RODELÃO6970 DO BRASIL 2023

Prolongue a vida útil dos receptores 75S-x

Como prolongar a vida ativa de um receptor Collins 75S

Por Don Kang 3-2-2005

Resumo

O calor é o principal contribuinte para a degradação de componentes no rádio. Ao substituir três tubos osciladores, dois tubos de áudio e duas lâmpadas por equivalentes de estado sólido, o consumo total de energia do rádio é reduzido de 70 watts para 40 watts. Os tubos que manipulam o sinal RF / IF não são perturbados. Assim, o desempenho do rádio do tubo de vácuo é mantido.

1.0 introdução

Todos sabemos que os tubos de vácuo têm vida útil limitada. Outros componentes também envelhecem. O calor é o inimigo principal. Um remédio óbvio é instalar uma ventoinha de resfriamento e muitos usuários instalaram uma ventoinha na tampa do gabinete da linha S. Ainda hoje, os designers originais recorrerão ao uso de um ventilador se nenhuma outra solução simples estiver disponível.

Aqui está minha abordagem para esse problema e duas restrições autoimpostas.

Nenhuma modificação no circuito
(b) O sinal recebido permanece no circuito original do tubo de vácuo até que se torne um sinal de áudio.

Com as restrições acima, seis itens serão substituídos por dispositivos de estado sólido.

São eles: (1) oscilador de marcador de 100khz Xtal, 6DC6

(2) PTO de afinação principal, 6AU6 / 7543

(3) CW BFO, 6DC6 (NA para 75S-1)

(4) Detector e amplificador de tensão de áudio, 6AT6

(5) Amplificador de potência de áudio, 6BF5

(6) Duas lâmpadas para medidor S e mostrador principal, GE 47

Corrente do aquecedor: 6DC6 0.3A x 2 - 0.6A

6AU6 / 7543 - 0,3A

6AT6 - 0,3A

6BF5 ———– 1.2A

Lâmpadas (0,15 x 2) - 0,3A

A economia total de corrente é de 2,7 A e a redução total de energia é de 2,7 A x 6,3 V = 17,01 watts.

2.0 Encontrar dispositivos de estado sólido para os tubos de vácuo

Muitos milhares de dispositivos de estado sólido discretos foram produzidos nos anos seguintes à era dos tubos de vácuo. Hoje, a maioria desses dispositivos discretos se tornou uma coisa do passado. Alguns deles são mais difíceis de encontrar do que os tubos de vácuo. E, diferentemente do tubo de vácuo, a aparência ou o número da peça não revela que tipo de dispositivo é.

2.1 Uma visão dos dispositivos de estado sólido (semicondutor)

Existem dois tipos de portadores de carga, elétrons e orifícios no semicondutor. Um buraco é simplesmente um elétron ausente. Se os elétrons estão dominando, eles se tornam os portadores majoritários e o semicondutor é chamado de tipo N. Quando os furos estão dominando, é um material do tipo P. Muitos dispositivos de estado sólido têm uma função de amplificação. Eles são chamados transistores. Os transistores são classificados em transistores bipolares e unipolares com base no princípio de operação. Para o transistor bipolar, os portadores minoritários são injetados na região base por uma junção PN com polarização direta. A transportadora minoritária na base controla a operação do dispositivo e ambas as transportadoras estão participando, portanto, operação bipolar. Para o transistor unipolar, a entrada é uma junção PN com polarização reversa e o campo elétrico nessa junção controla a condutividade do canal que conecta a entrada e a saída. Não há transportadoras minoritárias envolvidas. É um dispositivo portador majoritário e é comumente chamado transistor de efeito de campo, FET.

Como a entrada do dispositivo bipolar é uma junção PN com polarização direta, sua impedância é baixa. Por outro lado, a entrada da junção FET é uma junção PN com polarização reversa e sua impedância de entrada é muito alta. A única contribuição para diminuir a impedância é a corrente de fuga da junção e a capacitância da porta. Há também o FET do tipo sem junção, chamado FET de porta isolada ou IGFET. Na verdade, a entrada do IGFET é um capacitor. O portão está assentado em um material isolante. Se o portão é um metal e o material isolante é uma camada de óxido sobre um silício, é um capacitor MOS. Esse tipo de dispositivo unipolar é conhecido como MOS FET.

Diferentemente do tubo de vácuo, os transistores têm dois gêneros, tipo N e P, com base no material discutido acima. Para o transistor bipolar, eles são NPN e PNP. Para o FET, eles são o canal N e o canal P. O FET é ainda classificado por sua condição operacional (modo) como um modo de aprimoramento ou um modo de esgotamento. Se o transistor estiver normalmente desligado com tensão de porta zero, é um modo de aprimoramento (desligado) e, se estiver normalmente ligado com tensão de porta zero, é um modo de esgotamento (ligado).

O FET requer um canal condutor para passar a corrente da entrada (Fonte) para a saída (Dreno). Para o modo de aprimoramento, existem muito poucas cobranças no canal. Para fazê-lo conduzir, a tensão do portão é aumentada para induzir cargas no canal. A tensão do portão na qual o canal está prestes a começar a conduzir ou passar a corrente é a tensão limite de ativação.

Para o modo de esgotamento, já existem muitas cobranças no canal. Para desligar a corrente no transistor no modo de depleção, as cargas devem estar esgotadas. A tensão do portão que esgotará todas as cargas é chamada de tensão de desligamento. No entanto, diferentemente do modo de aprimoramento, no caso do modo de depleção, Idss (a corrente de dreno quando a tensão do portão é zero) é usado para caracterizar o FET. As cobranças iniciais no canal são incorporadas durante o processo de fabricação e não é fácil de controlar. Assim, a especificação do Idss é muito flexível. Muitas vezes, diferentes números de peça são atribuídos para cobrir a ampla gama de Idss.

2.2 Circuitos de Estados Sólidos

Um FET de canal N no modo de depleção funciona em princípio como um tubo de vácuo. Pode ser um MOS FET ou um FET de junção. Muitos FETs disponíveis para uma aplicação de amplificador não possuem alta tensão de drenagem. Ao unir-se a um transistor NPN bipolar de alta tensão, a tensão de dreno pode ser estendida. Outras especificações importantes a considerar são o ganho e o Idss. Eles devem corresponder aos circuitos do tubo. Devido à especificação solta do Idss, é necessária alguma forma de ajuste de polarização para duplicar a função do tubo.

Um tubo de pentodo pode ser considerado como uma combinação de triodo e tampão. Os circuitos mostrados abaixo são o ponto de partida. Uma combinação de um desses circuitos de entrada e um desses circuitos de saída substituirá a função do tubo.

Os transistores selecionados para este projeto são:

2N5484, junção no modo de depleção de canal N FET (Mouser Electronics p / n: 512-2N5484)
LND150N3, modo de depleção de canal N de alta tensão MOS FET (Mouser: 689-LND150N3)
2N5551, transistor NPN de alta tensão (Mouser: 610-2N5551 )
FQPF1N50, modo MOS FET de alta tensão do modo de aprimoramento de canal N (Mouser: 512-FQPF1N50)
Essas são as minhas seleções na Mouser Electronics. Existem muitas outras opções que você pode fazer. Quando um pino de fonte CC externa com aterramento CA está disponível, a tensão de base pode ser estabilizada por um diodo Zener, como mostrado no circuito de saída (B), e o terminal emissor pode fornecer uma tensão de drenagem estável para o estágio FET anterior.

3.0 CONSTRUÇÃO

3.1 Base do tubo - I

Uma fonte de base óbvia é o próprio tubo. No começo, eu estava muito hesitante em destruir tubos perfeitamente bons. A imagem mostra como destruí um tubo para obter a parte inferior. O envelope do tubo próximo ao fundo foi arranhado por uma pequena ferramenta de retificação (1). Isso ajudou um pouco a evitar a destruição total. Enrole o tubo com filme plástico de vinil e bata suavemente na parte superior do tubo com qualquer pequena ferramenta de metal. Segure a extremidade pontiaguda da ferramenta ao usar o tipo de ferramenta mostrado em (2). Verifique se os pinos internos estão disponíveis para conexão segura (não é fácil). Também pode ser feita uma conexão externa aos pinos.

3.2 Base do tubo - II

Outra maneira de fazer a base é usar um soquete de tubo. Todas as partes metálicas foram removidas do soquete. Os pinos do tamanho certo são inseridos da parte superior. Os pinos mostrados na imagem são de um conector D-sub (1). Somente um soquete de 1/4 de polegada de espessura (4) funcionou neste caso devido ao comprimento do corpo dos pinos. Quando os circuitos forem construídos na base, verifique se está funcionando e se os pinos estão encaixando corretamente no soquete do rádio. Em seguida, os pinos são colados com um adesivo epóxi (5).

Uma terceira possibilidade é tentar encontrar uma fonte de soquetes de base de tubo de 7 pinos. Foi-me dito que eles costumavam ser abundantes, mas são difíceis de encontrar agora.

3.3 Oscilador de Marcador Xtal de 100 kHz, 6DC6

A combinação LND150N3 e 2N5551 foi usada para 6DC6. Nenhum ajuste de polarização foi necessário para o FET de entrada.

O sinal de saída não é tão forte quanto a contraparte do tubo de vácuo, mas não vejo por que um sinal forte é necessário para um marcador. Pode ser que o projetista original não tenha encontrado nenhum capacitor menor que 1 pico farad.

3.4 TDF de ajuste principal, 6AU6 / 7543

O pino 6 do tubo da TDF é aterrado em CA. Este terminal é fixado em 14V com um diodo Zener de 14V. Qualquer voltagem de 8 a 20V funcionará. O uso do diodo Zener ajuda a estabilizar a frequência da TDF, especialmente para os rádios 75S anteriores que não possuem estabilização de tensão B +. Novamente, nenhum ajuste de polarização foi necessário para o 2N5484. Para obter a compensação correta de tensão e frequência de saída da TDF, consulte a seção Álbum de junho de 2002, no site www.collinsra.com

3,5 CW BFO, 6DC6

O 2N5484 é um oscilador básico. O transistor 2N5551 NPN é um buffer de amplificação e, ao mesmo tempo, aumenta a tensão de drenagem. Ambos os transistores precisaram de ajuste de polarização para uma operação adequada. Usei resistores variáveis ​​de 20 K ohm para os ajustes de polarização. Eu descobri que 10 K ohm na fonte 2N5484 e 4,7 K ohm no emissor 2N5551 deram o valor de saída correto. Você pode encontrar valores de resistores ligeiramente diferentes para o seu circuito devido à diferença de ganho do transistor. O nível de polarização deve ser definido para produzir 1,6v a 2,2v no cátodo detector do produto. O capacitor 20 farad pico entre o pino 6 e o ​​pino 7 deve compensar a diferença de frequência. Se este capacitor não for usado, a frequência do BFO ainda poderá ser ajustada conforme as instruções no manual de fábrica.

3.6 Detectores e amplificadores de tensão de áudio

Para o 6AT6, a substituição é um para um. O ganho do amplificador FET parece um pouco baixo comparado ao 6AT6. Pode ser facilmente compensado pelo controle de ganho de AF. Se você estiver usando alto-falante muito antigo, verifique se o alto-falante possui eficiência adequada. Hoje, muitos alto-falantes de alta eficiência estão disponíveis. Você não precisa de um alto-falante HIFI.

Os dois diodos são diodos Schottky. Um chip de dois diodos para montagem em superfície muito menor também é uma boa escolha. Eu usei 1N5819, mas qualquer diodo de sinal Schottky de silicone funcionará.

3.7 Amplificador de potência de áudio

O design original do amplificador de potência AF é mostrado na seção Álbum de fevereiro de 2002 do site www.collinsra.com. Algumas revisões são feitas aqui.

Valores de resistor muito mais altos são usados ​​para o divisor de tensão do pino 6 ao pino 2. Isso reduz a carga do dreno do amplificador de tensão. Um resistor de 390 ohms não contornado é adicionado no terminal de drenagem para uma pequena quantidade de feedback negativo para melhorar a linearidade do amplificador. Um MOSFET de potência nominal de um ampere, FQPF1N50, é usado para operar em uma densidade de corrente mais alta, o que melhora a linearidade e o ganho. Também são usados ​​dois resistores de 1W 10Kohm em vez de três resistores de 15Kohm no circuito de polarização da fonte. A potência máxima de saída é menor que a do 6BF5 original. No entanto, é bastante adequado para operação normal.

A imagem abaixo mostra alguns dos tubos de estado sólido acabados. (1) é o 6BF5 original e (2) e (3) são o amplificador de potência SS AF. Eles são do tamanho de um tubo 12AX7. As bases (2) e (3) são de origem japonesa e não estão disponíveis nos EUA. (4) é o amplificador de tensão de áudio construído na base II. (5) é o oscilador de tomada de força construído na base I. (6) é o oscilador de marcador de 100Khz construído também na base I.

A borda quebrada da base de vidro é embrulhada com um papel de peixe e colada com adesivo epóxi de 5 minutos.

4.8 Lâmpada de iluminação

Duas lâmpadas de iluminação são substituídas por diodos emissores de luz de alta intensidade. Usei LEDs verde e vermelho. As cores não são as melhores escolhas, mas eu as tive na minha caixa de lixo. Os números de peças ou seus fabricantes são desconhecidos. Ajustei a corrente para 15ma com R no diagrama. Esta é uma redução de energia de 90% das lâmpadas originais.

Usei LEDs verdes para o mostrador e vermelho para o S-meter. Os LEDs do mostrador verde estão apontando cerca de 30 graus para cobrir uma área mais ampla. Os LEDs do S-meter estão olhando em direções opostas devido à iluminação da borda. As imagens mostradas são meus protótipos. Não opere LEDs no circuito CA sem um retificador de alta tensão em série. Muitos LEDs têm características reversas muito ruins. Também use em par no fluxo de corrente oposto para torná-lo uma operação de onda completa equilibrada, como mostrado no diagrama abaixo.

O padrão de projeção da luz pode ser modificado alterando a forma do domo de plástico do LED. Desbaste da superfície brilhante, a luz pode ser dispersa. Essas lâmpadas LED são instaladas no 75S-3C, como mostra a figura abaixo.

As lâmpadas LED são instaladas no 75S-3C

5.0 AJUSTE DA TENSÃO DO AQUECEDOR

A redução na corrente do aquecedor como resultado do uso de tubos de estado sólido fez com que a tensão do aquecedor subisse para 6,9V. Essa condição reduzirá a vida útil dos tubos de vácuo no rádio. A redução da carga do transformador de potência também aumenta a saída de alta tensão. Mais tarde, o modelo 75S- possui diodo Zener regulado em 140V, alimentação B +. O resistor em série (R86, 1 Kohm) e o diodo Zener (CR6,1N3010A) dissiparão mais energia para manter a tensão de saída constante.

O gráfico abaixo foi plotado para ver como a tensão do aquecedor muda com a tensão da linha CA. Idealmente, quero manter a tensão do aquecedor um pouco abaixo de 6,3V. Na entrada de 110VCA, a tensão do aquecedor é de 6,2V com os tubos SS instalados. A tensão de alimentação B + regulada é estável entre as entradas de 120VCA e 110VCA e começa a cair em torno da entrada de 110VCA. Na entrada 100VAC, é 128V no meu Round Emblem 75S-3C. Isso significa que, abaixo de 110VCA, o diodo Zener não está regulando.

Eu usei um variac de 60 watts para a redução de tensão. Se o seu rádio tiver uma alimentação B + regulada de 140V, reduza a entrada CA para o rádio com a variação até que a tensão do aquecedor seja 6,2VCA ou o B + comece a sair da regulação - o que ocorrer primeiro. Para um 75S- sem regulação B +, ajuste a entrada CA para uma tensão de aquecimento de 6,2VAC. O ponto ideal do meu rádio estava em 110VAC com o tubo de estado sólido instalado, e a potência total consumida no rádio era de 40 watts. Com todo o tubo original instalado e com entrada nominal de 120VCA, o consumo de energia foi de 70 watts. Isso representa uma redução de 43% na energia consumida pelo rádio.

Uma alternativa ao variac é usar um resistor de potência externo (30 ohm / 5w no meu caso) em série com a linha de entrada CA. Quando um pequeno transformador de filamento de 12V secundário é conectado ao primário em série em fase, ele se torna um transformador automático para aumentar ou reduzir a tensão CA em 10%, dependendo da fiação de entrada / saída. Se a sua linha CA flutuar, a solução se tornará mais complicada.

Reduzir a tensão de entrada CA não é um tópico novo. Se eu encontrar uma maneira simples de reduzir e estabilizar a tensão CA de entrada, ela será postada aqui nesta seção do Álbum.