付けました。










　動け～っ

　6月30日

　高圧整流基板を新調した段階で20年ぶりに電源投入しました。

　アンテナアナライザーを信号源にして、アッテネータはスルー、ローカルモードで300mWくらいの出力が得られました。動作は正常のようです。

　


　7月14日

　手を加えつつ、ダミーロードの針を振らせるやはり楽しいものです。

　DXモード（Ep=1700V程度）でFT891Mで駆動しましたら、5W設定＋6dBアッテネータで300W強まで出ました。

　Sg=280Vくらいなので、Epともどももう少し上げると、400Wを超えて500W近くまで出てこないかと期待！


　






・Sg電源を改造

　Sg電源は、従来、高圧トランスのセンタータップからもらっていましたが、これまた この機会にと、西崎電機さんに専用のトランスを巻いてもらいました。

　そのトランスのスペースを捻出するために、タイマーリレーを現代風の小型のものに交換しました。offタイマーは、hako.htmlの回路に変更しました。

　


　新旧タイマーリレーの比較！　GTソケットは大きさのreference

　



・高圧保護機能の追加

20年前の教訓に学び、
本気モードで攻める場合の"万一"に備え、高圧回路にヒューズを入れました。高圧が切れたらSgも切らないといけないので、それ用のsafetyリレーも装備しました。
これらが働いた場合には、PTT回路も断となって受信状態に復帰し、以降送信できなくなります。電圧がかかっていないタマをカラ駆動してしまうこともありません。

またこの回路を利用して、高圧が断になった場合のアラートLEDをスタンバイ制御基板上につけました。筐体の外からも見えるよう赤の高輝度LEDを使いましたが、これは、数年前に確立した2色LEDの技を使ってパネル面に出せば一層スマートでしょう。


・スタンバイ基板関係の改修

PTTの制御は、送信時にGNDするタイプの親機でも送信時に数ボルトが印加されるタイプの親機でも、どちらでも使えるように、制御基板上に切り替えスイッチを追加しました。10000uFの左横。このスイッチは、懐かしい、「科学教材社」から通販で購入！

10000uFの下の黒い四角いのはPTTの幹線を制御するメインのリレー。下の2つの黄色いのはSg safety関係のリレー。
10000uFの左上横は上記した高圧アラート用のLED。


　




・アンテナリレー回路の改造
受信のプリアンプ用にthrough端子を追加しました。小さなSMAコネクタを利用してうまくまとめることができました。プリアンプ側にもリレーが要るので、アンプに入るまでリレーを2個通過することになりますが、ともかく「プリアンプをつけてみる」 というトライアルを優先することにします。また、プリアンプを受信時のみ働かす様、スタンバイに連動した電源も出しておきました。プリアンプに搭載するリレーも十分駆動できます。

また、エキサイタから見た入力SWR改善のため、リレーにバリコンを挿入しました。

　　




・ファイナルボックスの改造

アンプの心臓部の手入れをします。アース強化と通風の強化を行いました。

まず、長年の使用で真っ黒になっているソケットをクリーニングしました。特にスクリーンリング用の舌を磨き、銀メッキを生き返らせました。さらに、Sg端子に接続しているパスコンも少しコマシなものに取替え。

ソケットはSK610Aを使っているので、カソードピンはソケットのbodyに個々に直接アースされています。それをそのままの状態で、カソードピンを中心に、2つのソケットの煙突を銅板で接続しておきました。本当はソケットの下に銅板を敷き込めればよいのですが、ソケットをはずす作業はあまりにも大変です。

さらに、500W FT8でコイルのはんだが溶けたりしたら困るので、コイルの真下に穴をあけて ファンの風が少しだけでもコイル付近に通るようにしました。


　







・テストモードを新設

"AM Systemスイッチ"と呼ぶスイッチを新設し、シーケンスのテストや球のエージングに用いて便利な"Testモード"を備えるようにしました。

このAM Systemスイッチのポジションと外部からのAC100Vの印加の有無に応じて、パネル面のモードスイッチのAM positionの機能が変化します。間違えるとまずいですから、以下に詳説します。





今さら使うこともなかろうと思いますが、本アンプは、AM用終段としての機能を有しています。

パネル面のモード切替スイッチにAMモードというpositionがあり、AM時には高圧とSgを外部に引き出し、また、変調された高圧とSgを外部から戻せるように回路を切り替える 大型のリレーを装備しているのです。AM用終段を強く意識していた頃の名残といえましょうか。今回、この装備を活用して"TESTモードを新設する目的"で、AM systemスイッチを新設しました。

パネル面のモードスイッチは、このAM systemスイッチと背面の変調器接続コネクタにAC100Vを加えるかどうかに応じて、次のように機能します。





AM systemスイッチをAMモードにして変調器と接続し、変調器からAC100Vが印加された状態でモードスイッチをAM positionにすれば、変調器から加えられたAC100Vで上記の大型リレーが動作し、高圧他を変調器とやり取りする状態になります。AM用終段として使う場合の設定です。高圧は、425Vタップから生成されます。変調器から殊更にAC100Vを印加するのは、AMで動作させる際には必ず変調器にも電源投入されている状態を作り出す保安目的です。






万一AC100Vが加えられなければ、大型のリレーは動作せず、620Vタップから高圧を供給するDXモードで、通常のリニアアンプとして動作します。変調器に対しては6K60Wの抵抗が負荷としてつながります。





AM SystemスイッチをTestにしてモードスイッチをAM positionにすると、Testモードになります。Testモードでは、外部からのAC100Vに係わらず、常に大型リレーが動作します。つまりTESTモードでは、ヒーターと-C以外の電圧が球にかからなくなるので、シーケンスの動作テストや球のエージングに用いて便利です。-CはAM用の設定になり、高圧は、425Vタップで生成されます。




このように、モードスイッチのAM positionの機能は、AM Systemスイッチのポジションと外部からのAC100Vの印加の有無で変更できるようになっています。

本機をリニアアンプとして使用する場合は、AM SystemスイッチはTESTポジションにしておきます。つまり、常用ポジションは"TEST"位置です。普段は切り替える必要はないので、背面に、ロック付きのスナップスイッチを使って設置しました。


パネル面のモードスイッチはロック機構を持っていませんから、動作中に（送信中に）不意に（間違って）回してしまうようなことがあるとまずいです。しかし、①このスイッチは-C切り替えの都合上ショートリング付きにしてあること、②上述の、高圧にリンクしたSG safety回路も持っていること　から、AM SystemスイッチをTESTポジションに設定しておきさえすれば、仮に不意に操作してしまったとしても大きな問題は生じないと期待できます。


なお、パネル面のモードスイッチは上述のように「ショートリング付き」なので、外部からAC100Vを印加する際には極性に十分注意する必要があります。万一に備えて、ヒューズは入れてあります。












＜スプリアス確認＞


7月30日


関ハムで、何気なく大阪無線さんにお声がけしたことが、バードのサンプラーエレメントの入手につながりました。


何と、近畿総通局が検査に使っているのと同じものです；　トラノコのMS2601Bと組み合わせ、検査に当り、十分目安にできる測定システムを作れます。

そこで、少し勇み足ですが、ひとまず性能確認を行うことにしました。




それにしても、このアンプのスプリアス確認をする日が訪ようなどとは、40年前には思ってもみませんでした。





以下、測定結果です。

測定日：　7月30日

出力　：　約300W

スペアナ写真は、すべて拡大できます。


FT891Mの素の特性。ATT=30ｄB、RBW=300kHz、1MHz～200MHz



100メガのスプリアスが、-60dB近辺でちょこっと見えています。

50メガのスプリアス領域の要求仕様は-70dBだと思うのですが、技適機種としてこれで良いんでしょうか？


使用するコメットのローパスフィルタの特性。1kHz～100MHｚ




サガミのものが欲しいというのは誰しも同じと思うのですが、無いものは仕方ない。それでもカットオフに関しては十分な特性が出ていると見ました。


リニアアンプのスプリアス特性。ATT=40ｄB、RBW=300kHz、1MHz～200MHz



フィルタなしで100メガが-50dB弱。3倍も若干見えます。高調波発生器のようになっていたらどうしようと思っていましたが、上出来です。


フィルタを入れると、いつものようにきれいさっぱり、何も見えなくなりました。
ATT=40ｄB、RBW=300kHz、1MHz～200MHz



このくらいできていたらまずは上々。追い込めば、自信を持って検査に臨めそうです； 大丈夫です！









＜回路図＞

今回は清書しました。動作テストを行いながら細かな改造を続け、概ね使えそうだと思えるようになった、2023年8月5日現在の回路図です。




回路図の"つくり"、読み方：

◇上段左：on/offタイマー

◇上段右：ーC電源やリレー電源、スタンバイコントロールなど

◇下段左：高圧

◇下段右：アンプ本体

◇中央：　Sg電源等








4CX250Bのspec：

https://www.datasheetarchive.com/4CX250-datasheet.html




4CX250BのSgからどのくらいの電流が流れ出るか検索しましたら、ネガティブ電流は通常動作時には2本で最大10mA程度であるが、ポジティブ側も含めて負荷状態に応じて大きく変化して、調整段階では、-50mAから+100mAくらいは普通にあり得る と考えて準備する必要があることがわかりました。

スクリーングリッド電流はプレート電圧が低いと増加します。また負荷の重い/軽いで大きく変化し、軽いと「大幅」に増加します。低負荷の状態は危険なので、負荷は、出力最大にセットするというよりも、スクリーングリッド電流が定格値になるようにセットする というような解釈が必要のようでした。リンクコイルは十分深く結合させること（IPのディップは浅くなる） がスタートです。







回路備忘録：

・Sg電源は、シリーズレギュレータによる電圧安定化に加え、大量のブリーダー電流を流す構成にしています。5kΩの抵抗で、350Vのとき70mA。それにバリスタを組み合わせました。


　スクリーングリッド電流が10mA逆流するとすると、5kΩのブリーダー抵抗を使って70mAも流していたとしても、50Vも電圧が上がってしまいます。経験上Sg電圧が10Vも変わると大きくIp値が変化しますし、実際、ミリボルトオーダーで安定化させるべしという記述を見たこともあります。したがってスクリーングリッドには、negative側も対応できるまじめなshunt regulatorを用意することがmustであると思われます。





　ホームページをざっと見ましたら、JF3DRI西村さんのブログに参考になる回路がありました。しかし、開発者とされる方の回路説明へのリンクが切れていて私には詳細がわかりませんでした。これはshunt regulatoではなく逆流を考慮したシリーズ電源ではないかと思いましたので、challengeしませんでした。

　https://jf3dri.tea-nifty.com/blog/2011/01/sg-e218.html
また、JA8JPOさんのブログにも、国内の書籍、雑誌を参照して転記されたものが出ていました。

　http://ja8jpo.seesaa.net/article/a64192918.html

しかし、何回かリピートされていると紹介されていた割に、回路の一部に疑問を感じました。 この回路図の、2SC818のコレクタに入っている4kオームです。そんなことで、やはりchallengeするのは止めました。


あれもダメ、これもダメで終わってしまうのは悔しいのですが、とはいえ、では自分でゼロから作るか？、今さらshunt regulator電源を作るのか、、、　というと、それだけで大きなテーマになってしまいそうです。

良く知られた代替案としては、定電圧放電管を4本、あるいは6本投入するとか、1N3347などの高電力高耐圧のZener diodeを組み合わせる方法がありますが、いずれも随分お金がかかりそうですし、場所が必要でこのアンプには簡単には実装できそうもありません。

何か方法はないかと考え、手抜きですが、雷対策で検討したバリスタを用いることを思いつきました。





　バリスタは、パナの、サージアブソーバ/ZNR 型番：ERZV20D331というものを使いました。Sg電圧は、バリスタ電流が流れ始める電圧から少し下に設定します。当然ばらつきがありますから実測が必要です。本機では300V強に設定しました。許容回路電圧270Vという製品なのでどうかなとも思いますが、一旦これでやってみます。少し大きめの電解コンデンサを並列に入れて、交流インピーダンスも下げておくことにしました。

シャントレギュレータを用意しないのであれば、ここにバリスタを使うのは妙案ではないでしょうか； ノイズも出ないし激しい発熱もないし、何より、予期せぬサージの処理はこのデバイスの本業です。このあたりが落としどころのように思いますが、うまく機能するでしょうか。。。






　shunt regulator電源は、一度実験しておけば今後使いまわしできそうなので、熱が冷めないうちに ともかく一度やってみたいと思っています。



・Sgへの電圧の印加は、回路図のジャンパーで変更できます。回路図のようにジャンパーをつないでおくと、Sg safetyリレーは常時onで、プレートに異常が生じた際にのみoffになります。ジャンパーをカットすれば、HL-1K6のように送信時のみSgに電圧印加するようになります。受信時はGNDです。このように切り替えると、アンテナ負荷がない状態で送信状態になることによって生ずる寄生振動への対策になるかもしれません。

 ・受信への復帰時：-Cのmake接点がブレークされることによるカットオフが、ほかの状態遷移より一番最初に起こる（ので安心）。

 ・送信開始時は、アンテナリレーの切り替わりより少し遅れてSgへの電源が供給され、それと同時かそれ以降に-Cが動作状態になればOK。

このようなことなので、タイミングの精査は必要ですが、寄生振動防止については、safetyリレーを送信開始時に短時間遅延させるだけでも効果はありそうです。


・制御回路に用いているトランジスタは2SD712以外は不定。2SC1815、1833、945などその時手元にあったものを使いました。ダイオードは1000V1Aの１N4007。

基板上に設けたPTTの極性切り替えスイッチはcenter  position付としました。中位ではPTTが機能しなくなるので、点検等作業中の不意の送信を防止する等、保安目的に利用できます。スイッチにロック機能ははないので、忘れないよう注意は必要です。

トランジスタのベース・コレクタ間に幾つか挿入しているクランプダイオードは、高速化と保護用の意味を兼ねたものです。高圧回路に不意にスパイクが入った場合や、負入力に設定した状態で誤ってプラスの電圧を入力すると、ダイオードなしではトランジスタが死んでしまいます。




・高圧とSgのトランスの引き出し端子は次のようになっています。

　 


高圧とSgのトランスの1次側には別々に端子盤を装備したので、様々な電圧を試せて実験には便利です。
高圧は、1次側設定：0-100-110-117と 2次側端子：425V/620V/850Vとの組み合わせで次のようになります。



　高圧タップは、今は425V/620の切り替えができるようにしています。折を見て、もう一度850V端子にも挑戦したい！



　一次側は、高圧トランスとSgトランスは200V化可能ですが、ヒーターや各種リレー電源、-Cに使っているトランスには設定の自由度がなく、全体の200V化は無理です。昔家にあった、三洋電機のフロアタイプの大きなカラーテレビ用のヒータートランスの使いまわしなのです。

とはいえ、200で引きたいのは高圧系だけなので、たとえばヒータートランスは100V系で、高圧やSgは200Vで、と分離するということならば現状でもできます。








上記回路図の状態です。

（左）高圧整流基板の右横の長い白いのは高圧のヒューズ。Sgトランス上に端子盤も新設。　（右）8月15日 シールドケース上蓋に金網を張って完成です！



　

これで、今回やりたいと思ったことはすべて片付きました。








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さて、ここまでで、普通のリニアアンプと比較してまだ足らないのは ALCぐらいでしょうか。

ALCは、アッテネーターの内側に（タマ側に）つける必要がありますが、大きなブリーダー抵抗が邪魔です。まだ実験段階ですから強いドライブをかけることもあるので、当面は見送ります。


あと回路的には、①プレートのPSがないこと、②スクリーンにsink電源なし、が若干気になります。

まあ動けばOKでしょう。


スプリアスが思ったより良いので、もうちょっとパワーが出れば、このまま検査に突入しても問題なさそうです！

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＜新　球＞

7月15日、関ハムで、多分未使用の5F20RAを2本入手しました!! 

  

かなり黒ずんでいますが、右端の写真が物語るようなことで、これだからこの手のイベントはやめられませんhi

黒ずみは、Facebookの達人たちに相談しながら磨き上げてみました！

  

使ったのは、スピ―ディップという商品です。物理的に磨くとメッキが剥げるので化学的に処理したいと考えていましたが、この商品は常温処理できてFBです。綿棒や歯ブラシを使ってシコシコしましたら、見る間にきれいになりました。硫黄のにおいは気になりますが、これは良いです。






8月9日


宅急便で都合の良い大きさの段ボール箱が送られて来たので、タマのエージングベンチを作りました。

手持ちにあったロクタルのソケットとファンを取り付けました。球を箱の中に仕込み、真正面からシロッコで煽ります。ヒーターは箱の外で配線します。

ファンは、扇風機型で良かろうと思いましたが、とりあえず手を伸ばしたところにあった横長のシロッコを使いました。


　　


紙を丸めただけですが、もちろんチムニーも装備していますhi

　 



電源機で電流制限ができると良いのですが、そう都合の良いものは持っていません。丁寧にゼロから電圧を上げながらスタートし、この状態で、2Vか3Vくらいで数日、さらに定格で数日と、ヒーターだけ灯けて、しばらく様子を見てみようと思います。






エージングしていて、新たな発見が3つありました。

30A仕様の既製品のシリーズ電源でヒーターだけをつけていますが、電圧を仕様通りの6Vにすると、2本同時だと電源が立ち上がりません。どうしたことかと色々試しましたら、相当大きな立ち上げ電流が流れていることがわかりました。1本でも、パネル面についている40Aの電流計が瞬間的に15Aくらいまで振ります。2本だと、投入時に過電流の保護にかかってしまって立ち上がらないのでしょう。

今は直列にしていますが、3-500Zならいざ知らず、こういうタマでも、立ち上げ時にこんなことになっているとは知りませんでした。


あと、ヒーター2本で6V、5Aで30Wですが、出てくる風が暖かいのでセンターピンに触ってみました。そうしたら、飛びあがるほど熱かったです。

ガラス玉ではないので、今まで通電中に触ったことは一度もなかったですが（通電中に触る＝高圧がかかっているラジエータを触るということになり感電する！）
、この大きさで許容損失250Wのこのタマは、何もやらなくてもこんなに熱くなるような状態で動いているんだと体感しましたhi

それにしても、エージングでラジエーターの部分はどのくらい熱くなっているのでしょうか？ 紙製のチムニーが燃えたりしないかと不安で、横に居るときにしかエージングしないことにしました。


電源機も同様、驚くほど熱くなりました。シリーズトランジスタでの電圧降下が大きいためだと思いますが、連続使用するとこんなに熱くなるのかと驚きました。。。 2本直列にして電流値を下げ、少しマシにはなりましたが、今後、同じようにヘビーに使うこともあるので、ファン駆動の開始温度を45度Cから41度Cに変更して対策しました。






　　







2023.08.18


＜Screen grid 電源  --Shunt regulator--＞


お盆休みは新球のエージングで過ごしました。そろそろ差し替えてみようかと思っていた矢先、台風が来てアンテナを降ろさざるをえなくなってしまいました。わずかな期間ではありますが生活のペースが変わってしまったので、これもひとつの機会だろうと、スクリーングリッド電源について落ち着いて文献検索してみることにしました。


運よく、私にとっては決定的と言えそうな文献を見つけました：

　http://www.trpub.net/assets/applets/VHF-UHF_DX_Book.pdf

何と450ページもあって、タイトル通りの内容が網羅されています； ほとんどバイブルです。

6章、11章にアンプについて様々な記述があり、一般的な製作記事はもちろん、調整の方法や動作の詳細についても細かく説明されています。その中に、スクリーングリッド電源として幅広く参照、追試されている回路として、

　https://www.qsl.net/g3uvr/4cx250/G4AJW-psu.pdf

が紹介されています。もちろんシャントレギュレータです。バリスタまで載っていて、もうびっくりです。

どちらも、英文ですが、4CX250Bにチャレンジするなら読む価値あります。注意すべき事項はすべて、何から何まで、全部載っています。


そういえば、813をやっていたころにも、夏休みに落ち着いて検索したら参考になる良い文献が続々出てきた経験があります。

・フィラメントハムの処理について: http://jr3xuh.image.coocan.jp/813_powersupply_update.html の一番下、2014年8月13日

・過変調防止のNegative Peak Limiterについて： http://jr3xuh.image.coocan.jp/overmod.html、2014年6月から7月

など。

やはりこの世界、先行文献を徹底的に調査、勉強して、それから工夫を加えることがキモだ と再認識しました！


ともかくそのようなことなので、差し替えはもうちょっと待ってこれらを勉強し、sink電源を考えてみることにしました。

詳細は別にスレッドを建てていますが、手持ちにあった741を使って、よく働くものを実現できました。

それをベースに少しmodfyし、8月18日夕方に、一旦様子を見るための回路を実装しました。






この回路は、様子見に徹した接続です。シャントレギュレータははじめてですから、どんなふうになっても対応できるようにしておく意図です。

トランスの250Vのタップを使い、整流して得られたDC350Vを100オームの抵抗で降下させながら使います。Sg電圧を310Vに設定すると、トランスの電圧降下も含め、6G-B7（JIS球なので間に-を入れるのが正しい名称です）に常時約40mA弱流れます。

sink電流が40mAありますから、流し出す方は30mA以上でも対応できます。そのくらい余裕があれば正常なシステムであれば問題ないですが、まだ調整しつつ負荷状態をかえることもあり、そうすると大きな電流が流れることもありえます。そうなると6G-B7はカットオフして電圧が下がってしまいます。この接続なら、そのような場合でも整流回路から100オームの抵抗を経て直接スクリーンに電流が流れるようなって、電圧が維持できます。

流し込むほうは50mA入ってきてもOKです。この接続では、Shunt regulatorは流し出す方より入ってくる方に寄与するとはいえ、100mAも流入してくるとさすがに参ってしまいそうです。そのあたりのレンジはバリスタに期待です。





741周辺は、幅約13㎜、長さ約92mmの細長い端切れ基板に組みました。ボリュームは、キャラメル状の、多回転型半固定タイプを使いました。ねじを時計回りに回せば抵抗値が減り、出力電圧が上がるよう配線しました。ボリュームを時計回りに回すと、マイナス入力端子の基準電圧が上昇し、オペアンプの出力電圧が下がります。カソードから見るとG1のバイアスが深くなってプレート電流が減少し、したがって出力電圧が上昇するというわけです。

この基板は、貴重な7ピンMTプラグを使って元6AU6が刺さっていたソケットに取り付けました。



何かの拍子に741が壊れたりすると面倒ですから、同じユニットをもう一組作っておく方が良いかなと思っています。


代わりに、一番最初から頑張ってくれていた6AU6や定電圧放電管VR150MT、それにfainal cageにどんと座っていた5kΩ30Wのブリーダー抵抗は撤去と相成りました。ALCをつける場所ができました！ 　また、スタンバイ基板につけていた電圧調整ボリュームも撤去し、基板のその部位はカットしてしまいました。




これで全体がどう動くか、明日以降のお楽しみです！　2000Vへの再挑戦に臨みたいと思います。
　


ちなみに6G-B7は、最大定格 Ep700V、ESｇ250Vで、許容損失は、それぞれ、PP15W、PSg5Wです。テレビ球なのでESgの最大定格がやや低いですが、許容損失と言う意味では6BQ5にも負けない便利な球と思います。同種の球には6G-B3や6G-B6もありますが、6G-B7は管径が太く堂々としていて、外観もVYFBです。

https://radiomann.sakura.ne.jp/HomePageVT/CESb.html#B7

http://jr3xuh.image.coocan.jp/pictures/12G-B7.pdf


813送信機のクランプ管では、"6V6ではなく6AQ5か6BQ5を使えばよかった" と後悔しましたが、このアンプに着手した時には正統派のaudio管である6BQ5は貴重で、逆に6G-B7は大量の手持ちがありました；12G-B7やB3、B6もあわせ、今でも大量にあります。怖いもの知らずの若かりし頃に夜な夜な拾い集めた昔の白黒テレビから抜き取ったものですhi













2023.08.23


＜シャントレギュレータを実装＞


調整用の回路でシャントレギュレータについて一通りの動作確認を終え、使える回路を目指して全体を改修しました。今後はこれをベースにします。



・シャントレギュレータの定数を若干触りました。sink電流は約45mAで、流し出す方は35mA程度まで安定に使えます。

これまでSgのシリーズレギュレータとして頑張ってくれていた6G-B7ですが、開発当初は確か新品を刺したように記憶していますが、これからはシャントレギュレータになって大幅に損失が増えることになりますから、この機会にと、また新品交換してしまいました。今度は、12G-B7を使いました。


・ボリュームのセンターの接触不良など、万が一にも-Cがopenにならないよう、センター端子に100kをつなぎました。モード切替スイッチはショートリングタイプを用いているのでよほどのことがない限り大丈夫です。

・高圧一次側を117Vにつなぎ、2次側の接続をワンタップずつ上げました。850Vタップから2000Vを引き出しています！













2023.08.24


＜追い込みと、それに関連した改修＞

パワーを出しながら、不都合を修正していきます。以下、2管の値です。「負荷重め」というのをスタートにします。負荷を軽くしていく際の回転数は、すべてこの状態からのものです。

さて、まずはパワーから


<1> 挑戦開始

・接続等：高圧タップ 620V、AC1次側 117V　➜　Ep 1410V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC LOCALモード、Ip 190mA、EP 1300V、ISg -4mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定17W

・送信状態（負荷重め）： Ig 18mA、Ip 490mA、Ep 1150V、ISg +15mA　➜　出力330W、効率約58%


<2> 2000V印加

2000V印加しました。いや～、緊張しますね。「バ～ンッ」っといったら飛び上がってしまうので、耳を押さえながらトライしましたが、今回はうまくいきました。

・接続等：高圧タップ 850V、AC1次側 117V　➜　Ep 1980V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC DXモード、Ip 180mA、EP 1800V、ISg -2.5mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定17W

・送信状態（負荷重め）： Ig 17mA、Ip 500mA以上（測定レンジ外）、Ep 1550V、ISg -2mA　➜　出力410W

　送信状態（負荷2回軽く）：Ig 17mA、Ip 500mA以上（測定レンジ外）、Ep 1550V、ISg +3mA　➜　出力450W


ISgが、微妙に、先日見つけた "V-U DX handbook"に書かれている通りの挙動を示しています。負荷は、あともう少し、軽くできるのかもしれません。





Igはかなり流れていますが、出力450Wまで来ました。多分飽和しているので、駆動を絞っても出力は大きくは減らないでしょう。

Epのドロップが思ったより大きいので、うまくやれば500Wは超えそうです。

その前に、プレート電流計のシャント抵抗の変更が必要です。電流値を倍にしようかと思います。抵抗値は、ざっくり半分より気持ち下ですかね。

あと、ISgも計れるようにしたいですね。そういえば、マルチメーターの切り替えスイッチに1接点余っているはず と思い出しました。





2023.08.28

もう8月が終わってしまいそうです。

プレート電流計のシャント調整と高圧電圧計の校正を行いました。

シャントはもともと古い巻き線抵抗を使っていたので、測定しつつそれをほどきました。

高圧電圧計は、久しぶりに我が家の原器を出してきて測定しました。これです。1960V出ていたので、それに合わせました。





これを使うときはいつも思いますが、何というか 気持ちよいというか、充実感に満たされます！






<3> 2200V印加

2023年8月29日午後　

AC1次側を1タップ上げ、110V端子につなぎました。


・接続等：高圧タップ 850V、AC1次側 110V　➜　Ep 2200V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC DXモード、Ip 200mA、EP 1820V、ISg -3mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定 10W

　送信状態（負荷さらに2回軽く）：Ig 0mA、Ip 500mA、Ep 1700V、ISg +0.75mA　➜　出力410W


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定11W

　送信状態（負荷同上）：Ig 1mA弱、Ip 500mA、Ep 1700V、ISg -1mA　➜　出力420W


Ig=0で400Wを超えてきました。負荷状態をもう一度よく吟味する必要がありそうですが、AC一次側をもう１タップ上げれば1割upで450Wまでは来そうです。

いずれにしてもSg電流計を準備することが急務です。





本日、高圧整流部に透明アクリルの保護カバーをつけました。とうとう、High Voltageシールまで登場させてしまいました。

右側は急場しのぎでSg電流計として使っているテスタ。






<4> 2400V印加

2023年8月29日夕方　

AC1次側をさらに1タップ上げ、100V端子につなぎました。昔、バンッといった接続です。今度は大丈夫と信じます。

・接続等：高圧タップ 850V、AC1次側 100V　➜　Ep 2300V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC DXモード、Ip 200mA、EP 2250V、ISg -1.85mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定 10W

　送信状態（負荷同上）：Ig 0mA、Ip 500mA、Ep 1850V、ISg +0.5mA　➜　出力440W

　送信状態（負荷さらに2回軽く）：Ig 0mA、Ip 440mA、Ep 1850V、ISg 2.25mA　➜　出力470W

　送信状態（負荷さらに1回軽く）：　ISg 7mA　➜　出力480W



　




負荷を軽くすると怖いことが起きる可能性が増すので、まだ、動作時に落ち着いて測定するだけの十分な余裕を持てません。欲張るとろくなことありませんが、タマの仕様書の動作だと、Sg電流は2本で10mAくらい流してもいいようですから、負荷をさらに半回転軽くするとかはできるかもしれません。

それより、そういう追い込みは、タマを差し替えてからにしたほうが良いかもしれません。





高圧電源のレギュレーションについて

タップを変えたときのEpがどうも思い通りにならないし、レギュレーションも悪いのでどうしたことかと思い、考えてみました。

まず問題として思いついたのは、AC一次側にまったくノーケアであることです。一次側は、適当なテーブルタップで壁面コンセントにつないだだけでした。パワーを出した状態でアンプのトランスのところで計ってみると、95～96Vまで低下しているようでした。結構なふらつきもありました。2次側に直すと100Vは低下しているようです。

つぎに、FL2000Bを復活させたときに高圧のレギュレーションについて勉強したことを思い出し、復習しました。

その結果、平滑用コンデンサが不足しており（今使っている平滑用コンデンサは150uF6本直列で25uF。100uFを6本使って16.7uFとしたFL2000Bに毛が生えた程度）、500mAとると、ざっくり、1900V強まで落ち込んでも不思議でないことがわかりました。

結局、500mAとって1850Vという現状は、1次側のふらつきとあわせほぼ試算通りということになります。

また、改善のためには、コンデンサの容量を現状の2倍以上（1本300uF以上の6本使い。50uF以上）にして、200Vで使えば、500mA負荷をとっても2100V前後を維持できると思われることもわかりました。しかし、スペースの問題があってコンデンサはすぐには改善できないし、ヒータートランスの都合で200V仕様にするのも困難。誠に残念であります。





それにしても、メーターのスケールも何とかしたいですね。角形メータのベーゼルは、メータ本体をはずして裏からビスをはずさないと取れませんので、この作業は、やりはじめると一日では終わらない超大作業になります。。。。






<5> Sg電流計

2023年8月31日午後　

とりあえずSg電流計の回路を組み込んでみました。思った通り、メーター切り替えスイッチに1接点余っていたので、これを活用しました。

テスト用に便利かと思い、ついでにSgをon/offするスイッチも組み込みました。


Sg電流は負方向にも流れますから、電流計の針は正負両方に振れます。このため、ゼロ点を少し右にずらしておく必要があります。これができれば既存のメータでSg電流が計れるようになるので便利です。

ゼロ点は、調整ねじで動くだろうとタカをくくっていましたが、やってみるとせいぜい1mAくらいしかずらせないことがわかりました。ベーゼルをはずして内部に手を入れれば大きく動かせることは分かっていますが、それは超大作業です。「ダメか～」と思いつつ現物とにらめっこしていましたら、決まったブリーダー電流を流して、その分であらかじめ針を右に振らせておけば良いのだと思い立ちました。


メーターのゼロ点をずらす方法は2つです。

・機械的にゼロ点をずらす方法：ゼロ調整ねじではせいぜい1mA分くらいしかずらせませんが、ベーゼルをはずして中に手を入れれば相当大きく動かせます。

・バイアス電流を流す方法：ブリーダー抵抗に流す電流をバイアス電流としてメーターにも流れるようにすれば、あらかじめ針を右に振らせておくことができます。


いずれを選ぶか、よく考えるとして、次の機会に、今3mAほど流しているブリーダー電流を調整できるようにしておきましょう。


前者は、コリンズみたいで何だか特殊な香りがして格好良さそうですが（30S-1の左側のメーターのように、ゼロ点自体を少し浮かしたメータを装備するイメージ）、いざ何かをしようというときに、慣れない表示に気がいってしまって肝心なことを見落とさないかという不安もあります。

いずれにしても目盛りの書き換えが必要ですから、一旦メーターをはずさないといけません；超大作業になりますが、急務と考えていたSg電流計もこれで目途がたったわけですから、近々落ちついでtryするとしましょう。テスタが要らなくなって俄然使いやすくなると期待できます。


Sgのon/offスイッチはロック付きです。offすると、SgはGNDされ、電流計にはバリスタを流れる電流だけが表示され、バリスタの生存確認ができます。










<6> メーターの照明

2023年9月2日午後　

Sg電流計を実装したので、いずれにしてもメーターをはずして目盛りを書き換える必要があります。一日コースのメーター付け替え作業になりますので、どうせなら、その際に、メーターの照明もつけられないかと検討してみました。

問題はIPメーターです。IPメーターには高圧がかかっているので、そのまま豆球を（LEDを）組み入れるのは危険です。メーター自体を高圧のリターン側に移設する必要があります。
電気的にはともかく、今は、高圧ヒューズ等をメーターの端子を利用して固定しているので、メーターをリターン側に持っていくとすると、高圧側の構造をよく考える必要があります。一品工作なので、適当な（適切な）碍子を中継用に使うなど如何ようにもできそうですが、この点には半端ない電圧がかかるので、あまり突飛なことは考えるとあとあと危険です。
無理せず、あきらめることが必要かもしれません。よく考えてみます。







<7> メーター関係

2023年9月2日～9月7日

スケールの書き換えなど、メーター関係の整理が頭の隅に引っ掛かっていましたが、運よく角形の1.5Aの電流計をヤフオクで落札できたので、これを機に、メーター関係の整理を行うことにしました。


今使っているメータは下のようなものです。



これに対してやりたいことは3つ：

①目盛りが現状にあっていないのでこれを書き換え、②照明の追加、③針先形状をそろえるためにメーターの付け替え

時間がかかりそうですが、意を決して全部やってしまいます。






スケールについて

今のメータは、目盛りが現状にあっていません。今IPメーターは1AFSになっていますが、目盛りはもとの500mAのまま。また右側のメーターにはISgの目盛りもありません。このままだと、数年以内にミスをおかすことは間違えないです。


今の目盛りは、もともと目盛り板にあったVやmAの文字をカッターの先で削り取り、インスタントレタリングで文字を入れたものです。40年前にはそこそこできたと思いましたが、今は違います； いつもの現代の手法でスケールを作り変えます。今回は、マット仕様の、品番29273と言うのを使いました。「しっかり貼れる」製品ですが、「きれいにはがせる」製品の方が使いやすそうです。


手間のかかる作業ですが、落ち着いてやると良いのができます。ブランドは、泣く子も黙る（高齢のおじさんは黙る）YEWとしました！



左のIPメーターは、入手したメーターは1.5A計でしたが、シャントを調整して750mAFSにするように目盛りを作りました。

このメーターは、20mAFSで内部抵抗3.1Ω前後だったので、シャントは概ね0.08Ωになります。もちろん要調整です。






スケールの貼り付けは次のように行います。

　　

目盛りを印刷したシートを切り抜くときに、出っ張りをつけておきます。保護シートを全部はがし、そのでっぱりを（でっぱりだけを）窓ガラスに張ります。シートとガラスの間に目盛り板を差し込み、ねじ穴をリファレンスにしてポジショニングを行います。これでいいとなったら、下から上に向けて、気泡が生じないように貼ります。







メーターの照明


どうしようかと思っていたメーター照明にも取り組みました。

まずは高圧の安全確保が第一なので、それができなければやめようと思っていましたが、アメリカ製の都合よいスタンドオフ碍子の手持ちがありました。その上に、ステアタイトのスタッドを立てて高圧を中継する絶縁碍子としました。

下の写真の中央少し右の、白いのがそれです。




この写真は左側面から奥に向かって撮ったもので、正面中央の黒いのはシロッコ、右側がパネルで、右上にはメーターの穴が見えます。

碍子の左横にあるのは高圧電圧計の倍率器とSgのsafety relayを駆動する高圧のピックアップ回路です。もともとIPメーターの裏側につけていましたが、この移設にも手間取り、手前下側の11ピンソケットをつけているアルミ板を作り直す羽目になりました（この板は、3.5メガで復活を果たしたこれの初代のパネルで、このときに交換したもの）。その11ピンソケットは、AC電源と高圧切り替えの、MK-3P 2発のためのものです。

左下の緑のは保安用のホーロー抵抗とダイオードです。高圧の平滑用コンデンサの下のスペースに押し込みました。






肝心の照明デバイスは、今回初めてLEDのテープを使ってみました。


幅わずか3mm、折り曲げ自由で（鉛筆に巻きつけられる）、長さも自由（にカット可）、リード線をはんだ付けするだけで簡単に使えます。とても明るく、色も多いです。裏面には両面テープまでついていてそのままどこにでも（メーターベーゼルの裏にでも）貼りつけできます。このLEDはノイズは出さないのかと少し不安ですが、直流で点灯すれば大丈夫でしょう。画期的な製品だと思いました。

電球色もいいと思いましたが、明るい白色を選びました。

　

これをフロントベーゼルに仕込みました。照明用の電源は、以前は端子を出していましたが、今回は簡単に細いリード線を引き出すことにしました。5球スーパーの製作記事で学んだ、「結び目」を作ってすっぽ抜けを防ぐ方法が活きました！







メーターの交換

左右のメーターの針先形状を整えました。上の写真でご覧のように、現在は、左側の針先はスペード型、右側は直線型です。これをスペード型に統一しました。

もともと直線型が好きで、このアンプは直線型で統一していましたが、左のIPメーターが壊れた際に代替として入手できたものがスペード型だったため、左右が異なる形になってしまいました。その後、右側の手持ちも増えたので、再度直線型に統一するのは簡単ですが、歳とともに眼が悪くなった今となっては左側のスペード型の方が見やすいです。それで、今回スペード型のものが出品されていたので、これを入手して針先もそろえようと進めた次第です。





最終的に、良い具合に仕上がりました。



実物は、この写真よりはるかに見栄えしてFBです。5V定格ですが、3.5V前後で十分明るいです。


メーターに照明をつけてみると、高圧onの瞬間にかなりの瞬きがあることがわかりました。LED電源の平滑用コンデンサを大きくするか、ステップスターターを導入するかだと思われます。これでいいので、機会をみて追加することにしまいましょう。










<7> ほぼ仕上がりました

2023年9月12日

様々な紆余曲折がありましたが、ALCを除いて これでほぼ最終だろう というところまで来ました。





「ほぼ完成」に向けて進めるにあたり、Shunt regulator電源の品質を少しでも改善しておきたいと12G-B7のスクリーングリッドに大容量のコンデンサを入れましたら、その効果の確認もせぬうちに、予期せぬ副作用に見舞われました。

電源投入時にこのコンデンサの充電に時間がかかり、12G-B7の立ち上がりに時間がかかってしまうのです。そうすると、この間は12G-B7にsink電流が流れず、出力電圧が上昇してしまいます。この電圧は400Vを超えてくるので、いくらカットオフされているとはいえ4CX250Bの動作が不安になります。実際はバリスタで吸収されるので大丈夫なのですが、とはいえ落ち着くまで数秒を要するため、今度はバリスタが心配です。バリスタにはいざと言うときに「瞬時」に踏ん張ってもらわなくては困るからです。

そこで、この期間はRL-12を動作させず、バリスタなどSg一式をGNDしておくことにしました。この目的で、新たにRL-13、遅延リレーを導入しました。必要な期間だけ、Sg safety回路のenablerをmuteすることで対策しました。


下の写真の赤い基板がRL-13遅延リレーです。とうとう中華製モジュールに手を出してしまいました。定番回路の超お手頃商品と思っていましたが、安定に動作させるためには電源系統へのパスコン追加が必須でした。ちょっと間の抜けた商品です； これでは「コスパ抜群」とは言いずらいですね。




左上は、OFF timerの接点自己保持用のリレー。手前はスタンバイ関係基板。


12G-B7のプレート回路に大きなボリュームを入れ、sink電流を可変できるようにしました。10オームはsink電流を計るためのものです。sink電流は35mAにsetしました。




また、新球への差し替えに備え、ヒータートランスの1次側タップを上げておきました。

タマはreadyです！









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<8> タマの刺し替え


2023年9月15日夕方


回路の点検、動作テストを終えました。巷はアレで騒いでいますが巨人ファンの私には関係なし。満を持して、新球を刺してみました。

銀の柔らかい輝きが美しいです。







今日は、低い電圧で、軽く動作確認することにします。


・接続等：高圧タップ 420V、AC1次側 100V　➜　Ep 1150V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC Localモード、Ip 175mA、EP 1050V、ISg -2mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定 8W

　送信状態：Ig 0mA、Ip 400mA、Ep 900V、ISg >20mA（振り切れ）　➜　出力225W　効率62%


タマは元気です。規格表の動作に近く、新品とみて間違えないでしょう。ヒーター電圧を下げ気味にしておいて良かったです。

駆動は、8WがIgが流れない限界で、9Wにすると流れ始めるようでした。
プレート効率が高くISgも多いようなので（Epは低いですが）、負荷をもう1、2回重くしてみてもいいかもしれません。






2023年9月16日お昼


昨日の続き; 負荷を重たくするところからスタートします。

・接続等：高圧タップ 420V、AC1次側 100V　➜　Ep 1150V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC Localモード、Ip 175mA、EP 1050V、ISg -2mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定 8W

　送信状態（負荷1回重く）：Ig 0mA、Ip 425mA、Ep 900V、ISg >20mA（勢いよく振り切れ）　➜　出力225W　効率58.9%

　送信状態（負荷2回重く）：Ig 0mA、Ip 440mA、Ep 900V、ISg >20mA（振り切れ、23～25mA前後と推定）　➜　出力210W　効率53%

　送信状態（負荷3回重く）：Ig 0mA、Ip 460mA、Ep 900V、ISg >21mA　➜　出力210W　効率50.7%


負荷を重くすると、ISgが減ってIPが増加し、効率は下がってきます。お手本通りの動作です。

負荷を3回重くした状態は、規格表の1000Vの動作とよく似ています。規格表より少し効率が良く、ISgも多いですから、あと少し、負荷を重たくすると規格表に近ずくと思われます。





続いて電圧を上げてみました。

・接続等：高圧タップ 650V、AC1次側 100V　➜　Ep 1650V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC Localモード、Ip 175mA、EP 1520V、ISg -1mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定 8W

　送信状態（負荷3回重く）：Ig 0mA、Ip 490mA、Ep 1350V、ISg 4mA　➜　出力350W　効率53%


規格表の1500Vの項と比較すると、少し効率が悪くISgが少ないことがわかります。もう少し負荷を軽くすると、IPが減って効率が上がり、ISgが増えて、規格表に近い動作になると思われます。

これは1000Vの時と正反対です。
つまり、負荷を3回重くした状態というのは、1000Vのときは、最適負荷より少し上にある状態と思えましたが、1500Vでは少し下にあると言えます。このことから、現状の負荷は、規格表で言うと2kΩから3kΩの間にあると言えそうです。規格表は1管の値ですから、2管で1/2、さらにppで4倍として、現在の設定は4kΩから6kΩの間にあると言うのが適切と思います。


規格表（再掲）







現在の負荷設定は、規格表にある1500Vの最適負荷よりまだ少し重たい設定ですから、このままで2000Vをかけてみて、様子を見ながら少し（1、2回）負荷を軽くする ということで良さそうに思えてきました！


明日はいよいよ本番です。

古い球では大丈夫でしたが、今度はどうでしょうか？ プレートに2000Vをかけて バンッと言わないでしょうか？ 大丈夫と信じます。






2023年9月17日朝


リンクコイル側の同調容量が少し足らないので、20pFのドアノブコンを追加しました。結果的にもう少し大きなものでも良かったかもしれません。




昨日の設定から、負荷を1回軽くしてスタートします。

・接続等：高圧タップ 850V、AC1次側 117V　➜　Ep 1960V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC DXモード、Ip 150mA、EP 1820V、ISg -1.5mA


・駆動条件：ATT 10dB、FT891Mの出力電力設定 19W

　送信状態（負荷2回重く）：Ig 0.5mA、Ip 480mA、Ep 1550V、ISg +7mA　➜　出力450W  効率60%

　送信状態（負荷3回重く）：Ig 0.5mA、Ip 500mA、Ep 1550V、ISg +5mA　➜　出力430W  効率55%


規格表では、Ep1500Vの時2管でIsg16mAまで流せますから、恐れず負荷を軽くしていけば、効率も上がり出力も出るでしょう。しかし、60%もの効率を叩き出している軽負荷に恐れをなしたのと、欲張らない方が無難と思ったので、逆に負荷を重たくしてしまいました。。。

大勢には影響しませんが、ATTの減衰量には少し問題があるようです。昔入手できた、赤くて大きな金属皮膜抵抗を組み合わせただけのものですから仕方ありません。








2023年9月17日夕方

・接続等：高圧タップ 850V、AC1次側 110V　➜　Ep 2100V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC DXモード、Ip 150mA、EP 1950V、ISg -1mA


・駆動条件：ATT 10dB、FT891Mの出力電力設定 19W

　送信状態（負荷3回重く）：Ig 0.5mA、Ip 520mA、Ep 1700V、ISg +2mA　➜　出力450W　効率50.9%

　送信状態（負荷2回重く）：Ig 0.5mA、Ip 510mA、Ep 1700V、ISg +4.5mA　➜　出力460W　効率54%


　






電圧はもう1タップ上げられますが、AC1次側のレギュレーションに少し気を遣えば、このままでも500Wは出そうです。これなら400Wなどといわれずに、500W免許がもらえるでしょう。無理はせず、この状態でしばらく試験を繰り返してみたいと思います。
1、2週間やってみて、問題なければ、今のこの状態で完成としてもいいし、あるいは天使のササヤキに耳を貸すか、それはその時次第です。










2023年9月20日

17日から、毎日、ダミーロードを暖めつつあります。過激な挑戦はしていませんが、どうやら安定に動くようです。

今日はAC一次側の線を作り直しました。部屋のエアコンコンセントからビニールキャプタイヤで引きました。今後は、エアコンのない部屋で動作させる（動作確認する）ことになります！


・接続等：高圧タップ 850V、AC1次側 110V　➜　Ep 2100V、ESg 310V

・アイドル状態：ーC DXモード、Ip 150mA、EP 2000V、ISg -1mA


・駆動条件：ATT 6dB、FT891Mの出力電力設定 10W

　送信状態（負荷2回重く）：Ig 0.5mA、Ip 530mA、Ep 1760V、ISg +4mA　➜　出力490W　効率52.5%


　


ケーブルを変えてみただけですが、順当に電圧が上がり、出力も目に見えて増えました。
非常にいい気分なので、参考文献の動作と比較してみようと、出力100W、300Wになるように駆動を調整して様子を見ることにしました。負荷は変化させていません。


出力100W：　駆動6W(ATT10dB) ：Ip 285mA、Ep 1900V、ISg -2mA　　　効率18%

出力300W：　駆動13W(ATT10dB) ：Ip 420mA、Ep 1790V、ISg -3.5mA　　　効率40%


出力に応じてISgが負から正へと変化する大きな傾向は、参考文献と同じであることがわかりました。
参考文献に比較すると、負方向に流れるISgが若干少ないですが、これは参考文献の6章のp35に次のように書かれている通りです。


　If you have less than about 1800V on the anode, or the anode-supply regulation isn’t all that hot, you might not be able to get the screen current quite so negative. If that’s the case, simply adjust the loading control to make the screen currents as negative as possible at the 300W output point as shown in Fig. 6.11.






2023年9月21日

スプリアスを再測定しました。以前と同じく、LPFをいれると、スプリアスがほとんど見えないきれいな信号になりました。


測定日：　9月21日

出力　：　アンプ出力約490W

スペアナ写真は、すべて拡大できます。横軸はDC-200メガです。


FT891Mの素の特性。以前ちょこっと見えていた100メガのスプリアスはノイズに埋もれてしまいました。




リニアアンプのスプリアス特性

フィルタなしで100メガが-50dB弱。以前とほとんど変わりません。3倍も同じでしょうか。




フィルタを入れると、前回同様、きれいさっぱり、何も見えなくなりました。




スプリアスがきれいになる代償は約1割のパワーロスです。これも以前と同じ！








2023年9月22日

テストベンチを作りました。この乗りですhi

FT891Mをここに座らせました。寒い間は	リビングで活躍していましたが、6月以降はこのアンプの世話をしてくれています。

このアンプを作ったころは、891のかわりに、これを一緒に座らせようとしていたものでした。この組み合わせで検査に臨んだら検査官はびっくりするでしょうね！　もちろん技適は無いから、やるんだったら最初にやっておかないと面倒です。マジ、攻めてみましょうか！















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超長くなったので、一旦まとめておきたいと思います。何かあったら、また加筆することにします。







やり残してしまったこと

2023年9月22日

そもそも今回のプロジェクトは、やれるところは全部やるとの心意気で始めたものですが、まとめようと振りかえってみるとやり残してしまったこともあります。

やろうと考えていたけれども、早く動かしたいためにpriorityを下げてしまって、結局手付かずに終わった　というようなものがほとんどなのですが、一応、「動く」という閾値を超えた今（まだ数日の確認ですが、ある一定レベルにまで到達したと思える今）、それをもう一度取り崩すリスクを冒してまでも攻めるのか、思案のしどころです。それでも、早い機会にやってしまった方が良いと思えるものもあります。


まずmustは、

・シャントレギュレータのAC特性の評価、検証

　SSBや高速CWでどんな振る舞いをするか、、、、　シャントレギュレータの実験機を作る必要があります。

・出力リンクコイル部の絶縁強化、safety Chokeの追加

　スペース問題があり工夫が必要ですが、アンテナにつなぐ前にこれはやったほうが良いと思っています。



あと機会を見つけてやったほうがいいと思うものは、順に、

・ALC追加

・200V化

・出力マッチング部の直列同調バリコンの大電流容量化

などです。


・AC1次側の両切り化

・高圧のステップスターター追加

・高圧平滑コンデンサの見直し

も、priorityは低いながら、まぁ機会があれば。


高級感にヒタルとか ミテクレを良くする とかいうような自己満足の趣味の世界は最後でしょうか。

・同軸リレー化

・入力ATTの性能up

・タンクコイルのまき直し


結構たくさんありますが、これらは、特殊な部品が必要な部位（電源とファイナルケージ）に集中しています。一品物なので部品調達の手間は惜しまないとしても、制約のあるスペースにぴったりはまる適切な部品を入手できるのか、という課題が立ちふさがります。結局、やれる順にやっていく ということになるでしょうか。これらの改修と、免許をもらうのと、どっちが早いか ということになりそうです。








メ　モ

本文に書ききれていない「気づき」も何点かあります。忘れないうちに整理しておきます。


(1)4CX250Bの動作全般について

4CX250Bというタマが、今回やっとわかってきました。

作りっぱなしで普通のタマと同じように使えるのはEp1500V前後で100W/本 程度までで、それ以上の、このタマが秘めたる本当の力を発揮させるには色々と気を使う必要があることを今回勉強しました。JAには、そのポイントについてきちんと書かれた文献はなく、小型大電力とか高効率といった利点だけが覇を競うように独り歩きしています。


これに比較して、参考文献：http://www.trpub.net/assets/applets/VHF-UHF_DX_Book.pdf　はいいです。かゆいところに手が届いています。今回、盆休みの文献検索でこれに行きあたらなかったら、ここまで（納得いくところまで）追い込めなかっただろう　と思うぐらいの優れものです。


間違いがあるかもしれませんが、私なりの解釈として 以下 まとめてみます。第一今どき4CX250Bの講釈かい、、、　とかいうのは言いっこなしで、見てみてください。


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まず、下記の抜粋を参照ください。

一昨日も実機で実験しましたが、この図は、出力を0から500Wまで増やしていったときの動作を視覚的に整理してくれたものです。表よりずっとわかりやすいですね。captionには記載がありませんが、これは2000V級の動作と本文にはmentionされています。




これを見ると、規格表の2000Vの動作状態とは若干異なることに気づきます。規格表では、効率60％、ISg+5mAに対し、この参考文献では効率52％でISgも+2mAと少な目です。

しかしこれは、効率が低いからダメなのではなくて、本文6章のP35に、


　The golden rule is to think of the loading control in a tetrode amplifier only as something to adjust to set the screen current to the figure you want, and only ever adjust it when you’re looking at the screen-current meters. So never tweak the loading while gazing at the RF output-power meter. 

プレートのマッチング回路はパワーメータを見ながら調整するのでなく、規定のSg電流になるように合わせる

と書かれていることの証左でしょう。

これこそ4CX250Bアンプの重要なポイントです。


マッチング回路の調整は、出力計で最大出力に合わせるのではありません。最大出力の点では、Ipのディップが深く、効率が上がって出力も増えるので気持ちよいですが、しかし、そこは設定ポイントではありません。このタマは効率を追及するタマではありません。プレートの耐力は十分あるのです。


このタマに力を発揮させるには、最大出力より重い負荷で使います。これは、負荷が軽いと放電する可能性があるためです（922でも軽負荷にする放電することがあります）。

そこで、最適負荷を決める指標として、ISgを使います。4CX250BのISgは負荷に応じて鋭敏に変化します。負荷が軽いと急激に増加、重いとほぼゼロまで下がりますから、負荷状態の判断に使えます。このためにISgのメーターは必須です。ISgを測定して既定の値にあわせる、つまり規定の負荷状態にあわせる　というのがポイントです。


6章のp.35～36には、「10数mAといった大きなISgが流れているときは負荷が軽いので放電の危険がある。すぐに操作をやめるべき」と、殊更にsuggestされています。


　You should see about 450-500W RF output and the screen current will have moved in the positive direction to +2mA or thereabouts. （中略）  If the screen current is a lot higher than it should 
be, like 10 or 15mA, shut down and do this before you go any further. The coupling is much too light and you’re in danger of a flashover.





そのようなことですから、負荷は常に重めに。当然Ipのディップは浅くなりますから、プレート効率は落ちます。Qが下がってスプリアスも増えるかもしれません。しかし安全に使えます。

again、出力のマッチング回路は、効率を追求して最大出力に合わせるのではありません。このタマは効率を追及するタマではありません。





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以上は「力を出させる」場合の話ですが、

参考文献に書いてある要点を、私は、つい最近まで（参考文献を読むまで）、何も知りませんでした。文献通りにやってみるとその記述通りに動き、今回初めて、このタマでパワーを出すためには、それなりの様々なcare（スクリーングリッドの扱い、負荷調整、高圧断対策、、、）が必要なのだと知った次第です。

一方で、昔は、パワーと効率の両立を追っかけていましたので、20年前に経験した「バンッ」は、軽負荷による放電 "そのもの" だったのかもしれないと思います。


逆に、力を控えめに使うときは、効率を攻めてもかまわないように思います。
Epが低い時は普通のタマと同じように扱って、負荷を軽くしても放電しないからです。したがって、100W以下で使うような状態では「効率合戦」になるというのもうなづけます。JAの多くの人はこの領域に居ます。電圧をかけないから放電は起きず、怖さも知らない。一方で高効率の心地よさは知っているから、それだけが独り歩きしているのです。

それはそれで良いとしても、ISgはEpが低いと盛大に流れますから、スクリーン損失には注意が要ります。9月15日に実測しているように、1本20mくらいは平気で流れます。スクリーン定格の半分ぐらいまではあっという間に来てしまいます。4CX250Bのアンプの記事には、50Wぐらいならbook fanで十分とか、冷却不要とか書かれているものもありますが、プレートはともかく、スクリーンがきわどいところまで来ていることは認識しておくべきでしょう。高々50Wでこのタマを弱らせてはもったいないです。






(2)リンクコイルマッチングについて

PPアンプのリンクコイルマッチングでは、負荷を変えるにはリンクコイルの結合を変える必要があります。

特定の負荷状態を設計してそれを容易に再現でき、また、ロードのバリコンを回すだけで負荷インピーダンスを変えることもできるパイマッチに比較すると、リンクコイルマッチングは全くその真逆です。設計はできても相互誘導に関する実装パラメータをきちんと再現して組み立てるのは困難ですから、目の前に、実装してある、あるリンクコイルマッチング回路があるとしても、それが実際にどんな負荷として働くのか解析的に知るのは無理です。よって最終的に調整で追い込まざるを得ませんが、結合を変えるのは、これまた非常に面倒です。


本機には、開発開始当時から次のような調整機構を搭載しています。
5894か何かのタクシー無線送信機のジャンクから取っておいたものだと記憶していますが、再現性を持ってリンクの結合度合いを調整するのは、「この機構無くしては全く困難だ」 という優れものです。




図の「①タイトの塊」には塊を水平に貫くM4のメネジが切ってあって、「③軸受け」で固定された「②M4ボルト」が貫いています。赤い矢印のところからM4ボルトを回転させるとM4ボルトは動かず、タイトの塊が水平にスライドします。そこでタイトの塊には「⑤リンクコイル」が固定してあり、リンクコイルも左右に動きます。このことを考慮してタンクコイルに対する軸受けの位置を合わせて組み立てておけば、ボルトの回転で、リンクコイルの結合を微細に調整できるようになります。

これまでの記述で「負荷を1回重くする」などと示しているのは、このボルトを1回左に回し、リンクコイルをM4ボルト１ピッチ分左に移動させることを表しています。


一方測定は可能です。

ここ

抵抗はいろいろ準備する必要がありますが、4XC250Bのフィンに足を差し込むだけでOKです。





(3)ソケットについて

本機は、ソケットはSK610Aを使っています。Johnsonにも同じような #124-0110-001 と言うものがあって、これもいくつか持っているのですが、写真の赤い矢印のところ（スクリーンのパスコンのところ）のように、樹脂状の柔らかいものがついているものがあります（ついていないものもあります）。何やら高温で溶け出てきたようにも見え、これは正常なのか？　と疑ってしまいました。そこで、Facebookの「Homebrew Rf Linear Amplifiers」というグループに質問してみました。





Q: Can anyone tell me about Johnson's 124-0110-001 socket (SK600 equivalent)?   What is the white resinous thing at the red arrow in the picture?  The Eimac's do not have it.  I have some and have noticed that some have this and some do not, even with the same model number.  Do the sockets with this resin work properly?  The screen bypass capacitance seems to be normal.


A1: It is silicone dielectric used as insulator for screen bypass capacitor.

A2: It is part of the screen bypass and it minimizes arc over or shorting of the bypass.


といったことで、スクリーンのパスコンの絶縁物の一部で、アークが飛ばないようにとか、ショートしないようにとかのものだと教えてもらいました。

Johnsonというとどことなくマイナー感がありますが、これは、ひょっとすると本家SK600よりよく考えられたソケットなのかもしれません。






(4)4CX250Bの最大定格

何度か規格表を示しましたが、4CX250BのEp最大定格は2000Vです。４CX250Bより下に見られがちな4X150Aは2500Vのようでした。

もちろん、4CX250Bが2000V超で使えないことはないとしても、最大定格は2000Vだと知って使う必要はありそうです。

4CX350Aはまったく余裕です。







(5)電源回路の設計

以前にも書いた通り、本機の高圧電源回路はFL-2000Bに毛が生えた程度で、改善の余地があります。ネットを探っていて、

https://ana-dig.com/rectifier/

を見つけました。

ごく最近の、2023年8月に書かれた記事のようですが、参考にしているO.H.Shadeさんのグラフを切り口に、大変わかりやすい説明を書いてくれています。













　　


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その後の取り組み












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