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Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?
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15.12.11 10:10
Volker 

WGF-Premiumnutzer

15.12.11 10:10
Volker 

WGF-Premiumnutzer

Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Hallo zusammen,

nach langer Pause habe ich mich wieder aufgerafft an das Projekt Röhrenprüfer heranzumachen. Ich habe mich entschlossen alles in ein Holzgehäuse einzubauen. Auch die Front besteht aus Holz, weil sich dann nachträgliche Änderungen leichter ändern lassen. Ich denke nämlich, dass sich eine sinnvolle Anordnung der Bedienelemente erst im Laufe der Zeit bei mir ergibt. Als Messinstrumente werden externe Digitalmultimeter eingesetzt. Das Gerät soll gleichzeitig als Netzteil dienen. Deshalb sind die Röhrensockel in einem externen Kasten untergebracht.

Nun zu meiner Überlegung: Ich will per Knopfdruck die Röhrensteilheit fast direkt ablesen können. Bei NF-Endröhren liegt die negative Gitterspannung meistens bei 7 Volt, wie das bei der EL84 der Fall ist. Per Datenblatt der EL84 habe ich das mal durchgespielt. Ich biete also der Röhre eine feste Gitterspannung von -8 Volt an und lese den Anodenstrom ab. Dann lege ich einen Schalter um, der für eine Gitterspannung von -7 Volt sorgt und lese wieder den etwas höhren Anodenstrom ab. Die Differenz zwischen beiden gemessenen Anodenströmen entspricht dann der Steilheit pro Volt. Bei der EL84 also etwa 10,5 mA/V. Laut Datenblatt liefert die EL84 bei Va=250; VG2=210V bei UGitter=-8 Volt 20 mA Anodenstrom und bei -7 Volt 30 mA Anodenstrom. Ich lese also eine Differenz von 10 mA ab, was mit den 10,5 mA/Volt gut übereinstimmt.

Die Schaltung für die negative Vorspannung wird über Zenerdioden, ein paar Trimmpotis und Widerständen erzeugt. Zusätzlich würde ich noch einen 500kOhm-Widerstand in Serie zum Steuergitter per Taster zuschaltbar machen. Ändert sich der Anodenstrom, ist das Vakuum schlecht.

Diese Zusatzschaltung müsste doch bei den meisten NF-Endröhren funktionieren. Ähnliches will ich auch für typische Trioden und ZF-Pentoden bei einem Anodenstrom von etwa 8 mA aufbauen. Die Differenz müsste dann 100 mV Gitterspannung betragen. Mit ein Volt Differenz würde ich die Röhren überlasten. Funktioniert das in der Praxis? Wer schon viele Röhren durchgemessen hat, kennt ja die geeigneten Werte.

Viele Grüße Volker

"Das Radio hat keine Zukunft." (Lord Kelvin, Mathematiker und Physiker (1824-1907))

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15.12.11 11:02
qw123 

WGF-Premiumnutzer

15.12.11 11:02
qw123 

WGF-Premiumnutzer

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Hallo Volker,

Volker:
Ich will per Knopfdruck die Röhrensteilheit fast direkt ablesen können.
wenn Du erst anfängst, ein neues Röhrenprüfgerät zu bauen, könntest Du vielleicht noch einige andere Ideen mitverwerten.

Eine Idee, wie man die Steilheit einer Röhre bequem auch ohne Knopfdruck mit einer kleinen Gitter-Wechselspannung mißt, findest Du, wenn Du in Deine Suchmaschine das Stichwort "Testgerät für NF-Doppel-Trioden" eingibst.

Mit der dortigen Methode läßt sich die Steilheit nicht nur in einem bestimmten Arbeitspunkt ermitteln sondern praktisch im gesamten Kennlinienfeld. So läßt sich z.B. auch die Änderung der Steilheit entlang einer Arbeitsgeraden feststellen.

Gruß

Heinz

15.12.11 12:57
Volker 

WGF-Premiumnutzer

15.12.11 12:57
Volker 

WGF-Premiumnutzer

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Hallo Heinz,

vielen Dank. Jetzt hast du mich auf eine Idee gebracht, wie es noch einfacher geht. Ich bleibe beim Beispiel mit der EL84. Auf das Gitter werden -7 Volt gegeben und dazuaddiert 1 Vss Wechselspannung aus einem kleinen Trafo über einen Spannungsteiler. Kleine Netztrafos aus alten Steckernetzteilen gibt es fast umsonst. Die Netzspannung schwankt zwischen 220 und 230 Volt, also 4,5% Messfehler dadurch. Besser wäre ein kleiner NF-Generator mit stab. Speisespannung.

Um auf die Steilheit zu kommen, muss noch der Anodenwechselstrom gemessen werden. Also einen kleinen NF-Trafo mit möglichst niedrieger primärseitiger Impedanz in die Anodenzuleitung einbauen und auf der sekundärseite mit einem Operationsverstärker die Wechselspannung so verstärken, dass sich der Wert direkt auf einem AC-Multimeter ablesen lässt. Bei S=9ma/V werden dann zum Beispiel 900mV angezeigt. Da alles nur bei einer einzigen Frequenz gemessen wird, ist die Ausgangsswechselspannung immer proportional zur Eingangswechselspannung

Aber der Trafokern darf durch den Anodenstrom nicht in die Sättigung gehen. Ich dachte an einen Ringkern mit wenigen Windungen auf der Primärseite. Ohne Kenntnisse der Kernmaterialien kann man da aber einiges falsch machen oder übertreiben.

Alternative ohne Übertrager: Als Messfühler ein 100 Ohm Widerstand in der Anodenleitung. 100 Ohm sind vernachlässigbar klein im Vergleich zum Ausgangswidertand der Röhre. Bei 10mA/V Steilheit würden 1 Volt Wechselspannung an den 100 Ohm abfallen, wenn ich am Gittter 1 Volt einspeise. Diese Spannungsdifferenz kann an den beiden Anschlüssen des 100-Ohm-Widerstands über 2 Kondensatoren einem OP, der als Subtrahierer geschaltet ist, zugeführt werden. Den OP würde ich über eine galvanisch getrennte Spannungsversorgung betreiben. Die Verstärkung des OP kann wieder so eingestellt werden, dass die Steilheit direkt vom AC-Multimeter abgelesen werden kann. 2 Volt auf der Anzeige wären dann z.B. 20mA/Volt, also den angezeigten Wert mal 10 nehmen.

Für die anderen Röhren mit weniger Anodenstrom werden dann 100 mV eingespeist und die Verstärkung des OP wird um den Faktor 10 erhöht. Das geht dann über eine einzigen Kippschalter. So kann dann für jeden Arbeitspunkt der Röhre die Steilheit bestimmt werden.

Wenn man das Konzept der alten Röhrenprüfer verlässt, die noch keine Operationsverstärker einsetzen konnten, kommt man auf ganz interessante Ideen.

Viele Grüße Volker

"Das Radio hat keine Zukunft." (Lord Kelvin, Mathematiker und Physiker (1824-1907))

16.12.11 01:50
qw123 

WGF-Premiumnutzer

16.12.11 01:50
qw123 

WGF-Premiumnutzer

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Hallo Volker,

zu Deinen wahrlich übersprudelnden Ideen für den Röhrentester vielleicht noch eine oder zwei Anmerkungen:

Volker:
Auf das Gitter werden -7 Volt gegeben ....
Die zweite gute Idee beim verlinkten Testgerät ist es, den Arbeitspunkt nicht durch die Gittervorspannung einzustellen, sondern durch einen eingeprägten Kathodenstrom. Wenn man wie dort eine ausreichend hochohmige Stromquelle für den Kathodenstrom vorsieht, stellt sich die dazu passende Gittervorspannung von selbst ein.

Das hat z.B. den Vorteil, daß man zwei oder mehr Röhren miteinander vergleichen kann, ohne jedesmal mühsam wieder die richtige Gittervorspannung für den gleichen Anodenstrom nachstellen zu müssen.
Ein Arbeitspunkt bei Röhrenschaltungen wird ja meist durch den Wert des Anodenstroms festgelegt. Es empfiehlt sich also diesen primär einzustellen und nicht die Gittervorspannung. Wg. der relativ hohen Streuungen der Röhrenparameter können für den gleichen Anodenstrom deutlich unterschiedliche Gittervorspannungen nötig sein.
Volker:
Für die anderen Röhren mit weniger Anodenstrom werden dann 100 mV eingespeist ....
Die Steilheit wird bei dieser Methode immer über einen Teil der Ia/Ug-Kennlinie gemittelt. Je kleiner der Spitzenwert dieser Gitter-Wechselspannung, je kleiner der Bereich der Ia/Ug-Kennlinie, über den gemittelt wird.

Volker:
Alternative ohne Übertrager:
Diese Alternative mit Differenzverstärker würde ich unbedingt bevorzugen.
Volker:
Den OP würde ich über eine galvanisch getrennte Spannungsversorgung betreiben....
Das ist m.E. nicht notwendig. Da nur Wechselspannungen gemessen werden, sollte es eigentlich ausreichen, einfach per Kondensator zu trennen. Wichtig wäre es dann, die Eingänge des Differenzverstärkers durch geeignete Diodenklemmschaltungen vor auftretenden großen Spannungsspitzen zu schützen.

Gruß

Heinz

16.12.11 15:30
Volker 

WGF-Premiumnutzer

16.12.11 15:30
Volker 

WGF-Premiumnutzer

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Hallo Heinz,

mein Röhrenprüfer ist ja auch eine Multifunktionsnetzgerät mit unter anderem 2 Spannungsqellen 2 bis 300 Volt stabilisert. Deshalb kann ich mich mit der Idee von der Stromquelle nicht so recht anfreunden. Wahrscheinlich bin ich zu faul zum Umdenken.

Die Frontplatte aus 3 mm Sperrholz ist schon entworfen. Dort wo noch Platz ist, werde ich "Belüftungslöcher" im Abstand von 2 cm bohren. Falls nachträglich noch weitere Buchsen und Schalter anzubringen sind, können diese Löcher mit der Rundfeile aufgeweitet werden. Spielraum für Änderungen ist also vorhanden. Eine Stromquelle ist aber schon eingeplant, umschaltbar für 100 und 300 mA für die Heizspannung der U- und P-Reihe. Mehr als 20 Volt liefert sie aber nicht. Im ersten Schritt des Aufbaus werde ich die Steuergitterspannung von Hand ändern.

Die Wechselspannung am Steurgitter kann ich leider aus praktischen Gründen nicht beliebig klein machen. Das ist zudem eine Selbstbauschaltung mit einer nicht optimalen Verdrahtung, so dass auf einen Störabstand zu achten ist. Und der Operationsverstärker kann auch nicht beliebig hoch verstärken. Die Wechselspannung sollte schon 10x höher sein als ein möglicher Netzbrumm auf der Leitung. Wer misst, misst Mist.

Viele Grüße Volker

"Das Radio hat keine Zukunft." (Lord Kelvin, Mathematiker und Physiker (1824-1907))

23.02.18 16:27
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

23.02.18 16:27
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Ich beim Stöbern in den alten Beiträgen bin ich auf diese Fragestellung von Volker gestoßen.

Auch ich hatte vor Jahren den Wunsch nach einer solchen Messmethode, welche möglichst einfach und bequem sein sollte. (Übrigens von mir schon in 2002 in Jogis Röhrenbude veröffentlicht.)

Im Büchlein „Fehler suchen, Fehler finden“ (Rolf Wigand) wird sowas auf Seite 14 beschrieben und geht auf theoretische Überlegungen von Barkhausen zurück.

Hier das Prinzip:



Es wird nicht eine definierte Wechselspannung auf das Gitter gegeben, um dann an der Anode gemessen zu werden.
Nein, die Wechselspannung am Steuergitter verursacht eine gegenphasige Wechselspannung an der Anode, die dann mit einem einstellbaren Widerstand R kompensiert wird, d.h. im Kopfhörer verschwindet der Messton!

Durch die einfache Bestimmung des Widerstandes R erhält man direkt den Steilheitswert und ist also mit dem Ohmmeter eichbar!
Ein großer Vorteil der Methode ist die Tatsache, dass an der Anode die Wechselspannung auf Null zurück geht, was ja eine Bedingung für die normale Steilheitsmessung ist: Delta Ia durch Delta Ug bei Ua konstant.
Damit erhält man die statische Steilheit bei Trioden und ist mit den Daten in den Röhrentabellen vergleichbar!



Oben wird die praktische Ausführung gezeigt.
Widerstand R ist zur besseren Ablesung aufgeteilt und etwas liniearisiert. Für die Berechnung gilt natürlich jeweils der Gesamtwiderstand im Zweig.
Die NF-Sinusspannung ist variabel, um eine Übersteuerung der Röhre zu vermeiden = kein eindeutiges Minimum. Der NF-Trafo sollte eine niederohmige (< 500 Ohm) Primärwicklung haben. Die Sekundärwicklung hängt ab von der Kopfhörerimpendanz, 4000 oder 32 Ohm. Bei steilen Röhren sind Maßnahmen zur Unterdrückung von wilden Schwingungen zu nehmen.

Gruß aus NL, Wolfgang

Zuletzt bearbeitet am 23.02.18 16:34

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23.02.18 16:56
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

23.02.18 16:56
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Hallo Wolfgang,

statt der Eicherei würde ich einen 2-fach-Umschalter und ein 5k Wendelpoti nehmen. Nach Umschalten stünde der Widerstand an zwei Messbuchsen für ein digitales Vielfachmessinstrument bereit.

Gruss
Walter

23.02.18 18:40
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

23.02.18 18:40
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

WalterBar:
statt der Eicherei würde ich einen 2-fach-Umschalter und ein 5k Wendelpoti nehmen. Nach Umschalten stünde der Widerstand an zwei Messbuchsen für ein digitales Vielfachmessinstrument bereit.

Gute Idee, Walter !



Gruß aus NL

Zuletzt bearbeitet am 23.02.18 19:39

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23.02.18 20:31
Uli 

WGF-Premiumnutzer

23.02.18 20:31
Uli 

WGF-Premiumnutzer

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Warum denkt man eigentlich im Zeitalter des µ-Tracers noch über solche Lösungen nach? Billiger und komfortabler kann man das doch eigentlich nicht selbst realisieren!?

Gruß,
Uli

24.02.18 09:58
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

24.02.18 09:58
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Mit welcher Schaltung die Steilheit mit dem Röhrenprüfer bequem messen?

Uli:
Warum denkt man eigentlich im Zeitalter des µ-Tracers noch über solche Lösungen nach?
Uli

Die Gedanken sind frei, wer kann sie erraten, sie fliehen vorbei wie nächtliche Schatten.
Kein Mensch kann sie wissen, kein Jäger erschießen, es bleibet dabei:
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Und nun alle....

Gruß aus NL, Wolfgang

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