Dentron Clipperton V 144MHz - Restoration & use

VHF slutsteg DENTRON CLIPPERTON V  för 144MHZ

2019-02-07: EN UPPDATERING: Har nu kört slutsteget med olika maskinella moder, FT-8, MSK/FSK441 och JT. Med FT-8 så är duty cycle låg med korta perioder och slutstget klarar full effekt utan att det blir för varmt med orginalkylningen.
Däremot med FSK/MSK och JT är det långa perioder så jag fick sätta dit en extra sugande fläkt över rörets utblås, och fick justera ner till 200W.

2018-07-06: EN UPPDATERING: Har kört slutsteget 2h i en 2m NAC test. Värmeutvecklingen är ju intressant att se hur den utvecklar sig. Med dryga 250W uteffekt till BIRD effektmätaren och 5minuters CQ på CW så blir frånluften mycket varmare, men inte galet varmt. Sen fläkten, den går ju hela tiden med samma varvtal och med slutsteget placerat direkt jämte transceiver, utan hörlurar så är ljudnivån hanterbar. För extra hörbarhet på de allra svagaste signalerna så använder man hörlurarna ändå.
I läge "operate" och med 100mA IaIdle så bygger röret ingen värme utan det kyls bort snabbt.
Tyvärr hade jag hög VSWR i Yagi, så det blir att göra om detta test efter åtgärd och då samtidigt mäta upp rörets yttertemp. med IR termometern.
Ett FET slutsteg hade inte gått att använda, med hög VSWR, utan att sänka uteffekten en hel del.

2018-02-12: mer saker att prova:
- prova class-C med -90V på bias : uteffekt =går från ~250W till 400W ?
- prova med 50mA Ia idle: uteffekt = går från 250W till ___ ?
Jag kör ju mest telegrafi på VHF så det kan ju vara intressant att öka förstärkningen i slutsteget från 50% klass AB till 75% klass C eftersom driveffekten kan vara densamma så borde uteffekten i teorin gå från 250W till 375W.
Men - egentligen är dessa prov bara till för att se om anodkretsen klarar av mer effekt, skillnaden 250->375 är inte avgörande.

Detta är ett gammalt rörslutsteg som idag är lite ovanligt att hitta begagnat

Orginalet hade från första början ett keramiskt rör med en 4CX250B tetrod och matades med 2.0 kV anodspänning.

Skaffade detta slutsteget oprovat och troligen i behov av nån form av underhåll innan det går att provköra
Slutsteget tycks ha legat inaktivt på hyllan i många år och en del okända modifieringar har redan gjorts
Innan upprustning påbörjades så lades lite tid på att hitta mer info om märket och typen

När man skruvar i rörslutsteg så överrider man säkerhetskontakterna - dvs. det finns 2200V DC och minst 500mA öppet tillgängligt.

Dentron Clipperton V slutstegen har en del kända och allvarliga problem redan från tillverkningen.

• Slutsteget är ostabilt och självsvängande, vilket beror på

• dålig isolation mellan ingång och utgång, något som förvärras av att det finns mycket reaktans i anodkretsen som består av en luftlindad spole och uttagslink. En stripline  hade varit mer effektiv och mindre reakansbenägen
•  Bygget från fabrik var mer av karaktären HF slutsteg än ett riktigt VHF slutstegsbygge, dvs. fel val/placering av komponenter

• Det kan finns rapporterade värmeproblem i vissa fall, kan beror på att fläkten ger lite lågt luftflöde samt att luftlindad anodspole blir varm vid höga effekter, så steget måste ställas in på arbetstemperatur för att få rätt tuning. Det är nu en 115V trumfläkt av mindre modell.
  Enligt äldre artiklar av EIMAC slutsteg med 4CX250B och 500W DC input ska en fläkt motsvarande Dayton 2C782 ge tillräcklig kylning, och den har ett <=50mm diameters hjul, 80mA/115V (9.2W) motor, 3300rpm och ger 6-12CFM beroende på vattenpelare.Det man ser direkt i jämförelse med Dentron orginalfläkt är att motorn är betydligt mindre än 2C782 men hjulen är nästan lika stora.
  Det finns ännu kraftigare varianter av samma dayton fläkt med motor på .21A/115V (24W).
  Har inte beslutat vad göra, kanske är det enklast att plocka ur orginalmotorn och sätta dit en kraftigare i samma fläkt hus - men först om det skulle visa sig att röret blir väldigt varmt!!!!

  Andra kända svagheter redan från tillverkaren är:

• Minimalt med DC mätare och mätpunkter
• Ingen inbyggd RF uteffektsmätare
• Ingen DC strömmätare för screen grid
• Ingen DC strömmätare för control grid

Det är en svagt att inte ha någon övervakning på dessa tetroders galler och bara anodström. Ska man köra 4CX250B på max effekt, linjärt och med mycket loading måste man hålla Ig1och Ig2 under kontroll. Anodströmsinstrumentet är ju av minst intresse eftersom katod och

anod är mycket mer tåliga (300mA) än gallren. Dåligt kontroll på gallerström ger både dåligt IMD och gallerhaverier/kort livslängd

• Inget inbyggt LågPassFilter (LPF) 
• Orginal kretsschema över nätdel och rf-del är inte kompletta eller uppdaterade

Mina hittills genomförda modifieringar för kylning och stabilitetsproblem är:

• Skorstenen som satt i hade lite större inre diameter än nödvändigt och luft kan blåsa förbi anodkylaren på utsidan -  så jag provade några andra skorstensmodeller ur junkboxen och hittade en SK-606-liknande skorste med lite mindre inre diameter (A). Tittar på på SK-606 datablad så verkar tillverknings toleransen mellan största och minsta innermåttet variera 1.65mm, dvs. 0.8mm på varje sida om anodkroppen - därav kan man prova olika skorstenssringar och ta den med minsta innerdiameter. Även anodkroppen har en tolerans som varierar mellan rör till rör.

• Bytt till BNC kontakt istf. RCA på RF ingångar
• Bytt till N kontakt istf. glappande BNC och tveksam SO-239 kontakt på utgångar
• Bytt till semirigid koax till drivsida, utgångssida och mellan koaxreläer, kastade rg-58an
• Bytt till en RG-214 koax fast i teflonutförande och med dubbla skärmar, kastade rg-8an
• Tagit bort cirkulatorn, den ska inte behövas med bra isolation genom IN och UT kontakterna
• Tagit bort den glappande SWR anpassningen (spole och vridkonding) på ingångskontakten
• Gjort om ingångskretsen på rörsockeln
• Bytt 230V säkringshållaren, den var tydligen utbytt tidigare men till en för stor modell och lödtungorna låg i princip i kontakt med transformatorn endast med en bit tejp emellan.
• Lagat och förstärkt anslutningar mellan andodkrets och vridkondensator med kopparstrip
• Bytt ut utgångslinken i anodkretsen, vid första försöken gav slutsteget som mest 200W så jag provade med en ny utgångslink med tjockare försilvrad tråd. Satt teflonrör över tråden på  båda spolarna  - för att minska risken för överslag eftersom det inte finns en högspännings
  seriekonding som kan hålla högspänningen borta vid ev. fel
  Det finns två alternativa anodkretslösningar, en stripline eller en grövre 2varvs anodspole (ihåligt rör) där man stoppar en isolerad innerledare i anodspolen - med dessa är 300W nåbart även på 2.0kV.
  Stripline får inte plats nu och kräver en helt ny anodlåda, däremot kan den ihåliga anodspolen få plats i den befintliga anodlådan.
• Ny anodanslutning, svarvade till en stabilare kropp i aluminium med skruvinfästning för anodkretsen och DC drossel. Orginalet var ett tunt oxiderat plåtband runt anoden, typ KV modell. Jag har aldrig sett någon använda en toppansluten anodkrets på 144MHz - de flesta är gjorda att sättas runt den större externa anodkylkroppen via fingerstock på anodstripline eller en bandklämma till en seriekondensator. Än så länge har jag inte sett några nackdelar med toppanslutningen förutom att man måste försöka att inte hindra luftflödet genom kylkroppen.

Nysvarvad anodkontakt med skruvat fäste och klämma på toppanoden

Gjorde anodanslutnigen koniskt på undersidan för att inte hindra luftflödet

Med modifieringar i bild

En låda skrot utplockat ur slutsteget, RCA kontakter på 144MHz    8-o

Modifieringar gjorda av tidigare ägare är:

• Elektrolyt högspänningskondingarna tycks vara bytta nångång tidigare, dom blir inte varma
• Tohtsu RF CX-600 koaxrelä istället för ett öppet icke-koaxrelä som har -48dB isolation mellan portarna. Behåller detta koaxrelä som är betydligt bättre än orginalets DC-relä som var mer användbart på kortvåg än på VHF. CX-600 klarar 1kW på 144MHz så lite överkill är det men mindre reläer för 300W är inte vanliga
• Cirkulator på ingången, dock inte gjord för 144MHz så den slängs ut helt
• CX-120 koaxrelä på ingången, klarar 200W på 144MHz, har -50dB isolation på portarna
• bytt rör och sockel till 4CX300A och SK710.det är stort sett samma rör 4CX250B och 4CX300A dock kan 4CX300A ge mer uteffekt och SK710 sockeln är troligen ett bättre val på högre frekvenser om ostabilitet är ett problem.

4CX RÖRET

4CX300 (!) röret som satt i vid köpet gav ingen uteffekt och ser ut att ha gått väldigt varmt
Fick tag på 2st NOS EIMAC 4CX300A. Ett NOS rör startades upp långsamt med glöd, sedan med anodspänning via ett 100k seriemotstånd - fick stå så i nån dag med kylningen på innan galler fick spänning och reducerad driveffekt lades på under en längre tid.

Defekt rör

4CX250B vs 4CX300A - varför har rör och sockel bytts ut?

EIMAC anger att 4CX300A är ett mer robust rör som tål mer mekaniska vibrationer och skillnaden är även att 4CX300A klarar högre anodspänning men behöver mer glödström.

Från databladen på respektive rör:

4CX250B Klass AB1 2.0kV    250mA 350V 300W (äldre datablad säger 250W)

sätts på 100mA viloström (bias) vid Vg1 -55Volt (operate)

300W uteffekt SSB

Rörsockeln SK606 med skorsten SK610 ska ha minst 3.8cfm / 0.3inch H20 pressure drop

4CX300A Klass AB1 2.5kV  250mA 350V 400W max 500MHz

sätts på 100mA viloström (bias) vid Vg1 -55Volt (operate)

Single tone: 380W SSB @ 2.5kV 250mA

Two-tone: 380W SSB @ 2.5kV 190mA

Vid 2.0kV och samma data blir uteffekten runt 300W, ingen stor skillnad mot 4CX250B.

Rörsockeln SK710 med skorsten SK-606 ska ha minst 5.0cfm / 0.4inch H20 pressure drop vid max Pd,

kylning ska ökas allt eftersom Ig1 ökar (enligt databladet, men det stöds inte i detta PA)

I praktiken kör många även 4CX250B över 2.0kV.

Dentron V 144 har 2.2kV på tomgång som sen sjunker vid belastning till 2.0kV

Så rörbytet tidigare ägare gjort gav inte mer uteffekt eftersom anodspänningen är oförändrat 2.0kV under last. Orsaken till rörbytet kanske beror på att den tidigare rörsockeln fått överslag i avkopplingskondensatorerna vid rörfel, eller helt enkelt varit ett försök att bota instabilitet. 4CX300A med sin speciella sockel kan ses som lite mer VHF anpassad?

Så vad kan man förvänta sig för uteffekt i detta PA med sina förutsättningar?

På CW anges 400W uteffekt, dvs klass C
På SSB anges 250W eller 300W som i klass AB

IM3 och IM5 är däremot inte så bra på dessa rör, dom är känsliga för bias inställningen och en del äldre mätningar visar att med 75mA IaIdle får man -24dB IM3 och -43dB IM5 vid 250W uteffekt.
Vid 100mA IaIdle får man ett par dB bättre IM3 -26dB vid samma uteffekt.
Mätt med 2kV och 350V samt bias motsvarande 75mA och 100mA.
Sen varierar IM mellan olika rör 2-3dB.
En gammal artikel nämner att om man använder feedback så kan man sänka IM -10dB.

Sen finns det där med hur gallren regleras, GW4FRX började visa hur man kan förbättra IM3 på 4X250B med runt 10db genom att gå från zener reglering (vilket Clipperton V har) till aktiv reglering (typ G3SEK tetrode kort). IM5 blir några dB bättre.

Det finns en variant med beteckningen 4CX300Y och den har kraftigare glöd (6.0V 3.4A) som tillåter att anoden drar ännu högre ström och har 30% högre transkonduktans.

Ett en artikel från 60-talet på ett 50MHz och 1st 4CX300A slutsteg så gällde följande data:

Class AB1

Va 2500V

Vscreen 350V

Vgrind -55V

Ia 100-250mA

Iscreen 4mA

Igrid -

Pin -

PlateInput 625W

Put 400W

Class C CW

Va 2500V

Vscreen 250V

Vgrind -90V

Ia 250mA

Iscreen 16mA

Igrid -25mA

Pin -2.8W

PlateInput 625W

Put 500W

Man använde neutraliseringskondenstor i detta 60-tals slutsteg, något som inte finns i Clipperton V, och frågan är om den behövs?

När man ändå tittar på rörbyte, hur blir det med att byta till ett 4CX350A ?

Enligt datablad:

4CX350A Klass AB1 2.2kV    290mA 400V 385W

sätts på 100mA viloström (bias) vid Vg1 -27Volt (operate)

Rörsockeln SK606/SK610kräver mer flöde vid den uteffekten
Så - oklart vad man får ut vid 2.0kV, gallerspänning är lite för låg 300V istf  400V.
Inget byte som går att göra utan ny nätdel
Man kan tro att 350A är bara en högeffektvariant på 250B men egentligen är 350A mycket lättdrivet (2x högre transkonduktans och även en högströms variant av 250B) att man kan kan ha ett förstärkarsteg mindre i en sändare och det är väl den stora nyttan med 350A. Baksidan är att 350A  galler inte klarar någon ström vilket gör röret olämpligt för klass C och B.

Finns exempel på 4CX250B slutsteg där man tar ut nästan 550W ur ett rör genom att ha uppemot 2.8kV på anoden, inte linjärt, inte bra IM data och en väldigt massa luft att trycka igenom röret.

Ett första resultat efter ombyggnation, uppstartsdrift, och nu med full uteffekt med 6-7W driv.

En uppmätning av DC spänningarna gav:
2.2kV anod, sjunker till 2.0kV vid uteffekt
+310V, sjunker till +285V vid uteffekt
-55V (vid tomgång satt till mA) vid TX och -120V i STB

Med det nya röret  och med modifieringar ger steget nu 270W CW med 6 - 7W driveffekt.
Mätinstrumentet visar 2000kV och 300mA, det är en verkningsgrad på 45% eller ett gain på dryga 16dB.
Dvs. långt ifrån de 400W som den gamla 60-tals artikeln angav, men som hade mer anodspänning, så dom sista 500V på anoden hade gjort en hel del.


Avstämningen är värmekänslig, man får stämma av i början och efter en stunds drift justerar man load och tune på varmt rör. Nästa gång man startar upp röret kallt är det bara att köra lite effekt så stiger uteffekten allt eftersom steget når arbetstemperatur

Från orginalmanualen kan man läsa vad tillverkaren anger för data

Bias ska vara 50mA enligt Dentron, jag har satt 100mA enligt EIMAC datablad.
Max 250mA på full effekt enligt EIMAC datablad.
`DC screen står 200V DC, hmm - ett tryckfel?

Med 4CX300A skulle man egentligen kunna ha en högre anodspänning (2500V) eftersom röret klarar det under 250MHz och därmed så skulle uteffekten öka en bra bit över 350 Watt - om nu en serieanodkrets i koppartråd orkar med det ijfm. stripline.
Finns ingen plats för en extra anodtransformator, slutsteget jobbar med sex olika spänningar: 115VAC (fläkt), 6.0VAC (glöd) +12VDC (reläer & logik), -130VDC, +320VDC, +2200VDC,

Fler prioriterade modifieringar att fundera på :

1. 300W LågPassFilter
2. Ig2 indikator

Hur stämmer man av ett tetrodslutsteg på "rätt sätt" -  oavsett slutstegs tillverkare?

1. stäm av för mest uteffekt, samtidigt som Ig2 är under kontroll (Finns ingen Ig2 mätare)
   Börja med liten driveffekt, vrid LOAD och TUNE växelvis för max uteffekt
2. Öka driveffekten, och vrid igen tills den avsedda effekten är nådd (finns ingen Watt mätare)
3. vrid på TUNE och hitta en strömpeak i Ig2 (Finns ingen Ig2 mätare)
4. avsluta med att vrida på TUNE tills max uteffekt finns.Notera vilken Ig2 som röret har i detta läge, samt var load och tune står. (Finns inga watt eller Ig2 mätare)
   Vill man öka loading på röret så sänker man Ig2 ytterligare för SSB trafik. (Finns inga mätare) Gamla datablad på röret anger att man ska använda "heavy loading" på SSB i klass AB
   

Summan är att det går inte stämma av Clipperton V korrekt.
Röret lär gå under okända förhållanden, endast anodströmmen och tomgångsströmmen går att bestämma, men anodstömmen är inte avgörande i stegen ovan!

I gamla amatörradiotidningar från rörtiden finns många artiklar med information om 4CX300A.
Man beskriver hur slutsteget inte får köras "lightly loaded", bara om man reducerar driveffekten.
En lite svengelsk sammanfattning blir ungefär så här:
Om "loading är för lätt" kommer röret gå med höga strömmar på screen och grid.
Om "loading är "heavy" kommer röret gå med låga strömmar på screen och grid.
Screen ström är en känslig indikator på att det är balans mellan drive och loading och lastar man mycket kommer screen strömmen att gå negativt.
Så enligt databladet så håller man screen och grid på det mA som specificerats.

En liten jämförelse med andra liknande äldre 144MHz rörslutsteg

• NAGAI NAC144XL, den har en liten unik vikt stripline, ett kompakt bygge som fanns i flera modeller: 2150 med en 4X150A, 2200 med en 4CX350F och 2070 med 829B (typ QQE06/40 - fast ändå inte).
  Jag har kört med 2150 modellen på VHF tester och via ryska satelliter på 80talet, ganska högt fläktljud, runt 100W ut och en del värme/de-tuning, man fick ratta ofta på load och tune.4X150 borde ha gett 150W men kanske var det röret trött redan på den tiden.

NAGAI

 

• Dressler D200 har en rak stripline och fanns i flera varianter med olika tetroder, 4X150A , 4CX250B eller 4CX250R, 4CX350F, sen fanns en 200C med ett 829B (typ QQE06/40) runt 100W.
  På bilden syns den senare modellen, det fanns en tidigare D200 modell med en enklare front.
  Minns att dom angav helt galna effektuttag med 4CX350A över 700W PEP ;). Även stripline fanns med olika konstruktioner.Värme/de-tuning vanligt problem i dessa också.

  

DRESSLER

SSPA

Idag kan man få tag i 300W SSPA på s.k pallets eller som nåt surplus projekt som går att trimma om

80 x 120 mm kretskort med 2x130W 28V LDMOS ger 250W ut i parallel via 90graders combiners

Ett komplett SSPA kräver nästa samma storlek som gamla Clipperton V om man inräknar de delar som tillkommer, dvs. nätdel (30V / 15A, kylfläns, fläktar, RF filter, 2x koaxreläer och koaxkablar.

SSPA kretskortet är inte stort alls, men med kringutrustningen blir det stort.
Clipperton V storlek är 152mm (höjd) x 380mm (bredd) x 431mm (djup)