Kategorie: Radioamator i Krótkofalowiec
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Zusammenbau des einfachsten Niederfrequenz-Röhrenverstärkers (I)

Radioamator i Krótkofalowiec 1961/05. Autor: K. W.
(Eine Ecke für Anfänger-Funkamateure)

   Trotz des stetigen Fortschritts in der Herstellung und Anwendung von Halbleiterelementen wie Dioden und Transistoren ist die Elektronenröhre nach wie vor ein wesentlicher Bestandteil der meisten funktechnischen Geräte. Wie wir wissen, hat die vor rund fünfzig Jahren erfundene Elektronenröhre der Radiotechnik große Entwicklungsperspektiven eröffnet und zur Grundlage ihrer außergewöhnlichen Karriere gemacht. Die Kenntnis des Aufbaus und der Funktionsweise der Vakuumröhre ist der erste Schritt der "Einweihung" eines jeden Funktechnikers und daher auch für Anfänger-Funkamateure gültig. Unser Wissen über Elektronenröhren werden wir auf einfachste Weise aufbauen, d.h. indem wir einen Einröhren-Niederfrequenzverstärker von Hand zusammenbauen und testen. Dieser Verstärker kann als Detektorempfänger verwendet werden und ist - trotz seiner Einfachheit - sehr nützlich, wenn Sie beispielsweise eine Sendung mit einer größeren Anzahl von Kopfhörern (2 - 6 Paar) hören müssen.

   Das Prinzipschaltbild des Verstärkers ist in Fig. 1 in zwei Varianten dargestellt, die sich in der Zuführung des Signals vom Detektor zur Verstärkerschaltung unterscheiden. Im ersten Fall (Abb. 1a) wird ein niederfrequenter Koppeltransformator mit entsprechend gewähltem Übersetzungsverhältnis verwendet. Dieses System sollte verwendet werden, wenn das vom Detektorempfänger erhaltene Signal sehr schwach ist und wir die höchstmögliche Verstärkung erzielen möchten. Hier ist kein Lautstärkeregler (Gain) vorgesehen. Die Verwendung des Verstärkers in der in Fig. 1b gezeigten Schaltung ist jedoch ratsam, wenn der Empfänger Programme mit relativ hoher Lautstärke abspielt; Dieser Verstärker ist etwas einfacher im Design und ermöglicht gleichzeitig die Einstellung der Lautstärke. Wir müssen jedoch daran denken, dass die von diesem System bereitgestellte Verstärkung geringer ist als die maximale, die von derselben Elektronenröhre bereitgestellt wird, die über einen Transformator mit dem Detektor verbunden ist. Natürlich ist in beiden Fällen das akustische Signal vom Ausgang des Detektorempfängers mit derselben Elektrode verbunden, dem sogenannten "Steuergitter" der Vakuumröhre.


Abb. 1. Schematische Darstellung des Verstärkers
a - Kopplung mit Transformator, b - galvanische Kopplung

   Die Bedienung der Verstärkerschaltung mit einer Elektronenröhre ist sehr einfach und leicht verständlich für jeden, der die Beschreibung eines Niederfrequenzverstärkers mit einem Transistor (Radioamator Nr. 3/61) gelesen und die allgemeine Funktionsweise von diese Art von Schaltungen im Artikel beschrieben. Auch hier dient das schwache Signal des Detektorempfängers nur zur Steuerung der Verstärkerschaltung, während der Kopfhörer auf Kosten der Energie einer lokalen Stromquelle - einer Batterie oder eines Netzteils - arbeitet. Die Elektronenröhre ist wie der Transistor das Element, durch das der im Stromkreis der Energiequelle fließende Strom geregelt wird.

   Für ein richtiges Verständnis der Funktionsweise der elektronischen Schaltung ist es jedoch erforderlich, den Leser mit dem Aufbau der Röhre vertraut zu machen. Es ist keine schwierige Aufgabe, da die meisten von Ihnen wahrscheinlich bereits ein wenig darüber wissen. Wer der Versuchung widerstehen kann und nicht einmal eine beschädigte (abgenutzte) Vakuumröhre zerbricht, um mit eigenen Augen zu sehen, was drin ist. Eine Elektronenröhre besteht in einem der einfachsten Fälle aus einem Glühfaden (der sogenannten "Kathode"), einem "Kontrollgitter" und einer "Anode". Abb. 2 zeigt uns den Aufbau einer solchen Röhre, die im Volksmund als "Triode" bezeichnet wird.


Abb. 2. Aufbau einer Triode (alter Typ)

Die Phänomene im Inneren der Röhre sind keineswegs so kompliziert, dass sie nicht einfach erklärt werden können. In Abb. 3 sehen wir eine gewöhnliche Glühbirne mit einer zusätzlichen Elektrode in Form einer Metallplatte im Inneren der Glühbirne. Wir nennen diese Metallplatte die "Anode" der Röhre. Zwischen der Anode und dem Glühfaden der Vakuumröhre ist ein Messgerät in Reihe mit der Ba-Batterie (mit einer Spannung von mehreren Dutzend Volt) geschaltet, das den Wert des im Stromkreis fließenden Stroms anzeigt. Die Bż-Filamentzelle dient – wie der Name schon sagt – nur dazu, den Glühfaden der Röhre zu glühen. Beobachtet von dem berühmten Erfinder T.A. Edisons Phänomen ist sehr interessant: Er stellte fest, dass ein Strom im Anodenkreis fließt, wenn zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, nämlich wenn:

   Wenn mindestens eine der oben genannten Bedingungen nicht erfüllt ist, fließt der Anodenstrom - wie wir ihn jetzt nennen werden - nicht im Stromkreis. Dies ist in Abb. 3 dargestellt.


Abb. 3. Edisons Experiment mit einer modifizierten Glühbirne

   Edison konnte diese seltsamen Phänomene, die in der so modifizierten gewöhnlichen Glühbirne auftreten, nicht erklären. Außerdem war es bei dem damaligen Wissensstand nicht einfach. Heute wissen wir, dass der erhitzte Faden oder die "Kathode" der Elektronenröhre die Quelle der freien Elektronen ist, die den sogenannten Emissionsstrom der Röhre ausmachen. Dieser Strom fließt durch das Vakuum in der Röhre, wenn an ihrer Anode gegenüber der Kathode eine positive Spannung anliegt.

   Die eigentliche "Geburt" der Elektronenröhre erfolgte viel später, einige Jahre vor Ausbruch des Ersten Weltkriegs, als eine zusätzliche dritte Elektrode in eine modifizierte Edison-Glühbirne gesteckt wurde. Diese Elektrode wird Gitter genannt. Abb. 4 veranschaulicht die Funktionsweise des Gitters: Wenn wir eine ziemlich große negative Spannung darauf legen (Abb. 4a), hemmt es stark (abstoßend) die von der Kathode emittierten Elektronen, die eine negative Elementarladung darstellen, und den Anodenstrom durch die Elektronenröhre fließen ist sehr klein. Ist die negative Netzspannung klein, so ist ihre Bremswirkung viel schwächer, daher hat - wie in Abb. 4b zu sehen - der Anodenstrom der Elektronenröhre einen viel größeren Wert. Abb. 4c zeigt uns einen anderen Fall: An das Gitter der Röhre wird eine kleine positive Spannung angelegt. Jetzt stößt das Gitter die von der Kathode emittierten Elektronen nicht nur nicht ab, sondern hilft ihnen auch, zur positiven Anode zu gelangen; daher erreicht der durch die Röhre fließende Strom einen hohen Wert. Gleichzeitig bildet jedoch ein kleiner Teil der von der Kathode emittierten Elektronen, nämlich diejenigen Elektronen, die auf die spärlich beabstandeten Drähte des Steuergitters treffen, den sogenannten "Gitterstrom". Dies ist durchaus verständlich, denn in diesem Fall wird das Gitter, das ein kleines, aber positives Potenzial hat, in seinem Betrieb einer Anode ähnlich.


Abb. 4. Bedienung des Steuergitters

   Die obige Darstellung der in der Vakuumröhre ablaufenden Phänomene ermöglicht uns ein allgemeines Verständnis ihrer Funktionsweise in der Verstärkerschaltung (Abb. 5). Wie wir herausgefunden haben, führen Änderungen der Spannung am Steuergitter zu Änderungen der Stromstärke im Anodenkreis der Elektronenröhre. In dieser Situation fließt je nach Spannung an der Steuerelektrode ein ziemlich hoher Strom durch den Kopfhörer, was zu einer exakten Wiedergabe des Steuersignals im Kopfhörer führt.


Abb. 5. Verstärkerschaltung mit Triode

   Nachdem wir uns mit dem Aufbau der Elektronenröhre und der Funktionsweise der Verstärkerschaltung vertraut gemacht haben, können wir nun zu unserem Schema aus Abb. 1a zurückkehren und mit dem Bau des Verstärkers beginnen. Hier ist eine Liste der dafür benötigten Elemente:

  Die Leser werden wahrscheinlich die größten Schwierigkeiten haben, den richtigen "Eingangs"-Übertrager zu finden, da er derzeit nicht sehr beliebt ist. Es handelt sich um einen Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von mindestens 1:4. Aus alten deutschen Funkempfängern entfernte Transformatoren sind hier perfekt. Sie können es aber auch selbst nach folgenden Angaben machen:

   Sie können auch alle lagernden Lautsprecherübertrager verwenden (zB für Pionier Funkempfänger, Szarotka, Stolica, etc.). Diese müssen natürlich entsprechend angepasst werden. Da die Primärwicklung des Lautsprecherübertragers ca. 2000 ÷ 3000 Windungen beträgt, kann er als Sekundärwicklung für die neue Schaltung verwendet werden. Es bleibt nur, die unnötige niederohmige Wicklung (ca. 100 Windungen des Drahtes mit einem Durchmesser von ca. 0,5 0,8 mm) zu entfernen und stattdessen die Primärwicklung in Höhe von ca. 800 ÷ 1000 Windungen zu wickeln. Der Durchmesser des Drahtes kann dabei je nach verfügbarem Platz beliebig sein.

   Die Elektronenröhre 1S5T wird im Röhrensatz des beliebten polnischen Radios "Szarotka" verwendet. Abb. 6 zeigt ihr äußeres Erscheinungsbild und die Verbindungen der einzelnen Elektroden der Vakuumröhre mit den Leitungen nach außen.


Abb. 6. 1S5T Elektronenröhre
a - äußeres Erscheinungsbild, b - Terminal-Layout

Wie wir sehen, handelt es sich bei dieser Elektronenröhre um eine Multielektrode, da sie neben der bereits bekannten Kathode (Pin 1 und 7) dem Steuergitter (Pin 6) und der Anode (Pin 5) noch weitere Zusatzelektroden besitzt. Wir werden sie vorerst nicht im Detail behandeln, da wir in unserer Schaltung die 1S5T-Röhre als Triode verwenden werden. Dies wird dank seiner richtigen Einbindung in die Verstärkerschaltung möglich sein. Daher werden wir die Pins 4 und 5 miteinander verbinden und die beiden daran befestigten Elektroden als Anode verwenden. Es ist in Abb. 7 dargestellt, wo die 1S5T-Röhre in einer Triodenanordnung dargestellt ist. Die am dritten Schenkel der Vakuumröhre angebrachte Zusatzelektrode bleibt nirgendwo angeschlossen, da wir sie hier nicht brauchen.


Abb. 7. 1S5T Elektronenröhre umgebaut zur Triode

   Am besten beginnen Sie mit der Montage des Verstärkers von seinem Metallsockel, dem sogenannten "Chassis". Abb. 8 zeigt ein Beispiel einer solchen Basis; selbstverständlich sollte die Lage der Befestigungsschrauben des Eingangsübertragers oder eventuell auch die Abmessungen des gesamten Sockels an Ihren Übertrager angepasst werden. Hilfreich kann auch ein Foto eines Verstärkermodells sein, wobei man eher versuchen sollte, den Aufbau einfacher Geräte anhand eines Schaltplans schrittweise zu gestalten. Das gedankenlose Kopieren der beschriebenen Modelle ist nicht die beste Praxis, denn wir müssen bedenken, dass ein echter Funkamateur elektronische Systeme nur anhand eines Schaltplans und eventuell zusätzlicher und allgemeiner Richtlinien korrekt aufbauen kann.


Abb. 8. Ein Beispiel für die Metallbasis des Verstärkers
Die einzelnen Abmessungen sollten an die Abmessungen des verwendeten Transformators angepasst werden.

   Die Basis des Verstärkers besteht am besten aus 0,5 mm dickem Aluminiumblech, das am einfachsten zu bearbeiten ist, oder aus Eisen- oder Zinkblech.

   Im nächsten Schritt werden Trafo, Elektronenröhrenbuchse und Radiobuchsen angebracht. Bei einem Chassis aus Blech (evtl. auch aus anderen Materialien) sind die Funksteckdosen mit entsprechenden Isolierscheiben so zu sichern, dass sie keinen Bodenkontakt haben. Die Vorbereitung der Unterlegscheiben und deren Montage ist in Abb. 9 dargestellt.


Abb. 9. Herstellung einer Isolierscheibe und Einbau einer Funksteckdose

Bei Verwendung eines Chassis aus nicht leitfähigem Material werden die Buchsen direkt in entsprechend angepasste Bohrungen (Durchmesser ca. 6 mm) montiert. Die weitere Montage des Verstärkers umfasst das Herstellen der Verbindungen der einzelnen Elemente gemäß Schaltplan (Abb. 1a) und Montageplan (Abb. 10).


Abb. 10. Schaltplan der Verstärkerbaugruppe

Verbinden Sie die Anschlussdrähte (mit einem Durchmesser von 0,5 ÷ 1 mm in Isolierung) mit Ösen für die Überwurfmuttern und löten Sie sie an den entsprechenden Füßen der Röhrenfassung an. Die hier beschriebene Schaltung ist so einfach, dass sie keiner weiteren Erläuterung bedarf, da ihr Zusammenbau sicher niemandem Schwierigkeiten bereiten wird.

   Verbinden Sie nun die Stromquelle mit der fertigen (und getesteten) Verstärkerschaltung. Zuerst - wir schalten die Bż-Filament-Batterie ein, dh eine 1,5-Volt-Zelle (die sogenannte "Amerikanische"). Zu diesem Zweck sollte die Verbindung mit Drähten mit Steckern abgeschlossen werden - vorzugsweise farbig, um die Pole leicht unterscheiden zu können. Abb. 11 zeigt eine solche Batterie und zeigt ihre Plus- und Minuspole an.


Abb. 11. Polarität der 1,5-V-Filamentbatterie

Die richtige Polarität des Filament-Akkus ist in unserem System sehr wichtig, und dazu sollten auch einige Worte zur Erklärung gegeben werden. Bei normalen Verstärkerschaltungen liegt an den Steuergittern der einzelnen Röhren eine gewisse negative Spannung an. Der Wert dieser Spannung hängt von den Parametern des Systems ab. Damit soll ein möglichst verzerrungsarmer Betrieb der Vakuumröhre gewährleistet werden. Die meisten Leser werden sich sicher erinnern, dass wir bei den bisher bekannten Verstärkerschaltungen mit Transistoren (Radio Amator Nr. 3 und 4/61) analog bestimmte "Vorspannungen" für die Basen von Transistoren verwendet haben. Die Schaltung unseres Röhrenverstärkers wurde bewusst vereinfacht, enthält daher keine zusätzlichen Elemente, um diese sogenannte "Regelgitter-Polarität" zu erhalten. Dieses Gitter hat jedoch auch ein gewisses negatives Potenzial in Bezug auf das Filament, einfach weil es (über die Sekundärwicklung des Transformators) mit dem Minuspol der Filamentbatterie verbunden ist - die mittlere negative Gittervorspannung zum Filament beträgt in diesem Fall etwa 0 ,7V). Es sollte jedoch klar betont werden, dass dies eine ziemlich einzigartige Praxis ist, die in diesem speziellen Fall aufgrund der verwendeten niedrigen Anodenspannung und der beabsichtigten Verwendung des Verstärkers akzeptabel ist. Wie wir wissen, liefert der Detektorempfänger in der Regel sehr geringe akustische Spannungen, sodass Sie sich keine Sorgen über das sogenannte "Clipping" machen müssen. Eine solche Verzerrung entsteht, wie die meisten Leser bereits erahnen müssen, durch das Anlegen von zu hohen Spannungen von akustischen Frequenzen an das Gitter der Verstärkerröhre, die größer sind als ihre negative Vorspannung. Nach dieser möglichst langen, aber wirklich notwendigen Erklärung werden wir daran denken, dass die Filamentbatterie unbedingt entsprechend der in den Diagrammen und Zeichnungen angegebenen Polarität an das System angeschlossen werden muss. Es empfiehlt sich, die entsprechenden Stecker und Buchsen mit Farben oder Symbolen zu kennzeichnen.

   Nachdem Sie den Filament-Akku an die Röhrenfassung angeschlossen haben, setzen Sie die Elektronenröhre 1S5T ein (vorsichtig, um die empfindlichen Leitungen nicht zu verbiegen). Der Verstärker wird mit dem W-Schalter an das Stromnetz angeschlossen und die korrekte Montage durch Beobachten des Glühfadens der Röhre überprüft. Bei vollem Licht ist es schwer, etwas zu sehen, aber in einem dunklen Raum kann man leicht die Kathode hellorange leuchten sehen. Es ist in Form eines dünnen Fadens sichtbar, der sich entlang der vertikalen Achse des Rohres erstreckt.

   Der einfachste Weg, eine Ba-Anodenbatterie aufzubauen, besteht darin, 8 ÷ 12 4,5 V-Batterien (aus einer Taschenlampe) zu verwenden. Der Kauf großer Anodenbatterien ist nicht nur wegen der hohen Kosten, sondern vor allem wegen des sehr geringen Stromverbrauchs unseres Systems sinnlos. Die einzelnen Batterien sind in Reihe geschaltet, d.h. das Plus der einen Batterie - mit dem Minus der nächsten, wie in Abb. 12 dargestellt.


Abb. 12. Serielle Verbindung von leeren 4,5 V-Batterien

Es ist zu beachten, dass das lange Ende der Batterie der Minuspol und das kurze Ende der Pluspol ist. Wir werden diese Batterie auch mit Kabeln entsprechender Länge mit Bananensteckern abschließen. Die Anodenbatterie wird wie in den Diagrammen (Abb. 1a und 10) dargestellt an das System angeschlossen, d. h. der Minuspol an die Kathode und der Pluspol an die Anode der Elektronenröhre (über Kopfhörer). Ein umgekehrter Batterieanschluss beschädigt den Verstärker nicht, funktioniert dann aber nicht.

   Es bleibt übrig, den Kopfhörer an die entsprechenden Buchsen und den Detektorempfänger an den Eingang des Verstärkers anzuschließen.

   Das so zusammengebaute System ist in Abb. 13 dargestellt.


Abb. 13. System: Detektorempfänger - Verstärker
Der Anschluss sollte mit Kabeln erfolgen, die mit Bananensteckern abgeschlossen sind.

Das Ganze ist so einfach, dass unser Empfangsset sofort die zufriedenstellendsten Ergebnisse liefern sollte. Voraussetzung für den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems ist natürlich der ordnungsgemäße Betrieb des Detektorempfängers selbst, der zuvor mit Kopfhörern überprüft werden sollte. Gleichzeitig können wir durch den Vergleich der Sendestärke direkt vom Detektor und vom Ausgang des Verstärkers die Arbeitsqualität unseres ersten Entwurfs mit einer Elektronenröhre grob einschätzen.

   Wie bereits in der Einleitung erwähnt, können weitere Funkkopfhörer an das System angeschlossen werden. Dies geht am einfachsten wie in Abb. 14 gezeigt.


Abb. 14. Erstellen eines "Splitters" für eine kleine Anzahl von Kopfhörern:
a - äußeres Erscheinungsbild, b - Anschlussplan

Wie man sieht, wurde für den Bau des "Splitters" eine kleine Seifenkiste aus Plastik mit entsprechend vielen Funksteckdosen verwendet. Der Aufbau des Verstärkers mit Verstärkungsregelung (Abb. 1b) wird in der nächsten Ausgabe der Zeitschrift diskutiert.

Der Inhalt des Artikels für Elektronenröhren-Enthusiasten wurde von Grzegorz 'gsmok' Makarewicz bereitgestellt.