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Röhrenprüfgerät Funke als Kennlinienschreiber an Oszi und PC oder Laptop

Röhrenprüfgerät "Funke" als Kennlinienschreiber an Oszilloskop und PC oder Laptop


Röhrenprüfgerät "Funke W19" zusammen mit Laptop,
dargestellt wird die Kennlinie einer HF- Pentode EF14

Viele Freunde historische Technik verwenden ein Röhrenprüfgerät, oder sogar ein Röhrenmeßgerät.

Die folgenden Aussagen beziehen sich auf die "Funke"- Röhrenprüfgeräte, die ich kenne, für die meisten Geräte anderer Hersteller gilt dies genauso.

Röhrenprüfgeräte sind eigentlich auch Meßgeräte, sind aber für eine schnelle Beurteilung des Verschleißzustands einer Röhre gebaut worden, dennoch können sie auch weitere Messungen durchführen, an Röhren, an anderen Bauelementen, und sie können auch Kennlinien aufnehmen.
Für einige Aufgaben sind dann Spannungsversorgungen und Meßgeräte nötig, die in einer Elektronik- Werkstatt normalerweise vorhanden sind.
Es gibt
externe Adapter für spezielle Messungen, oder man muß solche eben selbst erstellen.

Grundsätzlich sind die Röhrenprüfgeräte zu vielen Arten von Messungen fähig, und...
...Sie sind sogar fähig, mit Oszillograph oder PC/ Laptop zusammen sehr genaue statische und dynamische Messungen, Kennlinienaufnahmen, Kennlinienvergleiche usw. durchzuführen.

Das geht im Grunde sogar ohne Veränderung des Originalzustands, da bei "Funke"- Geräten fast alle relevanten Schaltungspunkte durch Buchsen des Kreuzsteckfelds und der Röhrenfassungen zugängig sind.

Für diese Messungen ist es wichtig, Grundkenntnisse in Meßtechnik zu haben, diese sorgfältig umzusetzen, und sehr vorsichtig vorzugehen, um das wertvolle Meßwerk des Röhrenprüfgeräts nicht zu zerschießen.

Ich möchte hier ein Beispiel demonstrieren, wie man mit einem RPG "Funke W19" eine Röhrenkennlinie einer arbeitenden Röhre, und das in Echtzeit, darstellen kann.

Die 4 Modi des "Funke"- RPG

Die Funke"s kennen 4 Betriebsarten, die seit den ersten Geräten "Einheitsprüfgerät der Rundfunkmechanik" der 30er Jahre verfügbar sind.
- Die erste Betriebsart "Anodenstrom bei Gitter Null" ist die Grundprüfung, die eine
   Beurteilung der bisherigen Laufzeit der Röhre, sowie eine ungefähre Schätzung
   der weiteren Lebensdauer ermöglicht. Die Röhre wird kaum belastet, da die
   Betriebsspannungen niedrig gehalten werden, so wird eine schwache Röhre
   nicht noch mehr geschwächt.
- Die zweite Betriebsart "Prüfung auf Steuerwirkung wird durch eine kleine negative
   Gittervorspannung (-2V bei W19) erreicht, je nach Stilheit der Röhre muß der
   Anodenstrom mehr oder weniger zurückgehen.
- Die dritte Betriebsart "Vakuumprüfung" legt einfach einen 1 MOhm- Widerstand in
   die Gitterleitung, bei Gittervorspannung -2V. Bei sehr gutem Vakuum ändert sich
   hierbei der Anodenstrom gar nicht, oder nur gering. Bei schlechten Vakkum ändert 
   sich der Anodenstrom stärker, oft ist ein blaues Leuchten innerhalb der Kathoden- 
   Anodenstrecke sichtbar, wennn man EInblick in das Röhrensystem hat.
- Für die vierte Betriebsart wird das Gitter von der Spannungserzeugung des RPG
   getrennt, und es muß eine wählbare externe Gittervorspannung an das Gitter
   eingespeist werden, etwa über eine Batterie mit einem Potentiometer, oder über ein
    externes Netzteil.
    Für diese Prüfung ist eine besondere Prüfkarte vorhanden, welche die      
    vorzunehmenden Prüfhandlungen vorschreibt.


(Bildquelle: funkew19.de)

Kennlinienschrieb in Echtzeit

Aus der 4. Betriebsart kann man nun die Methode zur Echtzeit- Kennlinien- Darstellung auf dem Oszillographen oder einem PC als Oszillograph ableiten.
Bei Zuführung des langen linearen Teils einer Sägezahn-/ Dreieckspannung folgt der Anodenstrom dieser Spannung.

Über einem Anoden- Arbeitswiderstand kann die Spannung über dem Arbeitswiderstand -oder die Spannung an Anode gegen Masse- einem Oszillographen zur Darstellung zugeführt werden. Diese Spannung ist dann ein genaues Abbild der Kennlinie Ia = f(Ug1).

Günstig ist ein Sägezahn mit steil abfallender Flanke, da der Strahlrücklauf dann sehr kurz ist, aber das ist nicht unbedingt nötig, eine Dreieckspannung reicht bereits.

Schreibfrequenz
Die Kennlinie wird durch die Dreieck-/ Sägezahnspannung immer wieder neu geschrieben, jede Änderung wird sofort sichtbar.
Die Frequenz sollte Flackern/ Flimmern vermeiden, aber nich zu hoch sein, damit die Kurve nicht verformt wird, ein Testaufbau hat eine Einschwingzeit.

Schreibfrequenzen von 25 und 50 Hz waren bei Geräten mit Bildröhren üblich.
Verformungen treten ab etwa 500 Hz auf, der Frequenzbereich liegt also zwischen 25 und 500 Hz.


Kennlinienschrieb konkretes Beispiel/ Schaltungsvorschlag


Hier ist die Methode für die EF14, wie ich sie angewandt habe.
Anzusteckende Leitungen, Bauteile und Geräte sind blau dargestellt.
Wichtig sind die HInweise in rot.
Der Anodenarbeitswiderstand muß für andere Röhren neu bestimmt weden.

(Bildquelle: funkew19.de, Schaltung von mir bearbeitet/ ergänzt)


Aufbau mit Oszillograph


Gesteckte Verbindungen am Funke W19

Und so sieht eine Echtzeit- Kennlinie auf dem
Oszillographen aus


Die Kennlinie kann bei geeignetem Equipment in jeder Art und Auflösung dargestellt werden. Zur Kontrolle habe ich die Steuer- Dreieckspannung mit dargestellt.


Hier eine Kennlinie der EF14 vom Hersteller und am Zweistrahl- Oszillographen.
Die Hersteller- Kennlinie wurde mit wesentlich höheren Spannungswerten (Ua und Ug2 = 200 V)
aufgenommen.
Die andere Kurve ist die Dreiecksspannung zur Ansteuerung.
Links hohe negative Engangsspannung -> Anodenstrom Null
Rechts niedrige negative Engangsspannung -> Anodenstrom hoch.

So sieht eine Echtzeit- Kennlinie auf dem
PC/ Laptop aus


Die EF14- Kennlinie anstelle des Oszilloskops am W19 arbeitet jetzt ein
Laptop.
Der Hub war hier gering, es ist nur ein interessierender Ausschnitt der Kennlinie, der Arbeitsbereich, dargestellt.

Ich habe kein "USB- Oszilloskop", sondern den Soundkarten- Eingang
verwendet, der nur sehr geringe Eingangsspannungen verkraftet, es ist
ein Spannungsteiler nötig.
Dazu gibt es Oszilloskop- Software, ich verwende "Audiotester" v 2.2, da sind Oszillograph, ein Funktionsgenerator und mehrere Audio- Meßfunktionen enthalten.
Es gibt verschiedene Programme für diesen Zweck, auch Freie Software.

Der PC muß also nur als Oszillograph arbeiten.

Mit einer an einen USB- Port angeschlossenem Baugruppe, ein Hardware-  "USB- Oszilloskop", eröffnen sich hier erst richtig viele Möglichkeiten, weil man mit einer Gleichspannung jeden beliebigen Arbeitspunkt oder Arbeitsbereich auf der Kennlinie ansteuern kann.

Die Sägezahn- Steuerspannung kann mit einem geeignetem Generator erzeugt werden, dieser muß die nötige Steuerspannungs- Amplitude aufbringen.
Auch geben manche Oszillographen eine Sägezahn- Ausgangsspannung aus der Kippfrequenz aus (etwa der DDR- Oszi "EO174A"), aufgrund der geringen Amplitude ist dann ggf. eine Verstärkung notwendig.
Auch PC/ Laptop können verschiedene Impulsformen dieser Steuerspannung erzeugen, auch hier ist oft eine Verstärkung erforderlich.

Bei sehr geringen Anforderungen an die Linearität kann man die Sägezahnspannung mit nur wenigen Bauelementen erzeugen, etwa der bekannten historischen Kippschaltung aus einer Glimmlampe/ Glimmröhre, 1 Kondensator und 1 Widerstand, hier ist auch eine hohe Amplitude erreichbar, die man mit einem Spannungsteiler dann geeignet herunterteilen kann.
Mit wenigen weiteren Bauteilen kann man die Kippspannung zu einem Sägezahn mit langer, gerader Flanke linearisieren.

Vom Anzeigegerät unabhängige Sägezahn- Dreieckspannungen erfordern eine Synchronisierung des Anzeigegeräts.
Das geht über dessen Fremdsynchronisierungs- Anschluß, wenn vorhanden.
Bei vom Anzeigegerät erzeugter Steuerspannung ist dies nicht nötig, zudem wird genau 1 Kennlinie dargestellt, die man sehen will, evtl. muß die Synchron- Phase entsprechend eingestellt werden, um die Kurve auf der Anzeige komplett darzustellen.

Grenzen
Die "Funke"s bieten nur eine geringe Auswahl an Spannungen, diese reichen für die Beurteilung einer Röhre, sowie für die eine vergleichende Kennlinienaufnahme, z. B.- für das Paare- Messen von Röhren ("Matchen") normalerweise aus, wenn die Röhre mit einer Prüfkarte erfaßt wurde.
Eine Darstellung in einem beliebigen Arbeitspunkt wäre mit weiteren externen Spannungen möglich, dann sollte man aber einen speziellen Aufbau für die Echtzeit- Kernnlinien- Aufnahme, oder gleich den Bau eines solches Röhrenmeßgeräts,  in Erwägung ziehen.

Genauigkeit
Mit einer Darstellung auf einem Oszillographen mit großer Anzeige, oder mittels Oszillographen- Software auf PC/ Laptop kann die Anzeige groß und entsprechend hoch auflösend dargestellt werden. Damit ist jede beliebige Genauigkeit möglich.

Günstig ist die mehrkanalige Darstellung zwecks Kalibrierung, so kann eine Kalibrierspannung auf einem anderem Kanal dargestellt werden.

Wichtiger Hinweis:
Die Gleichspannungs- Siebung der alten Röhrtenprüfgeräte läßt zu wünschen übrig.
Für das mechanische Meßwerk ist Restbrumm uninteressant, die Darstellung auf genannten Anzeigegeräten wird dadurch aber unstabil.

Hier sind ggf. neue/ größere Elkos, oder die Verwendung von Drosseln und zusätzlichen Siebelkos eine Lösung, dabei muß eine höhere Rohspannung ggf. durch Anpassung des Siebwiderstands wieder auf den Sollwert gebracht werden, dabei ist jedoch auch der Innenwiderstand einzuhalten, denn dieser wird auf einigen Prüfkarten - Spannungseinbruch bei hohem Anodenstrom- berücksichtigt !!!


Fazit

Mit den "Funke"- RPG's, wahrscheinlich auch den meisten anderen Fabrikaten, ist eine Echtzeit- Kennlinienaufnahme auf PC/ Laptop möglich, ohne den hohen Aufwand für ein volldigitales Röhrenmeßgerät nebst dessen Software treiben zu müssen.

Mit einem Hardware- "USB- Oszilloskop" (25- 100 Euro) läßt sich hervorragende Auflösung, Ausdruckbarkeit, usw. erreichen, damit steht diese Lösung den Digital- RPG nur wenig nach.

Damit sind viele statische und dynamische Prüfungen/ Messungen und Vergleiche von Röhren ("Matchen") möglich.


Die Meßmöglichkeiten entsprechen denen des RPG's, sind damit -entsprechend den Spannungsversorgungsmöglichkeiten des RPG- mehr oder weniger begrenzt.
Es ist aber selten nötig, eine Röhre mit hohen Werten oder Grenzwerten zu messen- in dem Falle empfiehlt sich ein Einzel- Meßaufbau.

Wenn man ein historisches RPG mit dieser Möglichkeit nur gelegentlich (etwa die Nutzung der Steckmöglichkeiten am "Funke") benutzen möchte, sollten sehr gute Kenntnisse in Schaltungstechnik und Meßtechnik vorhanden sein, um das wertvolle Meßwerk nicht in die ewigen Stromkreise zu schicken.
Der Festeinbau könnte eine sicherere Lösung sein, aber erfordert eben EIngriffe in das Gerät.











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