Por Mark Persons
Ya hablamos sobre lo que se encuentra dentro de un tubo electrónico y sus principios básicos de funcionamiento. (Leer →)
Fig. 1: Este es un tubo transmisor reconstruido a nuevo
Fotos de Mark Person
Ahora hablaremos sobre cómo funciona ese tubo en un transmisor de radio FM.
La clave para la amplificación en un tubo es la rejilla de control, el conjunto de finos cables entre el filamento y el plato. Usted alimenta la unidad de RF en esta rejilla, lo que produce que la emisión electrónica desde el cátodo varíe a la frecuencia y a la amplitud de la unidad de RF. Es este pequeño voltaje y energía lo que regula un gran flujo electrónico a una energía mucho más elevada. Hemos hablado sobre un tubo 3CX (tríodo).
Luego viene el cuarto elemento, lo que hace al tubo 4CX. Este elemento se llama rejilla de pantalla y es otra rejilla de alambre que va entre la rejilla de control y el plato. Su trabajo es tirar los electrones hacia el plato con un voltaje positivo. La mayoría de los electrones pasan de lago la rejilla de pantalla y van hacia el plato.
Algunos electrones son capturados por la rejilla de pantalla y se transforman en corriente de la pantalla. Es una consecuencia accidental de estar en el lugar correcto en el momento correcto.
Si usa un transmisor Harris u otro transmisor de FM similar, sepa que el control de energía es un control de voltaje de pantalla. Sin voltaje de pantalla, normalmente el transmisor produce alrededor del 20 por ciento de su energía normal. Puede aumentar el voltaje de pantalla para incrementar la energía. Es así de simple.
El diseño de cada transmisor es diferente. A veces la rejilla de control en estos diseños tiene 100 voltios o más de CC negativa para unir todos los parámetros para un mejor rendimiento y eficiencia.
Fig. 2: Aquí tenemos un tubo 4CX20,000D en un transmisor Harris de FM
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En los transmisores de FM Continental, el voltaje de la placa PA (amplificador de potencia), el voltaje de pantalla y la unidad de RF se ajustan simultáneamente con el aumento/disminución del control de energía. Este es un diseño elegante pero no compensa fácilmente las diferencias de tolerancia entre los tubos individuales, en especial a medida que se amortiguan. A los ingenieros con transmisores Continental Electronics les toca cambiar las tapas en el transformador de pantalla para acomodar un tubo nuevo o reconstruido con características ligeramente diferentes del tubo anterior. La idea es llevar los voltios al índice de corriente al que el fabricante del transmisor lo diseñó. Un voltaje de pantalla más alto significa corriente PA más alta. Aquellos transmisores también tienen un control de polarización de PA que ayuda con las diferencias entre tubos.
Usted sintoniza o “coincide” impedancias entre la unidad de RF y la rejilla de control del tubo para proporcionar una energía mínima reflejada a la unidad de RF. Lo mejor es no intentar transferir la energía máxima ya que provocaría una energía reflejada/VSWR más alta que la deseada en la fase del controlador. Ajuste la energía reflejada más baja para mantener óptima la fase del controlador. También hay sintonización del amplificador de potencia cuando lo ajusta para obtener la mejor eficiencia del tubo al hacer coincidir las impedancias. Observe todos los medidores, no sólo el de salida de potencia. Calibre la mínima corriente de PA mientras ajusta la salida de potencia máxima. Ajuste el voltaje de pantalla para mantener la corriente de PA, en la cual el fabricante del transmisor dice que debe estar para su nivel de energía.
Una vez que haya ajustado a la eficiencia óptima, use un termómetro para verificar que la temperatura de escape del tubo esté dentro de las especificaciones. Los medidores de salida de energía en los transmisores son relativos. Cada transmisor tiene un control que puede modificarse para que lea como usted desee.
Configúrelo para lecturas del 100 por ciento solamente cuando el transmisor funciona correctamente. Nunca use el medidor de salida de energía para determinar la potencia de funcionamiento. Puede tener potencia real más alta o más baja de la que se muestra en la licencia de la estación.
Fig. 3: Observe todos los medidores, no solo el de salida de potencia
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En Estados Unidos existe un procedimiento aprobado por la Comisión Fdederal de Comunicaciones (FCC), pero es poco usado, para utilizar el medidor de potencia del transmisor, aunque pocas estaciones poseen el equipo para hacerlo. Si lo desea, puede verificar la potencia del transmisor con un vatímetro calibrado marca Bird o Coaxial Dynamics.
Un inspector de la FCC revisará el voltaje de PA, la corriente de PA y la eficiencia del transmisor para determinar si la estación funciona con la energía permitida. En consecuencia, la estación aprobará o reprobará la inspección.
Encontrará la eficiencia de PA enumerada en la hoja de salida de fábrica para el transmisor o en un gráfico en el manual de instrucciones. Un ejemplo es 8.000 voltios x 3.4 amperios = 27.200 vatios x 79.1 por ciento de eficiencia de PA = 21,515 vatios de salida de potencia del transmisor. La licencia de la estación permite como mucho un 5 por ciento más o un 10 por ciento menos para permanecer dentro de los límites legales.
Usted tiene un transmisor de FM de 20 kW con un tubo 4CX15,000A. ¿Es un mal diseño?
No, la capacidad de disipación del tubo de 15.000 vatios es para la ineficiencia del amplificador de potencia. Para desarrollar 20.000 vatios, el transmisor debe alcanzar el 75 por ciento de eficiencia de PA. Esto significa que se necesitan 26,7 kW de potencia CC de alto voltaje para permitir que el transmisor alcance los 20.000 vatios de RF en la salida. El tubo debe liberar 6,7 kW de calor de la alimentación de alto voltaje más la pérdida de energía en la rejilla de control y la rejilla de pantalla. Añada a eso el filamento, que tiene 6,3 voltios a 160 amperios o 1.008 vatios.
Las especificaciones Eimac muestran que el tubo podría desarrollar 36,5 kW bajo las condiciones correctas. En mi opinión, es empujar demasiado la forma de la ecuación y no tiene en cuenta ningún error en la sintonía. Un transmisor y tubo tal vez tengan que sostener una antena helada en invierno. Por ese motivo, la coincidencia deficiente puede provocar un error grave en la sintonía de un transmisor, lo que causa que el tubo disipe más energía al intentar mantenerse al aire. La mayoría de los transmisores tiene circuitos de sobrecarga y protección para evitar este hecho.
Los tubos electrónicos se deterioran. Lo que se deteriora es el filamento. Debo haberlo dicho antes y lo repetiré.
La máxima vida útil de un tubo proviene del correcto manejo del filamento. Esto significa que el filamento debe funcionar al voltaje indicado en el manual del transmisor o en la hoja de especificaciones del tubo para 200 horas de funcionamiento. Luego hágalo descender tan lentamente como pueda antes que haya una reducción importante en la emisión, la que ve como potencia más baja del transmisor.
Puede duplicar o triplicar fácilmente la vida útil de un tubo al manejar correctamente el voltaje del filamento. Algunos transmisores tienen reguladores de voltaje del filamento para compensar las variaciones de voltaje de la línea de potencia. Esto es especialmente útil cuando el voltaje de la línea de potencia cae con frecuencia debido a fábricas o granjas cercanas cuando el uso de la electricidad aumenta y disminuye.
La emisión del tubo y la salida de potencia del transmisor disminuyen mientras el tubo se acerca al final de su vida útil. Para compensar, debe incrementar el voltaje del filamento. Es momento de reemplazar el tubo cuando supera el 5 por ciento del voltaje del filamento indicado. Se llama “final de la vida útil”.
Fig. 4: La cavidad del tubo con 4CX20,000C
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Si tiene problemas de sintonía en un transmisor, lo mejor es reducir el voltaje de PA o mantener el tubo dentro de las especificaciones para la disipación. Si mira el libro de especificaciones del tubo, verá las figuras para la disipación máxima de la rejilla de control y la rejilla de pantalla. A veces, he desconectado uno de los tres conectores del principal de un transformador de energía trifásica al sintonizar y solucionar problemas. ¡Haga todo esto con la energía desconectada! Normalmente el voltaje de PA desciende a la mitad. Esto coloca la salida a un cuarto de potencia. Realice la solución de problemas y la sintonización antes de reconectar ese tercer cable. Es una excelente forma de manerjar un problema sin incendiar un tubo.
Esto es para los transmisores con unidades de RF en estado sólido.
Solo porque el fabricante de transmisores FM recomienda que un tubo de PA en su transmisor necesita 350 vatios de unidad, no significa que 400 vatios sea mejor. Puede meterse en una situación donde la eficiencia de PA sufrirá con más unidad de RF.
Sintonice para coincidir con lo que muestran los datos de prueba del fabricante. Los números pueden ser un poco menores porque tiene un tubo diferente en el transmisor. Ajuste la unidad de RF mediante la modificación de la potencia del excitador FM. Descubrirá que la eficiencia del tubo es deficiente cuando el impulso es más bajo. Si el impulso se aumenta, subirá y luego descenderá de nuevo.
Encuentre el nivel óptimo donde la eficiencia de PA es la mejor. Lo sabrá cuando la corriente de PA sea baja y la salida de RF del transmisor sea la más alta.
Coloque etiquetas con la condición en la que se encuentran los tubos cuando ya no se utilizan.
Puede hacer referencia al número de serie en la parte inferior, el que suele ser difícil de leer.
Otra manera es marcar el tubo con una frase como “alcanza el 90 por ciento de potencia”. No marque la cerámica. Claro, la cerámica es un gran lugar para dejar una marca legible. La mina de lápiz es conductora y puede iniciar una descarga cuando se vuelva a usar el tubo. También es difícil para la empresa de reconstrucción del tubo quitar la mina de lápiz. Lo mejor es usar una lapicera para indicar el estado del ánodo del tubo.
Estará complacido de hacerlo cuando devuelva un transmisor roto en la mitad de la noche y no recuerde qué tubo está en buen estado y cuál no.
Mi recomendación: Tenga un tubo nuevo o uno reconstruido a mano por cada tubo que funciona en el sitio. Los tubos son artículos “degradables” y se deterioran o fallan completamente con el paso del tiempo. Es sólo cuestión de tiempo.
No puede predecir cuándo necesitará reemplazar un tubo. Un tubo se puede debilitar y disminuye la potencia del transmisor. Puede dejar de funcionar en segundos, poniéndolo en el apuro de tener que reemplazarlo con urgencia.
Conocer los hechos le ayudará a hacer correctamente su trabajo.
vía Radio World