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Mittelwellen- Modulator- Leistungsmeßsender und  "Heimsenderlein" mit normaler Radio- Mischröhre

Besitzer sehr alter Radios möchten ihre Radios so vorführen können, wie sie einst betrieben wurden, natürlich mit dem Empfang von Sendern auf den AM- Bereichen Lang- Mittel- und Kurzwelle.
Nur- leider sind die deutschen Sender alle abgeschaltet, nur abends sind unzählige ausländische Sender empfangbar. Tagsüber empfängt man an vielen Orten... gar nichts.

Also muß ein eigener Sender her, der ein eigenes Musikprogramm oder das eines UKW- Rundfunksenders auf den Geräten im eigenen Hause empfangbar macht.

Ein "Heimsenderlein" mit Röhren liegt bei Röhrenradio- Liebhabern nahe, erst recht die Verwendung von Empfängerröhren.

Ich sehe das so vor:
Ich habe bereits eine Hausinstallations- Antennenanlage. Die Einkopplung soll über einen der Antenne nachgeschalteten Antennenverteiler mit Entkopplungsgliedern erfolgen.
Ggf. können aber Tests mit drahtloser Einkopplung im Grundstücksbereich durchgeführt werden, idealerweise mit dem Sender absolut vom Haus- Lichtnetz getrennt, mit so schwacher Sendeleistung, daß der Empfang eines Fernsenders simuliert wird, dies, um zu testen, welche Empfänger die Modulation schwächster Signale noch hörbar machen können.

Hier möchte ich ein "Heimsenderlein"- Projekt vorstellen, welches ich mit Röhren realisiere, die zwar "neue Altteile" sind, also nie benutzt, die jedoch schon lange bei mir herumlagen, es sind Röhren, die nur in wenigen Geräten vertreten sind, und die auch kaum jemand für Projekte verwendet, etwa die Typen für Batterie- oder Allstrom- Serienheizung. Hier speziell Mischröhren. Da Mischung und Modulation nahezu der gleiche Vorgang sind, bietet sich die Verwendung der Mischröhren an.

Versuche mit diesen Röhren scheiterten bei etlichen Elektronikfreunden, darum befasse ich mich damit, ob diese wirklich für diese Verwendung unbrauchbar sind.
Ich möchte Überlegungen anhand Elektronik- Grundlagen (Röhren- Kennlinien und -Eigenschaften), daraus resultierende Lösungsvorschläge und die Umsetzung zeigen.


Ein früher hier schon vorgestelltes Gerät war auf einem sehr alten und unstabilen Radiochassis aufgebaut, diesmal soll es ein professionelles Chassis werden, und ich möchte im Zuge des Aufbaus ggf. mehrere Schaltungslösungen möglichst variabel erproben können.

Bitte zu beachten:
Es geht nicht um den Bau eines "Piratensenders", um eine Art Privat- Rundfunk für fremde Mithörer zu machen.
Ich benötige auch nicht unbedingt einen Sender. Ich besitze mehrere professionelle Prüfgeneratoren und Leistungsmeßsender.


Es geht in diesem Projekt um die Möglichkeit der nützlichen (musealen) Verwendung ungenutzter Röhren und Bauelemente als "Programmversorger" für uralte, reine AM- Radios zum Vorführen, um zu zeigen, was die Geräte konnten, was sie mit besserem Sendersignal leisten können, und Durchführung von Empfindlichkeitstests und Messungen.

Probleme der Verwendung von Radio- Mischröhren als Modulatorröhren

In einigen Internetseiten und Foren werden Versuche berichtet, normale Radio- Mischröhren zu verwenden, und diese Versuche schienen nichtbesonders  erfolgreich zu sein- ein schlechter Klang sowie nur geringer Modulationsgrad wurde bemängelt

Dabei gibt es durchaus Schaltungen in alten Zeitschriften, die solche Röhren verwenden.
Die Schaltungen sahen i. d. R. einen recht niedrigen Modulationsgrad, meist der im Meßequipment übliche Wert von max. 30 % vorsahen, der anfangs auch in der Rundfunktechnik üblich war.
Später zog man -Angaben eines Funktechnikers dieser Zeit- in kommerziellen Rundfunksendern den Modulationsgrad auf max. 60- 70% hoch.
Üblicherweise verwendet man dafür meist die Anodenmodulation.

Eine Anwendung ´von Mischröhren zur Modulation ist mir -bis auf einige Werkstatt- Prüfgeneratoren- nicht bekannt.

Eine gute bis sehr gute Modulation nebst einem höhereren Modulationsgrad scheint nach Aussagen mehrerer Funktechnik- Freunde mit den üblichen Mischröhren nicht erreichbar zu sein, weil die meisten Empfängermischröhren... üblicherweise Regelröhren sind.

Das bedeutet für den Teil der Röhre, der normal als geregelter Mischer arbeitet, einen extrem lange, flachen Kennlinien- Anfang, mit einer sehr hohen negativen Spannung am Eingangsgitters der Mischröhre, dann ein steiler Anstieg.
Die gesamte Kennlinie ist für eine Modulation kaum brauchbar, die NF, die die HF moduliert, benötigt einen möglichst großen linearen Kennlinienteil.
Vor allem kann bei Verwendung eines Arbeitspunkts im einigermaßen linearen Teil der Kennlinie (Mitte des lin. Teils etwa bei Ug = -1,5V) kein Heruntersetzen des Anodenstroms auf Null erreicht werden.
Zudem ist die Regel- Kurve unter einem Anodenstrom von 1mA hin nicht mehr linear, diese Bereich würde hohe Verzerrungen erzeugen.
Selbst der "beste" Kennlinienteil ist eigentlich... noch recht krumm.

Also wäre nur ein niedriger Modulationsgrad möglich, bei Überschreiten wäre ein deutlicher Klirrfaktor zu erwarten.

Nun gibt es für einige Empfänger- Mischröhren schon seitens der Hersteller die Verwendungs- Angabe: "Mischer/ Modulator".
Abgesehen davon, daß die Grundlagen der beiden Verfahren die gleichen sind, ist anzunehmen, daß der Hersteller diese Verwendung auch vorgesehen hat, es also möglich ist, eine Modulation zu realisieren.

Mit hoher Wahrscheinlichkeit sind dabei andere Arbeitspunkte zu wählen, die Schaltung ebenfalls unterschiedlich sein, etwa Wegfall der automatischen Gitterspannungserzeugung und getrennte, extra erzeugte Gittervorspannungen.

Beispiel Oktode

Ich mache die ersten Versuche mit Oktoden, etliche Exemplare dieser Röhren liegen bei mir herum, diese Röhren wurden in den 30er Jahren verwendet, wegen ihrer Unstabilität im Kurzwellenbereich aber bald durch Trioden/ Hexoden und Trioden- Heptoden abgelöst..

Die weiteren Ausführungen gelten jedoch sinngemäß auch für die bekannten Röhren- Mischschaltungen mit Triode und Hexode/ Heptode, oder die Verbundröhren dieser Art.


Die Oktode hat "2 Röhrensysteme hintereinandergeschaltet", also einen virtuellen Triodenteil G1 und G2, die der Triodemn- Anode entspricht, und einen virtuellen Penthodenteil, G3 und G5, sowuie G4 als Steuergitter, sie erzeugt im Triodenteil selbst die Oszillatorschwingung, und mischt sie mit der am G4 eingespeisten Empfangsschwingung.

Dieses Gitter G4 ist speziell gewickelt, um eine Regelkennlinie zu erreichen.
G6 ist intern mit der Kathode verbunden, entspricht dem Penthoden- Bremsgitter.

Wie zu sehen, hat die Kennlinie des Regel- Steuergitters unten einen "Knick" und eine sehr lange Strecke bis zur völligen Sperrung. Für die Regelung ist diese Kennlinie erwünscht, die lange Strecke bewirkt eine Herunter- Regelung, aber erst bei extrem hohen Regelspannungen sehr starker Sender wird auf Null heruntergeregelt.



Im Betrieb als Mischröhre wird im Oszillator- Teil einer solchen Röhre dieser Arbeitspunkt verwendet, die Oszillatorschwingung hat durch die vom einigermaßen geraden Kenlinienabwschnitt in Richtung negativ verschobene Vorspannung einen ungünstigen Arbeitspunkt auf der Kennline, der nicht dem linearen A-Betrieb entspricht, sowie eine eine Amplitude etwa in Höhe der Gittervorspannung.
Das ist eigentlich der C- Betrieb, hierdurch entstehen Verzerrungen der Oszillatorschwingung.

Das ist bei der Mischung kein Problem, da das Mischprodukt weder die Eingangs- noch die Oszillatorfrequenz, sondern eine andere Frequenz ist, nämlich die Zwischenfrequenz, die vorher nicht vorhanden war, und die mittels Filtern ausgesiebt wird, was die Schwingungsform der ZF an den Bandfilter- Schwingkreisen zu einem Sinus formt ("Schwungrad- Kreis"- Wirkung)

Der Grund für diesen Arbeitsbereich ist die gewünschte "Ausbeute" an ZF, bestimmt durch die Mischsteilheit.

Kennlinien ALLER Steuergitter einer Oktode, Messung mit "RoeTest"

Um die Eignung einer Röhre zu beurteilen, sollte man sich erst einmal die Eckdaten und Kennlinien ansehen.
Leider werden den Herstellern nicht immer alle Kennlinien veröffentlicht, hauptsächlich jene, die für die gebräuchlichsten Anwendungen benötigt werden.

 Herr Helmut Weigl, der Erbauer des Röhrenprüfgeräts und Kennlinienschreibers "RoeTest" (Webseite www.roetest.de), hat mir mit Erstellung der nicht veröffentlichten Kennlinien geholfen, einen Überblick über die Möglichkeiten der Röhren zu bekommen.

Vielen Dank an Herrn H. Weigl !!!

:-)

Mit RoeTest aufgenommene Kennlinie des Eingangs- Steuergitters G4, Parameter ist die Spannung am Oszillator- Steuergitter G1. Spannungen an den anderen Gittern und Anode in den üblichen Bereichen


Mit RoeTest aufgenommene Kennlinie des Oszillator-- Steuergitters G1, Parameter ist die Spannung am Eingangs- Steuergitter G4. Spannungen an den anderen Gittern und Anode in den üblichen Bereichen

Wichtig: Die Darstellung ist linear, nicht logarithmisch, darum sind die Kurven unten extrem flach ! Das spielt aber vorerst keine so große Rolle.


Verifizierung der Meßergebnisse mit "Funke"- Röhrenprüfgerät

Herr Weigl beschrieb die Kennlinien der alten Mischröhren als oft voneinander abweichend, ich habe also mein Funke- RPG angeworfen, und mit Zuführung externer Steuerspannungen eine Oktode CK1 (entspricht bis auf die Heizsopannung exakt der AK2) die kennlinie schrittweise von Hand aufgenommen- der Einfachheit halber habe ich die Kurve in die RoeTest- Ergebnisse engefügt.



Blau ist die Vergleichskennline zur Hersteller Kennlinie, also mit den Spannunsvorgaben des Herstellers.
Tatsächlich paßt die aufgenommene Kennlinien in die Aufzeichnungen, eben mit Abweichung, aber gleichen Kurvenformen.



Mit Funke W19" aufgenommene Kennlinie des Eingangs- Steuergitters G4, Parameter ist die Spannung am Oszillator- Steuergitter G1. Spannungen an den anderen Gittern und Anode in den üblichen Bereichen


Mit "Funke W19" aufgenommene Kennlinie des Oszillator-- Steuergitters G1, Parameter ist die Spannung am Eingangs- Steuergitter G4. Spannungen an den anderen Gittern und Anode in den üblichen Bereichen

Was wird also benötigt ?

Benötigt wird eine Mischröhre, die BEIDE Bestandteile der Modulation, die Träger- HF, sowie die modulierende NF, an einem möglichst gradlinigen Kennlinienteil miteinander verquickt.
Die modulierende NF sollte in der negativen Schwingungshälfte den Anodenstrom auf Null bringen können, damit wäre -lineare Kennlinioe vorausgesetzt- ein Modulationsgrad von 100% möglich.

Können Radio- Mischröhren das leisten ?

Ich fand bei meinen Recherchen, daß einige normale Radio- Mischröhren in Sachen Anwendung "für Mischen und Modulation" ausgewiesen wurden, und ich fand heraus, daß es Betriebsbedingungen gibt, die darauf schließen lassen, daß Modulation in guter Qualität möglich ist.

Beispiel anhand einer Batterieröhre

Ausgerechnet eine Oktode in Direktheiz- Ausführung, gedacht für damalige Batterie- Radios, scheint mit bestimmten Betriebswerten für Modulation geeignet.
Für diese Röhre wurdenämlich vom Hersteller mehr Kennlinien geliefert, und in einer Darstellungsweise, die die Modulations- Eignung bestens erkennen läßt.

Die KK2 hat exakt den gleichen Aufbau, wie die indirekt geheizten Röhren, dürfte
nahezu gleiche Eigenschaften aufweisen, nur die Spannungen und Ströme sind niedriger.


Das ist die normale Regelkennlinie der Oktode KK2, die der Hersteller vorgibt.
Die Spannung an G3/5 ist schlecht zu erkennenn: 45V. Anode und G2 (virtuelle Trioden- Anode 90 bois 135V), G1 = ca. 6V.
Die lineare Darstellung läßt die schlechte Eignung für Modulation bei den gewählten Betriebswerten erkennen.


Logarithmische Darstellung mit anderen Werten.
Eingangssteuergitter G4 zu Anodenstrom, mit Anoden- und G2- Spannung von 135 V, Oszillatorgitter etwa -6V, Parameter ist die Spannung an G3/5.
Rechts, bei sehr niedriger Spannung (25V) an Gitter 3/5, ist eine gerade Kennlinie zu sehen, die Heruntersteuerung unterdrückt sogar vollständig den Anodenstrom !

Achtung: Die absolut gerade Linie wird durch die logarithmische Darstellung erzeugt, die Linie dürfte in linearer Darstellung eine leichte Krümmung aufweisen.

Hier die betreffende Kurve vergrößert.
Bei Steuerung mittels der NF, mit einer Gittervorspannung von 4 V, sowie einer NF- Amplitude von 4V, müßte eine gute Modulation, mit einem Modulationsgrad von 100% möglich sein !

Der Anodenstrom beträgt dabei um 100 Mikroampére.

Geeignet erscheinen auch die Kurven links der rot gekennzeichneten Linie, die in linearer Darstellung viel gerader sein müßten.

Das wird zu testen sein, ich werde dies per Hand mit dem "Funke"- Röhrenprüfer überprüfen.

Ich gehe davon aus, daß sich im niedrigen Anodenstrom- Bereich ein Arbeitspunkt findet, mit dem eine gute bis sehr gute Modulation möglich ist.

Bei den gezeigten Kurven werden noch die normalen Verhältnisse an der virtuellen Triode vorausgesetzt, wenn man die Triode so betreibt, daß auch diese möglichst verzerrungsarm arbeitet, dürften die Anodenstrom- Werte noch niedriger nzu erwarten sein.

Mit dem geringen Anodenstrom benötigt die Modulatorröhre eine Nachverstärkung.
Das sollte aber kein Problem sein, zugunsten der zu erwartenden Qualität ist dies eine geeignete Maßnahme.

Die Arbeitspunkte neu bestimmt.

Hier also die Arbeitspunkte neu bestimmt, da ich noch keine Eingangsteil- Kennlinie der AK2 habe, nehme ich mal die der KK2, sowie die Oszillatorteil- Kennlinie der AK2.
(Beide Kurven berücksichtigen noch nicht die jeweiligen Arbeitspunkte des anderen Gitters)

NF- Modulator- Teil: Arbeitpunkt: Ug4 = -4V, NF- Amplitude = 4V

Die Kennlinien- Darstellung richtig wählen

Hier wird der Darstellungsunterschied deutlich.


Logarithmische Darstellung- bei den gewählten Spannungen wird die Kennlinie bauchig dargestellt, obwohl der bauchige Bereich bis etwa 50 µA eigentlich gerade sein könnte.

Lineare Darstellung- hier wird der interessante Kennlinienanfang gerade dargestellt, aber extrem flach.
Immerhin bis etwa 100µA, wie bei der KK2.
Aufgrund der höheren Spannungen dürfte die Spannung für den Arbeitpunkt etwa bei -16V liegen, für die Modulation bis 100% also ebenfalls eine NF- Amplitude von 16V nötig sein.


Oszillator- Teil Arbeitpunkt: Ug4 = -3V, HF- Amplitude HF = 2 V
Hier sind die Kurven linear dargestellt, der interessierende Teil des Arbeitspunkts wird deutlich.

Mit diesen Arbeitspunkten sollte eine gute Modulation möglich sein, sowohl mit der AK2 = CK1, als auch mit der KK2, lediglich die Elektroden- Gleichspannungen sind bei der KK2 niedriger.

Ich werde versuchen, nur die Kennlinienbereiche, die für die Modulations- Anwendung interessant sind, noch einmal per Hand aufzunehmen, und eine Auflösung bis etwa Ia = 100µA zu verwenden.

Zweite Messung mit Roetest nach Vorgaben
Hier hat Hr. Weigl auf meine Bitte noch eine zweite Messung gemacht, dazu eine provisorische Spannungsversorgung gebaut, weil das RoeTest nur 2 Anoden/ Gitterspannungen bereitstellen kann. Auch hier möchte ich mich für seine Mitarbeit herzlich bedanken !

Hier ist der interessante Bereich um 1 mA Anodenstrom dargestellt.


Messung  "Trioden- Anodenstrom" Ig2 = f(Ug4) und
"Penthoden- Schirmgitterstrom" Ig3/5, = f(Ug4)
bei:
Ua 250V, Ug2 b("Trioden- Anode") = 90 V, G3/4 = 70V, Ug1 fest -5V, Ug4 in Schritten.


Messung Anodenstrom Ia = f(Ug4) Schirmgitterstrom Ig3/5 = f(Ug4)
bei:
Ua 250V, Ug2 b("Trioden- Anode") = 90 V, G3/4 = 70V, Ug1 fest -5V, Ug4 in Schritten.
Ia hat eine Kurve ähnlich einer Penthode.

Die Gitter- Belegung richtig wählen

Hier ist eine der wichtigsten Lösungsmöglichkeiten:
Misch- Regelröhren haben ein Regel- Gitter für den Empfangsteil (HF), und ein nicht geregeltes Gitter für den Oszillator.
Niemand hält einen Anwender davon ab, für eine andere Anwendung die Funktion der Steuergitter zu tauschen.

Damit könnte das Oszillatorgitter die NF- Modulationsspannung einbringen, und da es nicht die lange Kennlinie zur negativen Seite besitzt, ist es eher möglich, die Röhre bei voller Ausmodulation sehr weit herunterzusteuern. Das andere Steuergitter bekommt eine Vorspannung, die den Arbeitspunkt in die Mitte der Kennlinie bringt, sowie die Träger- HF mit einer Amplitude unterhalb dieser Gittervorspannung.

Trioden- Gittermodulation, additive Mischung, beide Frequenzen auf  an 1 Steuergitter
Im Buch "Hochfrequenztechnik" von Vilbig findet sich auch eine Lösung.
HF und Modulations- NF gehen auf ein Steuergitter.
Der Arbeitspunkt und die Pegel sind derart, daß die HF im C- Betrieb verstärkt wird, die negative Halbwelle wäre im unteren Kennlinienteil, die positive Halbwelle auf dem linearen Kennlinien- Weg. Die Modulation liegt darüber, der Arbeitspunkt für die Modulations- NF genau in der Mitte des linearen Teils, so daß die NF unverzerrt verstärkt wird.
Die HF wird allerdings verzerrt.
Dies bedingt dann zwingend einen oder mehrere Schwingkreise am Röhren- Ausgang, so daß dann doie gewünschte sinusförmige Trägerwelle mit sinusförmiger Modulations- Hüllkurve entsteht.

Dies könnte so auch mit der Steuerung an 2 Steuergittern funktionieren.
Damit ist aber eine Entnahme sauberer, modulierter HF an der Anode ohne Resonanzkreis(e) nicht möglich.

Diese Lösung ist für die Gittermödulation von Treiber- und Endröhren gedacht.

Darstellung aus "Modulationsarten und Modulatorschaltungen" des bekannten Funkamateurs Harry Brauer, DM2APM


Mehrgitterröhren- Gittermodulation, multiplikative Mischung, beteiligte Frequenzen auf  2 Steuergitter
Hierzu fand ich diese Darstellung.



Die Kennlinie eines Gitters wird durch die verschiedenen Spannungen des anderen Gitters bei gemeinsamen Anfangspunkt geschwenkt, bzw. "gekippt".

Bei Vorhandensein zweier Wechselspannungen verschiedener Frequenzen sieht das dann  so aus. (Hier ist die Mischung/ Modulation am Doppelgate- Feldeffekt- Transistor dargestellt, es glt für die Röhre genauso).
In der positiven Halbwelle ist die Ausgangsamplitude groß, in der negativen Halbwelle klein, ganz Null wäre möglich, wenn die Kennlinie bis Ia = 0 absolut linear wäre, das ist sie leider nicht, die Ausgangs- Wechselspannung erreicht den Wert Ia = 0  nicht, da mit der negativen Halbwelle die Röhre nicht vollkommen gesperrt wird, es bleibt ein Rest der HF- Wechselspannnung.
Damit wird der Modulationsgrad 100% nicht erreicht.

Ein Modulationsgrad um 80% ist aber erreichbar, und damit kann man schon etwas anfangen, AM- Rundfunksender wurden m. W. etwa 60- 70% ausgesteuert.

Oktodenmodulation, Darstellung der Modulation mit jeweils anderem Steuergitter

Resultierend aus den Grundlagen habe ich eine graphische Darstellung der Modulation
an der CK1 (= AK2) erstellt.
Ich habe Ia/ UG- Messungen 
in ein Diagramm eingetragen, sowie eine günstige Gittervorspannung und die überlagernden Wechselspannungs- Amplituden festgelegt.

Dann habe ich mit aus den Kennlinien gewonnenen Vorgaben und jeweils dem anderem Gitter als Parameter die zu erwartende Amplitude der Ausgangsspannungen dazugezeichnet.

Ich bitte um Verständnis für die Darstellung per Handzeichnung.
Die Spannungs- und Stromwerte stimmen, und anhand der Kennlinien kann man den entsprechenden Kennlinienteil und seine zu erwartenden Werte beim Ausgangsstrom gut sehen.


Darstellung der Kennlinie Ia = f(Ug1), Ug4 als Parameter "kippt die Kennline des G1.
Ich habe die Kennlinienkippung bei 8,5 V, 7,0 V und 5,2 v dargestellt, 7V erwies sich als günstigster Mittelwert, ist also die einzustellende negative Gittervorspannung für G1 und G2.
Die Modulations- und HF- Amplitude habe ich mit max. 2V festgelegt, damit kommen beide Wechselspannungen nicht in den Bereich des "Kennlinienknicks".



Darstellung der Kennlinie Ia = f(Ug4), Ug1 als Parameter "kippt die Kennline des G4.
Ich habe die Kennlinienkippung ebenfalls bei 8,5 V, 7,0 V und 5,2 v dargestellt, 7V erwies sich auchhier als günstigster Mittelwert, ist also die einzustellende negative Gittervorspannung für G1 und G2.
Die Modulations- und HF- Amplitude habe ich mit max. 2V festgelegt, damit kommen beide Wechselspannungen nicht in den Bereich des "Kennlinienknicks".

Messungen auf "Funke"- Röhrenprüfer mit zusätzlich eingespeister Wechselspannung

Auf den "Funke"- Geräten konnte ich mit externen Gitterspannungsquellen recht gut einzelne Kennlinien aufnehmen.
Es geht noch mehr- es ist dann auch möglich, diesen Gleichspannungen noch Wechselspannungen zu überlagern, und an der Anode Wechselspannunegn für eine oszillographische Darstellung abzunehmen- hier ist zumindest ein Kopfhörer- Transformator (zum Höre3n von Klingen, Kratzen und anderen Röhrenstörungen) als einfacher Arbeitswiderstand vorhanden.
Die Gittervorspannungen müssen dem Steuergitter mit einem hochohmigen Widerstand (z. B. 500 KOhm) zugeführt werden, die Wechselspannungen werden Gitter über einen Kondensator zugeführt.

So kann z. B. die Verstärkung einer Wechselspannung und die Form der Ein- und Ausgangs- Wechselspannungen dargestellt werden, zumindest für niedrige Tonfrequenzen kann das gelegentlich nützlich sein.

Diese Messungen kann man durchaus als Erweiterung der Möglichkeiten eines Röhrenprüfgerätes sehen, wenngleich die Möglichkeiten durch die Schaltung des Röhrenprüfgeräts begrenzt sind.

In diesem Falle möchte ich prüfen und darstellen, daß sowohl Trägerfrequenz- als auch Modulations- Niederfrequenzspannung unter entspr. Einstellungen des Arbeitspunkts linear in den Anodenstrom eingehen, also nicht verzerrt werden.



Meßaufbau mit Funke W19, Gitter 1 und 4 je -7 V Gittervorspannung, NF auf Gitter 1 (Oszillatorgitter).
Die externen Gittervorspannungen kommen von einem Phywe- Netzteil für Schul- Experimente mit Transistoren, Spannungen 0-10 V und 0-15 V.
Die Wechselspannungen 1 KHz und 100 KHz kommen aus einem Transistor- Generator (Eigenbau) und dem Meßsender SMLR (Rohde & Schwarz), Pegel je 2 V.


NF auf Gitter 1 (Oszillatorgitter).
Obere Kurve 1 KHz Generator- Ausgangsspannung, untere Kurve Spannung an der Anode


NF auf Gitter 4 (Eingangsrgitter)
Obere Kurve 1 KHz Generator- Ausgangsspannung, untere Kurve Spannung an der Anode


HF (100 KHz) auf Gitter 1 (Oszillatorgitter).
Obere Kurve 100 KHz Generator- Ausgangsspannung, untere Kurve Spannung an der Anode.
Hier ist die Ausgangsspannung klein- ich nehme an, die Auskopplung am Kopfhörer- Trafo ist für HF- Auskopplung nicht besonders gut geeignet, eine HF- Drossel oder ein Widerstand wären ja eigentlich das Mttel der Wahl.

An den Oszillogrammen kann man die recht gut lineare Verstärkung von Wechselspannungen bei den aus den Kennlinien ermittelten Gittervorspannungen und Wechselspannungspegeln erkennen.


Zum Schluß: HF an G1, NF an G4. Amplitude HF 2V, NF etwa 3V, Arbeitspunkt G1 mit 4,2 V, alle etwas neben den Werten vorher, um eine bessere Anzeige zu erreichen.


Und das kann man dann an der Anode abnehmen- die Schwingungen sind überlagert, genau wie in den Zeichnungen weiter vorher beschrieben.
(rechts eine Störschwingung von der Spannungsstabilisierung des "Funke")

Bei der gleichzeitigen Einspeisung zweier Frequenzen zeigz sich nun eine starke Abhängigkeit von den Arbeitspunkteinstellungen.
Dies kann aber aus dem offenen Meßaufbau aus Netzteilen, Generatoren und Röhrenprüfgerät resultieren, es gibt ja kein gut funktionierendes Gerät in der Art, so wie es bis zu meinem Projekt auch kein einziges existierendes Gerät mit Spitzentransistoren gab- trotz ältester Technik ist auch dieses Projekt Neuland.
Ich denke, ein fachgerechter, sauberer Aufbau bringt bessere Ergebnisse.

Damit sind die theoretischen Betrachtungen und meßtechnischen Vorarbeiten abgeschlossen.

Voraussage für die Oktodenmodulation

Anhand der aus den Meßwerten erstellten Kurven und Ausgangsspannungen kann man sehen:
Die Modulation ist jeweils beiden Gittern möglich, also Oszillatorgitter G1 als HF (Oszillator-) Gitter, G4 für die Modulations- NF, und auch G1 als NF- Modulationsgitter, und Einspeisung der HF an Gitter 4.
Beide Gitterspannungen "kippen" jeweils die Kennlinie des anderen Gitters.

In beiden Kennlinien finden sich einigermaßen lineare Kurvenabschnitte, die für Modulation geeignet erscheinen.
Auch wenn die Kurven doch eben Kurven und keine Geraden sind... auch die Kurven von z. B. Trioden und Penthoden sind nicht absolut linear.

Die Modulation mit der HF am Oszillatorgitter, so wie die Röhre üblicherweise verwendet wird, wird aufgrund der steileren Kennlinien etwas mehr Ausgangsspannung bringen.
Auch sind die Kennlinien etwas gerader.

Es sind -je nach Arbeitswiderstand bzw. Impedanz angeschlossener Schaltelemente-  geringe Ausgangsspannungen zu erwarten, da der Anodenstrom im Bereich 0,5 bis 1,5 mA liegen wird.

Ein Schwingkreis im Anoden- Ausgang ist sicher ratsam, siehe die Ausgangsspannungen, die an der Anode zu erwarten sind, und die erwünschte Hüllkurve mit Trägerschwingung darin, die sich an einem Schwingkreis einstellt.

Laut einem Fachbuch muß für einen Schwingkreis im Anodenkreis nicht unbedingt 100%ige Resonanz vorhanden sein.
Ich denke, möglicherweise könnte es auch ein Bandpaß tun.
Da ein Superhet- Spulensatz für meinen Aufbau vorhanden ist, werde ich also dessen Oszillator- UND Vorkreis nutzen.

Möglicherweise resultieren Fehlversuche anderer Elektronikfreunde daraus, die Gittervorspannungen nicht einzeln und unabhängig erzeugt und zugeführt zu haben, aufgrund der Verwendung der Standard- Mischschaltung zu große HF- und Modultionspegel eingespeist zu haben, sowie keinen Schwingkreis genutzt zu haben, um das Frequenzgemisch am Ausgang zu formen, so daß weitere Mischprodukte und Oberwellen zusätzlich am Ausgang auftraten, die im Empfänger dann ein diffuses Frequenzgemisch mit Störungen bzw. eine schlechte Modulationsqualität verursachten.



Bau des Chassis

Neben den meßtechnischen Arbeiten habe ich ein Chassis gebaut, diesmal soll es kein umgewidmetes Radio- Chassis, sondern ein nur für diesen Modulator gedachtes Chassis, in möglichst professioneller, stabiler Bauweise werden.
Es wird erst nur die Röhren für Stromversorgung und den eigentlichen Modulator aufnehmen, später die Röhren für HF- Verstärker- und Trennstufe, HF- Ausgangs/ Endstufe, sowie NF- Eingang und Klangbeeinflussung.


Blechzuschnitt und Schleifen der Oberfläche


Zuschnitt des Chassisrands aus Aluminium-Winkelprofil


Winkelprofil biegen


Chassisrahmen und Oberseite- Blech


Anprobe


Befeilen der Kanten


Verbindung an der Ecke mit kleinem Aluminium- Winkel


Chassisoberseite lackiert und aufgelegt


Bereit für Montage


Bohren der Befestigungslöcher, im Akkuschrauber steckt ein Entgrater, ein sehr nützliches Werkzeug.


Chassis verschraubt, Messing- Senkschrauben M3


Ansetzen einer Schraub- Lochstanze.
Wichtig ist hier Öl, damit die Stanze leichtgängig arbeitet, und die Kanten sauber gestanzt werden.


1. Röhrenloch fertig


Oberseite mit erstem Loch


Alle 8 Röhrenölöcher fertig


Chassisoberseite nachlackiert


Chassis montagebereit

Erste Versuche mit der Modulatorstufe

Erst mal einige Fotos.


Das Chassis steht auf einem kippbaren Reparaturständer.
Ich habe provisorisch einen Einbau- Skalentrieb aus den 30er Jahren auf den Drehko gesteckt. Der Skalentrieb wird später anders realisiert.




Skizze der Oszillator/ Modulatorstufe.
Die Misch- Oktode wird "andersherum betrieben", der "Triodenteil" der Oktode, G1 und "Trioden-Anode" G2 erhält die Modulations- NF, der "Penthodenabschnitt" G4 als Steuergitter, G3/G5 als Schirmgitter, G6, mit Kathode verbunden, als Bremsgitter, sowie die Hauptanode werden Oszillator.


Verdrahtung freitragend, etwas "Drahtverhau", ohne Montageplatten, zwecks besserem Teilewechsel, da die Werte noc nicht feststehen. Später werden die Bauelemente teilweise auf Lötlösenleisten montiert.


Funktioniert ! Der Träger, hier 1 MHz, moduliert mit 1 KHz vom Transistor- Generator.


Ich bin verblüfft, selbst ohne resonanten Schwingkreis an der Anode ist die Hüllkurve zu sehen.
Zuschrift eines Funkamateuers: Die Hüllkurve entsteht auch an einer Drossel.

Ergebnis des Versuchs mit der Modulator- Stufe

Die Drossel scheint von der Induktivität her zu klein zu sein, Pegel am Ausgang zu gering, darum hatte ich noch einen Widerstand 4 K in Reihe zur Drossel zu Hilfe genommen.
 
Der Punkt auf der Kennlinie der "Triode", bei dem es am besten funktioniert, ist die Mitte des"Hügels" auf der Kennlinie- hätte ich nicht gedacht. Nur da aber ist die Kurve richtig symmetrisch zum Arbeitspunkt, den ich einstellen kann.
 
Der Klirrfaktor scheint recht hoch, bis etwa 50% Modulationsgrad kaum erkennbar, bis 60% gerade erkennbar, danach deutliche Verzerrungen.
 
Ich habe dann NF von einem UKW- Radio eingespeist.  Gehörmäßig das gleiche Ergebnis. Klingt bis 50% gut.

Besonders Bässe werden bei schlechter Einstellung oder zu hohem Pegel zerdonnert- das liegt aber nun auch an dem Radio- ich gehe von einem Kopfhörerausgang ab, da ist natürlich die gesamte NF, mit Klangregelgliedern, beteiligt. Normal geht man ja von einer klangneutralen Quelle in den Sender, etwa Diodenbuchse hinter Demodulator.
 
Geplant ist aber auf jeden Fall eine Aussteuerungsanzeige, wenn auch "nur" mit einem magischen Auge.


Die HF wird vorbildlich als Sinus erzeugt. Top, keine Oberwellen an einem Radio auszumachen.

Ein Manko hat die Modulatorstufe in meiner Schaltungsweise: Ich kann mit den negativen Gittervorspannungen nur bis etwa 4 V gehen, dann schwingt der Oszillator nicht mehr.
Das ist nun ein Nachteil, wenn man die Oktode nicht nur zur Modulation nutzt, sondern auch zur Schwingungserzeugung.

Anzunehmen ist auch, daß der Oszillator empfindlich(er) auf Modulationsspitzen reagiert, bei hohem Modulationsgrad die Stabilität der Frequenz schlechter wird.
Ich denke, daß getrennte Röhrensysteme, wie in den ECH- Röhren, da Vorteile bieten.

Hörmäßiger Bericht

Empfänger D52AU von Philips, 1937, an 40m Langdraht- Antenne, SIgnal vom Sender, Modulation ein Ortssender, den ich vom Kopfhörerausgang eines modernen Radios abnehme:

Mit einem Modulationsgrad von 50%: Der Klang des UKW- Senders, auf Mittelwelle umgesetzt, ist gut.
Aber eben nur gut, nach oben ist noch Luft.
Empfang am Abend, viele Sender empfangbar: Von der Modulation und Lautstärke ist das Signal kaum von anderen Sendern zu unterscheiden !

Ein guter Anfang.

Video- Bericht

Bitte beachten: Die Videos sind mit einer Digitalkamera aus etwa 1 m Entfernung aufgenommen, die Klangqualität kann durch die Raum- Reflexionen nicht optimal sein. Dennoch kann man schon eine Aussage zur Modulationsqualität machen.



Bitte das Video über einen guten Verstärker und Boxen oder eine Stereoanlage wiedergeben.
Das Video ist auch hier zu finden: https://vimeo.com/326146190


Mit den Arbeitspunkten: G1 = 2 V, G4 = 1 V
Es sind noch leichte Verzerrungen hörbar.


Bitte das Video über einen guten Verstärker und Boxen oder eine Stereoanlage wiedergeben.
Das Video ist auch hier zu finden: https://vimeo.com/326147027


Mit geänderten Arbeitspunkten: G1 = 3,5 V, G4 = 3,0V
Wiedergabe besser, aber zu einem "Sehr gut" reicht es nicht.

Bitte das Video über einen guten Verstärker und Boxen oder eine Stereoanlage wiedergeben.
Das Video ist auch hier zu finden: https://vimeo.com/326148102


Hier empfange ich mit einem hochwertigen Großsuper, dem D886WK von 1939, der eine Etage tiefer steht.
Und zwar drahtlos, Kopplung zwischen Meßleitung zum D52AU- Antenneneingang zur Antennenleitung des Telefunken, die am Zimmer darüber vorbeiverlegt ist.
Jetzt ist sehr guter Klang da !
Vor allem der verzerrungsfreie Tießbaß- Bereich zeigt einwandfreies Arbeiten des Modulators.

Es ist zu vermuten, daß der deutlich einfachere D52AU mit dem (frequenzmäßig) weit ausmoduliertem SIgnal überfordert ist.
 
Der Modulationsgrad liegt jedoch bei etwa 40 bis max. 50%, das ist noch viel zu wenig- die Bässe werden schnell übersteuert.
Ein höherer Modulationsgrad ist nur mit der Möglichkeit bder Tiefenabsenkung realisierbar.


Gehäusebau

Da meine nFähigkeiten in Holzbearbeitung eher gering sind, habe ich den Traumgehäuse- Bauer Johannes Fischer für den Gehäusebau gewinnen können.
Ausgangsstoff sind Schrankwand- EInschübe, deren Frontseiten mit ihren Zierleisten ein passendes Gehäuse ergeben sollen.
Dazu habe ich Johannes einige Handskizzen und eine Fotomontage geschickt.
Das Gehäuse ist in Arbeit, und fast fertig.












Fotomontage, so soll die Frontplatte aussehen.

Gehäuse vor Fertigstellung


Gehäuse fertig, komplettiert, gebeizt, lackiert, traumhaft !


Draufsicht


Materialsituation und Aufarbeitung von oxydierten Röhrenfassungen


Oktode CK1, neu.


Netzgleichrichterröhre CY2, neu. Diese Röhre enthält 2 unabhängige Netz- DIoden.


Penthode CF7, ungeregelte HF- Penthode.


Urdox EU VI, Regelbereich 110-220V bei 0,2 A- Heizstrom, für C- Röhren
CBL1- Demodulatordiode + Endpenthode.
Die Endpenthode entspricht in den Daten der bekannten Endpenthode CL4  (AL4)


Trioden CC2, diese wurden einst als Oszillator- Röhren und NF- Vorverstärker- mnd Treiberröhren benutzt.

Fassungen für Röhren der 30er Jahre, für Stiftsockel (Europa- Sockel) und Außenkontakt- Sockel ("Topfsockel"), es gibt von der gleichen Fassungm oft mehrere EInbauvarianten mit verschiedenen Abmessungen und Schraubenloch- Abständen.


Dies ist eine modernere Topfsockel- Fassung, wohl aus den 60er oder 70er JAhren, wie man sieht, unbenutzt, sie enthält Bronze- Federn, die kaum oxydieren, das sind wirklich gute Bauteile.


Aus den Fassungen habe ich die versilberten, jedoch schwarzen, weil stark oxydierten, Kontaktfedern entfernt


Wie man auch SIberbesteck reinigt: Die Kontakte habe ich in eine Alu- Folie (Backpapier) gewickelt, und dies in eine Lösung von Kochsalz gelegt, die Kontakte werden so chemisch vom Oxyd befreit.


Die Kontakte sind jetzt heller, die Oxydschicht ist mit Zellstoff abwischbar.


Die Kontakte werden vor dem Einsetzen gründlich vom gelösten Oxyd befreit und poliert.
Sehr gut eignet sich ein weicher Schul- Radiergummi , dieser beschädigt keinesfalls die dünne SIlberschicht.
Hier ein rosa Gummi, der auf dem Chassis liegt, noch besser war ein weißer Schul- Radiergummi aus dem supermarkt, der noch weicher war.

Modulationsstufe ähnlich Mischer- funktioniert top !

Nach den einigermaßen ermutigenden Versuchen habe ich die Röhrenstrecken wieder in der für Mischer üblichen Verwendung geschaltet.
Gegenüber der üblichen Bewschaltung verwende ich jedoch keine automatische Gitterspannungserzeugung, weil ich die negativen Gittervorspannungen extra erzeugen möchte, dadurch kann ich eine Einstellmöglichkeit realisieren, um den optimalen Arbeitspunkt zu finden.

Anfangs war das Ergebnis ernüchternd- die Hüllkurve ist unsymmetrisch, und es gibt starke Verzerrungen. Aber die Modulation ist wesentlich stärker.

Nun schalte ich nun den EIngengskreis des Spulensatz als Resonanzkreis an die Anode.
 
Und siehe da- es funktioniert, und zwar absolut top !
 

Schaltplan Jetzt- Zustand.
Die Gittervorspannung unten kommt noch von einem separaten Labor- Netzteil.
Die Schwingkreise nebst Verkürzungskondensatoren sind Bestandteile des Keramik- Superspulensatzes EZs 0114 von Hescho, Kahla.
Versuchsweise kopple ich auch aus der emalign Antennen-  Eingangsspule (ganz links im Bild) aus- hier ist eine hervorragende Sinusform der HF- Ausgangsspannung vorhanden., jedoch ist der Pegel weit geringer.


Mit dem Mehrstrahl- Oszllographen erstellt: Oben das Sinus- SIgnal des NF- Generators, der untere Strahl zeichnet die Trägerwelle mit der Hüllkurve.
Amplitude etwa 2V Spitze, die Darstellung der Amplitude ist hier nicht ganz genau, weil ich die Amplituden zum Vergleich der Sinusform mit dem Eingangsstellern des Oszillographen angepaßt habe.

SIchtbar werden Klirrverzerrungen eines SInus auf einem Oszillographen ab etwa 1%. Der NF- Generator liegt weit darunter. Wie man sieht, sind die Sinusformen gleich.


Höher aufgelöst und aneinandergeschoben. Eine kleine Abweichung ist noch zu sehen, die Kamera direkt vor der Oszillographenröhre sah da besser als meine Augen, die Trägerabbildung ist aber nur 1 mm nach oben zu schieben, dann passen die Kurven perfekt aufeinander.

Auch die Trägerschwingung ist sehr sauber- Hier Auskopplung an der ehemaligen Antennen- EIngangsspule des Spulensatzes.

Video- Bericht 



Bitte das Video über einen guten Verstärker und Boxen oder eine Stereoanlage wiedergeben.
Das Video ist auch hier zu finden: https://vimeo.com/327551707


Modulator zum Philips D52AU "Aachen".
Ordentlicher Klang für den Vorkriegs- Super, der immerhin eine Bandbreiten- Einstellung besitzt.



Bitte das Video über einen guten Verstärker und Boxen oder eine Stereoanlage wiedergeben.
Das Video ist auch hier zu finden: https://vimeo.com/327552463


Modulator zum Grundig "Konzertgerät".
Dieses Gerät hat keine Bandbreiteneinstellung, aber eine sehr gute Baßwiedergabe, die zeigt, daß der Modulator verzerrungsfrei die starken Tiefen vom UKW- Radio umsetzt.
 
Auswertung der Versuche zur Modulatorstufe
 
Wenn man die Anzeigen mittels Strahlverschiebung aneinander schiebt: Die Sinuskurven passen perfekt aufeinander- keine sichtbaren Verzerrungen.
Der Klirrfaktor liegt also auch bei der modulierten HF unter 1 %- das ist sehr gut !
 
Eine Gleichspannung als Gittervorspannung am Oszillator- Steuergitter ist nahezu wirkungslos, nur ab 10V wird der Oszillator "abgewürgt". DIe Vorspannung entsteht offensichtlich aus der Gleichrichtung an der Kathoden- Gitter 1- Strecke, darum auch die Hersteller- Angaben des Effektivwerts der Oszillatorspannung am Oszillatorgitter G 1.

DIe beste Steuergittervorspannung am Modulationsgitter G 4 habe ich mit 0,5V bis 1,5 V bestimmen können, das ist auf der Kennlinie der obere, fast gerade Bereich.

Die Hüllkurve ist symmetrisch, bis zum Modulationsgrad von ca. 80% werden Sinussignale sauber aufgeprägt !

Ein höherer Modulationsgrad ist ohne hohe Verzerrungen mit den Gittermodulationsarten ohnehin nicht drin.

Dafür benötigt die Gittermodulation von Steuergittern kaum Energie
Die Anodenmodulation erreicht bis 100%, das ist also schon das Maximum, das überhaupt erreichbar wäre, allerdings muß der NF- Modulationsverstärker eine  Leistung in Höhe der HF- Ausgangsleistung aufbringen können, je nach Wirkungsgrad auch beträchtlich mehr- das ist in jeder Leistungsklasse ein großer Aufwand.


Probleme

Das Heimsenderlein im Rmorg, sowie die Zuschrift eines Mitlesers beschreiben ein Problem: Keinesfalls darf die HF zum Modulationgitter vordringen können !
Dieses konnte ich feststellen, als ich die NF über ungeschirmte Meßleitungen zuführte, und diese dicht bei der Ausgangs- Leitung zum Meßgerät lagen.

HF am Modulationgitter bewirkt eine Gittergleichrichtung der HF in der Röhre,  diese erzeugt "schwebende Arbeitspunktverschiebungen", und damit wird der Ton unsauber.

Es ist jedoch nicht nötig, die Modulations- NF an einer Kathode einer Vorröhre niederohmig abzugreifen- eine sorgfältige Schirmung, wie sie in Radios üblich ist, ggf. mit Schirmung von Koppelkondensatoren, reicht aus.

Ein großes Problem ist allerdings die Abhängigkeit des Modulationsgrads von der Amplitude der HF.

Dieses Problem liegt unter anderem am verwendeten Spulensatz.
Es ist auch minder wichtig, da ich nicht  über einen riesigen Bereich
ohne Nachstellungen abstimmen können muß.
Eine Anzeige der Modulation is sowieso geplant.
Die beste Lösung wäre eigentlich die Umschaltung mehrerer Festfrequenzen, für die man optimale Bedingungen schaffen kann.

Klang

Der Klang ist bei guter Einstellung absolut sauber.

Allerdings hat die zur Zeit verwendete Modulationsquelle (moderneres Radio, am Kopfhörer- Ausgang) eine starke Tiefenanhebung, so daß die Modulation zurückgenommen werden muß, um in den Bässen nicht zu übersteuern. Dafür ist ein für AM ungewöhnicher "Baßteppich" festzustellen- geeignetes Musikmaterial vorausgesetzt

Der Modulationsgrad liegt z. Zt. bei etwa 60- 70%, und es klingt wirklich gut auf einem Radio, welches eine größere Bandbreite ermöglicht, solches sind Radios mit Bandbreiten- Steller, das sind i. d. R. Vorkriegs- Superhets und Großsuper.
Hier erscheinen saubere, aber im Pegel noch zu geringe  Höhen und ein schönes Baßfundament, was sonst bei Mittelwelle unüblich ist- jedoch ist ja meine Absicht, Höhen und Tiefen weiter auszumodulieren, um die alten AM- Radios zur Höchstform auflaufen zu lassen.

Das Ergebnis ist um Längen besser, als die Umbelegung der Röhrenstrecken, die ich aufgrund der
Erfahrungen anderer Funkfreunde zuerst realisierte.
Ein Kondensator zum HF- Kurzschluß am Modulatorstrecken- Steuergitter (hier G4), der in hochohmiger Ansteuerung die Höhen dämpfen würde, erwies sich als nicht nötig, jedoch eine sorgfältige Schirmung der modulierenden Röhrenstrecke gegen die eigene HF- Abstrahlung.

Nachtrag: Ich habe inzwischen einen hochwertigen NF- Trenn- Übertrager eingebaut, damit ist die Schaltung noch weniger anfällig gegen HF- Einstreuungen.

Auf jeden Fall ist ein NF- Verstärker mit Klangstellern nötig, um eine Modulation mit höherer Bandbreite zu ermöglichen.

Entgegen meinen Erwartungen und und auch Einwürfen in Foren und eines Mitlesers ist eine sehr gute Modulation mit einer selbstschwingenden Regel- Oktode möglich.

Jedoch ist die Anpassung der Schwing- und Modulationsamplitude, sowie der Arbeitspunkte an die gegenüber der Mischung unterschiedliche Aufgabenstellung zwingend nötig.

Ziel war ein Modulationsgrad bis max. 80% bei möglichst geringem Klirrfaktor, ein höherer Modulationsgrad wäre übertrieben.

Das Ziel ist erfüllt. Eine Oszillator- /Modulator- Schaltung ist mit einer Oktode möglich.

Weiter geht es mit der Optimierung der Modulatorschaltung, folgend einem 1- oder 2- stufigen Trenn-/ Ausgangs-/ Leistungsverstärker für die modulierte HF, wahrscheinlich mit einer üblichen Endröhre, sowie einem 2- stufigen NF- Eingangsverstärker mit Klangstellern bzw. Filtern zur Beeinflussung des Frequenzgangs.

 
 

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