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Wumpus-Gollum-Forum von "Welt der Radios".
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Audion-Rückkopplung
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07.06.21 21:53
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

07.06.21 21:53
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Audion-Rückkopplung

Hallo,
Beispiele für Audion-Schaltungen gibt es einige hier im Forum, z.B. hier:
https://wumpus-gollum-forum.de/forum/thr...d=95&page=1
(Es lohnt sich, auch de älteren Beiträge mal durchzugehen.)

Aber was bedeutet es genau, wenn von "weicher Rückkopplung" oder "Hysterese-Effekt" gesprochen
wird ?

Das folgende Bild soll verschiedene Rückkopplungs-Einstellungen eines beliebigen Audions zeigen:


grüne Kurve:
Keine Rückkopplung, die Bandbreite des Audion-Kreises ist breit, die Ausgangsspannung klein.
Ein stärkerer Sender neben dem Sender auf der Audion-Empfangsfrequenz (f_Empfang)
kann den Empfang desselben unmöglich machen.
gelbe Kurve:
Die Rückkopplung wird stärker gemacht ("angezogen").
Die durch die Audion-Röhre auf den Schwingkreis zurückgeführte Energie bewirkt eine Erhöhung
der HF-Spannung, außerdem verringert sich die Bandbreite.
Da den Verlusten im Kreis entgegengewirkt wird, spricht man von "Entdämpfung".
("Dämpfend" können z.B. Metall-Abschirmbleche nahe der Spule wirken.)
Der Nutzsender tritt in den Vordergrund, benachbarte Sender werden leiser oder sind
gar nicht mehr zu hören.
rote Kurve:
Die kleinste Durchlassbreite erreicht man, wenn das Audion unmittelbar vor dem Schwingungs-Einsatz
gebracht wird. Die Wiedergabe bei Musik wirkt dumpf, weil die geringere Bandbreite die Höhen
abschwächt.
violette Kurve:
Wird die Rückkopplung jetzt noch weiter angezogen, schwingt das Audion (wie ein Oszillator)
Die Bandbreite wird wieder größer, die Wiedergabe-Qualität ist wesentlich besser als bei "gelb"
Erklärung:
https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...&beitrag=16
Leider ist wegen der starken Rückkopplung die Einstellung etwas "fummelig", der Bereich optimaler
Widergabe schmal.

"harte Rückkopplung"
Hier tritt der Schwingungseinsatz schlagartig (mit einem hörbaren "Knacken" ein, zwischen gelber und
roter Kurve kann man schlecht einstellen.
Bei "weicher Rückkopplung" dagegen tritt der Sender gut einstellbar zunehmend in den Vordergrund.

"Hysterese" / "Zieherscheinungen"
Ein großes Ärgernis, wie sie beim Bau eines Audions gelegentlich auftritt, wenn die Schaltung noch
nicht optimal abgestimmt ist:
Man dreht die Rückkopplung hoch und die Schwingungen setzen hart ein. Dann dreht man wieder zurück
- und es passiert nichts. Also noch weiter zurück. Und erst an einem Punkt, der weit unterhalb des Schwingungs-
Einsatzes liegt, setzen die Schwingungen wieder aus.

In den alten Büchern[*1] sind Abhilfe-Maßnahmen beschrieben:
Änderung Gitterwiderstand, Herauf / Herabsetzung Anodenspannung / andere Windungszahl Rückkoppelspule
/ anderer Wert des "Rückkoppel-Kondensators" (von der Anode zur Masse) / andere Röhre.

Den letzten Punkt hatte ich heute übrigens mal getestet (EBF89):
In unveränderter Schaltung liefen alle 10 Röhren, nur 2 "fielen aus der Reihe" und zeigten die genannten Effekte.

Die Gründe der harten bzw. weichen Rückkopplung sind im "Lehrbuch der Elektronenröhren und ihrer praktischen
Anwendung, Bd.3 (Barkhausen) ausführlich erläutert. (Arbeitspunkt und Steilheitsänderung)

Zitieren:
Eine Instabilität der Schwingungen, ein plötzlicher Sprung in der
Amplitude tritt immer dann ein, wenn die mittlere Steilheit S
der Kennlinie bei größerer Amplitude zunimmt oder bei kleinerer
Amplitude abnimmt.

In diesem Diagramm zusammengefaßt:

Steilheitskennlinie (rote Kennlinie) und Anodenstrom-Kennlinie (grüne Kennlinie) :
In dem Bereich A-B arbeitet das Audion stabil.
Bei Erhöhung der Vorspannung (ohne Gitterstrom) sinkt die mittlere Steilheit entsprechend.
Der Gitterstrom wird als 0 angenommen (kleine Amplituden).
Zusätzlich tritt in der Praxis bei größeren Amplituden Gitterstrom auf. Der Spannungsabfall am Gitterwiderstand
verlagert den Arbeitspunkt in Richtung "B" mit geringerer Steilheit bei größer werdender Amplitude.

Ein Arbeitspunkt links von B würde den umgekehrten Effekt haben:
Man stellt die Rückkopplung schärfer ein, um Schwingungen zu erzeugen. Diese verlagern sofort den Arbeitspunkt
in Richtung größerer Steilheit, die Sache schaukelt sich auf.

Für die Triode der 6AJ8 (ECH81) finden sich diese Kennlinien bei Frank philipse:
https://frank.pocnet.net/sheets/201/6/6AJ8.pdf
(s.15) Allerdings für Ua=100 Volt angegeben, im Audion würde man mit wesentlich kleiner Spannung und kleinerem
Anodenstrom arbeiten und die Kennlinien gedanklich verschieben.

Gruß
Jens

[*1]
Karl Schultheiss "Der Kurzwellen-Amateur", 1955

Zuletzt bearbeitet am 08.06.21 19:25

Datei-Anhänge
Audion-Rückkopplung-Wirkung_2021-06-07.png Audion-Rückkopplung-Wirkung_2021-06-07.png (7x)

Mime-Type: image/png, 12 kB

Prinzip Steilheit Anodenstrom_2021-06-08.png Prinzip Steilheit Anodenstrom_2021-06-08.png (5x)

Mime-Type: image/png, 4 kB

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08.06.21 11:16
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

08.06.21 11:16
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

Hallo Jens,

für die Einstellung der Rückkopplung in der violetten Linie schreibst Du, dass die Einstellung "fummelig" und der Bereich der optimalen Wiedergabe schmal sei. Das ist so zwar grundsätzlich richtig, muss aber nicht sein. Ist man in der Lage, die Rückkopplung mit mehr als nur mit einem Einstellglied zu optimieren, kann man in den Bereich eines AFC-Fangbereichs von wenigen 10 Hz kommen. Dann kann dieser "Homodyne" Empfänger, wenn er sich nach Warmlauf stabilisiert hat, über eine längere Zeit beste Klangqualität bieten.

https://www.radiomuseum.org/forum/selbst...n_homodyne.html

Richtig gut funktioniert das allerdings nur mit meinem Grundig-Heinzelmann-Nachbau mit AF7 und AL4, Rückkopplungspoti und Schwenkkoppler.


Gruss
Walter

Zuletzt bearbeitet am 08.06.21 12:47

08.06.21 13:50
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

08.06.21 13:50
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

Hallo zusammen
@ Walter
Die "violette" Kurve spielt für mich eine besondere Rolle bei der Optimierung dieser "VE301-Studio":
https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...6&page=2#13

Denn ich habe Glück, weil "Radio 0511" aus den Niederlanden zwar mit Rauschen, aber klar empfangbar
über Bodenwelle kommt.
Der Friktionsantrieb des 301 ist zwar gemessen an der Spezifikation des Empfängers präzise, aber natürlich
nicht vergleichbar mit z.B. dem Antrieb des militärischen Tornister-Audions "Eb".
Bei Empfängern dieser Bauart wäre der Mittelwellen-Bereich dazu ja auch noch weiter unterteilt,
womit man den Rückkopplungs-Einsteller ebenfalls noch weiter spreizen kann.
Und der hat dann auch noch eine Untersetzung.

Und trotzdem kann man, wenn die genannten Grundlagen beachtet werden auch noch mit stärkerer Rückkopplung
arbeiten, was bei den heutigen, stark modulierten Sendern eine Verbesserung bringt:
"violette Kurve", Diagramm 1.Beitrag:

Ist das Audion (leicht schwingend) genau auf den Sender eingestellt ist der Empfang klar und verzerrungsarm.
Verändert man leicht die Abstimmung z.B. zunehmend nach unten, (2) tritt zunächst ein "Kriseln" auf, bei weiterer
Verstellung erzeugt das Schwingende Audion mit dem Träger des Senders den typischen "Einpfeifton".
Bleibt das Audion während dieses Verstimmens nicht stabil (sondern verändert seinen Zustand schlagartig)
hat man noch Verbesserungs-Potnzial.
Das Übergehen in den "Fangbereich" ist unmerklich und daran erkennbar, dass zwischen "Kriseln" und
"Klarer Empfang" kein langsamer Schwebungston von z.B 10 Hz auftritt.
(Wie bei einem stufenlos verstellbaren ZF-Überlagerer [BFO], der von der ZF nicht "mitgenommen" wird.)

Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 08.06.21 14:19

08.06.21 13:55
HB9 

WGF-Premiumnutzer

08.06.21 13:55
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

Hallo zusammen,

der Fangbereich hängt neben der Schaltung auch vom Verhältnis der Amplitude des Eingangssignals zur Amplitude der Eigenschwingung ab. Je grösser das Eingangssignal gegenüber der Eigenschwingung, umso grösser wird der Fangbereich, dafür wird der Qualitätsgewinn durch die Synchrondemodulation geringer. Ich habe bei meinem Synchrondemodulator für die AM-ZF (470kHz) einen Fangbereich von etwa +/-200Hz bei guter Audioqualität erreicht (Beschreibung ist hier: https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...&thread=352).

Bei meinem Zweikreis-Audion (mit EF184 und Rückkopplungseinstellung über Schirmgitterspannung) hängt der (relative) Fangbereich von der Feldstärke des empfangenen Senders und der Rückkopplungseinstellung ab, ist aber normalerweise ausreichend, so dass stabiler Synchron-Empfang möglich ist, ausreichend starkes Signal vorausgesetzt, was wegen der HF-Vorstufe meistens der Fall ist. Der absolute Fangbereich ist proportional zu Empfangsfrequenz.

Die Einstellung der Rückkopplung mit einem Drehkondensator ist übrigens nur die zweitbeste Idee, obwohl oft gemacht. Da die Kapazität des Rückkopplungskondensators die Resonanzfrequenz des Schwingkreises beeinflusst, verstimmt man den Schwingkreis beim Verstellen der Rückkopplung, was die Bedienung erschwert. Ideal ist die Einstellung der Rückkopplung über die Schirmgitterspannung, was man als Feineinstellung bei jedem Pentoden-Audion nachrüsten kann. Etwas schlechter ist ein Poti an Stelle des Rückkopplungs-Drehkos.

Eine 'sanfte' Rückkopplung erreicht man, wenn die Schaltung so dimensioniert ist, dass die Steilheit bei zunehmender HF-Amplitude am Audion-Gitter abnimmt, wie das Barkhausen schon geschrieben hat (siehe Zitat im ersten Beitrag). Die Steilheit der Röhre hängt von der Gittervorspannung sowie der Anoden- und Schirmgitterspannung ab. Wenn die HF-Amplitude am Steuergitter des (schwingenden) Gitter-Audions steigt, passiert Folgendes:

1. Wegen dem Gitterstrom (Gleichrichter-Effekt) wird das Steuergitter negativer.
2. Durch die höhere negative Gittervorspannung sinkt der Anoden- und Schirmgitterstrom.
3. Wegen 2 steigt die Anoden- und Schirmgitterspannung.

Punkt 1 ist gut, da der Arbeitspunkt der Röhre in Richtung kleinerer Steilheit verschoben wird (auch bei 'Nicht-Regelröhren').
Punkt 3 ist schlecht, da eine steigende Schirmgitterspannung bei Pentoden die Steilheit erhöht, dasselbe gilt für die Anodenspannung bei Trioden, während bei Pentoden die Anodenspannung wenig Einfluss auf die Steilheit hat, solange sie im 'flachen' Teil der Ausgangskennlinie ist, also nicht extrem niedrig ist.
Das bedeutet, dass durch hochohmige Anodenwiderstände (Triode) oder Schirmgitterwiderstände (Pentode) der Effekt von Punkt 1 auf die Steilheit 'wegkompensiert' werden kann und damit die Steilheit bei steigender HF-Spannung mindestens in einem gewissen Spannungsbereich nicht sinkt, sondern steigt und damit die Rückkopplung 'hart' wird. Dieser Effekt ist durch die Röhrendaten und den Arbeitspunkt definiert.
Somit sollte man die nötige, niedrige Schirmgitterspannung nicht mit einem hochohmigen Vorwiderstand, sondern mit einem Spannungsteiler erzeugen oder im Fall der Triode mit einem Spannungsteiler die Betriebsspannung herabsetzen und von dort mit einem eher niederohmigen Anodenwiderstand arbeiten. Mit der Schirmgitterspannung kann auch die Rückkopplung eingestellt werden, so wie weiter oben beschrieben.

Gruss HB9

08.06.21 20:08
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

08.06.21 20:08
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

Hallo,
Damit kommen wir schon zur praktischen Dimensionierung:

In dem schon genannten "Schultheiß-Buch" und anderen sind genannt:
Gitterwiderstand 1 MOhm, Gitterkondensator 100 pF

Potentiometer für Schirmgitter-Spannung (Rückkopplung Pentode) 50 kOhm.
Vorwiderstand 100 kOhm (bei Spannungen von 200-250V)

Richtwerte Anodenspannung 50 V, Schirmgitterspannung 20 V - 30 V

Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 08.06.21 20:20

09.06.21 08:45
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

09.06.21 08:45
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

Hallo zusammen,

bei meinen Experimenten mit dem Versuchsaudion habe ich 18 verschiedene, eher historische Trioden ausprobiert. Es zeigte sich eine Häufung der Audionempfindlichkeit bei einer Anodenspannung von 27 Volt. Der kleinste Anodenstrom kurz vor dem Schwingungseinsatz ergab sich mit 0,2mA bei den Röhren RE034 und RE144. Bei Raumladegitterröhren wie z.B. DM300, RE074d und A241 kamen für Gitter und Anode 2 bis 3 mA zusammen. Alle Versuche waren einstufig und mit Kopfhörerbetrieb.

Auch die "Radiomann"-Pentode EF98 spielte bei 27V am besten.

Deutlich mehr Spannung von mindestens 65V brauchte die 3NF, aber das ist ja Anodengleichrichtung ohne Rückkopplung und damit eine andere Baustelle.


Gruss
Walter

09.06.21 09:18
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

09.06.21 09:18
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

Hallo Walter,

Wie sieht es eigentlich subjektiv mit der Wiedergabequalität dieser alten Röhrentypen aus ?

Die Vakuum-Technik hatte sich ja kontinuierlich weiterentwickelt. Oftmals wurden die Röhren
auch mit geringer Vorspannung betrieben.

Das Problem sind ja heute die seht stark modulierten Sender. Dem ist zwar mit stark angezogener
Rückkopplung sehr gut beizukommen, was aber ein elektrisch (und mechanisch) stabiles
Audion erfordert.

Die Anoden-Betriebsspannung zu stabilisieren scheint mir unbedingt erforderlich zu sein.
Rückkopplung über Veränderung Spannung (Poti mit entsprechender Querstrombelastung)
wurde schon genannt.
Beim nächsten Audion-Aufbau wird auch noch die Heizspannung der Audion-Röhre stabilisiert sein.

Die Grundregel
"Kopplung von Antennenkreis (bzw. Koppelkreis der Vorröhre) und Rückkopplungskreis so lose wie möglich"
fällt mir noch ein.

Gruß
Jens

09.06.21 11:05
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

09.06.21 11:05
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Audion-Rückkopplung

basteljero:

Wie sieht es eigentlich subjektiv mit der Wiedergabequalität dieser alten Röhrentypen aus ?

Die Vakuum-Technik hatte sich ja kontinuierlich weiterentwickelt. Oftmals wurden die Röhren
auch mit geringer Vorspannung betrieben.


Hallo Jens,

in meinem Geatron (REN1004) und VE301dyn (AF7) missfallen mir die typischen Audion-Verzerrungen bei Lautsprecherbetrieb manchmal schon. Beim Versuchsaudion und Kopfhörerbetrieb fallen sie mir nicht so auf. Mit der Vakuumtechnik sehe ich keinen Zusammenhang. Meine ältesten Exemplare EVN171 und DII verhalten sich nicht anders als die Röhren, die ein oder zwei Jahrzehnte später hergestellt wurden.
Ohnehin sind die Unterschiede im rückgekoppelten Zustand nicht so gross, wie man angesichts der unterschiedlichen Steilheiten und Verstärkungswerten der Röhren vielleicht annehmen könnte. Freilich muss man den Grad der Rückkopplung möglichst variabel gestalten.

In der Tat ist es wichtig, neben der Veränderung der Rückkopplung auch noch eine Möglichkeit zu haben, die Antennenkopplung kontinuierlich beeinflussen zu können.

Der Modulationsgrad spielt sicherlich eine Rolle. Als das Audion aufkam, war Gittermodulation mit mittleren Modulationsgraden unter 50 Prozent und gewissen Klirrgraden üblich. Heute unterscheiden sich die Techniken der "trägersteuernden Modulationen" neben dem eigentlichen Modulationsgrad erheblich, um Stromkosten zu sparen. Allerdings drehen die verbliebenen Sender zumeist ihre Leistung ohnehin grundsätzlich auf mindestens 50% herunter.

Stabilisiert wird bei mir keine Spannung. Zunächst versorge ich die Schaltung mit meinem Heathkit IP17 Netzgerät. Danach verwende ich meistens einen Block aus 9 Volt Lithium Batterien, die bei schwacher Belastung unter 1mA eine Spannung von 10 bis 11 Volt auffweisen. Die haben 1200mAh Kapazität und reichen bei den kleinen Audionströmen sehr lange. Für die Heizung nehme ich das Labornetzteil. Für die "Gustav-Ganz" Röhren habe ich mir einen Adapter gebaut, um die Heizung direkt auf die 220 Volt Wechselspannung zu legen. Sicherheits-Bedenkenträger bitte ich um Nachsicht. Ich bin immer wieder fasziniert, dass das Audion mit diesen Röhren (z.B. Ostar A520) nicht brummt.


Gruss
Walter

Zuletzt bearbeitet am 09.06.21 11:19

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