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Dietmar Rudolph
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Schem.: 918 Pict.: 465 16.Jan.19 15:05 Count of Thanks: 13 |
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Die meisten Röhrenradios haben ein Netzteil zu ihrer Versorgung mit elektrischer Energie. Das ist eigentlich eine triviale Aussage und entsprechend stiefmütterlich werden Netzteile von Radios in der Literatur behandelt. Dieser Artikel versucht, die verstreuten Informationen zusammen zu fassen. Vorgestellt werden Schaltbilder der Netzteile. Informationen z.B. zum Wickeln von Netztrafos werden ausgespart. Vorab einen Warnhinweis für Bastler:
Netzteile mit Netz-TrennungSolche Netzteile haben Transformatoren, die diese Trennung realisieren. Diese Trafos haben eine primäre Wicklung, die mit dem Netz verbunden ist und (mindestens) eine sekundäre Wicklung, die ausreichend gut von der primären Wicklung isoliert ist und aus dieser dann das Radio bzw. elektronische Gerät versorgt wird.
Gegentakt-Vollweg-GleichrichtungAls Prototyp ein Schaltbild, wie es typisch für USA war [1]. Der Trafo "T" hat 3 sekundäre Wicklungen S1, S2 & S3. In USA werden üblicherweise die Anodenspannung mit "B" (B+, B-) und die Heizspannungen mit "A" bezeichnet. Die Gleichrichter-Röhren haben i.a. 5V Heizspannung. Die Glättung der Anodenspannung erfolgt durch das "π" Glied C1, L, C2. Im nächsten Schaltbild [2] ist außer dem Netzteil auch noch die übrige Schaltung angedeutet - mit Schwerpunkt auf der NF-Vorstufe und der Endstufe. Die Primärseite des Netz-Trafos ist auf verschiedene Spannungen einstellbar, da es in Europa früher unterschiedliche Netze gab. (Heute sind 230V üblich.) Auch ist die Primärseite durch eine Sicherung geschützt. Auch dieser Trafo hat 3 sekundäre Wicklungen. Bei direkt geheizten Gleichrichter-Röhren war 4V Heizspannung Standard.
Einschub: Der häufigste Fehler: Der Koppelkondensator zum Gitter der Lautsprecher-Röhre ist leck geworden. Das Bild 1.5-1 zeigt den häufigsten und wichtigsten Fehler, der bei einen Röhren-Radio auftreten kann, nämlich, daß der Koppel-Kondensator C8 zwischen der Anode der NF-Vor-Röhre und dem Steuergitter der End-Röhre (Lautsprecher-Röhre) leck wird (R < 100 MΩ!). In diesem Fall verschiebt sich die Gitterspannung der End-Röhre, so daß ein unzulässig hoher Anodenstrom fließt, was zu einer Überlastung der End-Röhre führt. Zur Überprüfung des Kondensators C8 wird entweder die Spannung (III) an der Primärseite des NF-Ausgangstrafos gemessen oder die Spannung (IV) zwischen Kathode und Masse (Chassis). Wenn nun das Steuergitter gegen Masse kurz geschlossen wird (I), darf sich die Anzeige der Voltmeter nicht ändern, wenn C8 (noch) i.O. ist. Ansonsten gehen die Ausschläge der Meßgeräte zurück. Nun könnte aber bereits die End-Röhre defekt sein und Gitterstrom ziehen infolge schlechten Vakuums. Um diesen Effekt als Ursache auszuschließen, wird (I) geöffnet und (II) kurz geschlossen. Gehen die Ausschläge auch hierdurch zurück, ist C8 eindeutig als defekt identifiziert. Die Gewinnung der Vorspannung für die Gitter der Röhren jeweils über einen Kathodenwiderstand, wie in Bild 1.5-1, wird mit "automatischer" Gittervorspannung bezeichnet. Das Bild 1.5-2 [2] zeigt ein Beispiel für eine "halb-automatische" Erzeugung der Gittervorspannung, die i.d.R. bei Verbundröhren (z.B. ECL...) angewendet wird.
Da die Widerstände R7 (30Ω) und R8 (70Ω) vom gesamten Anodenstrom durchflossen werden, geht bei halb-automatischer Gittervorspannung der NF-Röhren auch der Anodenstrom der übrigen Röhren in die Größe der Gittervorspannungen ein. Vollweg-Gleichrichtung mit Graetz-Brücken-GleichrichterGraetz beschreibt die von ihm erfundene Vollweg-Gleichrichtung mit dem Schaltbild Fig.437 [3]:
Die "Gleichrichter-Zellen" A1 bis F2 bestanden um 1910 aus Glasgefäßen, Fig.138, gefüllt mit "doppelt kohlensaurem Natron", bei denen eine Elektrode aus Aluminium (A) (positive Elektrode) und die andere (wahlweise) aus Blei, Eisen (E) oder Kohle bestand (negative Elektrode). Beim Stromdurchgang (Gleichstrom; zur Formierung) scheidet sich an der Al Elektrode Sauerstoff ab, wodurch sich Aluminium-Oxyd bildet. Dadurch ergibt sich für diese Stromrichtung ein stark reduzierter Stromdurchgang bis ca. 100V angelegter Spannung. In der Radio-Technik wurden die Graetz-Brückengleichrichter als Selen-"Trocken"-Gleichrichter realisiert, Bilder 803b - d.[4] Im Unterschied zur Gegentakt-Gleichrichtung benötigt eine Gleichrichtung mit einer Brücke nur einen Netztrafo mit einer Sekundärwicklung zur Gewinnung der Anodenspannung. Hat die Sekundärwicklung allerdings eine Mittel-Anzapfung, wie in Abb. 803b, läßt sich mit einer Brücke sowohl eine positive, als auch eine negative Gleichspannung erzeugen, wenn die Mittelanzapfung auf Masse geschaltet wird. (In Abb.803b fehlt rechts unten ein "-") Die beiden nächsten Bilder 5,20 - 5,23 zeigen noch einmal den Übergang von der Gegentakt- zur Brückenschaltung.[5]
Der Stromdurchgang durch die Gleichrichter (Röhre, Trockengleichrichter) ist durch Pfeile für die einzelnen Halbwellen der Wechselspannung gekennzeichnet, was der Erleichterung des Verständnises der Funktionsweise dient. Durch den "Lade-Kondensator" C entsteht am Verbraucher-Widerstand R eine Gleichspannung, die von einer "Brumm-Spannung" überlagert wird. Bei Vollweg- bzw. Brücken-Gleichrichtung ist die Brummspannung geringer, Bild 5,23, als bei Einweg- oder "Halbweg"-Gleichrichtung, Bild 5,20 (R & C in beiden Fällen gleich). Bei der Brücken-Gleichrichtung ist die (Grund-) Frequenz der überlagerten Brummspannung zusätzlich doppelt so hoch wie bei der Einweg-Gleichrichtung. Aufgrund dieser beiden Tatsachen ist der Aufwand für die "Siebung" (Unterdrückung) der Brummspannung bei Vollweg-Gleichrichtung mit geringerem Aufwand verbunden als bei Halbweg-Gleichrichtung. Vergleich Zweiweg - BrückeFunktionsmäßig, bezogen z.B. auf die Brummspannung, sind beide Varianten gleichwertig, die in den Bildern 5.2/6 & 5.2/7 dargestellt sind.[6]
Abb.18.6 entspricht Bild 5.2/6. Die Ströme bei Vollweg-GleichrichtungDadurch, daß am Lade-Kondensator CL eine (mittlere) Gleichspannung Ua entsteht, sperren die Dioden, sobald die Wechselspannung UL kleiner als Ua wird. Folglich kann der (Lade-) Strom nur in einer ganz kurzen Zeit fließen. Fig. 14. zeigt diese Stromimpulse i1 & i2.[8] Die "überlagerte Wechselspannung" (Netzbrumm) hat die doppelte (Grund-)Frequenz wie die Netzspannung. Wird (bei konstanter Netzfrequenz f=ω/2π und konstantem Laststrom bzw. Lastwiderstand RL) der Lade-Kondensator C=CL vergrößert, werden die Stromimpulse i immer kürzer. Da nun aber in einer kürzeren Zeit die (gleiche) Ladungsmenge Q in den Lade-Kondensator hineinfließen muß, wie während der Sperrzeit der Dioden über den Lastwiderstand als Laststrom Ia abfließt, werden die Spitzen-Ströme Î durch den Gleichrichter entsprechend ansteigen, Bild 5.2/10.[6] Dabei spielt der (gesamte) Innen-Widerstand RS der Gleichrichterschaltung (im Verhältnis zum Lastwiderstand RL) eine wichtige Rolle. Die gezeigten Kurvenscharen können zur Dimensionierung des Netzteils verwendet werden. Der "Glättungs-Faktor ωCRL" in den Bildern 5.2/9 & 5.2/10 ist so zu interpretieren:
Für die effektive Welligkeit der Brummspannung gelten die Kurven Bild 5.2/11.[6] Aus den in Bild 5.2/11 gezeigten Kurven geht die Namensgebung für den "Glättungsfaktor" unmittelbar hervor. Einweg-GleichrichtungDie Einweg-Gleichrichtung ist meist bei "Klein-Radios" zu finden, also bei solchen, die eine schwache Lautsprecher-Röhre haben und folglich nur einen geringen Anodenstrom benötigen. Klassisches Beispiel hierzu ist der Volksempfänger VE301W, der ein Netzteil hat, ähnlich wie in es in Abb.777 dargestellt ist.[4]
Den "Luxus" einer Drossel Dr hat der VE301W allerdings nicht und der Ladekondensator C ,sowie der Siebkondensator C1 haben beim VE301W kleinere Werte. Die Heizwicklung H2 für die Gleichrichterröhre ist (zwar mit dickerem Draht gewickelt, aber im Prinzip) ein Teil der sekundären Hochspannungswicklung A.
Einweggleichrichtung beschränkte sich in einzelnen Fällen nicht nur auf kleine Radios, sondern auch "große" Radios wie z.B. der AEG 60WU hatten Einweggleichrichtung, wie der folgende Ausschnitt aus seinem Schaltbild zeigt. Bei diesem Gerät wird sogar auf die Glättungs-Drossel verzichtet. Dafür sind große Kapazitätswerte für Lade-C und Sieb-C erforderlich. (Beachte: UY11 trotz E..11er Röhren im Empfangsteil.) Bei Einweggleichrichtung fließt - im Unterschied zur Vollweggleichrichtung - nur je einmal pro Periode der Netzspannung ein Strom, wie Fig. 9 zeigt.[8] Wenn einem solchen Einweg-Netzteil ein gleich großer Strom wie einem Vollweg-Netzteil entnommen werden soll, müssen die Stromimpulse i entsprechend größer ausfallen. Auch hat die Frequenz der Brummspannung nur den Wert der Netzfrequenz. Für die vom Glättungsfaktor abhängigen Kurven ergeben sich prinzipiell ähnliche Verläufe wie bei Vollweg-Gleichrichtung.[6]
Netzteile ohne NetztrennungNetzteile ohne Netztrennung verwenden (für Radios) stets nur die Einweggleichrichtung. (Bei Fernsehern gab es auch Netzteile mit Brückengleichrichtern - ohne Netztrennung.) Keine Netztrennung bedeutet, daß eine galvanische Verbindung zum Netz besteht.
Netzteile mit Trafo (für Wechselspannung)Ja, es gibt sie die Radios mit Netztrafo - und trotzdem ohne Netztrennung! Man kann sich also nicht darauf verlassen, daß jedes Radio mit z.B. E-Röhren eine Netztrennung hat. Das betrifft insbesondere Geräte, die in den frühen '50er Jahren auf den Markt kamen. Als Beispiel das Netzteil eines Radios mit "gemischter" Schaltung, Bild 1.7-1[2]
Dieser Trafo hat eine Primärwicklung, die als oberstes Ende z.B. für 260V~ ausgelegt ist. Dadurch wird die "normale" Netzspannung von 220V herauf transformiert. (Spartrafo) Das ergibt dann eine höhere Anodenspannung, die über eine Einweg-Gleichrichtung gewonnen wird, hier mit Hilfe einer Diode (oder Selen-Gleichrichter). Die Heizwicklung für 6,3V ist einseitg auf Chassis gelegt, womit vermieden wird, daß sich zwischen den Heizfäden der Röhren und deren Kathoden eine undefiniert hohe Spannung bilden kann. Allstrom-NetzteileAllstrom-Netzteile sind sowohl für Wechelstrom als auch für Gleichstrom zu verwenden. Sie sind grundsätzlich ohne Netztrennung realisiert. Bei den Schaltungen für Allstrom-Netzteile gibt es eine "bunte Palette" von Lösungen. Hier können nur einzelne Beispiele vorgestellt werden. Allstrom-Netzteile mit Trafo für WechselstromEs gibt Beispiele für Netzteile, die zwischen Wechselstrom und Gleichstrom umgeschaltet werden müssen und andere, die nicht umgeschaltet werden müssen. Umzuschaltende Netzteile enthalten wieder einen Netztrafo, Abb. 792 [4]
Gezeichnet ist die Schalterstellung für Wechselspannung. Eine Heizwicklung für die Empfänger-Röhren ist nicht vorhanden, weil diese dann in Serienheizung direkt aus der Netzspannung versorgt werden.
Allstrom-Netzteile ohne TrafoDas Bild 1.6-1 [2] zeigt wesentliche Teile und die Stromkreise eines (typischen) Allstrom-Empfängers. Die Heizfäden sämtlicher Röhren liegen in Serie. Der Heizfaden der NF Vorröhre ist dabei einseitig (möglichst dicht) mit dem Chassis verbunden, um Brummeinstreuungen zu minimieren. Die Skalenbeleuchtung S liegt ebenfalls in Serie mit den Heizfäden der Röhren. I.a. sind die Skalenlampen mit einem parallelen Heißleiter überbrückt, damit bei Ausfall eines Birnchens das Radio trotzdem noch spielt. R2 ist ein Heißleiter, der dafür sorgt, daß beim Einschalten des Radios, wenn der Kaltwiderstand der Heizfäden nur ca. 1/10 des Warmwiderstandes beträgt, der Strom durch die Heizfäden begrenzt wird. Eine Umschaltung eines Allstrom-Gerätes auf eine andere Netzspannung erfordert eine Änderung des Vorwiderstandes R1 im Heizkreis. Je nach Anzahl der Röhren des Empfängers kann die Umschaltung auch eine Unterteilung des Heizkreises erforderlich machen, Abb. 788, 798.[4] Die Heißleiter in Radios ab den frühen '30er Jahren (U35/05 bzw. U24/10P) sind meist als "Urdox" oder "Eisen-Urdox" realisiert und in Glaszylindern mit Röhren-Sockeln untergebracht. Noch unübersichtlicher sind Schaltungen des Heizkreises von Allstrom-Batterie-Empfängern, Abb. 796. [4] In solchen Geräten ist die "Heiz-Batterie" als Akkumulator realisiert. Der Akku schützt die (empfindlichen) Heizfäden der Batterie-Röhren vor Überspannungen. Bei Netz-Betrieb erfolgt die Heizung der Röhren wie in Abb. 796 gezeigt. Gleichzeitig wird auch der Heiz-Akku gepuffert. (Zum Laden des Heiz-Akkus bei ausgeschaltetem Gerät gibt es i.a. eine extra Taste.) Allstrom-Netzteile für 115VIn Ländern mit 115V Netzspannung, wie z.B in USA, hat sich die "Allstrom-Technik" für Röhren-Radios weitestgehend durchgesetzt, obwohl das Netz in USA als Wechselstrom-Netz mit 60Hz realisiert ist. (Frühe Geräte in USA hatten i.a. Netztrennung und Netztrafos.) Der Grund dafür ist darin zu suchen, daß ein Heizkreis mit 115V mit 5 dafür entwickelten Röhren recht einfach zu realisieren ist und ein Netztrafo dann entfallen kann. Diese Radios werden "All American Five" oder "AA5" genannt und konnten preiswert angeboten werden. Das dafür typische Netzteil zeigt Fig. 10-8.[1] Wie bereits oben erwähnt (Bild 1.6/1), ist auch hier im Interesse niedriger Brummeinstreuungen der Heizfaden der NF Vorröhre 12SQ7 einseitig mit dem Chassis verbunden. Die Schaltung Fig. 10-8 zeigt ein interessantes Detail in Bezug auf die Skalenbeleuchtung (Pilot Light).
SonderformenBei frühen Geräten wurden durchaus auch Netztrafos verwendet, wenn auch nur für die Gewinnung eine höheren Anodenspannung, Fig. 10-3.[1] (Nur für 115V Wechselspannung!) Literatur [1] Ghirardi, A.A.: Receiver Circuitry and Operation, 4th printing, Rinehart, 1955 [2] Renardy, A.: Radio-Service Handbuch, 4.A., Franzis, 1967 [3] Graetz, L.: Die Elektrizität und ihre Anwendungen, 17.A., Engelhorn, 1914 [4] Pitsch, H.: Lehrbuch der Funkempfangstechnik, (mehrere Auflagen), VAG, 1948 - 1963 [5] Limann, O.: Funktechnik ohne Ballast, 7.A. Franzis, 1963 [6] Wagner, S.W.: Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte, Decker, 1964 [7] Tietze, U.; Schenk,Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik, (mehrere Auflagen), Springer, 1963 - 2002 [8] Arguimbau, L.B.: Vacuum-Tube Circuits, Wiley, 1948 In bewährter Weise haben die Kollegen Hans Knoll und Harald Giese Korrektur gelesen wofür beiden mein herzlicher Dank gilt. MfG DR |