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
Nachtrag: In alten Funkschau-Ausgaben frei verfügbar, diese Beiträge von Carl Hertweck "Heulboje oder Audion" (1928) und "100% Rückkopplung" (1930) [*1] Karl Schultheiss "Der Kurzwellen-Amateur", 1955
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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.
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.)
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.
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.
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.
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
Nachtrag vom 06.04.2022 zu den Daten der ersten Telefunkenröhre EVN94/171: Heizspannung 3V, Heizstrom 0,5A, Steilheit 0,1mA/V, Durchgriff 0,15, Innenwiderstand 67k Ohm, Röhrenkonstante 0,0000172
Moin, Für dieses Audion wurde auch ein "Nestel-Audion"-Adapter angefertigt. https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...=406&page=2 Die Rückkopplungs-Röhre erhält eine höhere Vorspannung, die HF-Gleichrichtung / Demodulation erfolgt über eine Diode. Funktioniert gut, aber die Rückkopplung ist kritischer und der Arbeitspunkt der Rückkopplungs-Röhre kritischer. Eine Erklärung gibt der Begriff der "mittleren Steilheit", den der Röhrenversteher Barkhausen in seinem Lehrbuch[1] benutzt. Der Gitterstrom wird hier als vernachlässigbar angenommen.
Im Arbeitspunkt "AP-grün" entstehen bei geringer Rückkopplung zunächst schwache Schwingungen (A-A'). Zieht man die Rückkopplung weiter an, werden die Amplituden größer. Gleichzeitig sinkt die mittlere Steilheit, so dass die Rückkopplung in dem Bereich stabil bleibt (B-B'): Die verringerte mittlere Steilheit verursacht geringere Verstärkung und verringert den Rückkopplungs-Faktor des Audions. Das muss man dann ausgleichen, will man stärkere Rückkopplung haben, indem man die Rückkopplung weiter anzieht.
Im Arbeitspunkt "AP-blau" ist es umgekehrt: Für kleine Amplituden (C-C') ist die mittlere Steilheit zunächst gering, werden diese größer steigt die mittlere Steilheit ebenfalls an (D-D'). Die Schwingung schaukelt sich auf, ein stabiler Rückkopplungs-Betrieb des Audions ist hier nicht zu erreichen. Dieser 2.Fall dürfte praktisch von größerer Bedeutung sein, weil der Gitterstrom bei größerer Vorspannung tatsächlich zu vernachlässigen ist.
Praktischer Vergleich: Dank freundlicher Hilfe aus dem WGF (hallo Walter!) kann ich hier die Rückkopplungs-Umgebung meines Anzeigeverstärkers nachvollziehen und mit den Steilheitskurven aus dem "Barkhausen" vergleichen[2]: Die Rückkopplungs-Röhre wird recht niederohmig angesteuert, die Vorspannung beträgt 6V - 4,4V = -1,6V. Es fließt praktisch kein Gitterstrom, er hätte auch kaum Auswirkung auf den Arbeitspunkt. Trotzdem ist die Rückkopplung weich. Die Schaltung verträgt selbst die EF183 ausgezeichnet.
Eine "Hörprobe" mit dem UBM in Anhang
Auf das Gerät wurde ein schmaler Bandbereich um 17,2 kHz gegeben. Ebenfalls eine Misch-Frequenz von 17 kHz. Mit Anzug der Rückkopplung erscheinen zunächst die Hintergrundgeräusche und werden lauter. Dann verbreitert sich die Resonanzkurve zusehends, unmittelbar danach ist ein stärker werdender Ton zu hören. (Weil sich die 17 kHz-Sinus-Generator-Frequenz mit der schwingenden "Audion"-Röhre mischt). Es tritt keinerlei "Hysterese-Effekt" auf, wie am Ende der Aufnahme zu hören ist. Es wurde darüber hinaus noch eine selektierte 6K13P = EF183 mit besonders weichem Rückkopplungs-Einsatz verwendet.
[1]Prof.Dr. Heinrich Barkhausen: Lehrbuch der Elekktronenröhren, 3.Band: Rückkopplung, Kap."Weiches und hartes Einsetzen der Schwingungen", 1969 [2] Im 1. Band (Grundlagen) von 1969 sind die Anodenstromkennlinien und die entsprechende Steilheitskennlinien für die EF80 auch für kleine g2- Spannungen angegeben, wie sie im Audion verwendet werden.)
basteljero: Mehr als Entdämpfen kann man ja nicht, muss nur den Rückkopplunsgrad entsprechend anpassen. Die Ergebnisse müssten bei Röhren mit unterschiedlicher Steilheit in etwa gleich sein.
Hallo Jens Danke für Deine Antwort in dem anderen Faden, möchte ihn nicht länger mit OT belasten. Hoffe, es ist in Ordnung das Thema hier weiterzuführen. Gewiß, mehr als Entdämpfen geht nicht aber durch die Entdämpfung werden ja nur die Kreisverluste aufgehoben, an der eigentlichen Verstärkung der Röhre ändert es jedoch nichts, wenn ich das richtig sehe. Auch an dem Punkt unmittelbar vor dem Schwingeinsatz arbeitet die Röhre im (vorher ohne Rückkopplung) eingestellten Arbeitspunkt und demzufolge müßte mit unterschiedlich steilen Röhren, auch eine im gleichen Maße unterschiedliche Verstärkung der schwingenden Audionstufe meßbar sein. Den Arbeitspunkt der EF183 hatte ich ohne Rückkopplung eingestellt und die Stufe hatte eine deutlich höhere Verstärkung, als mit der 12Ж1, was zu erwarten war. Worin die Ursache liegt, weshalb die Differenz in der Verstärkung bei angezogener Rückkopplung kaum noch auszumachen ist, bleibt mir nach wie vor schleierhaft.
HB9: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...
Hallo HB9 Das leuchtet ein und solange die Frequenzvariation nicht zu groß ist, z.B. AFU, sehe ich auch kein Problem. Auf MW ist der Frequenzbereich jedoch um ein Vielfaches größer und man entfernt sich beim Nachführen der Rückkopplung über die Schirmgitterspannung unweigerlich vom optimalen Arbeitspunkt. Wäre die Rückkopplungseinstellung mit einem Drehko in diesem Fall nicht die verlustärmere Methode?
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