Fading-Regulierungen ohne Dioden

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Fading-Regulierungen ohne Dioden 
07.Jan.19 16:56
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Dietmar Rudolph † 6.1.22 (D)
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Dietmar Rudolph † 6.1.22

Die Fading-Regulierung arbeitet seit ca. Mitte der '30er Jahre mit einer Regelspannung, die mit Hilfe einer mit einer Diode gleichgerichteten HF- bzw. ZF-Spannung gewonnen wird. Die erste verfügbare Signal-Diode war 1935 die AB1 .

Bild 2.4-3 zeigt ein Beispiel für eine AM-Demodulation und Regelspannungs-Gewinnung mit Hilfe von Dioden (B-Systeme der Verbundröhre), wie es in "modernen" AM Empfängern realisiert wurde.

Als Regel-Charakteristik ergeben sich damit Kennlinien, wie sie nebenstehend dargestellt sind.

In Bild 2.4-3 ist eine "verzögerte" Regelung realisiert, auf Englisch mit A.V.C. (automatic volume control) bezeichnet. Eine alternative Bezeichnung ist AGC (automatic gain control). Das ergibt Kennlinien mit den Formen (c) oder (d), abhängig davon wie viele HF- bzw. ZF-Stufen in die Schwund-Regelung einbezogen sind. Wird die NF-Stufe zusätzlich gesteuert (als "Vorwärts-Regelung" bezeichnet), ergibt sich eine Charakteristik gemäß (e). Die Kurve (a) ist der theoretische Grenzfall einer Regelung.

Die Kurve (b) ergibt sich für eine "simple", nicht "verzögerte" Regelung. Und genau eine Regelung dieser Art war zu Zeiten möglich, als es noch keine "Signal"-Dioden gab, also zu Beginn der '30er Jahre.

Viele Radio-Geräte aus dieser Zeit, speziell Mehrkreiser, nutzen diese Methode ohne Diode.

Prinzipschaltbild

Die Funktionsweise ist am Einfachsten an einem Prinzipschaltbild zu erkennen, das im "Funk-Bastler 1932" als Vorschlag zur Nachrüstung früherer Geräte veröffentlicht wurde.

 

"Röhrenlos" bedeutet hierbei, daß zur Nachrüstung keine zusätzliche Röhre benötigt wird. Zusätzlich gebraucht wird allerdings eine weitere Batterie "B" z.B. von 100V und ein Potentiometer "P". Die notwendigen Zusätze bzw. Änderungen sind in Abb. 1 in dickerer Strichstärke eingezeichnet. Nachträglich farbig markiert ist der Spannungsteiler, gebildet aus dem Anodenwiderstand der Röhre "D" und dem Potentiometer "P" (grün), sowie die für den Anodengleichrichter (= Richtverstärker) erforderliche negative Gittervorspannung "-G" . Diese (magenta) Leitung geht ebenfalls an einen Spannungsteiler über die Spannung "B" (nicht gezeichnet).

 

Diese Schaltung funktioniert "ohne zusätzliche Röhre" nur dann, wenn als HF-Demodulator ein Anodengleichrichter verwendet wird. (Bei Demodulation mit einem Audion ist eine zusätzliche Röhre zur Phasen-Umkehr der Regelspannung erforderlich.)

 

Der Arbeitspunkt eines Anodengleichrichters ist im unteren Knick der Steuerkennlinie (Fig. 3-13, 3-14), weshalb ohne HF-Ansteuerung ein sehr kleiner Anodenstrom fließt. Je größer aber die HF-Spannung am Gitter wird, um so mehr steigt der Anodenstrom, wodurch das Potential (also die Gleichspannung) an der Anode der Röhre "D" absinkt.

Dadurch sinkt nun aber auch die Spannung am Schleifer (b) des Potentiometers "P" ab, wodurch die zu steuernde HF-Röhre "H" eine negativere Gittervorspannung erhält, weshalb diese dann weniger verstärkt - und in der weiteren Folge dem Anodengleichrichter eine geringere HF-Spannung zugeführt wird. Damit ist dann der Regelkreis geschlossen.

Warum soll die negative "Hilfs-Spannung" "B" mit 100V so hoch sein?

Dazu betrachtet man 2 Grenzfälle:

  1. UB => 0V , z.B. 1,5V : Ja dann wird die Steuerspannung für die zu steuernde HF-Röhre "H" auch verschwindend gering und damit die Wirkung der Schwundregelung.
  2. UB => ∞ , also sehr groß. Dann muß in Abb. 1 das Potentiometer entsprechend hochohmig werden. Das wirkt sich dann so aus, als ob die negative Vorspannung über eine Stromquelle (∞ hoher Innenwiderstand) eingespeist würde. Damit hat man dann (im Grenzfall) den gesamten Spannungshub von der Anode des Anodengleichrichters auf den Schleifer (b) des Potentiometers "P" übertragen.

Folglich gilt:

  • Je höher die Spannung "B" gewählt wird, um so größer wird dadurch die Schleifen-Verstärkung des AGC Regelkreises.  Eine ausreichend hohe Spannung "B" ist also der Preis, den man hier "zu zahlen" hat.

Der Siemens 47W/47WL

Als erstes Beispiel für die Anwendung dieser Art der Fading-Regelung soll der Siemens "Länderband 47W/47WL, Ätherzepp" dienen. Eine zeitgenössische Beschreibung des Gerätes ist im "Funk-Bastler 1933" zu finden. In dieser Beschreibung findet man folgende Aussage:

"Die automatische Fadingregelung wird vom Anodenkreis der Gleichrichterröhre aus gesteuert, und zwar werden die hier an einem Parallelwiderstand R zum Kopplungswiderstand entstehenden Spannungsschwankungen an das erste und dritte Gitter der ersten Hexode übertragen. Da nur eine Röhre geregelt wird, kann sich natürlich nicht ein so großer Regelbereich ergeben, wie z. B. bei einem Superhet mit zwei geregelten Stufen; aus diesem Grunde kann man hier nicht von einem automatischen Lautstärken‑Ausgleich sprechen, sondern nur von einem automatischen Schwundausgleich. Die Automatik hat also nicht die Aufgabe die Lautstärkenunterschiede zwischen den verschiedenen Sendern auszugleichen, sondern den Empfangsschwund, der innerhalb eines Senders vorhanden ist. In dieser Hinsicht hat die Automatik allerdings als „überdimensioniert“ zu gelten, d. h. alle Schwankungen, die bei einer Station auftreten, werden restlos ausgeglichen."

Im Schaltbild des 47W/47WL sind die entsprechenden Teile in gleichen Farben wie in Abb. 1 markiert. Dadurch ist es einfacher, die Funktionsweise zu erkennen.

Nach den Informationen im Datenblatt beim Modell ist die Spannung am Lade-Elko 430V. Dadurch ergeben sich die in grün eingetragenen Spannungen oben und unten am Spannungsteiler. Da der 47W/WL ein Netzempfänger ist, hat er keine Batterie "B". Die erforderliche Spannung ensteht vielmehr als Spannungsfall am Erreger-Magnet des Lautsprechers (beim 47WL; beim 47W ist es ein 2,5 kΩ Widerstand). Der in Serie geschaltete Trimmer (100 Ω) dient der Einstellung des Arbeitspunktes für den Anodengleichrichter REN914. 

Parallel-Geräte (gleiche Schaltung, anderes Design) sind:

Der Siemens 47WL ist, wie der nachfolgende 47aWL, ein Beispiel für eine unverzögerte Fading-Regelung, bei der die Lautstärke-Regelung (L) nicht in den Regelkreis für die Fading-Regelung eingreift - im Unterschied z.B. zum Saba 41W (siehe weiter unten).

Siemens 47aWL

Beim Siemens 47aWL, einem Nachfolgemodell des 47W/WL, wurden die Fading-Hexoden RENS1234 durch die Regel-Tetroden RENS1214 ersetzt. An der Fading-Regelung ergibt sich dadurch (praktisch) keine Änderung.

Saba 41W

Der Saba 41W ist ein Beispiel dafür, wie die Fading-Regelung und die Lautstärke-Regelung mit einander verquickt sind.

Der Spannungs-Teiler (grün) zur Gewinnung der AGC aus der Änderung der Spannung an der Anode der 2. RENS1204, die auch hier als Anodengleichrichter geschaltet ist, endet nicht direkt auf der maximalen negativen Spannung. Mit dem Potentiometer (L) = 800Ω, das zur Einstellung der Lautstärke dient, wird die negative Gitterspannung für die Tetroden RENS1204 vor-eingestellt (Ruhe-Arbeitspunkt). Eine Feldstärke-Änderung des Empfangs-Signals bewirkt nun eine Verschiebung des eingestellten Ruhe-Arbeitspunktes in dem Sinne, daß das demodulierte Signal (einigermaßen) konstant bleibt. Da die Änderungen der Regel-Spannung hier gering ausfallen, wird die RENS1204, die keine Regel-Röhre ist, anstatt der RENS1214 (Regel-Röhre) verwendet. Die RENS1204 hat eine viel "kürzere" Kennlinie als die RENS1214.

Saba 520W

Beim Saba 520W wird zur Realisierung der Fading-Regulierung der Aufwand nicht in eine hohe "B" Spannung gesteckt. Man kommt mit insgesamt 290V am Lade-Kondensator aus. Dafür ist nun der Aufwand für die zur Fading-Regulierung erforderlichen Spannungsteiler um so größer, was - je nach Darstellung im Schaltbild - die Übersichtlichkeit erschwert.

Die Lösung besteht hier darin, daß im Gegensatz zu den vorhergehend gezeigten Beispielen nicht die Gitterpotentiale sondern die Kathodenpotentiale der zu steuernden Röhren beeinflusst werden. Das wird folgendermaßen umgesetzt: Die Kathodenpotentiale der beiden zu regelnden HF-Röhren RENS1214 werden mit Hilfe des in magenta markierten Spannungsteilers sehr stark angehoben, damit diese immer noch positiver ausfallen, als die AGC Spannung, die ja auch leicht positives Potential hat.

Die negative Gittervorspannung für den Anodengleichrichter mit der RENS1204 (Röhre IV) wird erzeugt und einreguliert mit Hilfe eines 300Ω Trimmers in Serie mit 35Ω. Diese beiden Widerstände liegen in Serie mit 2kΩ und weiteren 4kΩ. Dieser 4kΩ Widerstand ist dann mit dem magenta gezeichneten Spannungsteiler verbunden. Gleichzeitig liefert dieser Verbindungspunkt die Schirmgitterspannung für den Mischer RENS1204 (Röhre II). Das Potential der Kathoden der geregelten Röhren I & III ist dann noch etwas höher. An den Isolationswiderstand Heizfaden - Kathode der Röhren I & III sind dadurch entsprechende Anforderungen gestellt.

Lumophon W76

Beim Lumophon W76 werden - ähnlich wie beim Saba 520W - die Kathoden der zu regelnden HF/ZF Röhren mit Hilfe eines Spannungsteilers (magenta) auf hohes Potential angehoben. Dieses Potential muß höher sein als die Spannung an der Anode der Röhre IV, die mit 160V angegeben ist. Dann hat die grün markierte Regel-Leitung zu den Gittern der Röhren I & IV gegenüber deren Kathoden ein negatives Potential, wie es für eine AGC sein muß.

 

Stassfurt 5W/5WL

Beim Staßfurt 5W/5WL wird eine andere Strategie angewendet. Hier wird die negative Spannung für die AGC dadurch erzeugt, daß die ZF-Spannung am Steuergitter der Demodulator-Röhre (bei ausreichender Größe) eine Spitzengleichrichtung erfährt. Das ist im Prinzip genau wie bei einem Audion. Tatsächlich entspricht die Schaltung dem Kraftaudion vom "Imperial Junior".  Die hier entstehende Regelspannung ist nicht sehr groß, weshalb mit der RENS1264 auch hier Röhren mit kurzer Kennlinie notwendig sind.

Die gezeigten Beispiele lassen deutlich erkennen, daß diese frühe Fading-Regulierungen (ohne Dioden) zu teilweise recht aufwändigen und schwer durchschaubaren Schaltungen geführt haben. Und dabei ist der Regelungs-Effekt gegenüber den späteren AGC Schaltungen mit Dioden-Gleichrichtung meist recht bescheiden.

Als kritische Bauelemente stellen sich die sehr hochohmigen Widerstände von z.B 6 MΩ heraus, weil diese frühen Hochohmwiderstände häufig Unterbrechungen zeigen. Dadurch stimmen die Potentialverhältnisse nicht mehr und die Funktion der AGC ist nicht mehr gegeben. In vielen Fällen kann ein solches Radio trotzdem noch empfangen.


Mit Dank an Hans Knoll und Harald Giese für Korrekturen.

MfG DR

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

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Fading-Regulierungen mit Dioden nachrüsten 
26.Jan.19 17:05
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Dietmar Rudolph † 6.1.22 (D)
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Dietmar Rudolph † 6.1.22

Da die Fading-Regulierungen ohne Dioden nicht optimal waren, gab es in den späteren Jahren, als sich Fading-Regulierungen mit Dioden als allgemeiner Standard durchgesetzt hatte, in Radio-Bastel-Zeitschriften verschiedentlich Anleitungen, wie sich eine solche "alte" Regulierung umbauen und damit verbessern läßt.

Ein solches Beispiel findet sich in "Günther, H.; Fuchs, F.: Radio / Bildfunk Fernsehen für alle, Bd. 16, pp. 12 - 14, Frankh, 1937"

  • In diesem Text wird die Demodulator-Röhre pauschal mit "Audion-Röhre" bezeichnet. (Das war damals der übliche Jargon.) Tatsächlich aber liegt keine Audion-Schaltung (Gitter-Gleichrichter) vor, sondern ein "Anoden-Gleichrichter" ("Richtverstärker"). Das gilt es zu beachten.
  • Die "Verbesserung" bezieht sich nur auf den Schwundausgleich. Hierfür wird eine Duo-Diode AB1 bzw. AB2 "spendiert", obwohl dann nur eine Diode davon benötigt wird.
  • Die Demodulation der AM erfolgt nach wie vor durch einen Anoden-Gleichrichter. Daher wurde auch nur ein System der Duo-Diode verwendet.
  • Bezüglich der Demodulation des Audio-Signals ergibt sich folglich keine Veränderung.
  • Ergänzungen, die dem besseren Verständnis dienen sollen, sind in [...] eingefügt.

Der Text beschreibt auch einige Schwierigkeiten, die die Schwundregelungen ohne Dioden hatten.

In diesen früheren Zeiten war ein Radio ein "Wertgegenstand", der nicht nach wenigen Jahren ausgesondert wurde. Vielmehr bestand das Bestreben, Radios je nach Stand der Technik zu "modernisieren", wodurch sie nun allerdings nicht mehr "original" waren.


Die Verbesserung der Schwundregelung älterer Empfänger

Von 0. Rudolf. Mit 5 Schaltbildern nach Entwürfen des Verfassers

Ein besonderer Vorteil des selbstgebauten Empfängers ist die Möglichkeit, Verbesserungen aller Art anbringen zu können. Unter die Verbesserungsmöglichkeiten älterer Geräte fallen u. a. Verbesserung der Spulen (Eisenkernspulen), der Wiedergabe und der Lautstärke, Einführung der Einknopfabstimmung. Nachstehend soll die Verbesserung der Schwundregelung besprochen werden.

Die Empfänger, die erstmals selbsttätige Lautstärkeregelung besaßen (Baujahr 1931/1932), arbeiteten teilweise mit normalen HF-Röhren, also nicht mit Regelröhren. Alle benützten sie den in der Audionanode des Richtverstärkers [= Anodengleichrichter] auftretenden Spannungsabfall, dessen Größe von der Stärke der Sender abhängt. Die Anodenspannung sinkt um so mehr, je stärker der einfallende Sender ist. Um diese Spannungsunterschiede zur Steuerung der HF-Röhren zu benützen, nahm man einen bestimmten Teil davon an einem Potentiometer ab und brachte die Kathoden der HF-Röhren auf eine positive Spannung, um 1 bis 2 V höher als die an dem Potentiometer ohne Empfang eines Senders auftretende. Die Schwierigkeit lag einmal darin, daß der Anodenstrom der Audionröhre mit ihrem zunehmenden Alter sank, die Anodenspannung also stieg; auf der anderen Seite war es schwierig eine konstante Spannung für die Kathoden herzustellen. Um die zweite Forderung leichter erfüllen zu können, benützte man zur Erzeugung dieser Spannung oft den Erregerstrom des elektrodynamischen Lautsprechers, denn die übrigen Ströme im Gerät sind ja großenteils von der Regelung selbst abhängig.

Nach diesem Prinzip arbeiten auch die in den Jahren 1932 und 1933 beschriebenen Selbstbau-Geräte. Erst später kamen die Zweipol-Gleichrichterstrecken [Dioden: AB1 & AB2] auf den Markt, nachdem die HF-Röhren in schwundgeregelten Empfängern durch solche mit Exponentialkennlinie ersetzt worden waren. Die Zweipolstrecken erlauben es, die HF-Röhren auf der üblichen Kathodenspannung von 1 bis 2 V zu belassen. Man benötigt also keine besonderen Spannungsteiler zur Herstellung einer möglichst konstanten Kathodenspannung. Da die Zweipolröhre ohne Anodengleichspannung arbeitet, ändern sich die Arbeitsbedingungen für die HF-Röhren nicht mit zunehmendem Röhrenalter. Die Zweipolröhre vermeidet somit die früher bei der selbsttätigen Schwundregelung auftretenden Schwierigkeiten. Da ihr Heizstromverbrauch gering ist und ihre äußeren Abmessungen klein sind, kann sie nachträglich wohl in jeden Empfänger früherer Baujahre eingebaut werden. An der Hand der Abb. 18 und 19 sollen zwei Beispiele besprochen werden, die den Einbau der Zweipolgleichrichterstrecke und die nötigen Schaltänderungen zeigen.

Der Widerstand W1 der von der Anode der Audionröhre [Anodengleichrichter] wegführt, wird abgetrennt, ebenso ein etwa vorhandener Ableitkondensator für die restliche HF. In die Anodenleitung kommt direkt am Halter der Audionröhre eine kleine HF-Drossel (auf kleine Abmessungen achten!). Dann wird der Halter für die Doppelzweipolröhre AB2 (oder AB1) möglichst nahe bei der Audionröhre [Anodengleichrichter] oder den HF-Röhren montiert und die Schaltung nach Abb. 20 vorgenommen. Man beachte, daß die Leitung von der Audionanode her verlustfrei abzuschirmen ist. Der Kondensator C1 kommt direkt an die Audionröhrenfassung. W2 wird direkt an der Röhrenfassung der AB2 angebracht (fliegende Montage).

 

Nun wird die Verbindung zwischen der AB2 und den Gittern der HF-Röhren hergestellt. Zunächst ist festzustellen, ob die Gittervorspannung dem Gitter direkt über einen Widerstand zugeführt wird (Teilschaltbild Abb. 21) oder ob die Zuführung über die Abstimmspule geht (Teilschaltbild Abb. 22). Man entfernt daraufhin die in den Abb. 18 und 19 stark gezeichneten Teile, so daß in Abbild 21 C4 W3 und C3 in Abb. 22 nur C4 übrigbleiben. C4 verbindet man nun jeweils mit der Anode der AB 2 über einen Widerstand von 1 Megohm der am besten zusammen mit der Zuleitung abgeschirmt wird. C4 soll 40 000 bis 60 000 pF [=> 47 nF] Kapazität besitzen.

 

Die Schaltbilder Abbild. 18 und 19 lassen den Zustand vor und nach der Änderung erkennen. Neigt das Gerät nach der Änderung zum Pfeifen oder zu Verzerrungen, die von restlicher HF im NF-Verstärker herrühren, so lege man zwischen die neu eingeführte HF-Drossel (NF-seitiges Ende) und den Minuspol einen Block von 100 bis 500 cm [100pF - 500pF]. Je größer dessen Kapazität gewählt wird, desto tiefer wird die Gesamttonlage des Empfängers, und desto besser werden HF-Reste ausgesiebt. Am besten ist es, die Größe dieses Ableitkondensators zu erproben; 150 - 250 pF genügen meist und üben noch keinen merkbaren Einfluß auf die Wiedergabe aus.

Die Kathoden der HF-Röhren legt man je unter Zwischenschaltung eines Widerstandes von 150 bis 250 Ohm (evtl. Stäbchenwiderstand mit veränderlicher Schelle [Trimmpotentiometer] verwenden und auf größte Lautstärke beim Empfang eines ganz schwachen Senders einstellen!), dem ein 0,1 µF-Rollkondensator parallel liegt, direkt an den Minuspol des Geräts. Ebenso wird die Kathode der AB2 mit Masse verbunden. Empfehlenswert ist noch eine Kontrolle der Anodenspannung und der Schirmgitterspannung der HF-Röhren, die etwa 240 bzw. 60 (bei neueren Röhren 100) Volt nicht übersteigen soll. Sind diese Spannungen, gemessen gegen den Minuspol, wesentlich höher, so verbindet man die Kathode der AB2 und die Enden der 200 Ohm-Widerstände nicht mit dem Minuspol des Geräts, sondern mit der Leitung, die bisher zu den Kathoden geführt hat.

Die Umänderung kostet selbst dort, wo mehrere Teile ersetzt werden müssen, weil ihre Daten nicht richtig sind, nur etwa 8 RM. Da die Wirkung der Lautstärkeregelung dadurch wesentlich verbessert wird und die ganzen Spannungsverhältnisse des Empfängers vereinfacht werden, lohnt sich diese Ausgabe unbedingt. Man überlege sich jedoch vor Beginn der Umänderung die Sache an Hand des Schaltbildes, nach dem das Gerät gebaut ist. Die Änderung an einem Industrie-Empfänger vorzunehmen, ist nur dann zu empfehlen, wenn man das Schaltbild des Geräts genau kennt und in der Lage ist, vor dem Umbau die Spannungsverhältnisse mittels Meßinstruments zu kontrollieren, so daß man einen genauen Einblick in die Wirkungsweise des Geräts bekommt. Lassen diese Voraussetzungen sich erfüllen, so ist die Änderung auch bei Industriegeräten einfach durchzuführen und wohl in fast allen Fällen auch mit gutem Erfolg. Man merke sich jedoch in jedem Falle die frühere Schaltanordnung (Skizzen anfertigen), damit man bei einem Mißerfolg ohne Schwierigkeiten, den alten Zustand wiederherstellen kann. Dies gilt übrigens für alle Änderungen an Geräten, die bisher einwandfrei arbeiteten.

Die Änderung macht das ältere Gerät hinsichtlich des Schwundausgleichs gegenüber neueren Typen unbedingt wettbewerbsfähig. Bei einer solchen Änderung überlege man auch, ob es sich nicht lohnt, etwa vorhandene Röhren der Typen RENS1214, 1204, 1274, oder die entsprechenden Valvo-Typen gegen die neuere RENS1294 (H4129D) auszuwechseln, wobei die Schirmgitterspannung auf 100 V erhöht werden kann. Vom Einbau der neuen stiftlosen Röhren [Topfsockel-Röhren] in Mehrkreiser ist jedoch abzuraten, weil sie mit ihren obenliegenden Gitteranschlüssen grundsätzlich andere Abschirmungen und Anschlüsse verlangen. In der Leistung ist kein großer Unterschied zwischen der RENS1294, (H4129D) und der AF3.


Ein weiteres Beispiel zur Nachrüstung einer Fading-Regulierung findet sich in einem Lehrbuch aus dem Jahre 1952, hier allerdings bezogen auf ein Audion (Gitter-Gleichrichter) als Demodulator.

"Springstein, K.-A.: Einführung in die Kurzwellen- und Ultrakurzwellen-Empfänger-Praxis, FV, 1952"

In den '50er Jahren war es für den Empfang von Kurzwellen durchaus noch üblich, Audion-Empfänger zu verwenden, z.T. auch solche mit HF-Vorstufe. Und genau für diese Vorstufe läßt sich eine Fading-Regelung mit Hilfe einer Diode nachrüsten.

Die beiden Schaltungen Bild 122 und Bild 123 unterscheiden sich nur in der Art, wie AGC Spannung zum Gitter der HF-Vorröhre gelangt.

Eine entsprechende Umbau-Anleitung für einen Audion-Empfänger mit HF-Vorstufe findet man aber auch noch 1960, hier allerdings mit einer Ge-Diode.

"Autoren-Kollektiv: Amateurfunk, 3.A., VST, 1960"

MfG DR

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