Historie rádia III. – vstříc velkým výkonům

radiostarevelkeVstříc velikým výkonům… Je druhá polovina třicátých let, pionýrské doby rozhlasu jsou za námi, geometrickou řadou roste kvalita a obsah vysílání evropských stanic, a pochopitelně také výkony vysílačů…

Jak je z obrázku patrno, tak v dřevních dobách rádia bylo používáno koncových elektronek ve vysílačích do výkonu asi 1,5 kW. Také s bezpečnostními předpisy si nikdo hlavu nelámal. Obsluha schytávala pravidelně děsivě vysoké dávky VF záření a pokud byl někdo vysloveně neopatrný, nakoupil rovnou. Tedy patřičnou ránu od dost tvrdého zdroje VN, zde už šlo o život.

S rostoucí potřebou pokrytí signálem a také k omezení tzv. faddingu, bylo potřeba výkonů vyšších. To se zpočátku řešilo paralelním spojováním několika elektronek. To sice výkon zvýšilo, ale… bylo potřeba vyřešit například to, aby při případné poruše mohla být za vadnou okamžitě nasazena elektronka náhradní, tehdejší technici sice tento problém vyřešili, například samočinným zapínáním dalších lamp v bloku, toto bylo ovšem velice složité, elektronky musely být neustále v pohotovosti, tzn. musely být „předžhavovány“, dále následné zhoupnutí anodového napětí při přepnutí ohrožovalo stabilitu vysílače, mohlo vést až k vysazení zdroje, který musel být patřičně předimenzován, což při velkých žhavících proudech a technologii usměrňování, kdy se používaly převážně rtuťové usměrňovače, byl sám o sobě veliký problém. Navíc s paralelním řazením elektronek rostly ztráty a záhy bylo dosaženo konečné hranice. Jediná cesta byla tedy stavět silnější vysílací elektronky. Objevily se typy o výkonech 5, 10, 20, 100 a později až 150 kW.

Vysílací pracoviště v Německu v roce 1923. Trochu to připomíná, zvláště skalnímu radioamatérovi, jeho domácí „bastlířský" koutek. Ale opak je pravdou, jedná se o profesionální zařízení té doby. Zařízení na stole jsou pečlivě rozmístěna a natrvalo zafixována do jeho desky. Dole, na spodním patře stolu, vidíme VN transformátor s usměrňovačem, soudě podle vzhledu, selenovým. O tom, že se zde napětí pohybuje hodně nad tisícem voltů, svědčí jeho umístění na porcelánových izolačních podložkách. Na obvodu stolové desky najdeme pak regulátory žhavení a katodového předpětí, provedené jako válcové reostaty a sadu spínačů. Hlavními aktéry dění jsou však dvě elektronky; ta menší je evidentně budič a velká trioda vejčitého tvaru je vlastní vysílací elektronka. Od ní pak pokračuje signál přes laditelný RC článek opatřený měřením VF anténního proudu silným vodičem umístěným co nejdále od všech předmětů a zdi /nutné po správnou impedanci svodu/ven k anténě. Nahoře, částečně zakryté varovnou cedulí „Vorsicht Hochspannung!" /Pozor vysoké napětí/ je uzemněné jiskřiště s malými kulovými elektrodami, jako ochrana před atmosférickou elektřinou a přímým úderem blesku. Tmavá skříň s měřidlem zavěšená na zdi, je patřičně dimenzovaný zdroj stejnosměrného napětí pro katodu přímožhavené vysílací triody, o čemž vypovídá ostatně i síla vodičů, které z ní vycházejí. Velikost vysílací triody a zobrazená podpůrná zařízení odpovídají nominálnímu výkonu vysílače nejvíce tak 1 - 2 kW.
Vysílací pracoviště v Německu v roce 1923. Trochu to připomíná, zvláště skalnímu radioamatérovi, jeho domácí „bastlířský“ koutek. Ale opak je pravdou, jedná se o profesionální zařízení té doby. Zařízení na stole jsou pečlivě rozmístěna a natrvalo zafixována do jeho desky. Dole, na spodním patře stolu, vidíme VN transformátor s usměrňovačem, soudě podle vzhledu, selenovým. O tom, že se zde napětí pohybuje hodně nad tisícem voltů, svědčí jeho umístění na porcelánových izolačních podložkách. Na obvodu stolové desky najdeme pak regulátory žhavení a katodového předpětí, provedené jako válcové reostaty a sadu spínačů. Hlavními aktéry dění jsou však dvě elektronky; ta menší je evidentně budič a velká trioda vejčitého tvaru je vlastní vysílací elektronka. Od ní pak pokračuje signál přes laditelný RC článek opatřený měřením VF anténního proudu silným vodičem umístěným co nejdále od všech předmětů a zdi /nutné po správnou impedanci svodu/ven k anténě. Nahoře, částečně zakryté varovnou cedulí „Vorsicht Hochspannung!“ /Pozor vysoké napětí/ je uzemněné jiskřiště s malými kulovými elektrodami, jako ochrana před atmosférickou elektřinou a přímým úderem blesku. Tmavá skříň s měřidlem zavěšená na zdi, je patřičně dimenzovaný zdroj stejnosměrného napětí pro katodu přímožhavené vysílací triody, o čemž vypovídá ostatně i síla vodičů, které z ní vycházejí. Velikost vysílací triody a zobrazená podpůrná zařízení odpovídají nominálnímu výkonu vysílače nejvíce tak 1 – 2 kW.

Tady trochu odbočíme. Objevuje se další problém, a tím je teplo. První vysílací elektronky se od přijímacích lišily jen velikostí. Když technici firmy Philips došli k výkonu asi 10 kW, narazili na potíž, se kterou sice počítali, ale byla tu a bylo ji nutno řešit. První prototypy o výkonu nad 10 kW, tedy skleněné baňky těchto elektronek již nedokázaly teplo, vznikající převážně při žhavení katody, vyzářit a hrozila destrukce skleněné části lampy. Vzhledem k tomu, že tyto vysílací lampy již byly pořádnými masodonty mezi elektronkami a jejich baňky měly velký objem, a jak je známo, uvnitř elektronky je téměř vakuum, tedy okolní vzduch na baňku samotnou při jejích rozměrech naléhá váhou několika stovek kg, muselo se to řešit. Imploze vyžhavené a zatížené elektronky se může totiž rovnat explozi ručního granátu. Bylo nutno přistoupit v elektronice do té doby nevídanému fenoménu: vodnímu chlazení. Problém byl vyřešen a cesta k velkým výkonům otevřena, ale nic není zadarmo, jak za chvíli poznáte… Asi v roce 1936 přichází firma Telefunken s vysílací triodou RS 300 o výkonu neuvěřitelných 300 kW! Jak se inženýři od Telefunkenu vypořádali s těžkostmi okolo stavby tohoto giganta si hned povíme.

Schématické znázornění geneze velikosti a tvaru vysílací triody od prvních přímožhavených triod až po zmiňovanou RS 300
Schématické znázornění geneze velikosti a tvaru vysílací triody od prvních přímožhavených triod až po zmiňovanou RS 300

rs_250_02
Vysílací elektronka řady Telefunken RS, tentokráte se jedná o něco slabší typ RS 250. Nahoře je vlastní systém elektronky, dole je pak velká kovová sekce přívodu chladící vody. Jak vidíte, elektronka je téměř tak vysoká, jako dospělý člověk.

ČTĚTE TAKÉ:

HISTORIE RÁDIA I.

HISTORIE RÁDIA II.

Rotační navařování prstencové anody na baňku elektronky RS 300. Foto z archivu firmy Telefunken
Rotační navařování prstencové anody na baňku elektronky RS 300. Foto z archivu firmy Telefunken

Konstrukce této elektronky předběhla dobu o několik let. Firemní vývojáři použili řešení, kdy anoda se stala součástí baňky a tato baňka pak plní funkci izolátoru, kterým procházejí přívody ke katodě a mřížce. Anoda sama měla podobu dutého válce z mědi, uvnitř kterého byla soustředně upevněna žhavená katoda a řídící mřížka. První potíž nastala s upevněním anody uvnitř baňky. Ze začátku se to pokoušeli řešit tmelením, tudy však cesta nevedla. Spoj nedokázal udržet několik metrických centů tahu, vzniklého okolním atmosférickým tlakem. Inženýři přemýšleli a vymyslili v té době revoluční řešení: Na dutou anodu za tepla nalisovali prstenec z chromové oceli a tento opět navařili napevno na skleněnou baňku. Využili toho, že chromová ocel a sklo má téměř stejný koeficient roztažnosti. Zbývalo vyřešit ještě jedinou věc: Baňka sama, uvnitř které je elektricky žhavená katoda s teplotou okolo 950 stupňů celsia, byla stále namáhána velkým atmosférickým tlakem, který se snaží silou několika metrických centů tuto rozdrtit v podélném směru a vrazit přívody anodového napětí a žhavícího proudu dovnitř. Vyřešili to geniálně: V horní části je kovový prstenec, podepřený čtveřicí masivních izolátorů. V místě průchodek je proti prstenci silná ocelová pružina vyvíjející tah asi 70 kg, jež kompenzuje atmosférický tlak proti vakuu uvnitř elektronky. To také již proto, že i přívody katody jsou procházejícím proudem ohřáté na několik set stupňů a je nutno je též chladit. Vinutá pružina tedy zachycuje i pnutí a rozměrové změny baňky, které vznikají hlavně v prvních minutách chodu, až do doby, kdy se teplota systému ustálí. S novou výkonnou elektronkou byly vybaveny záhy mnohé vysílače. Jmenuji jen některé: Königswusterhausen /Vídeň, Rakousko/, Berlín, Hamburg, Mühlacker a také vysílač Říšského rozhlasu v Mnichově…

Tak, elektronka RS 300 je na světě a my si můžeme povědět ještě něco o technických parametrech. Ke žhavení se používal střídavý proud /bylo to poprvé u vysílacích elektronek, do té doby se žhavilo stejnosměrným proudem/. Žhavící napětí bylo 17 voltů, proud ovšem „trochu“ silnější – 1800 ampér! Anodové napětí bylo odpovídající výkonu: 12.000 voltů, anodový proud asi 20 ampér. Výška elektronky asi 1,7 metru, elektronka spotřebovala 150 litrů chladící vody v minutě, ta byla dodávána pod tlakem 2,5 atmosféry. Není potřeba dodávat, že této elektronce sloužila rozsáhlá podpůrná jistící zařízení, která musela celý systém, například při přerušení dodávky chladící vody okamžitě během vteřiny odstavit, dále při zapínání vysílače zajistit pomalý náběh žhavení, při 1800 ampérech žhavícího proudu hrozí to, že silný elektromagnetický ráz by mohl doslova na kusy rozlámat studené, tedy i křehké vlákno katody. Výraz vlákno je pravda, trochu nadnesený, jednalo se spirálu o síle zahradní hadice. Muselo se zajistit i blokování tzv. zpětného zápalu, krátce po zapnutí vysokého napětí, kdy může při studené, či málo vyžhavené katodě dojít k masivnímu výboji mezi touto a mřížkou, event. anodou, což by mělo za následek zničení elektronky.
Tyto elektronky už dávno nemohly být montovány na stolech, jako jejich předchůdkyně. Byly instalovány ve speciálních kobkách, jak to vídáme například u vysokonapěťových transformátorů. Tyto prostory byly důmyslně zajištěny před možností vstupu, pokud byla elektronka v chodu a pod napětím, kobka se nedala otevřít. A naopak, elektronku nešlo připojit k patřičným napětím a uvést do chodu, pokud nebyla kobka uzavřena a elektrický zámek zajištěn. Pochopitelně opatření byla adekvátní situaci. Použité napětí a proudy spolehlivě promění člověka v popel. Pochopitelně se pamatovalo na elektromagnetické stínění a možnost imploze elektronky. Uzávěr kobky tvořilo husté a uzeměné ocelové pletivo, schopné odolat nárazu kovových a skleněných dílů elektronky v případě imploze.
Ještě taková perlička na závěr: Co s teplem odvedeným ze systému vysílací elektronky, nebo elektronek, pokud jich bylo na vysílači víc? Geniálně to vyřešili v padesátých létech na vysílači v Liblicích. Vytápěli s ním v zimě budovu vysílače.

Jak vidíte, rádio není jednoduchá věc. A dnes? Na vysílačích vašeho rádia žádné obří elektronky a chladící agregáty nenajdete. Celé vysílací zařízení se zejména u malých privátních stanic vejde do malé stavební buňky. A taky to hraje. To víte, polovodiče. Zkrátka, čas oponou trhnul…

Příště by mělo být povídání o jednom hrdinovi rozhlasového éteru…

Autor článku:

Napsat komentář

Pro přidání komentáře musíte .