The thread rating is reflecting the best post rating. Have you rated this thread (best post)? | Re-Evaluierung des Funke Röhrenprüfgeräts W 19 (S) |
Kurt Schmid
![]() Editor
D Articles: 66
Schem.: 3 Pict.: 3 28.Jun.12 16:48 Count of Thanks: 37 |
Reply
|
You aren't logged in. (Guest)
1
Re-Evaluierung des Funke Röhrenprüfgeräts W 19 (S)Last- und Netzspannungsabhängigkeit der Anoden- und stabilisierten SchirmgitterspannungKurt Schmid, Mainz
Die historischen Röhrenprüfgeräte Funke W 19 und W 19 S, welche elektrisch identisch sind, sind wohl die in Deutschland am bekanntesten und am häufigsten benutzten Röhrenprüfgeräte. Dementsprechend waren diese Geräte im Laufe vieler Jahren Gegenstand zahlreicher oft auch kontroverser Diskussionen und Mitteilungen. Nicht zuletzt trugen Mängel in der Technik der Geräte, unzureichende Dokumentation, Fehler in den Röhrenprüfkarten [1] etc. zum ambivalenten Image von Funke bei. Der äußere Anblick eines guterhaltenen W 19 in seinem edlen Nussbaumgehäuse stimmt aber, trotz der schon in der damaligen Zeit antiquierten Aufbauten der „Innereien“, immer wieder versöhnlich.
Bild 1 Frontplatte eines Funke W 19 S mit hoher Seriennummer (SN 32313)Die beiden gelben Pfeile markieren eine werkseitige, chaotische Anordnung und Montage von Röhrenfassungen, die wegen Platzmangels noch irgendwo auf der Frontplatte Platz finden mussten. Das W 19 (S) ist ein typischer Vertreter von Röhrenprüfgeräten, bei denen die Zuordnung der Spannungsquellen zu den Kontakten der Röhrenfassungen mittels eines Kreuzschienenverteilers und Prüfkarten realisiert ist (s. Bild 2).
Bild 2 Funktionsblöcke eines Röhrenprüfgeräts
Nahezu jedes Röhrenprüfgerät besteht aus mindestens vier Funktionsblöcken
Die Funke-spezifischen reduzierten Prüfwerte (Anoden- und Schirmgitterspannung) führen dazu, dass die gemessenen Anodenströme nicht mit den veröffentlichten Datenblattwerten übereinstimmen. Es bleibt unklar wie mit den benutzten Prüfdaten der 100 Prozentwert des Anodenstroms einer typischen Prüfröhre ermittelt wurde. Bis zu 60 Prozent des typischen Anodenstroms erachtet Funke die Röhre noch als „GUT“. Lastabhängigkeit der Anodenspannung
Im Funke W 19 (S) liefert die Anodenspannungsquelle eine nicht-stabilisierte Gleichspannung. Aus dieser wird auch die Schirmgitterspannung abgeleitet, welche für die Anodenspannungsquelle eine relativ konstante Vorbelastung von ca. 40 Milliampere darstellt.
Bild 3 Abhängigkeit der Anodenspannung vom AnodenstromDie unbelastete Anodenspannung betrug 221,5 Volt. Bei 100 Milliampere Anodenstrom sank die Anodenspannung auf 174,5 Volt ab. Graphisch zeigt sich innerhalb des getesteten Bereichs mit steigendem Anodenstrom ein linearer Abfall der Anodenspannung mit einer Rate von -0,47V/mA. Diese beträchtliche Lastabhängigkeit der Spannung ist typisch für nichtstabilisierte Spannungsquellen. Im Funke W 20 (aber auch z.B. bei den Neuberger RPM 370/375) kann über eingebaute Rheostaten der lastabhängige Spannungsabfall manuell korrigiert werden. Lastabhängigkeit der Schirmgitterspannung
Wohl wegen der fehlenden Möglichkeit der Justierbarkeit der Spannungen zu den Röhrenelektroden (z.B. mittels Rheostat) hat Funke dem W 19 (S) einen Glimmstabilisator zur Stabilisierung der Schirmgitterspannung spendiert. Eingebaut ist ein GR 150 A (alternativ GR 20-1112) Glimmröhrenstabilisator, welcher laut Datenblatt bei einer Brennspannung von 150 Volt einen Querstrom von 40 mA aufweist [3]. In der nachfolgend dargestellten Messreihe wurde die lastabhängige Konstanz der Stabilisierung der Schirmgitterspannung untersucht. Folgende einfache Messanordnung wurde benutzt.. Bild 4 Schema des Messaufbaus zur Ermittlung der Güte der lastabhängigen Spannungskonstanz der Schirmgitterspannungsquelle
Die Messungen wurden unmittelbar am Gerät selbst vorgenommen, wobei die rot gezeichneten Elemente zusätzlich verschaltet wurden.
MessprotokollMit dem Rheostaten wurde die Last, ausgehend von Null (Schalter S1 = offen), in inkrementierenden Schritten von jeweils 5 mA bis 50 mA erhöht. Durch Hinzunahme relativ hoher Lastwerte (maximale ILast = 50 mA), sollte die Tendenz des Kurvenverlaufs der Stabilisierung klarer erkennbar gemacht werden. Die Anzeige des Laststromamperemeters diente dabei als Hilfe zum Einregeln des Rheostaten auf den gewünschten Laststrom. Bei jeder Stromstufe wurden alle vier obigen Messwerte abgelesen und protokolliert. Ergebnisse
Da die gemessene Versorgungsspannung (V+) bei allen Belastungsstufen 221,5 Volt (+/- 0,5 Volt) betrug, blieb diese in den folgenden Auswertungen unberücksichtigt.
Bild 5 Lastabhängigkeit des Querstroms und der stabilisierten Spannung über den Glimmröhrenstabilisator GR 150 A
Mit zunehmender Last (= zunehmender Schirmgitterstrom) erniedrigte sich erwartungsgemäß der Querstrom durch den Stabilisator (IStab), da wegen der Parallelschaltung des Lastwiderstand (RL) mit dem Stabilisator nun ein Teil des Gesamtstroms (Iges) von RL aufgenommen wird. Bei maximaler Last (ILast = 50 mA) fließt über die GR 150 A nur noch ein Querstrom (IStab) von 7,3 mA. Der Kurvenverlauf IStab in Abhängigkeit von ILast (schwarze Kurve) folgt annähernd einer Geraden.
Bild 6 GR 150 A: Anteil von Laststrom, Querstrom und GesamtstromMit zunehmendem Laststrom erhöhte sich auch die Summe von Last- und Querstrom; d.h. der Gesamtstrom stieg bei 50 Milliampere moderat um maximal 18 mA an (s. Bild 6, Anstieg der oberen Balkenenden). Ursache dafür ist, dass sich der Querstrom um weniger als dem anteiligen Betrag, der nach der ursprünglichen Prämisse zu erwarten gewesen wäre, verringerte. Die relativ geringe Änderung der Summe von Last- und Querstrom erklärt, dass V+ bei allen Lastströmen praktisch konstant blieb. Alternative SpannungsstabilisatorenDa der Glimmröhrenstabilisator GR 150 A bzw. GR 20-1112 inzwischen schon recht selten und teuer geworden ist, wird er häufig durch andere Röhrentypen substituiert; so z.B. durch die amerikanische OD3 (=VR150/30), welche noch in großen Stückzahlen erhältlich ist. Es wurde deren Eignung als Ersatz für die originale GR 150 A untersucht.
Bild 7 OD3 mit Adapter von Oktal- nach EuropasockelDa die OD3 einen Oktalsockel besitzt, die GR 150 A aber einen Europasockel hat, ist ein Adapter auf die Europafassung im Gerät notwendig. Die Vermessung des OD3 Glimmröhrenstabilisators erfolgte wie vorhergehend bei der GR 150 A beschrieben.
Bild 8 Lastabhängigkeit des Querstroms und der Spannung über den Glimmstabilisator OD3
Die stabilisierende Wirkung zeigt sich als ausgeprägtes Plateau zwischen 0 und 30 Milliampere. Zwischen 0 und 15 Milliampere sank die stabilisierte Spannung um 1,4 Volt. Damit ist die Stabilisierung mit einem OD3 Glimmröhrenstabilisator durchaus im Bereich dessen, was auch eine GR 150 A leistet. Ab einer Last von 35 Milliampere sank allerdings die stabilisierte Spannung dramatisch ab. Dies ist nicht verwunderlich, da die OD3 nur für 30 Milliampere spezifiziert ist. „Solid State“ Alternative zum GR 150 A SpannungsstabilisatorZur Realisierung eines Solid State (SS) Ersatzes der GR 150 A wurde eine Kombination verschiedener Leistungszenerdioden in Serie geschaltet, so dass sich bei fehlendem Laststrom (ILast = 0) und einem Querstrom (IStab) über den SS-Stabilisator von 40 mA eine Spannung (VStab) von ca. 150 Volt einstellte. Zur Schonung der Augen von Röhrenpuristen wurde diese Ersatzschaltung in ein röhrenähnliches Aluminiumgehäuse mit Europasockel eingebaut (s. Bild 9). Somit ist ein einfacher Austausch zwischen der originalen GR 150 A und dem GR 150 A Ersatz (GR 150 A SS-Replacement) und vice versa leicht möglich.
Bild 9 Elektrische und mechanische Realisierung des GR 150 ASS-Replacements
Links Schaltplan
Die bei maximalem Querstrom (IStab = 40 mA), ILast = 0 mA) auftretende relativ hohe Verlustwärme in den Leistungszenerdioden wird durch Verguss des Zenerdioden-Arrangements mit einer 2-Komponentensilikonmasse (mit eingemischtem Aluminiumoxydpulver), welche eine hohe Durchschlagfestigkeit (10 kV/mm) und eine hohe Wärmeleitfähigkeit (1,7 W/mK) aufweist, an das Metallgehäuse abgeführt.
Bild 10 GR 150 A SS-Replacement
Links Frontansicht
Bild 11 Lastabhängigkeit des Querstroms und der stabilisierten Spannung über das GR 150 A SS-ReplacementBei ILast = 0 (S1 offen, vergleiche Bild 4) betrug der Querstrom (IStab) durch das GR 150 A SS-Replacement 46,2 mA. Entsprechend der bei Kombination der Zenerdioden angestrebten Spannung von 150 Volt über den Stabilisator betrug VStab = 149,6 Volt (vgl. Bild 11). Bei der maximal erzeugten Last (ILast = 50 mA) war der Querstrom (IStab) auf 10 mA reduziert. Die stabilisierte Spannung (VStab) war bei diesem Laststrom auf 147 Volt abgefallen. Bemerkenswert ist der sehr flache Verlauf in der ersten Hälfte (0 bis 30 mA) der Spannungskurve (blaue Kurve). Zwischen 0-15 Milliampere blieb die stabilisierte Spannung unverändert und zeigte einen konstanten Wert von 149,6 Volt. Bewertung von Qualität und Nutzen der Stabilisierung der Schirmgitterspannung
Wie das Diagramm in Bild 3 zeigt wäre im W 19 (S) neben der Stabilisierung der Schirmgitterspannung auch eine Stabilisierung der Anodenspannung dringend wünschenswert. Die Stabilisierung der Anodenspannung durch einen Querregler wäre technisch wenig sinnvoll; ein Längsregler hingegen, war damals wahrscheinlich zu aufwendig und kostenintensiv. Die ausschließliche Stabilisierung der Schirmgitterspannung beim W 19 (S) ist sicherlich trotzdem als eine Verbesserung anzusehen, da im Gegensatz zur Anodenspannung die Schirmgitterspannung einen erheblichen Einfluß auf den Anodenstrom und die Röhrensteilheit hat. Die Prüfung von Trioden kann natürlich von dieser Verbesserung nicht profitieren.
Bild 12 Vergleich des Verlaufs der absoluten Werte der Stabilisatorspannung der originalen GR 150 A und des SS- Replacements in Abhängigkeit vom Schirmgitterlaststrom
Es ist deutlich erkennbar, dass das SS-Replacement (blaue Kurve) wesentlich bessere Stabilisierungseigenschaft aufweist als der originale GR 150 A Glimmröhrenstabilisator (rote Kurve). Während im Bereich von 0-15 mA die stabilisierte Spannung der GR 150 A um 1,5 Volt abfiel, blieb beim GR 150 A SS-Replacement die stabilisierte Spannung innerhalb dieses Bereichs absolut konstant.
Bild 13 Prozentuale Unterschiede zwischen der Güte der Stabilisierung der GR 150 A und dem GR 150 A SS-Replacement
Bei einer Last von 15 Milliampere reduziert sich die stabilisierte Spannung der originalen GR 150 A (rote Kurve) um 1,0 Prozent während das GR 150 A SS-Replacement (blaue Kurve) keine Änderung zeigt.
Bild 14 Effekte des Anodenstroms auf die Anodenspannung, die stabilisierte Schirmgitterspannung und den Querstrom durch den StabilisatorWie schon in Bild 3 gezeigt, nimmt die Anodenspannung mit steigendem Anodenstrom stark ab (siehe schwarze Kurve in Bild 14). Als neue Ergebnisse zeigt die Graphik in Bild 14, dass sowohl die stabilisierte Schirmgitterspannung (rote Kurve) als auch der Querstrom durch den Glimmröhrenstabilisator (blaue Kurve) mit steigendem Anodenstrom abnehmen. Es ist zu vermuten, dass der unerwünschte Abfall der stabilisierten Schirmgitterspannung sowohl resultiert
Die bisher dargestellte Untersuchung der Einflüsse der Lastseite (Outputseite) auf die Anoden- und Schirmgitterspannung läßt zwangsweise keine Gesamtbeurteilung zu. Dazu ist zumindest noch die zusätzliche Untersuchung des Einflusses von Netzspannungsänderungen über den Netztransformator (Inputseite) auf die Anoden- und Schirmgitterspannung notwendig. Im Gegensatz zu vergleichbaren Röhrenprüfgeräten werden im Funke W 19 (S) alle Spannungen von einem einzigen Netztransformator abgeleitet. Dies ist sicherlich suboptimal. Effekt der Änderung der Netzwechselspannung auf die Anoden- und SchirmgitterspannungZur Untersuchung des Einflusses von Netzspannungsänderungen auf die Anoden- und Schirmgitterspannung wurde die nominale Netzwechselspannung von 235 Volt über einen Regeltransformator um 20 Volt auf 215 Volt gesenkt. Es wurden die Anoden- bzw. Schirmgittergleichspannungen bei der normalen Netzspannung (235 Volt) und der reduzierten Netzspannung (215 Volt) gemessen, wobei noch unterschieden wurde zwischen Spannungen die sich bei Laststrom Null und bei einem mittleren Laststrom einstellten.
Bei unbelasteter Anodenspannung (Ia = 0 mA) stellte sich bei 235 Volt Netzspannung eine Anodenspannung von 220,6 Volt ein. Die Reduktion der Netzwechselspannung auf 215 V führte zu einer Verringerung der unbelasteten Anodenspannung auf 205,6 Volt, was eine Erniedrigung um 6,8 Prozent entspricht. Erinnert sei, dass die Anodenspannungsquelle über den als Querregler arbeitenden Schirmgitterstabilisator immer mit einer Vorbelastung von ca. 40 Milliampere beaufschlagt ist.
Bei unbelasteter Schirmgitterspannung führte die Reduktion der Netzwechselspannung zu einer Bedingungen Ig2 = 10 mA reduzierte sich die Schirmgitterspannung von 145,8 Volt auf 143,7 Volt. Der Unterschied beträgt -1,4 Prozent.
Bild 15 Elektrische und mechanische Realisierung des AZ 12 SS-Replacements
Links Schaltplan
Bild 16 Innenansicht des W 19 (S) mit eingesetzten SS-ReplacementsAuf der linken Seite ist das GR 150 A SS-Replacement, auf der rechten Seite das AZ 12 SS-Replacement zu sehen. Auf der linken Seite ist unter den stehenden Leistungswiderständen ein statischer 8 µF Kondensator (roter axialer Tubus) erkennbar. Damit wurde der werkseitig verbaute Elektrolytkondensator gleicher Kapazität ersetzt. Hinter der Reihe der Leistungswiderstände mit Abgreifschellen ist die Rückseite des Messinstruments mit dem Beleuchtungsfenster zu sehen. Auf der Pertinaxplatte ist die handschriftlich vermerkte Seriennummer 32313 erkennbar. Literatur
[1] Müller, K.-F.: Das Funke-Röhrenmessgerät W 19, Schriftenreihe zur Funkgeschichte Bd. 14, Verlag Dr. Rüdiger Walz, Idstein 2004. Teile der Ergebnisse wurden am 2.6.2012 anlässlich des 27. Münchener Röhrenstammtischs präsentiert.
This article was edited 30.Jun.12 02:59 by Kurt Schmid . |
Johann Stadler
![]() Schem.: 32 Pict.: 0 01.Jul.12 23:34 Count of Thanks: 35 |
Reply
|
You aren't logged in. (Guest)
2
Lieber Kollege Schmid,
Ihre Untersuchungen zum Verhalten der Stabi-Röhre haben anscheinend leider an einem Exemplar stattgefunden, das untypische Daten aufweist. Meine Erfahrungen mit mehreren Exemplaren zeigen (in Übereinstimmung mit den Datenblättern) einen deutlich niedrigeren Innenwiderstand und eine etwas höhere Brennspannung. Mit freundlichen Grüßen Johann Stadler Nach einem heute (2.7.) durchgeführten genauen Auswerten der Diagramme im Beitrag von Herrn Schmid und dem Vergleich mit meinen schon vor einiger Zeit vorgenommenen Messungen muß ich meine Aussage "deutlich niedrigerer Innenwiderstand" relativieren. (Es war ja gestern beim Beitragsstudium schon nach 23h ...) Statt dem von mir aus einem o.a. Diagramm errechneten Wert von ca, 240 Ohm würde ich einen Wert von 170 Ohm als typisch für eine neuwertige Röhre ansehen. This article was edited 02.Jul.12 14:30 by Johann Stadler . |