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Besonderheiten von Batterieröhren
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10.01.21 17:40
HB9 

WGF-Premiumnutzer

10.01.21 17:40
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Besonderheiten von Batterieröhren

Hallo zusammen,

nachdem ich mich für das Batterieröhren-Radio intensiv mit Batterieröhren beschäftigt habe, möchte ich hier meine Erkenntnisse betreffend Batterieröhren weitergeben, da sie gegenüber den indirekt geheizten Netzröhren doch ein paar Besonderheiten aufweisen.

Heizung
Die Batterieröhren sind bekanntlich direkt geheizt, was diverse Konsequenzen hat. So kann man über die Heizleitung wunderbare Rückkopplungen bauen, da hier auch der Kathoden-Signalstrom fliesst. Um das zu unterbinden und die Kathoden wirksamer zu machen, muss bei jeder Röhre der Heizfaden mit einem passenden Kondensator überbrückt werden, die Kapazität richtet sich nach den Signalfrequenzen der Stufe. Bei NF-Röhren reicht ein gemeinsamer Elko.
Es ist zu beachten, dass die Polarität der Heizspannung eine Rolle spielt und daher beachtet werden muss.
Die meisten Batterieröhren können offiziell auch mit Serieheizung betrieben werden. Das hat aber Tücken. Offensichtlich ist das Problem der Gittervorspannung, da durch die Serieschaltung die Kathodenpotentiale der Röhren nicht mehr gleich sind, was z.B. für die Schwundregelung ein echtes Problem wird. Nicht so offensichtlich ist aber, dass durch die Serieschaltung vor allem die 'unterste' Röhre (also die, welche einseitig auf Masse liegt) neben dem Heizstrom auch etwa die Summe der Kathodenströme der übrigen Röhren bekommt und somit überheizt wird. Daher müssen die Kathodenströme mit passend dimensionierten Widerständen abgeleitet werden, was natürlich nur bei konstanten Strömen geht. Mherere geregelte ZF-Stufen oder auch eine Gegentakt-B-Endstufe geht da nicht. Durch zu hohen Kathdenstrom kann der Heizfaden durchbrennen!
Bei Endröhren gibt es noch eine weitere Besonderheit. Diese haben wegen der benötigten Leistung zwei Heizfäden, die meistens separat herausgeführt sind. Somit kann man diese parallel oder in Serie schalten. Bei Serieschaltung haben sie aber gegenüber dem Gitter unterschiedliche Potentiale, so dass die Stromverteilung ungleich wird, was zur Folge hat, dass mit seriegeschalteten Heizfäden wesentlich weniger Strom und damit Leistung möglich ist als mit parallelgeschalteten Fäden. Weiter hat man die Möglichkeit, nur einen Faden zu heizen, was dann den halben Strom und damit halbe Leistung ergibt, dabei ist zu beachten, dass dann der Lastwiderstand an der Anode verdoppelt werden muss.
Angenehm ist die sehr kurze, kaum merkbare Anheizzeit.

Steilheit/Verstärkung
Batterieröhren haben eine sehr niedrige Steilheit (so um 1mA/V oder weniger, auch Endröhren). Das bedeutet bei Endröhren, dass sie trotz geringer Leistung eine hohe Steuerspannung brauchen, sie liegt in derselben Grössenordnung wie für Netzröhren mit der zehnfachen Leistung.
NF-Vorstufen verstärken ebenfalls weniger, die DAF91 oder DAF96 erreicht realistisch eine Verstärkung von etwa 50, somit bleibt für Gegenkopplung nicht viel Spielraum.
HF- und ZF-Stufen müssen hochohmig aufgebaut werden, dann sind für AM-ZF-Stufen Verstärkungsfaktoren bis über 50 möglich. Für KW und FM-ZF-Stufen braucht es sehr gute, geschlossene Ferritkerne, wenn man Verstärkungen über etwa 15 erreichen will.
Mit guten Filterspulen erreicht man aber für AM-Empfänger ähnlich gute Empfangsleistungen wie mit netzbetriebenen Geräten mit gleich vielen Stufen. Für UKW braucht es aber mindestens eine ZF-Stufe mehr, und die DK96 ist als FM-ZF-Stufe problematisch.

Mischröhren
Als Mischröhren kommen praktisch nur Oktoden zum Einsatz. Diese sind vor allem für KW etwas kritisch, da einerseits die Steilheit der Oszillator-'Triode' recht gering ist und zum anderen der Eingangskreis auf den Oszillator koppelt, und diese Kopplung hängt noch von der Regelspannung und der Oszillatorspannung ab. Eine aus meiner Sicht bessere Oszillatorschaltung ist die Rückkopplung über die Kathode, so dass die Oszillator-Anode (g2) HF-mässig geerdet werden kann, so wie ich es in meinem Gerät gemacht habe. Weiter habe ich festgestellt, dass man den Oszillator der DK96 mit wesentlich weniger Strom als nach Datenblatt betreiben kann, was die Röhre schont.

Betriebsspannung
Dank den für Röhrengeräte niedrigen Betriebsspannungen von 45..90V sind sie gut für Experimente geeignet, da diese Spannungen noch relativ ungefährlich sind. Bei 45V passiert gar nichts, und 90V werden erst kritisch, wenn man feuchte Finger hat. Man soll aber nicht unnötig lange unter Spannung stehen, da der Gleichstrom im Körper elektrolytische Zersetzung macht. Kurzzeitiges Berühren ist aber unkritisch, und man merkt auch nichts vom Strom, so dass Folgeschäden durch unkontrollierte Bewegungen ausbleiben.
Die Röhren der 96er-Serie können ohne Weiteres mit 60V betrieben werden, ohne dass sich die Eigenschaften verschlechtern (mit Ausnahme der reduzierten Leistung von Endröhren). Durch die Spannungsreduktion spart man Batterien oder bei Speisung mit einem Gleichspannungswandler sinkt die Stromaufnahme um etwa einen Drittel ab gegenüber Speisung mit 90V.

Gruss HB9

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10.01.21 18:35
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

10.01.21 18:35
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Besonderheiten von Batterieröhren

Hallo,
Da gibt es nichts mehr Hinzuzufügen.
Nur noch ein Tipp:
jeweils 2x2 Leistungsdioden in Serie antiparallel zu den Heizfäden geschaltet, retten Röhrenleben !!!.

Bei 1,4 V-Röhren 2x 1N4007. bei 1,2V-Röhren 2x1N4007 + SB130 (Schottky).
Nachtrag:
Beispiel:
2x 1N4007 begrenzen die Spannung bei 1A auf 1,6V. Das halten sie kurze Zeit aus, ebenso die
Heizfäden (gerade so eben). Das langt meistens um zu merken, dass in der Schaltung irgendwas "faul" ist,
z.B. der Vorwiderstand nach der Anodenbatterie anfängt zu qualmen---


Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 10.01.21 22:07

10.01.21 19:59
HB9 

WGF-Premiumnutzer

10.01.21 19:59
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Besonderheiten von Batterieröhren

Hallo zusammen,

noch ein paar Ergänzungen.

@Jens: 2 Si-Dioden sind etwa knapp, bei etwas erhöhter Temperatur ziehen sie bei 0.7V schon einen nicht mehr vernachlässigbaren Strom. Besser sind 3 Dioden in Serie. Im Fehlerfall vertragen die D-Röhren (1.4V) auch 2.5V, und ein Dauerzustand sollte das ja nicht sein... Gegen Durchbrennen wegen zu hohem Kathodenstrom helfen sie aber nicht. Bei Serieschaltung kann man natürlich anstatt den Ableitwiderständen jeweils 2 Si-Dioden in Reihe über die Heizung schalten, dann bekommt die einzelne Röhre ziemlich genau 1.4V, so wie es sein sollte. Die gesamte Heizung soll dann über einen Vorwiderstand mit Strom versorgt werden.

UKW
Bei UKW macht sich die geringe Steilheit besonders bemerkbar, wegen der unvermeidlichen höheren Verluste sind die Verstärkungen entsprechend gering, so dass man mindestens 3, besser 4 ZF-Stufen braucht. Eine HF-Stufe mit einer DC96 bringt auch nur etwa 10dB Verstärkung, da ist die ECC 85 einiges besser, hat ja auch die 6fache Steilheit. Geringste Verluste (versilberter Spulendraht, kurze Leitungen, usw.) sind zwingend, wobei die relativ hohen Kapazitäten im UKW-Bereich auch nicht hilfreich sind.
Da die ZF-Spannung am Ratiodetektor einiges niedriger ist als bei Netzgeräten, muss der Ratiodetektor hochohmiger ausgelegt werden.
Die DK96 kann übrigens nicht sinnvoll als Geradeausverstärker (FM-ZF-Stufe) betrieben werden (gilt auch für die DK91 und DK92). Spielt die Röhrenzahl keine Rolle, spendiert man bei AM/FM-Empfängern besser eine zusätzliche DF96 oder DF97 als ZF-Stufe. Soll die DK96 als FM-ZF-Stufe verwendet werden, ist sie als Mischer zu betreiben, somit gibt es ein Doppelsuper. Werden im Oszillatorkreis COG-Kondensatoren und temperaturstabile Kerne (z.B. Amidon Material 6 oder Epcos K1) verwendet, ist die Oszillatorfrequenz stabil, auch bei über 20MHz. Telefunken hat das beim Bajazzo 56 so gemacht.

alternative AM-Mischer
Für AM/FM-Empfänger wird die DF97 als multiplikativen AM-Mischer empfohlen. Das hat den Nachteil, dass man eine weitere Röhre für den Oszillator braucht. Soll der Mischer nicht geregelt werden, kann man auch einen selbstschwingenden, additiven Mischer bauen, dazu ist die DF96 und die DF97 geeignet. Die Rückkopplung erfolgt über das Schirmgitter. Diese Mischer funktionieren sehr gut und können bei FM als ZF-Stufe genutzt werden. Nachteil ist die recht aufwendige Bandumschaltung der Oszillatorbrücke. Auch für Nur-AM-Empfänger kann das eine Alternative zur eher schlecht erhältlichen DK96 sein. Sie hat noch den Vorteil, dass sie weniger rauscht als ein multiplikativer Mischer.

Stromverbrauch
Batterieröhren, insbesondere die 96er-Serie, sind für Röhren ausgesprochen sparsam. Ein sehr gutes AM-Radio (mit HF-Stufe und 2 ZF-Stufen, da hört man das Gras wachsen) braucht nicht einmal 1W, das reicht nicht einmal, eine EF89 zu heizen. Kommt es nicht auf minimalen Stromverbrauch an, verwendet man besser die Röhren der 91/92er-Serie, die sind im Allgemeinen leichter erhältlich. Mit der DL94 gibt es auch eine recht kräftige Endröhre, die liefert in Gegentaktschaltung etwa 2W.

Mikrofonie
Die dünnen Heizfäden sind recht anfällig für Mikrofonie, wobei sie eine ausgeprägte Resonanz haben. Daher sollen als NF-Vorstufen nur die dafür auch vorgesehenen Röhren (z.B. DAF96) verwendet werden.

Stromversorgung
Bei Netzbetrieb sollte man die Heizspannung stabilisieren, das geht mit einem einstellbaren 'Dreibeiner' sehr einfach. Bei Batteriebetrieb hat man mehrere Möglichkeiten:

Klassisch:
Mit einer kräftigen NiMH-Zelle wird geheizt, und mit 5..10 9V-Batterien wird die Anodenspannung erzeugt.

Hybrid:
Die Heizung erfolgt aus NiMH-Zellen, wegen der höheren Spannung wird Serieheizung verwendet. Die Anodenspannung wird mit einem Transistor-Gleichspannungswandler erzeugt, der NF-Teil wird normalerweise transistorisiert aufgebaut. So braucht man nur einen Akku.

Modern:
Der Akku speist einen Gleichspannungswandler, der die stabilisierte Heizspannung und die Anodenspannung liefert. So hat man alle Freheiten und braucht nur einen Akku.

Bei Gleichspannungswandlern ist auf gute Abschirmung und Entkopplung zu achten, damit man sich nicht stört. Ferritantennen empfangen dabei liebend gern das Magnetfeld des Trafos. Hier hilft nur eine Eisen-Abschirmung sowie eine geschickte Platzierung der Ferritantenne und des Wandlers, so dass die Feldlinien quer zum Ferritstab verlaufen und damit nicht aufgenommen werden.

Gruss HB9

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