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Erweiterung HF- Folgestufe/ Endstufe

Mehrere Versuche

Die bisherige Schaltung mit hochohmiger Einkopplung am Gitter der Oktode erwies sich als gut, jedoch sehr empfindlich gegen EInstrahlung von der eigenen HF. Diese wird am NF- Modulationsgitter gleichgerichtet, erzeugt eine Gleichspannung, die der bereits gegebenen Gittervorspannung entgegenwirkt- eine "schwebende Arbeitspunkt- Verschiebung".
Darum habe ich vorerst einen hochwertigen NF- Übertrager dicht am Gitter plaziert, der auch die negative Gitter- Vorspannung zuführt. Diese Lösung ist weniger einstrahlungsempfindlich.

NF- Einkopplung der Modulations- NF mit NF- Übertrager

Ankopplung der Verstärker- Folgestufe

Ich versuchte mehrere Möglichkeiten der Ankopplung einer Folgestufe.
Als Verstärkerröhre wählte ich eine CBL1, von denen ich mehrere besitze, und ich habe keine Geräte, die diese ohnehin selten verwendete Röhre benötigen.
Die Doppeldiode wird eventuell später genutzt werden, etwa als Gleichrichter für eine HF- Ausgangsspannungsanzeige.

DIe Endpenthode der CBL1 entspricht der bekannten Endröhre CL4 bzw. AL4 mit 4 Watt Sprechleistung.

Die Weiterentwicklungung versuchte ich noch mit dem verwendeten Spulensatz von Hescho, später ersetzte ich den Spulensatz durch selbst gewickelte Spulen, da durch die verschiedenen Spulen für Oszillator und Eingangskreis, sowie die eingebauten Verkürzungskondensatoren des Oszillatorkreises ("Paddings") keine Abstimmung über den gesamten Bereich, sowie kein Gleichlauf des Oszillatorkreises und des ehemaligen Eingangskreises erzielbar war.


Ankopplung der Folgestufe, Drossel- Kondensator- Kopplung

Ankopplung an Anode mit Ausgangsschwingkreis



Ankopplung an Anode mit Ausgangsschwingkreis mit Oszillogrammen


Verwendung eines selbstgewickelten Spulensatzes mit gleichen Spulen,
hierzu mußte ein Drehschalter (Wahlschalter) in Verwendung kommen, der jeweils nur 1 Kreis zuläßt, die anderen sind komplett abgetrennt, und können keine störenden Resonanzen einbringen.

Ergebnisse mit Folgestufe
Die Folgestufe kann Leistung bringen- ich konnte (mit Anpaß- Filter) bis 3 Watt an 60 Ohm erzielen.

Ich mußte jedoch feststellen, daß die Verwendung einer Folgestufe gar nicht so trivial ist.
Die Schaltung reagiert, wie in den Oszillogrammen sichtbar, sehr empfindlich.
An der Anode entsteht nämlich kein sauberer Sinus, dieser wird erst durch Verwendung eines nachgeschalteten Schwingkreises erzwungen.

Dabei konnte ich feststellen, daß eine schlechter HF- Sinus eine hörbar schlechte Modulation bewirkt, auch wenn der Schwingkreis am Auskoppelkondensator eine bessere Sinusform der HF erzwingt.

An der Anode ist der Sinus meist leicht verzerrt, auch wenn an angekoppelten Schwingkreis ein sauberer Sinus erscheint.

Eine Verstellung des Arbeitspunkts am G1 (Oszillator- Gitter) bringt gar keine Änderung.
Eine Verstellung des Arbeitspunktes G4 ("Penthoden- Strecke" bringt eine Verbesserung, die Verzerrungen sind bei niedrigen Modulationsgrad (30- 50%) noch kaum oder gar nicht hörbar.


Das ist für mich eine neue Erkenntnis.
Allerdings... hat ja kaum jemand eine Modulation mit einer Oktode versucht.

Nun ist das nicht abhwegig- bei einer HF- Spannung von 8,5 V am "Triodengitter" G1, die bei der üblichen Beschaltung des Oszillators erzeugt wird, wird die Kennlinie über einen weiten Bereich, der nicht linear ist, gefahren. Es entsteht eine saubere Sinusschwingung an der Trioden- Anode" G2, jedoch erscheint eine unsaubere Schwingung, ein leicht nach rechts gekipptes Dreieck, an der Haupt- Anode der Oktode.

Die Spannung am G1 ist wesentlich höher, als ich aufgrund der Röhrenprüfgeräte- Tests und der Kennlinien festgelegt habe !
Die Oszillator- Spannung am G1 sollte um 2 V betragen !

Bei der Oszillatorstufe OHNE Folgestufe war das so nicht feststellbar.'
Ohne Schwingkreis/ Koppelglieder und Folgestufe als Last an der Anode gab es einen sauberen Sinus, wie in den Versuchen oszillographisch nachgewiesen.

Jedoch ist die Folgestufe bereits eine gehörige Last !

Begründung der Ergebnisse

Dies konnte ich erklären, nachdem ich diese Texte fand- der Ausgangswiderstand der Oktode ist sehr hoch- 1- 2 MOhm, und da ist bereits der Gitterwiderstand der Folgestufe eine Last:

Rückwirkungen zwischen Anode und Eingangsgitter

Es ist bei Mischröhren notwendig, die Kapazität zwischen Eingangsgitter und Anode klein zu halten.
Denn es sollen unerwünschte Rückwirkungen zwischen Anode und Eingangsgitter, welche sonst bei geeigneten Verhältnissen der Zwischenfrequenz- und Eingangskreise auftreten könnten, vermieden werden. Die Hexode AH1, welche ja auch als Hochfrequenz- Verstärkerröhre Verwendung findet, hat nur einige Tausendstel pF zwischen Gitter 1 und Anode. Bei der Oktode AK 2 ist die Kapazität zwischen Gitter 4 und Anode einige Hundertstel pF.

(Quelle: Strutt- Moderne Mehrgitter-Elektronenröhren Erster Band Bau, Arbeitsweise)

Ausgangsadmittanz  

Endlich ist für die Wirkungsweise der Mischröhren die Ausgangsadmittanz (Anodenadmittanz) interessant.
Diese Admittanz kann für Wechselspannungen der Zwischenfrequenz in üblicher Weise mit Hilfe eines auf die Zwischcnfrcqucnz abgestimmten Kreises gemessen werden.
Es zeigt sich, daß der so erhaltene Parallelwiderstand für 100 und für 500 kHz Zwischenfrequenz praktisch gleich dem Innenwiderstand Ri ist, der aus einer statischen Messung der Anodengleichstromänderung für eine vorgegebene Anodenspannungsänderung folgt. Er liegt bei Oktoden und Hexoden in der Größenordnung von mindestens etwa l bis 2 Mohm.

Bei den Mischröhren zeigt sich wieder die früher (§ 15} für Hochfrequenz-Verstärkerröhren hervorgehobene Tatsache, daß der Eingangs- Parallelwiderstand von Hexoden im Kurzwellengebiet durch Elektroncn- Trägheitseffekte niedrig ist.
Indessen ist es neuerdings gelungen, durch Verwendung von Hexoden mit kleineren Abmessungen (EH2 gegen früher ACH1, vgl. Abb. 77), diesen Nachteil zu überwinden. Z.B. ergab sich für eine Röhre EH 2 bei 14m (Messung Nr. 3 der obigen Tabelle) ein Parallelwiderstand von 60000 Ohm

(Quelle: Strutt- Moderne Kurzwellen-Empfangstechnik S173)


Versuch: Schwingamplitude heruntergesetzt, bessere Linearisierung

So, also schlechter Sinus an Anode, dieser wird jedoch durch einen angekoppelten Schwingkreis wieder wohlgeformt, bei größerem Modulationsgrad reicht dies aber nicht, und der Ton ist schlecht.

Nun muß ich natürlich bemerken, daß die Schaltungsdimensionierung noch dicht bei der Hersteller- Applikationsschaltung ist. Da wird am Oszillator-  Gitter 1 ("Triodengitter") immerhin eine HF- Spannung von 8,5 V eff. angegeben.
Das ist schon recht viel, da diese HF ja an der K- G1- Strecke gleichgerichtet wird, die entstehende Gleichpannung läßt sich ja -ebenfalls nach Herstellerangaben- durch einfache Strommessung durch den Gitterwiderstand bestimmen (150 Mikroampére).
Das geht gut, und läßt sich mit sehr hochohmigen Meßequipment auch als Spannung bestätigen.

Das entspricht aber nun gar nicht den von mir eigentlich vorgesehenen Werten, die ich aus den RoeTest- und Funke- Röhrenmessungen ermittelt habe !

Dadurch würde ich also erwarten, daß die Oktode nicht so arbeitet, wie ich das wünsche, das erklärt die verzerrte HF- Trägerschwingung an der Oktoden- Anode, die ich erst mal mit einem Schwingkreis wieder "hinbiegen" muß.

Es ist also ein Zustand zu erreichen, der die vorgesehenen Gitterspannungen ermöglicht.
Mit zu hoher HF am Trioden- Gitter geht das nicht.

Ich habe auch schon festgestellt, daß eine Änderung der Vorspannung am Oszillator erst  etwas ändert, wenn sie größer ist als die HF- Schwingung. Dann nämlich... wird der Oszillator "ausgepustet".
Ob mit externer negativer Gittervorspannung, oder die am eigenen Gitterwiderstand, ist egal. ändert nichts.

Wie kann man die Amplitude der Oszillatorschwingung an G 1 heruntersetzen ?
Da bietet sich eine Anzapfung an. Drehko an die gesamte Spule, Gitter an einen Teil.

Gesagt, getan.
Leider... schwing der Oszillator nicht an. Auch nicht bei Umdrehen der Rückkopplungswicklung. Windungszahl falsch ? Verhältnis der Wicklungen falsch ?

Aber ich habe ja Spulen drangehabt, die aus Einkreisempfänger- Bausätzen stammen, und die haben eine Einkoppelwicklung, sowie eine Rückkopplungswicklung neben der Schwingkreisspule.


Änderung: G1 über Koppelkondensator an Schwingkreis, dann an Koppelwicklung

Also Spule angeschlossen,ebenfalls die Rückkopplungswicklung, das sollte auf jeden Fall schwingen, dieehemalige Einkoppelspule versorgt das G 1 mit einem Teil der Amplitude am Schwingkreis.
Dann noch den Resoanzkreis an der Anode abgelötet, ich will ja sehen, was an der Anode OHNE Nachformung abnehmbar ist. Ebenfalls die Folgestufe abgetrennt.

Und- Tatsächlich- jestz habe ich an der Anode einen guten Sinus !

Ein Stück Draht an der Anode läßt im Empfänger auf dem Nebentisch das Senderlein mit Modulation hören- die Modulation ist sauber, und kann sogar weiter aufgedreht werden. Kaum Nebenempfangsstellen.


Das komplette Schaltbild. Um die Qualität der Ausgangs- HF zu beurteilen, ohne Ausgangsfilter, dies wird sowieso eine eigene, abgesetzte Baugruppe.

Leider hat sich ein Elko mit einem satten Kurzschluß "verabschiedet", und die CY2 "mitgerissen"- ich verwende für die Versuche weiterhin eine Si- Diode.

Hier ist auch -unten rechts- die Gewinnung der negativen Vorspannung für das Modulationsgitter der Oktode eingezeichnet.
Diese Art der Vorspannungserzeugung mittels Spannungsabfall an einem in der (negativen) Stromversorgungsleitung liegendem Widerstand, wurde einst in sehr vielen Superhets verwendet.
Vorteil: Es muß keine Extra- Trafowicklung benutzt werden, Allstrom- und Gleichstromgeräte haben auch gar keinen Trafo.

Bei Bedarf kann ich weitere Steuergitter mit einer einstellbaren Vorspannung versorgen.

Betrachtungen zu Arbeitspunkt- Einstellungen von Mischröhren

Aufgrund der hier gezeigten Beobachtungen läßt sich feststellen, daß der Arbeitspunkt von Doppelsteuer- Mischröhren durch die Gleichrichtung der Oszillatorspanung in einen Bereich gesetzt wird, in welchem Verzerrungen der einen oder anderen Schwingung auftreten.
Das dürfte erwünscht sein, ist ja die Mischung ein Vorgang, bei dem aus dem Gemisch zweier zugeführter Frequenzen eine neue Frequenz, die Zwischenfrequenz, in einer relevanten Höhe erzeugt werden soll.
Da ist ja ein Arbeitspunkt, der Sinusschwingungen verzerrt, geradezu prädestiniert, je geringer die Verzerrungen, um so weniger ZF würde erzeugt.

Dies läuft dem beabsichtigten Modulationsvorgang, bei dem die eine der zugeführten Frequenzen, nur mit der Amplitudenänderung durch die andere Frequenz versehen, ja wieder ausgefiltert wird, zuwider.

Bei einer möglichst lienaren Einstellung beider Steuergitter ist eine gute Modulation an der Anode abnehmbar, auch ohne Resonanz- Schwingkreis.

Test des Versuchsaufbaus mit geringerer Oszillatoramplitude

Das Ergebnis ist überraschend gut !
Der Modulationsgrad kann erhöht werden.
Der Klang ist wesentlich klarer, vor allem fällt ein Gewinn an Höhen auf !
Die Qualität ist in einem guten AM- Super fast UKW !

Der Aufbau lief über 24 Stunden durch- alle Werte stabil.

Die Höhen lassen sich mit dem Arbeitspunkt der Oktode verändern.
Der optimale Arbeitspunkt liegt bei etwa 2- 2,5 V.
Darüber beginnt die Modulation zu verzerren.
Unterhalb 2V geht die Modulation etwas zurück, wird dann aber (um 1 V) wesentlich lauter, dafür sind dann aber die Höhen weg. Man kann richtig die Höhen mit immer weniger Vorspannung "wegregeln".

Mit -2,4 V ist der Klang einwandfrei.
Allerdings ist die Leistung nun geringer, das war zu erwarten.

Negativ: Trotz sauberem Sinus habe ich im Nahbereich Mehrfachempfangsstellen, hinter der Oktode ist dem nicht so-  ich vermute die Ursache in der Folgestufe.
Allerdings ist auch kein Ausgangsfilter angeschaltet, am Ausgang ist also die verstärkte HF an der Anode der CBL1, nur über Kondensator ausgekoppelt.


Und noch einmal: Betrachtungen zu Arbeitspunkt- Einstellungen von Mischröhren

Wie weiter vorher beschrieben, hatte ich Probleme, eine saubere Sinusschwingung zu erzeugen, erreichte dies durch Absenkung der Schwingamplitude mittel Extra- Ankoppelwicklung des Schwingkreises, so daß der Schwingkreis selbst für sich bleibt.

Wie im Vor- Absatz beschrieben, hatte ich Mehrfachempfangsstellen moniert. 

Durch einen Artikel in einem Heft "Schwingungserzeugung mit Elektronenröhren" von Schmidt, 1962, erfuhr ich eine mögliche Ursache solcher Probleme.

In den Standard- Schwingschaltungen werden alle Oszillatoren von Mischröhren Oktode und Triode/ Hexode mit einem Gitterableitwiderstand von 30 bis 50 KOhm angegeben, die Schwingamplitude am G1 liegt dann bei recht hohen 6 bis 10V eff., wie in den Datenblättern zu lesen ist.

Dabei entsteht dann ein Gitterstrom durch den Gitterableitwiderstand, der laut Anweisungen in den Röhren- Datenblättern gemessen und eingestellt werden soll, z. B. 150 Mikroampére, durch einen Gitterableitwiderstand von 50 KOhm, das ergibt eine Gitteranlaufspannung = 7,5V V~ eff. (Datenblatt AK2)

Zweckmäßigerweise mißt man , wenn man kein sehr empfindliches Strommeßgerät zur Verfügung hat, die Spannung, Dazu teilt man den Gitterwiderstand, z. B.  an einem Fünfzigstel des Widerstandswertes kann man dann ein Fünfzigstel des Gitterspannungswertes ablesen, der den Gitterstrom bewirkt,  bei 1 KOm, 150 Mikroampére und 7,5V dann eben 0,15V. Das abe ich auch so gemacht, funktioniert gut.

Wenn ich die Einstellung des Gitterstroms genau so vornehme, wie in den Datenblättern beschrieben, erreiche ich wahrscheinlich eine gute Ausbeute an ZF- es sind ja Mischschaltungen, es ist nicht die Eingangsfrequenz oder die Oszillatorfrequenz erwünscht, sondern die Differenz- die Zwischenfrequenz (ZF).

Bei der Modulation benötige ich die Trägerfrequenzschwingung, und zwar moduliert mit der NF, mit unverzerrter Hüllkurve.

Das ist in der Standard- Mischschaltung mit ihrer Standard- Dimensionierung nicht gegeben, weder der unmodulierte Träger ist ein sauberer Sinus, noch die modulierte Hüllkure. Das macht sich in der Modulationsqualität bemerkbar.

Abhilfe schaffte ich mit der Verringerung der HF- Schwingamplitude, die darf aber nicht zu klein werden, damit die Schwingung nicht bei irgendeiner Frequenz abreißt, zudem schwankt die Schwingamplitude über den Bereich stark, was den Modulationsgrad bei Frequenzwechsel beeinflußt- der Modulationsgrad muß korrigiert werden.

Schmidt schlägt im genannten Heft vor, eine RC- Gitterableit- Kombination zu verwenden, wie sie in Audionschaltungen üblich ist, die Dimensionierung mit einem kleinen Koppelkondensator und einem hohen Gitterableitwiderstand ermöglicht eine Amplitudenverringerung, so daß KEIN GITTERSTROM entsteht, sowie eine Amplitudenstabilisierung bewirkt wird.

 

Ich habe die Zwangs- Amplitudenverringerung durch Extra- Wicklung zurückgenommen, das Gitter an die Rückkopplungswicklung angeschlossen, Schwingkreis an "Triodenanode" G2, und die vorgeschlagene Gitterkombination angewandt.
Schmidt gibt für mehrere Frequenen R- und C- Werte an.
Ich habe den betreffenden C- Wert genommen, für den R habe ich jedoch einen sehr hochohmigen Regelwiderstand 5 MOhm verwendet.

Die beste Sinusform ergab sich bei etwa 1 MOhm.
Tatsächlich ist der von Schmidts Formel errechenbare Wert der günstigste Wert für den Oszillator.

Der Oszillator schwingt sauber, die Amplitude ist geringer als mit dem 50 oder 30 KOhm der Mischer- Applikationsschaltungen.

An der Oktoden- Anode ist ohne Resonanzkreis im Gegensatz zu vorher (dreieckförmige, "rechtskippende" Verzerrung des Sinus) ein fast sauberer Sinus sichtbar !  Eine geringe Verzerrung ist noch in einem kleineren Frequenzbereich auf der Flanke erkennbar.

Mit Resonanzkreis ist der Sinus dann richtig sauber, allerdings muß der Gleichlauf über den Bereich exakt sein !

Am G1 der Endstufe steht ein sauberer Sinus, der jetzt eine brauchbare Amplitude für die Ansteuerung der Endröhre hat. Die maximale Sprechleistung der Röhre wird aber nicht erreicht, die Leistung liegt etwa unter 1 Watt bis 1 Watt.

Ohne Ausgangsfilter an der Endröhren- Anode ist der Sinus noch nicht 100%ig sauber, aber die Mehrfachempfangsstellen im Nahbereich sind nun auch weg.

Als Nächstes werde ich die Oszillogramme, Amplitudenwerte und Gleichspannungen der jetzigen Schaltung erfassen.

 






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