Bauanleitung 600V Anodenspannungserhoehung

Bauanleitung RoeTest (c) Helmut Weigl
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Bauanleitung
Option: Erhöhung der Anodenspannung auf 600V
Helmut’s Computer- Röhren- Prüf- Meßund Regeneriergerät
RoeTest3/4
Stand: 06/2010
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Vorbetrachtung:
Der maximiale Bereich des RoeTest für die Anodenspannung beträgt in der
Grundausführung 306 V. Dies reicht für das Prüfen und Messen fast aller Röhren
aus. Selbst Röhren, die eigentlich für höhere Spannungen vorgesehen sind, können
- mit dieser Spannung - getestet werden.
Nachdem inzwischen mehrfach der Wunsch nach einer höheren Anodenspannung
herangetragen wurde (insbesondere Verstärkerfreaks die Kennlinien auch bei
höheren Spannungen aufnehmen wollen) habe ich mir Gedanken gemacht, wie
dieser Wunsch umgesetzt werden könnte. Ziel soll hier eine max. Anodenspannung
von 600 V (!) sein.
Technische Hindernisse:
Es ist nicht möglich, einfach einen Trafo mit höherer Spannung zu verwenden und
die Schaltung umzudimensionieren. Dabei würde man schnell an Grenzen stossen:
1. Elkos: Im RoeTest wurden 400V-Elkos verbaut. Vor Gleichrichtung müssten also
Elkos mit etwa 800 V-Spannungsfestigkeit verwendet werden. Solche sind nicht
erhältlich. Man müsste also 2 Stück in Serie schalten (wobei solche von doppelter
Kapazität zu verwenden wären, da sich die Kapazität mit der Serienschaltung
halbiert). Zudem müsste man die Spannungsverteilung zwischen den Elkos mit
Symetrierwiderständen festlegen ...
2. Transistoren
Vor allem für die Kleinsignaltransistoren gilt: Gibt es Spannungsfestere Typen als
die MPSA..’s? Wo wären diese zu bekommen... es würden auch Typen mit höherer
Verlustleistung benötigt...
3. MOSFet’s
Bei doppelter Spannung (spannungsfestere Typen gibt es ja) wäre auch die
doppelte Leistung zu verbraten (600 V x 0,25 A = 150 W Dauerleistung - “save
operating area”). Zusätzliche Kühlung??
3. Widerstände
Spannungsfestigkeit der normalen Ausführungen? Höhere Verlustleistungen?
4. Relais
Spannungsfestigkeit?
5. Leiterplatten
Hier: Sind die Leiterbahnabstände auch für die doppelte Anodenspannung noch
ausreichend?
6. Röhrenfassungen:
Sind die Röhrenfassungen gebaut für die höhere Spannung?
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Technische Lösung:
Die bisherige Schaltung des RoeTest wird im wesentlichen wie bisher belassen. Es
wird ein weiteres Netzteil mit einer Festspannung von 300 V eingebaut. Diese
Festspannung wird der bisherigen Anodenspannung über ein Relais in Serie
geschaltet. Damit gibt es jetzt 3 Spannungsbereiche für die Anodenspannung:
0-51V
0-306V
300-606V
Vorteil dieser Lösung:
Die bisherige Schaltung bleibt. An der Anodenspannungsplatine ist gar nichts zu
ändern. Lediglich in die Verbindungsleitung von Anodenspannungsplatine zur
Relaismatrix (auf der Hauptplatine) ist über ein Relais die zusätzliche Festspannung
einzuschleifen. D.h.
- keine Probleme mit den verwendeten Standardbauteilen
- einfach aufzubauendes Festspannungsnetzteil
Weitere technische Betrachtung:
Relais der Relaismatrix:
Da diese Relais nur im spannungslosen Zustand geschaltet werden, spielt die
Spannungsfestigkeit keine Rolle (die von mir verwendten Relais würden “nur” 400V
AC aushalten). Wichtig ist die Isolationsfestigkeit, die mit mehr als 1000 V gegeben
ist.
Relais der Umschaltung Spannungserhöhung:
Hier wird nur eine Spannungsdifferenz von 300 V geschaltet. Das 400V-Relais sollte
dies aushalten.
Leiterbahnabstände im Bereich der Relaismatrix:
Die Abständ sind sehr klein. Bei 300 V hatte ich bisher keine Probleme. 600 V
würde ich diesen geringen Abständen nicht zumuten. Ich empfehle daher
zusätzliche Maßnahmen: Dies wäre zum Beispiel ein guter Isolierlack mit hoher
Durchschlagsfestigkeit, den man auf die betreffenden Stellen der Leiterbahnen
aufbringen könnte.
VG-Steckverbinder:
Gemäß Datenblatt sollen diese eine Isolationsfestigkeit von >1000 V aushalten.
Röhrenfassungen:
Nicht alle Röhrenfassungen sind für Spannungen von 600 V gebaut. Dies gilt vor
allem für kleine Röhrenfassungen. Man sollte sich also überlegen, welche
Fassungen man fest im Gerät verbaut und welche man besser als Adapter einsetzt.
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Voraussetzung:
Firmware Pic-Mikrocontroler: Mindestens Version 2.0
Messsoftware: Mindestens Version 2.7.2.0
Schaltung:
Die Schaltung ist relativ einfach:
Trafo->Sicherung->Gleichrichter->Elkos->Spannungsstabilisierung über
Zenerdioden->Leistungsteil mit MOS-Fet und Strombegrenzung.
Achtung: Mit dem von mir verwendeten Trafo ergibt sich am FET BF244 ein
Spannungsabfall von ca 30 V. Dies ist die höchst zulässige Spannung für diesen
Fet-Typ. Bei einem anderen Trafo mit evtl. höherer Spannung muß durch einen
Vorwiderstand die am Fet abfallende Spannung gesenkt werden. Der Fet bildet mit
dem Widerstand von 1,5K eine Konstantstromquelle zur Speisung der Zenerdioden.
Auf diese Weise ist die Stabilisierung besser als bei Verwendung eines
Vorwiderstandes.
Schaltplan siehe sep. PDF-Datei.
Aufbau:
Die Hauptplatine ist bereits für die optionale Bestückung vorgesehen. Siehe rot
umrandete Bereiche.
Falls die Option der höheren Anodenspannung nicht gewünscht wird, brauchen die
Bauteile für die Anodenspannungserhöhung nicht bestückt werden. Auch das Relais
für die Umschaltung kann weggelassen werden. Dann muß aber die
Anodenspannungsleitung (von A-Platine zur Relaisschiene) durchgeschleift werden
(Drahtbrücke über nicht vorhandenen Relaiskontakt - nicht eingezeichnet in
Bestückungsplan).
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Es kann ein Zusatztrafo eingesetzt, oder gleich ein Haupttrafo mit zusätzlicher
Wicklung eingebaut werden. Ich empfehle die Verwendung von Ringkerntrafos
(kleiner, leichter, und: Zwischen Leerlauf und Volllast nur geringer
Spannungsunterschied). Der zusätzliche MOS-Fet ist isoliert auf dem großen
Kühlkörper zu befestigen (analog der anderen MOS-Fet’s).
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Software:
Die Software muß eigenlich nur wissen, daß es die Zusatzhardware gibt:
Optionen->Bereichseinstellungen:
In den automatischen Bereichen und manuellem Modus ist die höhere Spannung
dann verwendbar (nicht bei Leistungsprüfermodus, dzt. nicht bei Regeneriermodus).
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Einstellungen:
Die Zusatzhardware muß über das auf der Platine befindliche Poti nur einmal fest
auf 300 V abgeglichen werden. Beim Abgleich sollte man einen Lastwiderstand von
etwa 6,6 KOhm (=ca. 45mA Strom) an das 300V-Zusatznetzteil anschließen. Die
Spannung wird auf ca 1-2% konstant gehalten.
Testlauf:
Nachstehend noch eine Kennlinienaufnahme bei einer EL34:
Bei UA 600V, 450V und 300V, UG1=-10V, Schirmgitterspannung von 0 - ca. 230V:
Wie zu erwarten: Bei einer Pentode hängt der Anodenstrom nur gering von der
Anodenspannung ab. Interessanter wäre es, eine Triode mit hohen Spannungen zu
messen (leider steht mir derzeit keine geeignete Röhre zur Verfügung).
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Schlußbemerkungen:
Achtung: 600 V sind nicht ungefährlich. Sowohl für Sie, als auch für die Röhre.
Beachten Sie beim Röhrenmessen, daß die Röhre nicht nur die Spannung, sondern
auch die Verlustleistung aushalten muß (600V x 0,25 A = max. 150W). Hat eine
Röhre also eine Verlustleistung von 30 W, dann könnte man diese nur mit bis zu 50
mA (30W:600V*1000) belasten (kurzzeitig natürlich auch höher). Falls Sie in der
Röhrendatenbank, für die Messung mit erhöhten Spannungen, weitere Datensätze
anlegen, sollten Sie die Grenzwerte entsprechend setzen. Für die
Kennlinienaufnahme gilt der Wert “Anodenstrom Abbruch ab” (Reiter Sonstiges).
Haftungsausschluß:
Es gilt der Haftungsausschluß, den ich bereits in der Bauanleitung zum RoeTest
genannt habe. Ich weise wegen der nochmals erhöhten Spannungen ausdrücklich
auf die Gefährlichkeit dieser Spannungen hin. Ein Nachbau erfolgt auf eigenes
Risiko!