Die UKW-Vorstufe mit Trioden
Die UKW-Vorstufe mit Trioden
Die ersten UKW-Radios - Sendebeginn war der 28.02.1949 beim BR bzw. der 01.03.1949 beim NWDR - waren noch mit Stahlröhren bzw. Rimlockröhren bestückt. Als Schaltung wurde häufig ein Pendelempfänger (Geradeaus) aber auch ein Superheterodyn-Empfänger, hier allerdings mit einer Mischröhre vom Typ ECH/UCH ohne Vorstufe verwendet.
Diese frühen Empfänger waren nicht sehr empfindlich, weshalb Antennen auf dem Dach nötig waren. Dafür aber produzierten beide Arten von Empfänger eine kräftige Störstrahlung (oberhalb des UKW-Bandes), die sich nach Eröffnung des Fernsehfunks (1953) in Moiree Streifen im Bild bemerkbar machten. Die Empfängerindustrie war also genötigt, empfindlichere und vor allem störstrahlungssichere Empfänger zu liefern. Für frühe Empfänger gab es z.T. Umbausätze, wo dann ein (damals) moderner UKW-Tuner mit der ECC85 nachgerüstet wurde.
Der Funkmeßdienst der Deutschen Bundespost war damals viel damit beschäftigt, noch im Betrieb befindliche frühe und störende UKW Empfangsanlagen zu orten und Abhilfe zu schaffen.
Durch eine Vorstufe war es möglich, sowohl die Empfindlichkeit zu erhöhen, als auch die Abstrahlung der Oszillator-Frequenz zu unterdrücken. Viele der ersten Vorstufen wurden mit Pentoden (EF42, EF80) bestückt. Allerdings fand man dann heraus, daß die Verstärkung einer Pentode auf "so hohen" Frequenzen auch nicht größer ist, als die einer Triode. Der Grund ist die relativ geringe Kreisgüte, die bei ca. 100MHz realisierbar war.
Gegenüber der Pentode hat die Triode den Vorteil, daß sie sehr viel weniger Eigenrauschen erzeugt, weil das "Stromverteilungs-Rauschen" entfällt. Aber sie hat einen Nachteil, der aus der Anfangszeit des Rundfunks bekannt war. Eine Triode hat eine so große Gitter-Anoden-Kapazität, daß unbedingt eine Neutralisierung erforderlich wird, damit eine solche Stufe nicht schwingt.
Als Abhilfe gegen dies Instabilität wurden zunächst Gitterbasis-Stufen verwendet. 1953 wurde dann von R. Cantz die Zwischenbasisstufe entwickelt.
Einen guten Überblick über den Stand der Technik zu Mitte bis Ende der 1950er Jahre liefert "Pitsch, H.: Lehrbuch der Funkempfangstechnik, 3.A. 1960, VAG". Die UKW-Vorstufen werden in den §§ 489 - 495 in Band 2 behandelt.
§ 489 – 495. Die UKW-Vorstufe
§ 489. Vorteile und Röhre
Eine Vorstufe vor der Mischstufe hat vier Vorteile:
1. Verringerung der Rauschzahl, weil eine Verstärkerröhre in der ersten Stufe weniger als in der Mischstufe rauscht (Bd. 1, § 200). Bei einer Triode ist Rä = 500 Ω statt 7 kΩ.
2. Herabsetzung der Ausstrahlung der Oszillatorschwingungen über die Antenne.
3. Weniger kritische Einstellung der Brückenschaltung am Eingang der Mischstufe (kein Trimmer erforderlich), weil die Ausstrahlung der Oszillatorschwingungen über die Antenne bereits durch die Vorröhre herabgesetzt ist.
4. Vergrößerung der Verstärkung. Diese könnte an sich auch durch eine größere ZF-Verstärkung erzielt werden, jedoch ist es vorteilhafter, diese nicht zu hoch zu treiben, weil dadurch zu leicht Rückwirkungen im ZF-Teil auftreten können (§ 508).
Bei der Einführung einer besonderen Mischtriode (EC 92) für den UKW-Empfang im Jahre 1952 wurde eine Pentode (EF85) als Vorröhre verwendet, die auf den übrigen Wellenbereichen als erste ZF-Röhre diente [1918, 1925]. Die UKW- und ZF-Schwingungskreise sind dann wie bei einer Reflexschaltung in Reihe geschaltet. Eine andere, ebenfalls angewendete Möglichkeit
bestand darin, auf dem UKW-Bereich das Heptoden-System der auf den übrigen Bereichen als Mischröhre dienenden Triode-Heptode als Vorröhre zu verwenden. Derartige wahlweise Verwendungen derselben Röhre in verschiedenen Stufen haben zwar den Vorteil einer guten Ausnutzung der Röhren des Empfängers, jedoch den Nachteil, daß die Schaltung verwickelt wird.
Heute macht man meist von einer Triode als Vorröhre Gebrauch, die nur auf dem UKW-Bereich in Betrieb ist. Der Preis einer solchen zusätzlichen Triode ist an sich schon niedriger als der einer Pentode und wird weiter dadurch herabgesetzt, daß sie mit der Mischtriode zusammen in einem gemeinsamen Röhrenkolben untergebracht wird (früher ECC 81, jetzt ECC 85). Es ist deshalb wirtschaftlich noch tragbar, diese Doppelröhre nur auf dem UKW-Bereich und nicht auf den anderen Bereichen arbeiten zu lassen. Die Verstärkung einer Triode ist nicht geringer als die einer Pentode mit etwa gleicher Steilheit, weil auf dem UKW-Bereich der Resonanzwiderstand im Anodenkreis klein gegen den Innenwiderstand ist und deshalb die Steilheit einer Triode praktisch ganz ausgenutzt werden kann. Der besondere Vorteil einer Triode ist ihr geringeres Rauschen.
Es erscheint zunächst unerwünscht, eine Triode zur HF-Verstärkung zu verwenden, nachdem in HF-Stufen die Triode sonst allgemein durch die Pentode verdrängt wurde. Tatsächlich wird die Triode meist nicht in der zu Anfang der Rundfunktechnik (1924 bis 1928) üblichen Weise in Kathodenbasis-Schaltung (d. h. Kathode an Erde) mit Neutralisation verwendet, weil die Neutralisation im Falle der vollen Ausnutzung der Verstärkung bei einem Röhrenwechsel nachgestellt werden müßte und weil sie außerdem wegen der auf dem UKW-Bereich merklichen Leitungsinduktivitäten frequenzabhängig ist. Man verwendet deshalb die Triode meist in zwei anderen Schaltungen, nämlich in der Gitterbasis-Schaltung oder in der Zwischenbasis-Schaltung (folg. § 490 u. 491). In diesen beiden Schaltungen wird der Eingangskreis durch die gegenkoppelnde Wirkung des Anodenwechselstromes so stark bedämpft, daß der Eingangskreis das ganze UKW-Band umfaßt und deshalb fest abgestimmt wird (§ 490). In Geräten mit einer ZF = 6,75 MHz (§ 504) ist dagegen eine größere Spiegelfrequenzsicherheit erforderlich, die durch einen abstimmbaren Eingangskreis mit der Kathodenbasis-Schaltung erzielt wird [1899u].
Die UKW-Vorstufen-Triode in Gitierbasis-Schaltung ist in Reflexschaltung zugleich als ZF-Röhre in Kathodenhasis-Schaltung für 10,7 MHz verwendet worden [583b, 1899w].
§ 490. Die Gitterbasis-Schaltung [1926-1935, 1949]
Bei dieser Schaltung nach ALEXANDERSON [1926] wird das Gitter geerdet und die Kathode gesteuert, wie Abb. 904 zeigt und noch deutlicher in Abb. 905 zu erkennen ist. Das Gitter bildet wegen seiner Erdung eine Abschirmung zwischen der Kathode und der Anode. Der Eingangs- und Ausgangskreis sind nur über die trotz dieser Abschirmung vorhandene Anoden-Kathoden-Kapazität Cak miteinander gekoppelt, die aber wesentlich kleiner (0,18 pF bei ECC 85) als die Gitter-Anoden-Kapazität Cga (1,5 pF) ist. Die über die kleine Kapazität Cak vorhandene Anodenrückwirkung kann nicht zu einer Selbsterregung führen, weil der Eingangswiderstand einer Gitterbasis-Schaltung sehr klein ist, wie nachfolgend gezeigt werden soll, und deshalb nur ein entsprechend kleiner Teil der Anodenwechselspannung am Eingangskreis auftreten kann.
Der Eingangswiderstand ReGB einer Gitterbasis-Stufe ist außergewöhnlich niedrig, z. B. 250 Ohm weil der Anodenwechselstrom den Gitterkreis durchfließt und deshalb eine Gegenkopplung hervorruft. Er ist:
ReGB = 1/S(1 + Ra / Ri) = 1/S + DRa (446)
Zahlenbeispiel: Bei der Röhre ECC 85 mit S = 6 mA/V bei Ia = 12 mA, Ri = 10 kΩ und Ra = 5 kΩ ist ReGB = 250 Ω
Der kleine Eingangswiderstand ist hauptsächlich maßgebend für den Resonanzwiderstand des Eingangskreises. Deshalb ist der Eingangswert (Bd. 1, § 164) gering, d. h. es findet praktisch keine Hochtransformierung der Antennenspannung statt.
Zahlenbeispiel: Für einen Eingangswiderstand ReGB = 250 Ω und einen Antennenwiderstand RA = 100 Ω (unten am Antennenkabel) ist der Eingangswert
v = (l/2) (Re/RA) = (l/2) (250/100) = 0,8.
Ferner läßt sich die Bandbreite ohne Verwendung eines zusätzlichen Dämpfungswiderstandes durch ein genügend großes L/C-Verhältnis so groß bemessen, daß der Eingangskreis fest auf die Mitte des UKW-Rundfunkbereiches abgestimmt werden kann und somit ein Drehkondensator oder Variometer für diesen Kreis erspart wird. Von diesem Vorteil wird allgemein Gebrauch gemacht (meist bei der Zwischenbasis-Schaltung, folg. § 491). Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß die durch die Gegenkopplung verursachte Dämpfung im Gegensatz zu einem OHMschen Widerstand kein zusätzliches Rauschen verursacht [1936]. Um diesen Vorteil zur Geltung kommen zu lassen, muß der Schwingungskreis selbst verlustarm, also mit großem Resonanzwiderstand, und damit rauscharm aufgebaut werden, obwohl der resultierende Resonanzwiderstand infolge der Gegenkopplung sehr niedrig ist.
Der Innenwiderstand einer Gitterbasis-Stufe ist größer als der einer Kathodenbasis-Stufe. Er hängt von dem am Eingang liegenden Wechselstromwiderstand ab. Je größer dieser Wechselstromwiderstand ist, um so größer ist auch der Innenwiderstand.
Die Verstärkung einer Röhre in Gitterbasis-Schaltung ist dieselbe wie die einer Kathodenbasis-Schaltung.
Die Gitterbasis-Schaltung wird in der Dezimeterwellentechnik mit "Scheibenröhren" angewendet, bei denen das Gitter scheibenförmig ausgebildet ist und sich quer durch den Röhrenkolben erstreckt und ihn allseitig durchdringt. Die Scheibenröhre wird so in eine Abschirmwand eingesetzt, daß das Gitter die Fortsetzung der Abschirmwand bildet [1927].
§491. Die Zwischenbasis-Schaltung
Diese Schaltung stellt ein Mittelding zwischen der Kathodenbasis-Schaltung und der Gitterbasis-Schaltung dar, denn weder die Kathode noch das Gitter ist geerdet, sondern es ist nach Abb. 906 eine Anzapfung am Schwingungskreis (an der Spule oder am Kondensator) an Erde gelegt. Diese Schaltung [1937] wird nach CANTZ [1938] mit Neutralisierung in der UKW-Vorstufe häufig angewendet. Sie hat gegenüber der Gitterbasis-Schaltung den Vorteil eines höheren Eingangswiderstandes wegen der geringeren Gegenkopplung, wodurch sich ein höherer Eingangswert ergibt. Der Verstärkungsgewinn beträgt etwa zwei, wenn die Anzapfung ungefähr in der Mitte liegt. Der Eingangswiderstand der Zwischenbasis-Schaltung ist:
ReZB =1/(xS)(1 + Ra / Ri) = ReGB / x (477)
wenn x das Verhältnis der Spannung am unteren Teil des Schwingungskreises zur Spannung am ganzen Schwingungskreis ist.
Gleichzeitig ist auch die Bandbreite (siehe § 490) entsprechend kleiner, jedoch ist dies nicht schädlich, weil sie für den UKW-Rundfunkbereich (3-m-Band) noch ausreicht.
Die Zwischenbasis-Schaltung ist auf dem UKW-Bereich nur mit einer N e u t r a 1 i s a t i o n vorteilhaft [ 1938] weil andernfalls die geerdete Anzapfung nahe am Gitter liegen müßte. Die Neutralisation ist jedoch bei weitem nicht so kritisch wie bei der Kathodenbasis-Schaltung, weil am Gitter lediglich ein Teil der Wechselspannung des Schwingungskreises liegt. Deshalb braucht der zum Ausgleich der Streuung von Schaltkapazitäten dienende Neutralisationskondensator CN in Abb. 906 beim Röhrenwechsel nicht neu eingestellt zu werden. Er liegt zwischen Anode und Kathode, weil der untere Punkt des Eingangsschwingungskreises wegen der geerdeten Anzapfung eine zum Gitter gegenphasige Spannung führt.
Für den UKW-Rundfunkbereich ist eine Anzapfung etwa in der Mitte am günstigsten, weil dann die Stabilität der Verstärkung bei Abweichungen von der Neutralisation infolge unvermeidlicher Fabrikationsstreuungen bei den Röhren eine mit Sicherheit ausreichende Größe hat. Würde die Anzapfung wesentlich tiefer liegen, so würde beim Röhrenwechsel die Stabilität ohne Nachstellung der Neutralisation nicht mehr gewährleistet sein (bei langen Wellen dagegen ist die Lage der Anzapfung viel weniger kritisch). Würde die Anzapfung wesentlich höher als bei der Mitte gewählt werden, so würde die Stabilität nicht mehr wesentlich vergrößert werden, jedoch die Bedämpfung des Eingangskreises durch die starke Gegenkopplung unnötig zunehmen [1938].
Es hat sich gezeigt, daß in der Fabrikation der Resonanzwiderstand des Eingangskreises und damit die Verstärkung der Vorstufe merklich schwankte. Die Ursache lag darin, daß der Eingangskreis in Abb. 906 nicht nur an der Anzapfung der Spule, sondern auch im kapazitiven Zweig dadurch geerdet ist, daß das Gitter und die Kathode Kapazitäten gegen Erde haben und diese beiden Kapazitäten einen kapazitiven Spannungsteiler bilden. Da die Anzapfungen im induktiven und kapazitiven Zweig im allgemeinen nicht auf demselben Potential liegen, wird ein Teil des Schwingungskreises kurzgeschlossen, wodurch eine Dämpfung entsteht. Die Anzapfung an der Spule läßt sich in der Fabrikation wegen der geringen Windungszahl der Spule (z. B. zwei Windungen) nicht bei jeder Spule an genau der gleichen Stelle anbringen, so daß dadurch die Größe des kurzgeschlossenen Teils des Schwingungskreises und damit der Resonanzwiderstand schwankt. Der Kurzschluß und damit die Dämpfung wird bei der praktischen Verwendung der Zwischenbasis-Schaltung durch eine Drossel vermieden, die nach Abb. 906a in der Verbindungsleitung zwischen Erde und Anzapfung an der Spule liegt [1957]. Diese Verbindungsleitung ist zur Zuführung des Anodenstromes zur Kathode notwendig.
Noch günstiger ist die Zwischenbasis-Schaltung nach Abb. 906b, weil dort zwischen Gitter und Masse ein Kondensator von 10 pF liegt, der zur Unterdrückung der Ausstrahlung der Oszillatorschwingungen beiträgt. Er ist unmittelbar am Gitter angeordnet, um zugleich eine unerwünschte Selbsterregung auf einer Dezimeterwelle zu verhindern. Der Gitterblockkondensator von 300 pF ist deshalb in den Schwingungskreis hinein verlegt. Die zur Weiterleitung des Kathodengleichstromes dienende Drossel Dr ist zur Ersparnis einer Mittelanzapfung an der Spule mit einem der Enden des Schwingungskreises verbunden.
In Abb. 906b ist die Drossel Dr aus dem folgenden Grunde an das gitterseitige Ende angeschlossen. Sie ist wesentlich kleiner bemessen, als zu einer reinen Drosselwirkung notwendig wäre, und zwar so klein (z. B. 1 μH) daß sie zusammen mit der parallel liegenden Kapazität einen Schwingungskreis bildet, dessen Eigenfrequenz unterhalb des UKW-Frequenzbereiches in dessen Nähe (z. B. 50 MHz) liegt. Dann wirkt dieser Schwingungskreis als vergrößerter kapazitiver Widerstand (Bd. 1, § 108 u. 111), der mit abnehmender Frequenz ansteigt und damit eine höhere Verstärkung durch Annäherung an die Kathodenbasis-Schaltung verursacht. Wird die Drossel an das andere Ende der Spule gelegt, so ergibt sich mit ansteigender Frequenz eine höhere Verstärkung.
Die Zwischenbasis-Schaltung gibt nach CANTZ [1938] auch die Möglichkeit, bei passender Wahl der Anzapfung gleichzeitig die kleinste Rauschzahl und eine reilexionsfreie Anpassung an die Dipolzuleitung zu erzielen. Man bemißt zu diesem Zweck einerseits die Anpassung der Dipolzuleitung an den Eingangsschwingungskreis durch entsprechende Bemessung des Übersetzungsverhältnisses so, daß die kleinste Rauschzahl erzielt ist (rauschoptimale Anpassung nach Bd. 1, § 2012). Andererseits wird die durch Wahl der Anzapfung erzielte Gegenkopplung so bemessen, daß bei der gewählten Antennenkopplung eine reflexionsfreie Anpassung herrscht. Der Grund dafür, daß gleichzeitig zwei verschiedene Anpassungen möglich sind, liegt darin, daß die durch die Gegenkopplung bewirkte Bedämpfung des Eingangskreises im Gegensatz zu einem Widerstand keinen Einfluß auf das Rauschen hat.
Die Zwischenbasis-Schaltung bewirkt eine Stromgegenkopplung, jedoch ist auch eine Spannungsgegenkopplung bei der Kathodenbasis-Schaltung bzw. Spannungsmitkopplung bei der Gitterbasis-Schaltung anwendbar [1939].
§ 492. Die Cascode-Schaltung
Diese Schaltung besteht aus zwei Stufen, und zwar nach Abb. 907 aus einer Kathodenbasis-Stufe und einer Gitterbasis-Stufe [1940 - 1942]. Eine Neutralisation der ersten Stufe ist wegen des sehr kleinen Eingangswiderstandes der zweiten Stufe (siehe § 490), der zugleich den Außenwiderstand der ersten Stufe bildet, und wegen der damit verbundenen geringen Verstärkung der ersten Stufe nicht immer erforderlich (§ 493 u. 509). Beide Röhren wirken bezüglich der Verstärkung zusammen wie eine Schirmgitterröhre, jedoch ohne deren Verteilungsrauschen, weil das Gitter der zweiten Röhre so weit negativ vorgespannt ist, daß es keinen Gitterstrom aufnimmt.
Die Cascode-Schaltung ist im Eingangsteil von Fernsehempfängern gebräuchlich, weil die Verstärkung höher als die einer Gitterbasis-Stufe ist. Um den Fernseh-Wellenbereich (4,41 bis 6,38 in entsprechend 68 bis 47 MHz) ohne Abstimmungsänderung verstärken zu können, ist die in Abb. 907 gestrichelt gezeichnete Spule eingeschaltet, die bei einer hohen Frequenz des Bereiches eine Reihenresonanz mit der Eingangskapazität der folgenden Röhre ergibt (π-Filter, § 500). In Rundfunkempfängern wird der zusätzliche Aufwand einer Röhre meist nicht als lohnend angesehen.
Man kann die beiden Röhren einer Cascode-Schaltung auch galvanisch nach Abb. 908 miteinander koppeln [1940, 1941]. Dann haben die beiden Röhren einen gemeinsamen Anodengleichstromkreis.
§ 493. Neutralisation in der Vorstufe
Zur Neutralisation der Gitter-Anoden-Kapazität von Trioden in Kathodenbasis- und Zwischenbasis-Schaltung dienen im allgemeinen Brückenschaltungen. Man unterscheidet hierbei je nach der Entnahme der Neutralisierungsspannung vom Anodenkreis oder Gitterkreis zwischen der Anoden-Neutralisa tion und der Gitter-Neutralisation (§331). Ein Beispiel für die Gitter-Neutralisation in einer Zwischenbasis-Stufe wurde in Abb. 906 dargestellt.
Es ist aber auch möglich, die Gitter-Anoden-Kapa zität durch Parallelschalten einer Spule LN in Abb. 909 zu einem Schwingungskreis N zu ergänzen, der auf dieselbe Frequenz wie der Empfangskreis E abgestimmt werden muß [1943].
Abb. 909. Neutralisierung der Gitter-Anoden-Kapazität in einer Zwischenbasis-Schaltung durch Abstimmung mit der Spule LN
Dies erschwert in abstimmbaren Stufen die Anwendung. Da aber beim UKW-Empfänger die Vorstufe fest auf die Mitte des Bereiches abgestimmt wird, ist diese Neutralisations-Schaltung dort leicht anwendbar und wird auch tatsächlich benutzt [1944]. Diese Anwendung ist möglich, weil die beiden Schwingungskreise N und E nicht in Resonanz mit der Empfangsfrequenz zu sein brauchen. Bei der Resonanzfrequenz bilden die Widerstände der beiden Kreise N und E einen OHMschen Spannungsteiler für die Anodenwechselspannung, von der ein Teil gleichphasig zum Gitter gelangt und dort eine Gegenkopplung ausübt. Bei tieferen Frequenzen wirken beide Schwingungskreise kapazitiv und bilden einen kapazitiven Spannungsteiler, der ebenfalls eine Gegenkopplung auf das Gitter verursacht. Das gleiche gilt für die höheren Frequenzen, bei denen die beiden Schwingungskreise einen induktiven Spannungsteiler bilden. In einer Zwischenbasis-Schaltung (Abb. 909) ist bei der Resonanzfrequenz und in deren Nähe die Gegenkopplung gering, weil der Schwingungskreis E einen kleinen Resonanzwiderstand hat (§ 491) und deshalb nur ein entsprechend kleiner Anteil der Anodenwechselspannung zum Gitter zurückgelangt. Für weiter abliegende Frequenzen gilt jedoch das reine Verhältnis der Kapazitäten bzw. Induktivitäten, welches derart ist, daß die Gegenkopplung wesentlich stärker als in Resonanznähe ist. Deshalb sinkt die Verstärkung jenseits der Bandgrenzen entsprechend ab. Wegen dieser Selektionswirkung des Kreises N wird diese Neutralisations-Schaltung auch als "Doppel-Vorkreis-Schaltung" bezeichnet [1944].
Um auch in abstimmbaren Stufen eine Neutralisation in einem gewissen Bereich zu erzielen, kann der Bereich der Neutralisation dadurch erweitert werden, daß an den aus der Spule und der Gitter-Anoden-Kapazität gebildeten Schwingungskreis ein zweiter gleich abgestimmter Schwingungskreis kritisch angekoppelt wird [1944a].
Eine grundsätzlich gleichartige Schaltung läßt sich bei der Gitterbasis-Schaltung zur Neutralisation der Anoden-Kathoden -Kapazität verwenden. Die Neutralisierungs-Induktivität Lg in Abb. 910 wird hier in die Gitterzuleitung gelegt [1945]. Sie bildet nach Abb. 911 links mit den Röhren-Kapazitäten Cgk und Cga eine T-Schaltung (Stern-Schaltung), die in eine gleichwertige π-Schaltung (Dreieck-Schaltung) in Abb. 911 rechts umgerechnet werden kann (Bd. 1, § 8). Die Induktivität Lg erscheint dann als Induktivität Lg, die parallel zu Cak liegt und mit dieser einen Schwingungskreis bildet, der auf der Mitte des UKW-Bereiches abgestimmt ist. Zur Berechnung der Induktivität Lg dient die folgende Formel [1949a]:
Lg = 1/{ω² (Cgk + C ga + Cgk * Cga / Cak)}
Zahlenbeispiel: Für Cgk = 4,8 pF, Cga = 1,9 pF, Cak = 0,18 pF (wozu u. U. noch Schaltkapazitäten hinzuzurechnen sind) und f = 91 MHz ist Lg = 53 nH = 0,053 μH.
Die Induktivität Lg am Gitter in Abb. 910 ist zum Teil schon durch die Leitungs-Induktivität in der Röhre und in der Fassung vorhanden und braucht nur durch ein Drahtstück von etwa 3 cm Länge als Gitterzuleitung dargestellt zu werden. Wenn man aber das Gitter über einen Kondensator (500 - 1000 pF) an Masse legt und die negative Vorspannung dem Gitter über einen Widerstand zuführt, so kann dieser Kondensator schon etwa die richtige Induktivität besitzen [1949a].
Nach demselben Prinzip kann in der Kathodenbasis-Schaltung die Gitter-Anoden-Kapazität einer Schirmgitterröhre bei einer bestimmten Frequenz neutralisiert werden, indem eine passend bemessene Induktivität in die Zuleitung zu dem nicht kapazitiv geerdeten Schirmgitter gelegt wird [1945 a].
Über andere Schaltungen zur Neutralisation siehe § 509.
§ 494. Rückkopplung in der Vorstufe
Der kleine elektronische Eingangswiderstand der Röhren auf dem UKW-Bereich setzt die Verstärkung entsprechend herab, weil er den Resonanzwiderstand des angeschalteten Schwingungskreises maßgeblich bestimmt. Eine Erhöhung des Eingangswiderstandes kann durch eine positive Rückkopplung erzielt werden. Im UKW-Bereich ist hierfür die Schaltung nach Abb. 912 geeignet [1910]. In die Kathodenleitung ist ein kleiner Kondensator Ck eingeschaltet, der zur Gleichstromzuführung durch eine Drossel überbrückt ist. Dieser Kondensator bildet zusammen mit der Röhrenkapazität Cgk eine Dreipunktschaltung zwischen Gitter, Kathode und Masse (verbunden mit dem Schirmgitter). Hierbei spielt für die Rückkopplung das Schirmgitter die Rolle einer Anode. Die Kapazität des Kondensators Ck muß genügend klein sein, weil eine große Kapazität den Einfluß der Induktivität der Kathodenzuleitung nur teilweise (oder ganz) aufhebt. Diese Induktivität verursacht wegen der umgekehrten Phase der an ihr liegenden Wechselspannung eine Gegenkopplung (§ 488).
§ 495. Wilde Schwingungen in der Vorstufe
Unerwünschte Schwingungen können außer in einem Oszillator (§ 501) auch in einer Verstärkerstufe auftreten, wenn die Röhre eine hohe Steilheit hat (EF 80, EF 85). Diese Schwingungen liegen außerhalb des Nutzfrequenzbereiches im Dezimeterwellengebiet. Das Vorhandensein von wilden Schwingungen ist nicht immer leicht zu erkennen. Sie machen sich dadurch bemerkbar, daß die Verstärkung verhältnismäßig gering ist, der Gitterstrom z. B. auf das Fünffache ansteigt und bei der Abstimmung einige starke, mehr oder weniger brumm-modulierte Frequenzen auftreten, die auch nach Abschalten der Antenne vom Empfänger unverändert stark vorhanden sind.
Die wilden Schwingungen werden durch einen Widerstand von 10 bis 20 Ω unterdrückt, welcher in der Zuleitung zu einer Röhrenelektrode (Anode, Steuergitter, Schirmgitter) dicht an der Röhre liegt. In Niederfrequenzstufen, z. B. Endstufen, ist dieser Dämpfungswiderstand ohne nachteiligen Einfluß auf die Verstärkung der Nutzfrequenzen (§ 334). In Hochfrequenzstufen hat er jedoch auch eine dämpfende Wirkung auf den an dieselbe Röhre angeschalteten Nutzschwingungskreis, wenn die zugehörige Röhrenkapazität einen merklichen Anteil der Schwingkreiskapazität ausmacht. Aus diesem Grunde überbrückt man den Dämpfungswiderstand durch eine so bemessene Hochfrequenzspule, daß diese bei der niedrigeren Nutzfrequenz einen Nebenschluß zum Dämpfungswiderstand bildet, jedoch bei der höheren, zu unterdrückenden Frequenz als Drossel wirkt. Abb. 913 zeigt ein Beispiel für eine solche Schaltung [1925a, 1946].
Die Schaltung nach Abb. 913 ist mit Erfolg nur dann anwendbar, wenn die zu unterdrückende Frequenz um ein Vielfaches höher als die Nutzfrequenz ist. Man kann diese Schwierigkeit nach einem Vorschlag von CANTZ [1947] beseitigen, wenn man nach Abb. 914 die Gleichspannung zur Anode über eine Hochfrequenzdrossel Dr zuführt, die bei einer mittleren Frequenz des Nutzfrequenzbereiches mit der Anoden-Kathoden-Kapazität Cak in Resonanz gebracht ist, und den Dämpfungswiderstand Rd zwischen den so gebildeten Schwingungskreis und den eigentlichen Schwingungskreis A legt. Dann wird der Widerstand Rd nicht mehr von einem Blindstrom durchflossen und wirkt deshalb nicht mehr dämpfend auf die Nutzfrequenz, während er bereits wenig außerhalb des relativ kleinen, durch die Resonanz gegebenen Nutzfrequenzbereiches stark dämpft.
In der Zwischenbasis-Schaltung ist eine Drossel nicht erforderlich, wenn man nach Abb. 915 den Dämpfungswiderstand von 10 bis 20 Ω in die Verbindungsleitung von der Anzapfung zur Masse legt [1948].
Es ist sogar möglich, auch ohne Dämpfungswiderstand auszukommen, wenn man die Schwingkreiskapazität unmittelbar an den Gitteranschluß legt (Näheres bei Abb. 906b).
Anlaß zu wilden Schwingungen können auch Siebkondensatoren sein, die nicht genügend induktionsarm sind (z. B. in ZF-Stufen).
Literatur:
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Edit 02.02:
Siehe auch den Thread UKW Empfangsteile mit Trioden als Mischer von Hans Knoll, der sich thematisch unmittelbar anschließt.
MfG DR
Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.
Die Schaltung der Vorstufe im UKW-Empfänger
Telefunken hat 1955 eine "Röhren- und Halbleitermitteilung" herausgegeben (550 502) die R. Cantz unter dem Titel "Die Schaltung der Vorstufe im UKW-Empfänger " verfaßt hat. Hierin wird die von R. Cantz erfundene und entwickelte Zwischenbasis-Vorstufe zusammen mit der Mischstufe am Beispiel der (zwischenzeitlich aktuellen) ECC85 dargestellt, während in seiner (schon im Post #1 zitierten) ersten Publikation noch die EC92 bzw. die ECC81 aktuell waren.
Die UKW Eingangsschaltung mit der ECC85, wobei die Vorstufe in Zwischenbasis-Schaltung arbeitet, findet sich anschließend sehr häufig in den Radios mit UKW, so daß man von einer Standard-Schaltung sprechen kann, die (mit kleinen Modifikationen) von den Radio bauenden Firmen übernommen wurde.
Cantz: Die Schaltung der Vorstufe im UKW-Empfänger Teil1 (pdf 2MB)
Cantz: Die Schaltung der Vorstufe im UKW-Empfänger Teil2 (pdf 1,2MB)
Der Scan wurde aufgrund der zulässigen Filegröße geteilt.
Weiteres zu UKW Eingangsstufen findet sich in einem (auch schon im Post #1 zitierten) früheren Beitrag von Hans Knoll: UKW Empfangsteile mit Trioden als Mischer. Dieser Beitrag kann zur Abrundung der Themenstellung sehr empfohlen werden.
MfG DR
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Wo findet man diese Schaltungstechnik in der Praxis ?
Die UKW-Vorstufe mit Trioden
Der vorausgehende Artikel, bringt als ausfuehrliche Beschreibung, eine UKW- Schaltungstechnik welche meist nur Spezialisten bekannt und doch in Radios weiter verbreitet als von manchem angenommen wird.
In den Jahren bevor Transistor HF- Teile die Regel wurden, gab es Diskussionen unter Sammlern und UKW- DX ern welche Schaltung denn vorteilhafter sei. Gemeint ist die Zwischenbasis- Schaltung gegen die Gitterbasis- Schaltung in der UKW-Vorstufe.
Die derzeitigen Arbeiten von Professor Rudolph. dienen wie ich meine dazu, Fachwissen zu konservieren. Meine Aktivitäten dabei mit zu machen sind, zu zeigen das Europa führend war in UKW- Technologie, und zwar bis herab zum einfachsten Radio.
Unser Mitglied J. S. aus den USA, ist auf diese optimierte Technik ausgerechnet bei einem Modell von BRAUN gestossen.
Werden doch deren Schaltungen im Design- Fieber stiefmütterlich behandelt.
Trotz der raeumlichen Enge im Plan fiel Ihm doch auf, dass dies was Besonderes sei.
Die breiteste Anwendung kann man bei der Firma finden, von woher die Schaltung 1953 kam.
Um die in den beiden Artikeln besprochenen Schaltung im Alltag zu finden, folgt eine Aufstellung (linkliste) zu Modellen in denen die Schaltungen zu finden sind. Es werden Modelle gezeigt bzw. angeführt, bei denen eine Erstanwendung belegbar ist, oder bei denen die Beispiele aus dem Text von Prof. D. Rudolph optisch leicht gefunden werden .
Zunächst die Gitter-Basis- Schaltung
Diese ist bei den Modellen je nach Baujahr ziemlich einfach zu finden, denn welche Schaltung Sie aufrufen, wenn dort eine Triode als Vorstufe arbeitet, ist anfangs bis Mitte der 50er Jahre die Treffsicherheit gross, dass Sie eine Gitter-Basis- Schaltung vorfinden.
Die ECC81 erschien schon 1950 für das Fernsehen, die EC92 1952 fuer die Anwendung im Rundfunkempfänger. Die ECC85 werden Sie erst ab 1954 finden. Aber alle zeigen die gleichen Schaltungsmerkmale. Das Gitter liegt HF- mässig an Masse.
Ab ca. 1953 nahm die Anwendung einer Schaltung der UKW-Vorstufe in Zwischenbasis- Schaltung rapide zu. Nur noch kleine Modelle verwendeten die GB- Schaltung, die grosse Ausnahme die Firma Grundig, dort werden Sie kein einziges Modell mit Zwischenbasis- Schaltung finden. Deren Vorteile wurden solange diskutiert, bis das Verfallsdatum erreicht war, 1962 der Transistor im UKW- Teil loesste den Konflikt.
Hier nun Beispiele aus der Anwendung der Schaltungen. Ich habe technisch relevante und optisch gut lesbare Beispiele gewählt. Keinerlei Wertung sollte dahinter vermutet werden.
zur Gitter-Basis- Schaltung
Als Einführung eine Schaltung aus Östereich, ich arbeite soweit möglich mit den Schaltungen aus Östereich Sie sind an Übersichtlichkeit unereicht.
Die Leute haben im Detail gearbeitet
Telefiunken Concertino 55W noch mit der ECC81
Zwischenbasis- Schaltung
Weiter eine sehr frühe Anwendung
Nordmende Carmen 1953
Ein Kleinradio, LOEWE OPTA Bella 2710W
Körtíng Royal 640W
Zum Schluss noch die Cascode- Schaltung die ja vorwiegend im Fernsehgerät vorkommt.
Über den Sinn diese auch im Radio anzuwenden, erlaube ich mir zu schweigen
eine sehr frühe Anwendung die nicht ganz einfach zu verstehen ist. Die beiden Vorstufen- Trioden sind wegen unzureichender Spannungsfestigkeit U f-k (Faden nach Katode)
wie Abb. 907 Beitrag Rudolph # 1
ENDE
Hans M. Knoll
eine einel
Anlagen:- Grúndigs Cascodenschaltung von 1953 aus 5050W (29 KB)
- Austria_GB (14 KB)
- Späte Version der Cascode von NOGOTON (33 KB)
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UKW-Vorstufe mit Trioden in Kathodenbasis-Schaltung
Neben den oben behandelten Prinzipien und Anwendungen der UKW-Vorstufe in Gitterbasis- und Zwischenbasis-Schaltung soll zur Abrundung des Themas die Trioden-Vorstufe in Kathodenbasis-Schaltung in der praktischen Anwendung mit Modellbeispielen gezeigt werden.
Ein Pluspunkt ist zunächst der weiter erhöhte Eingangswiderstand gegenüber der Zwischenbasis-Schaltung, der Eingangskreis wird weniger bedämpft. Nachteilig ist, dass nun die Resonanzkurve schmaler ausfällt und daraus resultierend der Vorkreis möglichst mit abgestimmt werden sollte. Weiterhin ist eine genaue (vorteilhaft einstellbar ausgeführte) Neutralisierung erforderlich, die bei Röhrenwechsel möglicherweise neu abgeglichen werden muß.
Der Kathodenbasis-Verstärker im UKW-Bereich kam 1953 bei einigen Modellen des Herstellers Blaupunkt zum Einsatz. Als Beispiel sei zunächst das Modell Tokio H2453 genannt:
UKW-Mischteil Blaupunkt H2453/2553 (1953)
Der Vorkreis UV1 ist hier fest auf Bandmitte abgeglichen. Neutralisiert wird mit Trimmer NC1, durch Einkopplung der Neutralisationsspannung am unteren Ende des Eingangskreises wird die gewünschte Phasenlage (Gegenkopplung) erreicht. (Die rechts folgende Mischstufe ist als Besonderheit umschaltbar auch als AM-Oszillator ausgeführt.)
Weitere Geräte waren u.a. Blaupunkt Berlin H2053, Paris H3053, und London H4053 (in der ersten Version, wurde aber auch mit Cascode-Vorstufe gebaut).
Aber damit war die Eigenentwicklung von UKW-Boxen bei Blaupunkt bis auf eine Ausnahme* erst einmal beendet. Denn bereits im Jahrgang 1954/55 ging man zum bekannten variometerabgestimmten UKW-Eingangsteil mit der ECC85 über, das bei Telefunken zugekauft wurde und breit in der Modellpalette zur Anwendung kam. Beschreibung und Schaltung findet sich weiter oben im Post 2.
* Das Modell Florida bekam einen neu entwickelten Eingangsteil mit der Röhre ECC85, dessen HF-Vorstufe allerdings nicht mehr in neutr. Kathodenbasis-Schaltung arbeitet. Das variometerabgestimmte Telefunken-Mischteil liess sich nicht mit dem Konzept der Omnimat-Wählautomatik (Stationstasten) kombinieren.
Zweiter Anwender des Kathodenbasis-HF-Verstärkers war der Hersteller Saba. Ab 1954 gab es zunächst UKW-Eingangsteile mit ECC85 für Geräte bis etwa zur Mittelklasse. Zwei motorabgestimmte Spitzenmodelle (Bodensee 3DS und Freiburg 3DS) waren sogar mit Gegentakt-Vorstufen (ECC81) ausgestattet.
Saba Baden-Baden W5 verwendet in der Vorstufe die ECC85 in Kathodenbasisschaltung:
UKW-Eingangsteil Saba Baden-Baden W5 von 1954
Hier wird auch der Vorkreis (Pos. 31) mit abgestimmt. Neutralisiert wird mit dem Trimmer Ko.101 (Pos. 32). In den Saba-Angleichanweisungen findet sich ein praxisgerechtes Vorgehen: Bei unterbrochener Anoden-Stromversorgung der Vorstufe (Zuführung zum 50 k Widerstand ablöten) und Einstellen eines stärkeren UKW-Senders auf etwa 92 MHz wird mit dem Trimmer auf Empfangsminimum abgeglichen. Da dieser Trimmer kein "kaltes" Ende hat, darf dies nur mit Kunststoff-Abgleichwerkzeug erfolgen.
Dieses Eingangsteil kam in vielen weiteren Modellen des Jahrgangs 1954/55 zum Einsatz, beispielhaft seien noch Freudenstadt W5 3D, Schwarzwald W5 und Meersburg W5 genannt.
Die Anwendung der Kathodenbasis-Schaltung in Gegentakt der Spitzenmodelle zeigt dieses UKW-Mischteil:
UKW-Mischteil Saba Bodensee und Freiburg 3DS (1954)
Auch hier wird ein abgestimmter Vorkreis (45) verwendet. Die Neutralisation wird mit Trimmer Pos. 46 abgeglichen, nachdem die Anodenspannung der Vorstufe unterbrochen wurde.
Der Kathodenbasis-Eingang mit abgestimmten Vorkreis sollte (ab 1955 mit einem neu konstruiertem UKW-Mischteil) für die nächsten Jahre bis 1963/64 Standard des Herstellers werden:
UKW-Mischteil Saba Meersburg 6-3D (1955)
Es wurden meist 2x EC92 eingesetzt, nur das kleinste Modell Sabine hatte die UCC85 (noch 2-Kreis-Abstimmung mit Drehko, Zwischenbasis-Eingang) im UKW-Teil. Einige Modelle mit dem vorjährigen Chassis gab es noch mit ECC85.
Ab 1956 war dann nur noch dieses Mischteil im Einsatz, sowohl für 10,7 MHz als auch für 6,75 MHz UKW-ZF. Aber auch Sabine bekam ein neues Mischteil, wieder mit der UCC85, nun "Saba-standesgemäss" mit Dreikreis-Abstimmung und... neutralisierter Kathodenbasis-Schaltung!
Erst 1963/64 wurde wieder die ECC85 als Standardbestückung eingeführt, aber der 3-Kreisabstimmung und dem Kathodenbasis-Eingang blieb man bei Saba treu bis 1969, bis zur Ablösung der Röhre durch den Transistor im UKW-Eingang.
Thematisch schliesst sich Hans Knolls Beitrag UKW-Empfangsteile mit Trioden als Mischer an, aus dem ich viele Anregungen bekommen habe. Die hier vorgestellten Empfangsteile werden auch in seinem lesenswerten Beitrag UKW Spulensatz in den Rundfunkgeräten von Saba ab dem Jahr 1950 behandelt.
Bernhard Nagel
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