Amplificador lineal HF/50Mhz 1500 watios con triodo ruso BS31B

Este artículo muestra paso a paso la construccion de un amplificador lineal casero para HF/50MHz basado en el conocido triodo ruso BS31B.

Antes de comenzar la construcción y para todos aquellos que quieran seguir los pasos o simplemente construir su propio amplificador lineal es importante realizar previamente un importante proceso de analisis; se ha de saber muy bien lo que se quiere antes de comenzar el proyecto, de forma que una vez decidido podamos abordarlo paso a paso de forma eficiente.

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

La fuente de alimentacion del amplificador viene directamente determinada por el triodo/pentodo/válvula elegida para el amplificador, es por eso que ha de diseñarse y construirse en función de los parametros de funcionamiento que determine el datasheet del triodo, en este caso el GS31B.

Viendo dicho dataseet vemos que el triodo necesita en régimen de funcionamiento básico una existación de almenos 2Kv y 250mA, y como límite 3Kv y 800mA.

Con estos datos lo primero es encontrar un transformador que nos proporcione una tensión de salida en el secundario que sea capas de entregarnos una media razonable de dichos valores, afortunadamente existe en el mercado un electrodoméstico común con un transformador con unas características similares a las que necesitamos para contruir nuestro amplificador y de esta manera porder alimentar el triodo, este electrodomestico es el microondas.

Esta opción, aún no siendo la mas adecuada es la mejor si tenemos en cuenta la relacion calidad-precio del amplificador, existen en el mercado empresas que se dedican a la construccion y bobinados de transformadores especificos pero los precios son prohibitibos en la mayoria de los casos para particulares, por lo que la opciones del uso del transformador de un microondas es a mi entender muy interesante.

Por ejemplo, si alguien está interesado en comprar un transformador especifico para la GS31B/GS35B podeis adquirir uno en alguno de estos sitios:

• qro-shop.com
• crovisa.com
• harbachelectronics.com (Hablar con Jeff Weinberg W8CQ) 

Pero como comento, cualquiera de estos transformadores, normalmente toroidales con 2 secundarios, uno de aproximadamente 2Kvac para alimentar el ánodo del triodo y otro 12vac para el calentador costará no menos de 300€, así que .... tras realizar varias gestiones y comprobar que, como comento en muchos casos es practicamente imposible para un particular desembolsar 300€ únicamente en el transformador y siguiendo siempre la filosofía de intentar hacer un amplificador de buena calidad pero en la medida de lo posible reutilizando aquellos componentes y materiales que podamos tener a mano y que sean económicos y de calidad, personalmente he optado por desmontar un microondas averiado y utilizar dicho transformador.

OJO, SIEMPRE HEMOS DE TENER EN CUENTA QUE ESTAMOS TRATANDO CON ALTO VOLTAJE, LO QUE CONLLEVA PELIGRO DE MUERTE, NO INTENTES REALIZAR ESTE MONTAJE SI NO SE TIENES CONOCIMIENTOS SUFICIENTES O NUNCA HAS TRABAJADO CON ALTA TENSIÓN

Bien, para extraer el transformador de un microondas es necesario previamente estar COMPLETAMENTE SEGURO de que el condensador de filtro de 2100Vac al que está conectado está completamente descargado, para ello basta con cortocircuitarlo con un destornillador de electricista completamente aislado y comprobar que no salta arco, OJO; para realizar esta operación y otras que se detallarán mas adelante es imprecisdible contar con material para el manejo de alta tensión, el material mínimo es, como digo un destornillador para alto voltaje que aguante al menos 2000V en su aislante y unos guantes de electricista para aislar completamente el cuerpo en caso de arco o imprevisto.

Estos guantes y destornilladores son faciles de encontrar, en cualquier ferretería decente deberían de tener, no te recomiendo que los compres en los CHINOS ... por aquello de que seguramente no cumplan con la normativa vigente y cualquier coincidencia entre el etiquetado y lo que realmente soporten será meramente anecdótica.

Una vez extraido el transformador del microondas es necesario hacerle algunas modificaciones antes de poder utilizarlo para nuestro amplificador.

El transformador de un microondas posee dos secundarios, ya que para alimentar el magnetrón son necesarias dos tensiones, una de unos 2000VAC (400mA) que se aplican al ánodo del magnetrón y otra de unos 3.5VAC (3A) para el filamento - cátodo, este último secundario no lo necesitamos, por lo que hay que eliminarlo del transformador.


Es muy facil saber cual de los dos secundarios es el de 3.5VAC 3A, la relación que existen entre el diseño del núcleo y las vueltas/voltios en un transformador para microondas suele ser de 1.2 voltios por vuelta, por lo que veremos claramente que el secundario que hay que extraer es un cable mucho más grueso que el del secundario de 2000VAC (ya que tiene que soportar una intensidad de corriente de 3A) y que aproximádamente da dos o tres vueltas sobre el núcleo .... dicho secundario, no nos sirve, por lo que tenemos que quitarlo, ... simplemente coje un destornillador, unos alicates ... y ve tirando del cable por el extremo contrario o cortando hasta que puedas quitarlo. Como dato a tener en cuenta comentar que la relación primario/secundario en un transformador para microondas suele ser de 1:10 por lo que ... si teneis alguna duda del funcionamiento del transformador, podeis por ejemplo aplicar 10VAC en el primario y medir en la salida unos 100VAC, esta es una forma segura de probar que el transformador funciona.

y por supuesto OJO!!!, atento a no dañar el secundario de 2000VAC.

Una vez tenemos el transformador listo, hemos de diseñar el esquema de la fuente de alimentación, dicho esquema costa básicamente de etapa de de rectificado y etapa de filtrado.

En este punto aconsejo usar algún software de simulación de ciruitos, hay varios en el mercado y son fundamentales para poder realizar simulaciones previas del comportamiento de nuestro cirtuito antes de proceder a la construcción del mismo, los más habituales son:

• ORCAD/PSICE de cadence (El mejor de todos, pero.... muy caro)
• Kicad (Gratuito - GPL, pero no permite simulación)
• National Instruments Multisim (Versión para estudiantes gratuita y muy buena)
• Livewire - PCB wizard (Económico y funciona bien)

Etapa de rectificado

Para la rectificación es necesario usar el concepto de "puente de diodo", pero realizado a mano, pues no es facil encontrar en el mercado puentes de diodos que soporten tanto voltaje y sobre todo tanta tensión inversa por lo que lo más económico y práctico es usar varios diodos del tipo 1N508 en serie (6) de forma que el total de cada uno de los cuatro ramales del puente de diodos aguantaría hasta un total de 6000V, ya que como indica el datasheet cada uno soporta hasta 1000V

Etapa de filtrado

Para la etapa de filtrado he elegido 10 condensadores electrolítocos de 400VDC cada uno y 560uf (microfaradios), dichos condensadores son por norma general caros y dificiles de conseguir, por lo que os recomiendo visitar multitud de tiendas online que existen en eBay para hacer el pedido a un precio muy competitivo .... por ejemplo una de mis tiendas preferidas es "capacitor12", en eBay, donde compré los 10 condensadores por algo menos de 20€ (envio incluido). 

Es este punto vuelvo a recomendar en la medida de lo posible no adquirir condensadores en sitios que no sean de confianza y de relativa calidad .... no es lo mismo comprar un condensador electrolítico Epcos/Siemens/Panasonic/Philips .... que algunas marcas Chinas que se pueden ver por ahí a precios realmente impresionante.

Como detalle vereis que puenteo cada condensador electrolítico con una resistencia de al menos 2W y 470K, esta es una medida habitual de seguridad, de forma que cuando la fuente de alimentación sea desconectada de la corriente, las resistencias descargaran los condensadores en un tiempo relativamente corto, con lo cual, reduciremos el riesgo de descarga una vez desconectado el equipo en un 99%.

Un poco de teoría:

La tensión Vi (salida del secundario) es alterna y senoidal, esto quiere decir que a veces es positiva y otras negativa, por lo que en un osciloscopio veríamos esto: 

La tensión máxima a la que llega Vi se le llama tensión de pico y en la gráfica figura como Vmax. la tensión de pico no es lo mismo que la tensión eficaz pero estan relacionadas, por ejemplo, si compramos un transformador de 6 voltios son 6 voltios eficaces, estamos hablando de Vi, pero la tensión de pico Vmax vendrá dada por la ecuación:

Vmax = Vi *  (√2)

Vmax = 2000 * 1,4142 = 2828,4 VDC

Cuando hablábamos de los diodos decímos que son como interruptores que se abren y se cierran según la tensión de sus terminales, esto no es del todo correcto, cuando un diodo está cerrado tiene una caída de tensión de entre 0,7 voltios y 1 voltio, dependiendo de la corriente que este conduciendo esta caída puede ser mayor.

Esto quiere decir que por cada diodo que este conduciendo en un momento determinado se "pierde" un voltio aproximadamente.


En el rectificador en puente de nuestro esquema conducen siempre 12 diodos a la vez, se dice que conducen 6 a 6, por lo tanto la tensión de pico de la salida Vmax será 12 voltios inferior a la Vmax de entrada, por ejemplo: supón el mismo transformador de 2000 voltios y quieres saber la tensión de pico que te queda al ponerle un rectificador en puente, la tensión de salida de pico Vmax será la siguiente:

Vmax = 2000 * 1.4142 - 12 = 2816,4 V (aprox)