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Ersatz für die RES164

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Papers » Basic principles of radio technique » Ersatz für die RES164
           
Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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19.May.19 19:33
 
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Die RES164 (bzw. die RES164d) war die Lautsprecherröhre für viele (kleinere) Radios bis ca. 1932. Zusätzlich ist sie auch als Endröhre beim Volksempfänger VE301 zu finden. Die RES164 ist eine Nachfolger-Type der B443 von 1927, die die erste Penthode war.

Die grundsätzliche Schaltung der RES164 zeigt Abb. 254 aus "Diefenbach, W.W.: Handbuch der Rundfunk-Reparatur-Technik, Frankh, 1949". Die 4V Heizwicklung für die RES164 darf keine Verbindung zur Masse haben, liegt also (in dieser Schaltung) um 12 V "hoch".

Weitere typische Schaltungen mit der RES164 sind in "Ratheiser, L.: Rundfunkröhren, Eigenschaften und Anwendung, 4.A., UDV, 1940" zu finden.

Die RES164 ist eine direkt geheizte Penthode und nach häufig vielen Jahren Betrieb oft mit ziemlich schwacher Emission, also nicht mehr so recht funktionsfähig.

Ersatz in der Nachkriegszeit

In der Zeit nach dem WW2 gab es einen sehr großen Bedarf an Ersatz für emissionsschwache Röhren. Bereits 1944 erschien "Kunze, W.: Funkschau Röhrenaustauschtabelle". Und 1947 gab es z.B. "Sprick, W.: Austausch Röhren Lexikon, ART; Reprint: Freundlieb" für ca. 2500 Röhren. 

Hier zwei Beispiele zur RES164.

Links eine "Austauschröhre" für RES164 und RE134. Es kann sich also nur um eine Triode handeln. Und tatsächlich handelt es sich um eine RL2,4T1. (Ein Bericht mit Bildern dazu ist bei "Jogi" zu finden.) Eine RES164 gegen eine "normale" RE 134 auszutauschen, war Anfang der '30er Jahre nichts Ungewöhnliches. Ja, es gab sogar offizielle Schaltbilder wo wahlweise eine RES164 oder eine RE134 angegeben war.

Rechts eine "Ersatz-Penthode" von "AR Berlin, seit 1932". AR Berlin war Atzert-Radio. Interessant ist der Text auf der Banderole:

  • Diese Ersatztype nicht auf das Röhrenprüfgerät stecken, sondern nur im Empfänger selbst prüfen. Nichtbeachtung dieses Hinweises würde - abgesehen von Fehlresultaten - unter Umständen zur Zerstörung der Röhre führen und das Erlöschen Ihres Garantieanspruchs zur Folge haben.

Na ja, der Garantieanspruch ist wohl mittlerweile verjährt. Die Kennlinien beider Röhren werden mit dem Curve-Tracer bzw. im μ-Tracer aufgenommen.

Beispiele für professionell reparierte RES164 gibt es auch aus dieser Zeit.

Ersatz beim Restaurieren

Auch dem Restaurator, der ein entsprechendes Radio wieder "spielfähig" machen will, stellt sich die Frage nach einer geeigneten Ersatzröhre.

Hierzu gibt es einige Vorschläge, die jedoch alle nur auf dem subjektiven Eindruck "das Radio spielt wieder" beruhen, also keine gemessenen Daten enthalten. (Liste ist nicht vollständig. Einige Vorschläge wurden mehrfach genannt: a, b)

Um Kriterien für einen geeigneten Ersatz zu finden,  soll daher folgendes untersucht werden:

  1. wie die "Ersatz-Röhren" sich beim Test als RES164 verhalten.
  2. wie sich die Kennlinien von denen der RES164 unterscheiden.
  3. wie sich die "Ersatz-Röhren" dann in einem Radio mit RES164 Endstufe verhalten.
  4. wie groß die jeweiligen Sprechleistungen sind.
  5. wie groß das Netzbrummen jeweils ist.

Die Punkte 1, 2, & 3 erfordern umfangreichere Messungen.

Die Ersatz-Röhren

Hier kann nur auf vorhandene Typen zugegriffen werden. Die ATP4 wird von Andreas Peukert zur Verfügung gestellt. Hierfür vielen Dank!

Links eine RES164 (TFK Nachkriegsproduktion) als Referenz-Röhre und eine umgesockelte 4p1l. (4П1Л)

Rechts eine umgesockelte 3B4 und eine umgesockelte PL95 (TFK).

Für die Umsockelung hat freundlicherweise ein Kollege aus dem "Radio-Bastler-Forum" je eine Platine für eine PL95 und eine 3B4, sowie die zugehörigen Schaltpläne zur Verfügung gestellt, wofür ich ihm herzlich danke.

Die (eingescannten) Schaltpläne für die Umsockelung (links) stammen dann allerdings z.T. wieder aus dem RM.org von Herrn Roschy bzw. von Jogi.

Rechts ist eine umgesockelte ATP4 als Ersatz für eine RES164 zu sehen.

 

Messung mit "Rundfunkmechanik" (W16)

Die Röhren wurden jeweils in Stellung 14 (Ia bei Ug=0) und Stellung 13 (Ia  bei Ug < 0V ) gemessen.

Messung mit "Rundfunkmechanik"
RöhreStellung 14: IaStellung 13:Ia
RES16414 mA8 mA
"AR"10,5 mA4,5 mA
RL2,4T121,5 mA7 mA
4p1l21,5 mA7 mA
3B4>25 mA16 mA
PL95 (TFK)10 mA2 mA
ATP417,5 mA5 mA

 

  • Fazit: Gemäß einer einfachen Messung mit einem Röhrentester (Funke W16) sind alle Ersatz-Röhren "irgendwie" geeignet.

Die Messung der Kennlinien mit dem μ-Tracer

Den Test unter Nr. 1 & Nr. 2 hat Herr Oelkers mit  seinem μ-Tracer durchgeführt; auch ihm gebührt viel Dank dafür! (Die Messungen der Röhren "AR", RL2,4T1 & ATP4 wurden später gemacht. Bei den Ausgangskennlinien fehlt die Messung für Ug1 = 0V.)

Messungen gemäß den nominellen Daten der RES164

  • Für den μ-Tracer wurden die Daten für die RES164 gewählt. Dies betrifft insbesondere die Höhe der Spannung des Schirmgitters und deren Innenwiderstand. D.h., die Spannung Ug2 ist hier 80V und stabilisiert, also unabhängig vom Anodenstrom Ia.

RES164 (als Referenz)

Links ist die Steuerkennlinie der RES164; Rechts das Ausgangs-Kennlinien-Feld der RES164; hierbei wird die Gitterspannung Ug1 in Stufen von 2V geändert.

 

Das ist wieder das Ausgangs-Kennlinien-Feld der RES164. Die Gitterspannung wird hier in Stufen von 1 V geändert und geht auch nur bis - 4V.

Diese (eingeschränkte) Darstellung wird für den Vergleich mit dem Ausgangs-Kennlinien-Feld der PL95 benötigt, weil diese Röhre (in der Beschaltung als RES164 Ersatz) ab - 5V bereits komplett sperrt.

 

"AR" Röhre

Der hierbei verbaute Röhren-Typ ist nicht vermerkt. Es könnte sich aber um eine KL1 handeln, deren Heizer durch Vorwiderstände an 4 V angepaßt wurde. Bei den Bildern der KL1 gibt es sehr ähnliche Röhren.

Links die Steuerkennlinie der "AR" Ersatz-Röhre; Rechts das Ausgangs-Kennlinien-Feld

(Die Kurven der Ausgangskennlinien sind "merkwürdig unruhig". Das ist ein Störeffekt bei der Messung. Die Heizung erfolgte mit 4 V~. Der Heiztrafo hat eine Mittenanzapfung bei 2 V~. Wenn nun aber die Anpassung der Heizung unsymmetrisch, d.h. nur durch einen Vorwiderstand, statt durch je einen vor jedem Ende des Heizfadens erfolgte, ist die Symmetrie nicht gegeben. Es überlagert sich dadurch dann eine Brummspannung. Siehe weiter unten bei der PL95, wo absichtlich die Symmetrie verlassen wurde, um diesen Effekt zu demonstrieren.)

RL2,4T1 "Austauschröhre"

Links die Steurkennlinie der RL2,4T1 Ersatz-Röhre; Rechts das Ausgangs-Kennlinien-Feld

Der Anodenstrom für Ug1 = 0 ist bei der Messung auf 50 mA begrenzt. Daher der "Knick" in der Steuerkennlinie bei 40 mA. Das Ausgangs-Kennlinien-Feld zeigt auf einen Blick, daß es sich bei dieser Ersatz-Type um eine Triode handelt.

3B4

 

 

Bis auf die Tatsache, daß die 3B4 zu (etwas) höheren Anodenströmen kommt als die RES164, zeigen die Kennlinien insgesamt einen recht ähnlichen Verlauf wie die der RES164.

 

 

4p1l (4П1Л)

 

Die 4p1l hat eine größere Steilheit  als die RES164 (und als die 3B4). Ab Ug1 < -8 V ist sie praktisch komplett gesperrt, wie aus der Steuerkennlinie zu sehen ist.

Folglich bringen die entsprechenden Werte für Ug1 auch keinen Beitrag mehr im Ausgangs-Kennlinien-Feld. (Das ist der Grund für die "eingeschränkte" Darstellung.)

 

ATP4

Links die Steuerkennlinie der ATP4; Rechts das Ausgangs-Kennlinien-Feld

Die ATP4 sperrt für Ug1 < -12 V. Die ATP4 ist steiler als die RES164. Die Übereinstimmung der Kennlinien im Ausgangs-Feld mit denen der RES164 ist daher nur mäßig gegeben.

PL95

Es wurden alle 3 PL95 (TFK, Valvo, ITT) gemessen. Die Kurven sind praktisch (bis auf Toleranzen der Röhren) identisch. Es genügt folglich die Präsentation einer PL95, hier der von TFK mit der "Umsockelungs-Platine".

Die PL95 ist offensichtlich die steilste Ersatz-Type. Sie sperrt (in der Schaltung als RES164 Ersatz) bereits bei einer Gittervorspannung Ug1 < - 4V. (Allerdings hat sie den Vorteil der indirekten Heizung, was zu kleineren Störungen durch Brummen führt.) Von allen getesteten Ersatz-Röhren ist die PL95 damit am Wenigsten geeignet.

Siehe aber ganz unten:

  • Mit einer modifizierten Beschaltung des Adaptersockels ist sie aber doch einigermaßen als Ersatz geeignet.

Messungen entsprechend zur Anwenderschaltung

In der "Anwender-Schaltung", also bei einem Radio, wird das Schirmgitter i.a. über einen Vorwiderstand von (80 kΩ bis) 100 kΩ von der Anodenspannung (ca. 250V) versorgt. Daher ist nun die Spannung Ug2 nicht mehr konstant, sondern ändert sich, je nach der Größe des Schirmgitter-Stromes Ig2 der Ersatz-Röhre.

  • Dadurch daß sich die Spannung Ug2 mit dem Strom Ig2 ändert, entsteht für die Röhre eine Gegenkoplung, wodurch sich dann die gemessenen Kennlinien ändern.
  • Es ist das Schaltbild Abb. 254 (vom Beginn des Threads) zugrunde gelegt.
  • Aufgrund der Meßmethode des μ-Tracers mit ganz kurzen Impulsen, wurden die Kondensatoren parallel zum 850 Ω Kathodenwiderstand und parallel zum 100 kΩ Schimgitterwiderstand weg gelassen.
  • Diese Kondensatoren hätten sich während der Meß-Impulse nicht auf die Spannungen aufgeladen, die sich bei einer kontinuierlichen Betriebsweise ergeben.
  • Die Messung mit dem μ-Tracer kann folglich den "praktischen Betrieb" der Röhre nicht so richtig erfassen.

RES164

Das Kennlinien-Feld der RES164 wird wieder als Referenz betrachtet.

Durch die Gegenkopplung aufgrund des Vorwiderstandes am Schirmgitter, aber auch aufgrund des Spannungsfalls am Kathodenwiderstand werden die Abstände zwischen den einzelnen Kennlinien verringert, was de facto eine geringere Steilheit der Röhre bedeutet.

Auch verringert sich der maximal erreichbare Wert für Ia, weil auch der Strom am Schirmgitter, Ig2, nun kleiner ausfällt.

"AR" Röhre

Auch in diesem Kennlinien-Feld der "AR" Röhre sieht man wieder die Auswirkung der überlagerten Wechselpannungs-Komponete aufgrund der Unsymmetrie der Heizung.

Verglichen mit der RES164 sind die erreichbaren Werte für den Anodenstrom weniger als die Hälfte.

Die "AR" Röhre ist also ein "kümmerlicher" Ersatz. Zudem wird es nicht leicht werden, das Brummen im Betrieb zu minimieren.

 

RL2,4T1 "Austauschröhre"

Als Triode hat die RL2,4T1 ein Kennlinien-Feld mit ziemlich geraden Kennlinien und (hier wichtig) ungefähr gleichen Abständen. Das ergibt einen sauberen Klang (Trioden-Klang).

Allerdings ist die mit einer Triode erreichbare Ausgangsleistung geringer als bei einer (entsprechenden) Penthode. Da das Laustärke-Empfinden des Ohrs jedoch logarithmisch von der akustischen Leistung abhängt, dürfte die geringere Sprechleistung in der Praxis kaum auffallen.

3B4

Die 3B4 war bei der statischen Messung des Ausgangs-Kennlinien-Feldes die Röhre mit den größten Werten. Der Verlauf war da auch am ähnlichsten zur RES164.

Hier sieht man, daß die beiden oberen Kurven in die Strombegrenzung bei 15 mA laufen.

"Unschön" ist der Verlauf des ganzen Feldes für Anodenspannungen < 100V. Hier sieht man, daß sich die 3B4 weniger gut aussteuern läßt. Oder umgekehrt, daß bei einer größeren Aussteuerung dann ein entsprechend großer Klirrfaktor entsteht.

Beim Test der 3B4 in einem Radio (Siemens 46W) spielen die "etwas seltsamen Verläufe" der Ausgangs-Kennlinien der 3B4 praktisch keine Rolle. Siehe unten.

4p1l (4П1Л)

Das Ausgangs-Kennlinien-Feld der 4p1l (4П1Л) ist hier sehr "ausgeglichen", d.h., die Abstände der einzelnen Kennlinien sind sehr gleichmäßig. Die Aussteuerung zu kleinen Spannungen kann bis ca. 50 V erfolgen, ohne daß zu große Klirrfaktoren entstehen.

Der Innenwiderstand der 4p1l ist größer als der der RES164, was am flacheren Verlauf der Kennlinien zu sehen ist.

Über die praktischen Probleme der 4p1l im Siemens 46W siehe unten.

 

ATP4

Die ATP4 hat ebenfalls ein "ausgeglichenes" Kennlinien-Feld. Da sie etwas geringere Werte als die 4p1l erreicht, ist die Sprechleistung folglich etwas geringer.

Als Ersatz für die RES164 ist sie, wie die 4p1l auch, ziemlich gut geeignet, wenigstens in der zugrunde gelegten Anwender-Schaltung.

 

 

 

PL95

Die PL95 war auch schon bei der statischen Messung die "schwächste" Röhre in Bezug auf RES164 Ersatz.

Das zeigt sich auch hier wieder. Man müßte den Wert des Widerstandes Rg2 im Schirmgitter entsprechend verringern, damit die PL95 Leistung bringen kann. Das bedingt jedoch einen Eingriff in die ursprüngliche Schaltung des Radios.

Um die Kurven besser zu erkennen, wird ein anderer Maßstab Ia max = 6 mA gewählt. Man erkennt in der Darstellung links, daß die PL95 (in dieser Beschaltung) für kleine Anodenspannungen ein Verhalten zeigt (fallende Kennlinie), wie es eigentlich sonst nur für Tetroden üblich ist.

Bei der Messung in der Figur rechts wurde (absichtlich) die Kathode der PL95 an das eine Ende der Heizwicklung gelegt, also die Symmetrie bewußt gestört, während bei der Messung links die Kathode der PL95 an der Mittelanzapfung der Heizwicklung angeschlossen war. 

  • Da der μ-Tracer immer nur mit ganz kurzen Spannungs-Impulsen mißt, ist es dadurch reiner Zufall, bei welcher Amplitude der (Teil-) Heizspannung die Messung erfolgte. Da die überlagerte Wechselspannung in der gleichen Größenordnung ist wie die Steuerspannung der Röhre, wird verständlich, daß sich dadurch (für jeden Meßpunkt) eine verändert Steuerspannung ergibt, was sich dann in einem "Gezappel" des gemessenen Anodenstroms bemerkbar macht.

 

Anwenderschaltung mit Gegenkopplung

Um die Kennlinien der Ersatz-Röhren möglichst gut in Übereinstimmung mit den Kennlinien der RES164 zu bringen, ist die Anwendung einer Gegenkopplung erforderlich. Hierfür sind Änderungen der Beschaltung der Endstufe erforderlich gemäß dem Schaltbild "RES164 Ersatz".

Die Kennlinien-Messung mit dem μ-Tracer oder dem Curve-Tracer funktioniert nicht gemäß dem folgenden Schaltbild. Das liegt daran, daß bei diesen Messungen - im Unterschied zum "normalen" Betrieb - die Röhre nicht in einem festen Arbeitspunkt betrieben wird. Man hat also hierbei keine "Ruheströme" bzw. "Ruhespannungen", die nur durch die Ansteuerung durch das NF-Signal um einen (festen) Arbeitspunkt schwanken.

  • An diesem Beispiel zeigen sich also die Grenzen von μ-Tracer und Curve-Tracer.

Ein Umbau der RES164 Endstufe auf eine Ersatz-Röhre geschieht nach folgendem Schema:

(Es ist dies das modifizierte Schaltbild Bild 416 von Ratheiser.)

  • Je nach Ersatz-Type sind die Werte für Rg2 und Rk2 zu wählen, um den korrekten Arbeitspunkt der Röhre (Anodenspannung Ua und Anodenstrom Ia entsprechend zur RES164) einzustellen.
  • Zusätzlich ist der Wert Rk1 (Gegenkopplungs-Widerstand) zu ermitteln, damit die Kennlinien der Ersatz-Röhre möglichst gut mit denen der RES164 übereinstimmen. Die meisten Ersatz-Röhren haben eine größere Steilheit als die RES164. Durch den Gegenkopplungs-Widerstand wird die Steilheit verringert.

ug~ ist die Eingangs-Wechselspannung, ugk ist die Gegenkopplungs-Spannung.

Hier muß also jeder selbst entscheiden:

  • Soll die Endstufe im Sinne der Wiedergabequalität optimiert werden?
  • Soll die Schaltung des Geräts möglichst original bleiben?

Ersatz durch Halbleiter

 

In den '70er Jahren gab es Vorschläge zum Ersatz von Röhren durch Transistoren. Hintergrund war, daß viele (teuere) Meßgeräte, z.B. Oszilloskope, noch nicht vollständig "abgeschreiben" waren, aber die "müde" gewordenen Röhren nicht mehr durch Original-Röhren ersetzt werden konnten, weil deren Fabrikation mittlerweile eingestellt war. Folglich lohnte es sich für Spezialfirmen, hier für Ersatz durch Halbleiter anzubieten.

Ersatz durch Transistoren: "Fetron"; Siehe auch den Thread zu "Tubesters".

Für alte Radios ist mit "Halbleiter-Ersatz-Röhren" kein Geschäft zu machen. Hier muß der Bastler dann selbst zur Lösung schreiten. Als hochsperrender, schneller und leistungsstarker Transistor kann hierfür z.B. der BF259 (für Video-Endstufe) in Betracht gezogen werden.

Erprobung von "Ersatz-Röhren" in Geräten

Als Radio, in welchem die verschiedenen Ersatz-Röhren einfach getestet werden können, wird - da vorhanden - das Siemens 46W gewählt. (Auf der Modell-Seite nach unten scrollen führt auf interessante Informationen zu dem Gerät. Siehe auch: "Siemens: Die Empfänger-Entwicklung zwischen 1929 bis 1934") Vorteilhaft bei diesem Gerät ist, daß es einen Phono-Eingang hat. Zur Erprobung sind also, anders als beim VE301, keine Modifikationen am Gerät erforderlich.

 

Bei diesem Gerät läuft die RES164 quasi im "Schonbetrieb", denn bei 240V Anodenspannung führt sie nur 10 mA Anodenstrom. Das Schirmgitter hat dabei ebenfalls reduzierte Werte: 1 mA bei 60 V.

Die Lautstärke, die mit dem Gerät zu erzielen ist, reicht jedoch völlig aus. Es diente über viele Jahre als LW/MW Empfänger als Ergänzung zu einem reinen FM Empfänger (ReVoX A76).

 

Dies ist die Rückseite des Siemens 46W. Der Schraubenzieher links schließt den Unterbrecher für die Netzzuführung, welcher normalerweise durch eine spezielle Schraube der Rückwand geschlossen wird. In der Mitte unterhalb des Drehkos sind die Buchsen für den Phono-Anschluß. Daüber ist der "Entbrummer" zu sehen. Rechts in der Mitte unterhalb der beiden Röhren (RENS1294 & RES164) sind die Buchsen für den Lautsprecher. Im Bild steckt statt der RES164 eine PP416.  (Und statt der RENS1214 eine RENS1294 von TeKaDe.)

Die Messungen ergaben folgende Werte: (Tabelle als Bild eingefügt)

Die Spannung für das Steuergitter -Ug1 der Endröhre wird "halbautomatisch" erzeugt, d.h. in die Größe gehen auch die Anodenströme der Vor-Röhren ein. Ohne die Endröhre entsteht bereits eine negative Gitter-Vorspannung von -6,1V. Das ist gemäß den aufgenommenen Kennlinien bereits so viel, daß die steileren der Röhren fast schon gesperrt sind. Man erkennt dies aus der Tabelle daran, daß Ug2 ansteigt und Ia sinkt, verglichen mit den "nominellen" Werten entsprechend zur RES164.

Die Größe der Ausgangs-Wechsel-Spannung ist (etwas) subjektiv beurteilt. Sie wurde jeweils so weit erhöht, bis sich gerade der Ton änderte (von "weich" Sinus zu "spitz" Sinus mit Klirren). Hieraus ist zu sehen, daß die Ersatz-Röhren unterschiedliche Lautstärken erzeugen können, so lange sich das Klirren "in Grenzen hält".


Im VE301W ist das Verhältnis von Stromaufnahme der Lautsprecher-Röhre zu Stromaufnahme der Schaltung ohne Endröhre günstiger als beim Siemens 46W.

Laut Schaltbild VE301W kann man annehmen, daß die Vorspannung am g1 Pin der RES164 bei gezogener RES164 bei ca. - 2,5 V (oder noch leicht mehr) sein dürfte.

Folglich sind hier auch die steileren Ersatz-Röhren noch weiter von der Grenze zur Sperrung entfernt. Sie werden daher beim VE301W bessere Ergebnisse liefern.

Da Geräte mit RES164 Lautsprecher-Röhre meist mit halbautomatischer Gittervorspannung ausgestattet sind, ist die Auswahl für eine geeignete Ersatz-Type umso mehr eingeschränkt, je größer der Anodenstrom-Verbrauch der Vor-Röhren ist.


Für die "AR" mußte der Schieber des Entbrummers ganz auf eine Seite geschoben werden, damit die Brummspannung minimal wurde. Hiermit bestätigt es sich, daß zur Anpassung der Heizspannung (von 2V auf 4V) nur einseitig ein Vor-Widerstand verwendet wird.

Gemessene Brummspannungen

Bild links zeigt die Brummspannung auf der Anoden-Spannung der Endröhre im Siemens 46W. Diese beträgt 6Vss. Trotzdem ist diese Brummspannung praktisch nicht hörbar. Der Grund davon liegt in der Tatsache, daß die RES164 (bzw. hier die PP416) fast horizontale Ausgangskennlinien hat, also einen entsprechend hohen Innenwiderstand hat, also de facto eine Stromquelle, darstellt. Dadurch wird eine der Anodenspannung überlagerte Brummspannung (dieser Größe) im Lautsprecher praktisch nicht hörbar. 

Ob ein Brummen störend hörbar wird, hängt also nicht nur von dem (mit dem Oszilloskop) gemessenen Spitze-Spitze Wert der Brummspannung ab, sondern auch von deren "Aussehen". Je mehr sich das Aussehen der Form der Brummspannung auf der Anodenspannung annähert, um so geringer ist die Störwirkung.

Links Brummspannung der PP416 (kaum hörbar), bestehend haupsächlich aus der Brummspannung am Siebelko; Brummspannung der RES164 ist ähnlich. Die Brummspannung am Siebelko ist i.a. bei einer Endstufe mit Penthode kaum bzw. nicht störend hörbar, weil die Ausgangskennlinien von Penthoden (fast) horizontal verlaufen. Penthoden stellen dadurch fast Stromquellen dar, bei denen eine Schwankung der Spannung (theoretisch) keine Rolle spielt. 

Rechts Brummspannung der 4p1l (störend);
Beide sind in der Amplitude minimiert durch die entsprechende Stellung am "Entbrummer". Die Stellung am Entbrummer hat auch noch Einfluß auf die genaue Form der Brummspannung.

Die Form der Brummspannung bei der 4p1l läßt erkennen, daß sich diese Röhre nicht (sinnvoll) verwenden läßt. (Siehe auch weiter unten, wo das getestet wird.)

  • Als beste Ersatz-Röhre kann die 3B4 angesehen werden, auch wenn sie von ihrer Bauform her in ein Gerät mit Stiftröhren nicht so richtig paßt.

Ein Beispiel für eine gut gelungene Ersatz-Röhre (Kolben der L415D) mit der 3B4: Hier paßt die Optik!


Hans Knoll hat noch ein Beispiel (Lumophon WD12) dafür beigesteuert, das zeigt, welche Schwierigkeiten sich auch bei Radio-Firmen im Zusammenhang mit der RES164 ergeben haben.

Links ist die ursprüngliche Schaltung des WD12 zu sehen. Hierbei wird die Schirmgitterspannung der RES164 durch einen (relativ niederohmigen) Spannungsteiler erzeugt. Der Nachteil des Spannungsteilers besteht nun aber darin, daß das Verhältnis von Anodenstrom der RES164 zu den restlichen Anodenströmen zu ungünstig ausfällt, so daß bereits Exemparstreuungen der RES164 dazu führen, daß der Anodenstrom der RES164 entweder zu hoch oder zu niedrig ausfällt.

Rechts die modifizierte spätere Schaltung des WD12. Der Spannungsteiler für das Schirmgitter wurde zwar beibehalten. Jedoch gibt es für die RES164 jetzt einen extra Heizkreis II mit Entbrummer und eigenem Kathodenwiderstand von 800 Ω, wodurch sich nun ein Anodenstrom von 11 mA einstellen kann, unabhängig von Toleranzen der RES164. Die Schaltung entspricht insofern der Abb. 254 von Diefenbach. (Automatische Vorspannungs-Erzeugung.)
Den Heizkreis der RENS1204 nun noch ebenfalls mit einem Entbrummer auszustatten, obwohl diese Tetrode indirekt geheizt ist, deutet wohl eher darauf hin, daß der Empfänger grundsätzliche Probleme mit Netzbrummen hatte.


Modifikation des Adapters für die PL95

Nun ergab sich noch aus einer Diskussion mit Andreas Steinmetz eine Modifikation für die Beschaltung der PL95. Da diese eine größere Steilheit hat als die RES164 kann man die Gitter-Wechselspannung (und damit auch die Gitter-Vorspannung) durch einen Spannungsteiler reduzieren. Dadurch kommt sie als Ersatz-Röhre nicht mehr so leicht in den Sperrbereich.

Das Schaltbild für die Verdrahtung des Adapters für die PL95 in einem fünfpoligen Europa-Röhrensockel ist hier also um insgesamt 3 Widerstände erweitert. R1 & R2 bilden einen Spannungsteiler für die Gitterspannung. (R1 = 560 kΩ; R2 = 1 MΩ) 

[Als weitere Möglichkeit könnte auch der Widerstand R2 entfallen. Dadurch wird der resultierende Arbeitswiderstand für die Vorstufe kleiner, wodurch die Größe der Wechselspannung am Steuergitter sinkt. In der Auswirkung ist das dann ähnlich wie der Spannungsteiler.]

Der Widerstand Rag2 liefert einen Strom von der Anode zum Schirmgitter. In vielen Radios erfolgt die Zuführung der Schirmgitterspannung über einen Widerstand von ca. 100 kΩ (80 kΩ bis 200 kΩ, je nach Gerät). Da die PL95 mehr Schirmgitter-Strom zieht als die RES164, sinkt durch die Versorgung über diesen Vorwiderstand deren Schirmgitterstrom entsprechend ab, was dazu führt, daß die PL95 dadurch "verhungert". (Rag2 = 390 kΩ)

Der Strom durch Rag2 gleicht das (etwas) aus. Gleichzeitig entsteht dadurch ein Effekt, der dazu führt, daß die Ausgangskennlinien steiler ansteigen, also nicht mehr so flach verlaufen wie bei einer Penthode üblich.

Man erhält dadurch Kennlinien, die sich von der einer Triode annähern. In der HiFi-Technik findet man das als "Ultra-Linear-Schaltung" wieder.

 

Messungen mit dem Curve-Tracer

Links zum Vergleich (als Referenz) die Ausgangskennlinien der RES164.

Rechts die Ausgangskennlien der PL95 (Valvo) in der obigen Beschaltung mit Rag2 = 390 kΩ. So ganz unähnlich zu den Kennlinien der RES164 sind sie jetzt nicht mehr.

Zum Vergleich nun noch die Messungen mit dem Curve-Tracer mit einem kleineren Wert für Rag2: die Kennlinien werden steiler, gehen also in Richtung Triode. (links unten)

Links die Ausgangskennlinien bei reduziertem Wert von Rag2: Kurven werden steiler => Trioden-Kennlinien

Rechts die Ausgangskennlinien der PL95 in einem Adaptersockel ohne die 3 zusätzlichen Widerstände

Modifikation des Adapers für die 4p1l (4П1Л)

Der Adaptersockel für die 4p1l läßt sich ähnlich modifizieren, wobei der Teilerwiderstand R1 dann auf  "Heizfaden-Mitte" zu legen ist. R1 = 220 kΩ, R2 = 470 kΩ, Rag2 = 390 kΩ

Links Ausgangskennlinien der modifizierten 4p1l (4П1Л). Die Ähnlichkeit der Kennlinien zu denen der RES164 (1. Bild mit dem Curve-Tracer, oben) ist relativ gut.

Rechts 4p1l (4П1Л) ohne die 3 zusätzlichen Widerstände im Adaptersockel (zum Vergleich)

Die Kennlinien für die modifizierte 4p1l scheinen günstiger zu sein, als die der modifizierten PL95. Aber das muß im Betrieb eines Radios, hier wieder der Siemens 46W, überprüft werden, ob das auch zutrifft!


Messungen der modifizierten PL95 und 4p1l im Siemens 46W

Die PP416 dient wieder zur Referenz. Die Gitter-Spannungen sind unmittelbar an den Pins des 5-poligen Röhren-Sockels gemessen.

Röhre-Ug/VUg2/VUa/VIa/mAubrumm/Vssua/vss
PP416855,22028,58200
PL956,4892087,47150
4p1l5,641,8183915s. Bilder

Die hier gemessenen Werte für die PL95 haben sich günstig verändert, verglichen mit dem Adapter ohne die zusätzlichen Widerstände. Die Brummspannung ist praktisch kaum hörbar. Die Aussteuerfähigkeit für die Anodenspannung hat sich verbessert.

  • Damit eignet sich nun die PL95 doch als Ersatz-Röhre für die RES164.

Anders sieht es dagegen leider bei der 4p1l aus. Aus den Werten in der Tabelle geht das zwar so nicht hervor, jedoch aus gemessenen Zeitverläufen.

 

Links 4p1l Brummspannung (minimiert mit Entbrummer-Schiebewiderstand). Brummen ist deutlich hörbar, besonders die 100 Hz Komponente daraus.

Rechts 4p1l Aussteuerung der Röhre mit Sinus. Es sieht so aus, als sei der Sinus in etwa mit der Brummspannung "moduliert". Eine Vergrößerung der Ansteuerung mit der Sinus-Spannung führt (zuerst) für die Maxima in die Begrenzung. Ein sinusförmige Spannung mit (näherungsweise) konstanter Amplitude ist nicht erreichbar. 

  • → Die 4p1l in der "modifizierten" Art ist unbrauchbar←. 

Ein "letzter Versuch" zur Rettung der modifizierten 4p1l besteht darin, den Widerstand Rag2 zu entfernen und den Spannungsteiler für die Gitterspannung nicht auf die Mittelanzapfung der Heizung zu legen, sondern (wie bei der PL95) die Symmetrierung der Heizung über zwei 100 Ω Widerstände zu versuchen.

Das Oszilloskopbild der Brummspannung links zeigt aber, daß der Versuch erfolglos ist. Das Brummen ist deutlich hörbar.

Auch am Bild für eine sinusförmige Aussteuerung hat sich leider nichts Wesentliches dadurch geändert. Es bleibt also dabei, daß die 4p1l (in einer modifizierten Form) als Ersatz für die RES164 praktisch unbrauchbar ist. 

Beim Umbau des Adaptersockels ist ein Fehler passiert. Die Verbindung zwischen "Heizfaden-Mitte" und "Bremsgitter" wurde versehentlich entfernt.

Links insgesamt 5 Widerstände müssen im Adaptersockel untergebracht werden. Im Vordergrund 2 Stück 100 Ω zur Symmetrierung der Heizung; rechts daneben die beiden Widerstände, die der Teilung der Gitterspannung dienen, wodurch die Steilheit reduziert wird; links (verdeckt durch Drähte) der 330 kΩ Widerstand zwischen Anode und Schirmgitter.

Rechts Ausgangskennlinien, wenn die Brücke zwischen Heizfaden-Mitte und Bremsgitter fehlt. Im Bild links ist sie wieder angebracht. Daß mit solchen Kennlinen die Ersatz-Röhre nicht funktionieren kann, ist einsichtig.

 

Nun also zur Kontrolle die Ausgangskennlinie der 4p1l mit dem korrigirten Adaptersockel nachgemessen.

Weil nun die Symmetrierung über zwei 100 Ω Widerstände erfolgt, welche eine Gegenkopplung bewirken, ist die Höhe des maximalen Anodenstroms nun etwas geringer geworden, verglichen mit den Ausgangskennlinien der 4p1l vom 15/05 (weiter oben links).

 

 

 

 

 

Jetzt müßte eigentlich alles wieder stimmen.

Tut es aber nicht!

  • Die Kontrolle in der Endstufe des Siemens 46W ergibt praktisch identische Ergebnisse für die Ansteuerung mit einem 1 kHz Sinus wie sie weiter oben dargestellt sind. Nach wie vor erscheint der Sinus quasi mit der Brummspannung  "moduliert".
  • Folglich sind sämtliche Widerstände im Adapersockel nicht nur nutzlos, sondern tatsächlich schädlich.
  • Eine 1:1 Verdrahtung der 4p1l, wie in dem ganz oben (mit dem μ-Tracer) getesteten Exemplar, ist zwar nicht optimal, aber jedenfalls besser.
  • Ein Verdacht auf "wilde Schwingungen" der 4p1l als Grund für die "modulierte Form" bei Vollaussteuerung mit einem 1 kHz Sinus bestätigt sich nicht - wenigstens nicht im Spektrum bis 150 MHz.

Die physikalischen Gründe für das "seltsame Verhalten" der 4p1l sind bisher nicht bekannt. Dies erfordert eine weitere Untersuchung.


Vielen Dank an alle, die mitgeholfen haben, diesen Thread "abzurunden"!

MfG DR

Dietmar Rudolph
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28.May.19 13:56

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Im 2. Teil wird die 4p1l (4П1Л) weiter untersucht. Dann gibt es mit der RL2P3 eine weitere Ersatz-Röhre, die im ersten Teil noch nicht berücksichtigt wurde.

Weiteres zur 4p1l (4П1Л)

Da die 4p1l (als UKW Senderöhre) viel "schwingfreudiger" ist als die RES164, hat sie sich einer Messung in einem "fliegenden Aufbau" mit Strippen und Hirschmann-Klemmen "widersetzt". Um tatsächlich messen zu können, wurde folglich jedes Mal der Adaptersockel konfektioniert. Das ist allerdings sehr zeitaufwändig und daher wenig effektiv. Als Abhilfe wird die Box mit den Röhren-Fassungen verwendet, die eine Loktal-Fassung (oben ca. Mitte, braun) hat.

Die Fassungs-Box von schräg oben zeigt die eingebauten 7 verschiedenen Röhrenfassungen. [Weitere Fassungen sind über Adapter-Zwischenstecker möglich.]

An der Stirnseite sind 10 Bananenbuchsen. Hier können mit normalen Laborstrippen Verbindungen z.B. zum Curve-Tracer hergestellt werden.

Die Buchse #1 und der Röhrenpin #1 sind rot markiert.

Die Verkabelungen zu den Pins sind jeweils als "Ringleitungen" ausgeführt. Dadurch reduziert sich der Leitungs-Widerstand. Die Farben der Leitungen sind (soweit möglich) entsprechend den Farben der "Widerstandswerte" gewählt. (#1 braun, #2 rot, usw.)

 

Dies ist die Unterseite der geöffneten "Fassung-Box". Die Loktal Fassung ist die braune unten etwa in der Mitte.

Diese Fassungs-Box ist ein "home made" Zusatz zum Zweck der Messung von Röhren-Kennlinien, z.B. mit dem Curve-Tracer. 

Die Ferrit-Dämpfungs-Perlen verhindern ein "wildes Schwingen" steilerer Röhren, das infolge der (langen) Verbindungstrippen zum Curve-Tracer entstehen könnte.

Die Beschreibung hierzu siehe "Röhren-Kennlinien messen mit dem Curve-Tracer".

 

 

Da mit dieser Fassungs-Box alle Pins der 4p1l über die links zu sehenden (günen) Buchsen zugänglich sind, ist es damit einfach geworden, die passenden  Widerstands-Werte für die Beschaltung der 4p1l ähnlich dem Schaltbild für die PL95 zu ermitteln.

Für die 4p1l (4p1lmodi) ergaben sich so die Werte aller 3 Widerstände (R1, R2 & Rag2) zu 680 kΩ. (Die im Post #1 genannten Werte für die 4p1l waren ungünstig.)

In der folgenden Tabelle (Messungen im Siemens 46W) werden die Werte für die gemäß neben stehendem Schaltbild modifizierte 4p1l (4p1lmodi) mit einer 4p1l verglichen, bei der keine Widerstände eingebaut sind.

 

 

Messungen im Siemens 46W

Röhre-Ug1/VUg2/VUa/VIa/mAubr/Vssua/Vss
4p1lmodi7,1542069,5~16120
4p1l7,7812535,8~20110

Während nun für die 4p1lmodi die "Gleichstrom-Werte" (Ug2, Ua, Ia) mit denen für die RES164 halbwegs übereinstimmen, ist das Brummen und die Aussteurfähigkeit für einen 1 kHz Sinuston (nach wie vor) unbefriedigend.

Zum Brummen der 4p1l

Wie in Post #1 gezeigt, hat die 4p1l (in der Beschaltung als RES164 Ersatz) eine Steuerkennlinie, die bereits bei Ug1 = - 8V zu einem Anodenstrom Null führt.

Die Steurkennlinie - hier noch einmal abgebildet - hat dadurch eine viel größere Steilheit (~ 6mA/V) als die einer RES164 (~ 1,4mA/V). Folglich können viel kleinere (Gitter-) Wechselspannungen die 4p1l aussteuern als dies bei der RES164 der Fall ist.

Die 4p1l wird - wie die RES164 - mit Wechselspannung geheizt. Folglich ist dem Heizfaden (der Kathode) eine 4V Wechselspannung überlagert, die sich mit dem "Entbrummer"-Regler nicht (komplett) kompensieren läßt.

Ob nun aber der Kathode eine Wechselspannung überlagert ist und das Gittter ein Gleichpotential hat - oder ob die Kathode ein Gleichpotential hat und dem Gitter eine entsprechende Wechselspannung überlagert ist - für den Anodenstrom ist das gleichwertig. 

  • Mit 4,2V ~ Heizspannung wird das Brummen immer störend sein.

Man könnte die 4p1l auch mit 2,1V ~ betreiben. Aber dann hat sie einen Heizstrom von 0,65A. Als Vorwiderstände werden dann 2 Stück 1,5Ω (1W) benötigt.

Mit 2,1V ~ Heizspannung für die 4p1l ist das Brummen dann (vermutlich) eher erträglich. (nicht getestet)

Zur Aussteuerungsfähigkeit der 4p1l

Wie aus der Tabelle oben hervorgeht, kann die 4p1l nur maximal ca. 120 Vss Wechselspannung (halbwegs unverzerrt) liefern.

Einen ähnlichen, leicht besseren Wert von ca. 150 Vss kann die PL95 erzeugen, s. Post #1. 

Beiden Röhren gemeinsam ist, daß sie (als Ersatz für die RES164) eine "kurze" Steuerkennlinie haben. 

Die RL2P3 als Ersatz

Versuche mit der RL2P3 als Ersatz für die RES164 wurden schon vor ca. 25 Jahren gemacht. (Aufzeichnungen davon sind leider nicht mehr vorhanden.)

In diesem Zustand wurden die umgesockelten Röhren wieder "vorgefunden".

Die Röhre ganz links ist nur provisorisch umgesockelt. Die mittlere ist mit Kebeband fixiert, während die rechte noch die originale Schirmung aus Al Lochblech hat.

Die linke und die mittlere funktionieren noch, während die rechte aktuell keine Emission zeigt, was aber an einer "kalten Lötstelle" liegen dürfte.

 

 

 

 

Die linke RL2P3 zeigt dieses Ausgangskennlinien-Feld auf dem Curve-Tracer.

Wie bei allen hier gemessenen Kennlinien-Feldern wird das Schirmgitter über einen 100 kΩ Widerstand aus 250 V gespeist. Die Einstellungen am Curve-Tracer sind die gleichen wie bei den anderen gemessenen Röhren.

Da die RL2P3 nominell "nur" 2W Anodenverlustleistung hat, wurde die Temperatur der Anode nach ca. 15 min auf dem Curve-Tracer mittels eines Infrarot-Thermometers gemessen.

Es ergab sich eine Temperatur von ca. 75°C, was sicher nicht auf eine etwaige Überlastung hindeutet.

 

 

Die mittlere RL2P3 zeigt ein sehr ähnliches Ausgangs-Kennlinien-Feld.

Der Vergleich beider Kennlinien-Felder mit dem der RES164 (kleines Bild) zeigt eine recht gute Übereinstimmung.

 

Eine weitere, von einem Kollegen zur Verfügung gestellte RL2P3 hat ein etwas abweichendes Kennlinien-Feld.

Der maximal erreichte Anodenstrom ist etwas geringer.

 

 

 

 

 

 

 

Messungen im Siemens 46W

Die mittlere RL2P2 (auf dem Foto oben) und die zur Verfügung gestellte RL2P3 wurden im Siemens 46W getestet. Obwohl sich die Kennlinien unterscheiden, gibt es kaum Unterschiede im Empfänger.

Röhre-Ug1/VUg2/VUa/VIa/mAubr/Vssua/Vss
RL2P3 (mitte)7,760,52236,510150
RL2P37,558229612150

Die RL2P3 hat als Ersatz für die RES164 nur ca. 6,5 mA Anodenstrom, was eine Anodenverlustleistung von  ca. 1,5 W ergibt. Damit ist sie thermisch nicht überlastet.

Verglichen mit der RES164, welche 200 Vss liefern kann, ist die Anodenwechselspannung der RL2P3 also nur das 1/√2 fache. Folglich ist die "Sprechleistung" der RL2P3 nur halb so groß wie die der RES164. Da aber das Ohr eine logarithmische Lautstärke-Empfindlichkeit hat, dürfte das praktisch kaum ins Gewicht fallen.

  • Das Brummen der RL2P3 ist ähnlich gering wie das der RES164.

Damit ist die RL2P3 ein durchaus akzeptabler Ersatz für die RES164.

This article was edited 29.May.19 15:47 by Dietmar Rudolph .

  
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