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WX6 (WX6):Messungen am Westector

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Dietmar Rudolph
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12.Nov.12 18:53

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Der Westector ist ein Trockengleichrichter geringer Kapazität zur Demodulation von HF-Schwingungen. Der "Westector" ist ein Erzeugnis der Fa. Westinghouse. Man findet ihn in Meßgeräten, aber auch als HF- oder ZF-Gleichrichter in Radios - allerdings nicht in Deutschland.

Hier gab es das Konkurrenzprodukt "Sirutor" von Siemens.

Die Beschreibung aus dem "Radio-Amateur" 1935 zum Westector kann analog auch für den Sirutor als zutreffend angesehen werden. Beides sind Kupferoxydul-Gleichrichter.

Messungen am Westector. Von Ing. L. MEDINA.

 

Die im folgenden angegebenen Meßresultate ermöglichen Folgerungen für den günstigsten Schaltungsentwurf.

 

Den Untersuchungen wurde die Westectortype WX6 zugrunde gelegt, weil diese Type wegen ihrer kleinen Eigenkapazität universellste Anwendung erlaubt. Das Schema der Meßapparatur zeigt Abb.1. S ist ein Sender, der mit 300 Hertz moduliert, auf einer Welle von 700 m arbeitete. Diese Welle wurde deshalb gewählt, weil sie zwischen Rundfunk  und Langwellen liegt, und besondere Bedeutung gewinnt, wenn man den Trockengleichrichter als Demodulator in einem Super mit dieser Zwischenfrequenzwelle verwendet. Mit dem Sender S ist ein Schwingungskreis gekoppelt, an dem der Westector angeschlossen ist. R ist der Arbeitswiderstand, G ein Galvanometer und B eine Batterie, die die Vorspannung zu ändern gestattet. C ist der Ableitblock für die Hochfrequenz in der Größe von 200 cm.

Die Schaltung des Röhrenvoltmerers Rö.V. ist so getroffen, daß es nur Wechselspannungen anzeigt, Gleichspannungen dagegen nicht. Wenn der Schalter S auf Kontakt a steht, mißt das Röhrenvoltmeter die Hochfrequenzspannung am Schwingungskreis, auf Kontakt b dagegen die Niederfrequenzspannung, die nach der Gleichrichtung am Arbeitswiderstand entsteht.

Die Aufnahme der Kurven der Abb. 2 erfolgte derart, daß bei konstant bleibender Kopplung des Senders mit dem Schwingungskreis die Höhe der am Arbeitswiderstand entstehenden Niederfrequenzspannung in Abhängigkeit von dem durch den Arbeitswiderstand fließenden Strom gemessen wurde. Der Arbeitswiderstand war 0,5 Megohm. Wie man sieht, kann man durch die Vorspannung eine beträchtliche Verbesserung erzielen, die bei kleineren Spannungen besonders groß ist.

Die Verbesserung, die man durch die Vorspannung gegen über dem nicht vorgespannten Zustand maximal erzielen kann, zeigt die Abb. 3.

Bei einer Spannung von 0 5 Volt ohne Vorspannung läßt sich nach der Kurve aus Abb. 3 eine Verbesserung von über 100% erzielen. Die Abb. 2 zeigt weiters die wesentliche Tatsache, daß das Maximum der Lautstärke sehr flach ist und es praktisch gleichgültig ist, ob 8 oder 20 Mikroampere durch den Arbeitswiderstand fließen. Für die Art der Vorspannungsentnahme ist das sehr wichtig, weil man nicht fürchten muß, daß durch Änderung von Röhrenströmen infolge Röhrenalterung die Vorspannungsänderung zu wesentlichen Lautstärkeeinbußen führt. Wenn man anstatt einem Arbeitswiderstand von 0,5 Megohm, einen zu 1 Megohm wählt, verschiebt sich das Maximum der Kurve 2 von A nach B. Da es auf den Strom an kommt, der durch Arbeitswiderstand fließt, muß man bei doppelt so hohem Arbeitswiderstand die doppelte Vorspannung nehmen. Da die Verbesserung durch Verdopplung des Arbeitswiderstandes nur gering ist, die hohe Vorspannung aber manchmal schaltungstechnische Schwierigkeiten bringen kann, ist der übliche Wert von 0,5 Megohm für die Praxis anzuraten. Entgegen sonst üblichen Darstellungen zeigen die Kurven der Abb. 2 den tatsächlichen Lautstärkezuwachs an, da ja durch die benützte Meßanordnung der Fall der Praxis rekonstruiert ist, wo an Stelle des Röhrenvoltmerers über den Lautstärkeregler das Gitter der Niederfrequenzröhre angeschlossen ist.

Eine praktische Schaltung mit vorgespanntem Trockengleichrichter als Demodulator in einem Apparat mit Fadingausgleich zeigt Abb.4.

Die Werte der Teile sind folgende. C1 und C2 100 cm, C3 und C4 20 000 cm, R1 0,5 Megohm, R2 und R4 0,1 Megohm, R3 2000 Ohm, R5 1 Megohm und P 0,5 Megohm. Die Vorspannung wird durch das Potentiometer R3 und R4 erzeugt. Man kann aber auch in den Schirmgitterspannungsteiler einer Röhre einen dritten Widerstand aufnehmen oder R1 an die Kathode einer Röhre mit Kathodenwiderstand legen, wenn die Vorspannung über 4 Volt beträgt, um den Strom von mindestens 8 Mikroampere durch den Arbeitswiderstand von 0,5 Megohm zu treiben. Die Kathodenwiderstände der fadingregulierten Röhren müssen naturgemäß so eingestellt werden, daß die Grundgitterspannung um den Betrag der Westector-Vorspannung höher ist.

Aus der Notwendigkeit der Vorspannung ergibt sich noch eine andere Verwendungsmöglichkeit, zu deren Nachweis die Kurve aufgenommen wurde, die Abb. 5 zeigt (Kurve 1).

Der Schalter an der Meßapparatur stand hierbei auf Kontakt a, die Vorspannung war 0 Volt. Durch Änderung der Kopplung mit dem Sender wurden an den Schwingungskreis der Meßapparatur verschieden hohe Hochfrequenzspannungen gelegt und der Strom im Arbeitswiderstand gemessen. Die Abhängigkeit der Gleichstromstärke von der Höhe der angelegten Hochfrequenzspannung zeigt Kurve 1. Vergleicht man hiermit die Kurve 2, die die gleiche Kurve für die Diodenstrecke einer Duodiode zeigt, so erkennt man, daß für kleine Hochfrequenzspannungen die Gleichspannung am Arbeitswiderstand (= I . R) wesentlich kleiner ist als bei Verwendung einer Duodiode. Wenn man demnach die Spannung zur Fadingregulierung der Röhren an einem derartigen nicht vorgespannten Westector abgreift, wird die Regelung für kleine Spannungen schlechter sein, daher in gewissem Sinne verzögert wirken. Wenn man den Westector vorspannt und dieselbe Kurve nochmals aufnimmt, deckt sich diese fast vollkommen mit der der Diode. Will man nach obigem einen Apparat mit verzögerter Automatik bauen, muß man zwei Trockengleichrichter verwenden, doch kann man für den, der die Fadingregelspannung liefern soll, eine Vorspannung ersparen.

MfG DR

Dietmar Rudolph
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13.Nov.12 11:44

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Unter dem Titel "Weiterentwicklung des Westectors" findet sich ebenfalls im "Radio-Amateur" von 1935 eine detaillierte Beschreibung der Eigenschaften der unterschiedlichen Typen. Diese kann nützlich sein, wenn man vor dem Problem steht, einen "Westector" oder einen "Sirutor" ersetzen zu müssen.

Dieser Fall dürfte wohl eher bei einem Meßgerät (z.B. Multimeter) als bei einem Radio auftreten.

Weiterentwicklung des Westectors.

Alfred R. Lipschitz.

Der Metallgleichrichter, der sich in einer Reihe von Arbeitsgebieten der gesamten Elektrotechnik immer mehr durchzusetzen beginnt, ist auch als Schaltelement der Hochfrequenztechnik nicht mehr neu. Schon vor zirka zwei Jahren begann der von der englischen Westinghouse   Gesellschaft unter dem Namen „Westector“ herausgebrachte Kupfer-Kupferoxydul-Gleichrichter auch bei uns bekannt zu werden. Er wird seither in einer Anzahl von Industrieempfängern verwendet, und auch der „Radio-Amateur“ brachte eine Reihe von Konstruktionen, in denen dieses neue Schaltelement als Demodulator, in einer Batterie-Sparschaltung usw. Anwendung fand. Auch über die allgemeinen Eigenschaften und einige grundsätzliche Anordnungen dieses Gleichrichters wurde mehrfach berichtetet.

Hierbei handelte es sich vor allem um die ursprüngliche Westector Type „W“, die wohl schon alle Vorteile des Metallgleichrichters, wie Kleinheit und Leichtigkeit, Unzerbrechlichkeit und praktisch unbegrenzte Lebensdauer, aufwies, jedoch in ihrer Anwendung durch ihre Eigenkapazität, die größenordnungsmäßig bei 20cm liegt, noch bis zu einem gewissen Grade beschränkt war. Allerdings hatte der diese Eigenkapazität bedingende, relativ große Querschnitt der einzelnen Gleichrichterelemente den Vorteil, daß mit der für einen Detektorkreis hohen Stromstärke von 0,25mA gearbeitet werden konnte, das heißt, daß bei den in größeren Empfängern in Frage kommenden Eingangs-Wechselspannungen von etwa 25V ein Arbeitswiderstand von nur 100.000 Ω zulässig war. Dieser Wert ist bei Annahme eines Sammelkondensators von 100cm im Verhältnis zu dessen Impedanz so klein, daß eine merkbare Schwächung auch der höchsten Tonfrequenzen durch letzteren nicht auftritt. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Zeitkonstante des aus dem Arbeitswiderstand und dem Sammelkondensator gebildeten Kreises so klein ist, daß sie unter der Schwingungsdauer der höchsten hörbaren Frequenzen liegt.

Abgesehen von der Reizschwelle, die der Westector mit vielen anderen Gleichrichtern gemeinsam hat, verläuft seine Charakteristik vollkommen linear, und zwar ohne obere Grenze, da der Strom der Spannung dauernd proportional ansteigt, ohne daß ein Sättigungswert erreicht wird. Praktisch ist jedoch eine Grenze in der Belastbarkeit des Gleichrichters gegeben, die, wie erwähnt, bei der Type „W“ 0,25mA beträgt, während anderseits die Hochfrequenzamplitude, also die Spannung, die in jeder zweiten Halbwelle in der Sperrichtung am Westector liegt, 6V Scheitelwert pro Gleichrichterzelle nicht überschreiten soll. Da die Ziffern nach dem Typen Kennbuchstaben die Anzahl der im Westector in Serie liegenden Gleichrichterzellen angeben, beträgt die höchstzulässige Wechselspannung für die Type W4 24 V, für die Type W6 36V, entsprechend vier, bzw. sechs Serienzellen.

Während also diese Strom  und Spannungswerte im dauernden Betriebe nicht überschritten werden sollen, schaden kurzzeitige Überlastungen dem Westectlor nicht, da ein Durchschlag, der Sperrschicht erst bei einem Vielfachen der normalen Betriebsspannung auftreten kann und eine Schädigung nur durch zu starke Erwärmung, hervorgerufen durch anhaltende Überbeanspruchung auf Strom oder Spannung, zu befürchten ist. Eine starke Erwärmung des Westectors, der im normalen Betriebe überhaupt keine merkliche Temperaturzunahme aufweist, hat nämlich eine strukturelle Veränderung der Kupferoxydulschicht und damit einen Abbau der gleichrichtenden Wirkung derselben zur Folge.

Nach dem eben Gesagten ist der Westector für eine von nichtlinearen Verzerrungen freie Demodulation geeignet, sofern im vorhergehenden Schwingungskreis ausreichende Hochfrequenzenergie vorhanden ist. Dies wird im Anodenkreis der Zwischenfrequenzröhre jedes größeren, mit langer Zwischenwelle arbeitenden Überlagerungsempfängers der Fall sein, wobei dann, wie eingangs ausgeführt, durch Verwendung eines Arbeitswiderstandes von nicht mehr als 100.000 Ω auch lineare Verzerrungen im Detektorkreis vermieden werden können. Bei den üblichen Zwischenfrequenzen unter 200 kHz bleibt in dieser Anordnung der durch den kapazitiven Nebenschluß des Westectors fließenden Verluststrom im Vergleich zu den gleichgerichteten Strömen vernachlässigbar gering.

Anders verhält es sich aber, wenn eine kurze Zwischenwelle verwendet oder das Empfangsgerät überhaupt in Geradeausschaltung aufgebaut werden soll, in welchem Falle Frequenzen bis zu 1500 kHz an den Westector gelangen. Hier wirkt sich die Eigenkapazität des Westectors nicht nur in einer Verstimmung, sondern auch in einer Zunahme der Dämpfung des vorausgehenden Schwingungskreises aus, die besonders gegen das untere Ende des Rundfunkwellenbandes unzulässig hohe Werte erreicht.

Um die allgemeinen Vorteile des Hochfrequenz Metallgleichrichters jedoch auch bei diesen höheren Frequenzen ausnützen zu können, entwickelte die Westinghouse Gesellschaft eine neue Westector Type, die mit den Kennbuchstaben „WX“ bezeichnet wurde und deren Querschnitt und damit Eigenkapazität gegenüber der Type „W“ auf ein Viertel verringert ist. Gemäß dem kleineren Querschnitt ist auch die zulässige Strombelastbarkeit geringer. Sie liegt bei 0,1 bis 0,12mA und es ist dementsprechend ein höherer Arbeitswiderstand von 250.000 bis 500.000 Ω zu verwenden. Bei 250.000 Ω kann die Kapazität des Sammelkondensators noch 100 cm betragen, bei 500.000 Ω ist es ratsam, dieselbe auf 50 cm zu verringern, um die Wiedergabe der hohen Töne nicht zu beeinträchtigen. Wie man sieht, liegt die Zeitkonstante dieser Anordnung in Bezug auf die Niederfrequenz Wiedergabe wohl schon ungünstiger, als die der entsprechenden Schaltung mit einem Westector der Type „W“, jedoch ohne weiteres zulässig, nachdem auch bei Röhrendioden Arbeitswiderstände in der Größenordnung von 1 MΩ üblich sind.

Wie erwähnt, besitzt der Westector, wie alle anderen Gleichrichter dieser Art, eine Reizschwelle, das heißt, er benötigt eine bestimmte Mindestspannung, um in der einen Richtung stromdurchlässig zu werden. Bei der Type „WX6“ liegt dieser Schwellenwert, wie die statische Charakteristik, Abb. 1, zeigt, bei ungefähr 1 V. Die Kurve verläuft jedoch erst ab ungefähr 2 V praktisch linear, so daß dieser Wert als die an den Gleichrichter zu legende Mindestspannung betrachtet werden muß, wenn die Freiheit von nichtlinearen Verzerrungen, die der Westector ermöglicht, voll ausgenützt werden soll. Eine Hochfrequenzspannung von 2 V eff. wird in einem modernen Empfänger mit nicht unter zwei Verstärkerstufen vor dem Detektor, auch beim Empfang entfernter oder schwacher Sender, an den Demodulator gebracht werden, um so mehr, wenn eine automatische Empfindlichkeitsregelung vorgesehen ist, die beim Empfang einer schwach einfallenden Station oder während einer Fadingperiode die Verstärkung des Gerätes selbsttätig erhöht.

Sollte trotzdem eine höhere Empfindlichkeit gefordert werden, so ist dies durch Vorspannung oder richtiger Vorbelastung des Westectors zu erreichen. Der optimale Arbeitspunkt auf der Charakteristik liegt an der Stelle der stärksten Krümmung, weil dort der Gleichrichtereffekt für kleine Wechselspannungen am größten wird. Auf diesem Arbeitspunkt weist der Westector demnach seine maximale Empfindlichkeit auf. Die Erhebung der strichpunktierten Kurve (Abbildung 2) über die horizontale Achse ist nur ein Maß für die Krümmung der Kennlinie (sie ist, mathematisch ausgedrückt, die graphische Darstellung des zweiten Differentialquotienten der durch die Charakteristik dargestellten Funktion). Der Scheitel dieser Kurve, auf die statische Charakteristik projiziert, ergibt die für optimale Gleichrichtwirkung erforderliche Vorbelastung, die für die Type „WX6“ bei 16μA, bzw. 1,44V liegt. Da die Kurve ziemlich flach und ohne ausgeprägtes Maximum verläuft, ist dieser Wert nicht sehr kritisch. Bei Einführung der für diese Vorbelastung erforderlichen Spannung ist der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand zu beachten, der z. B. für die Stromstärke von 16μA und einen Widerstand von 250.000Ω 4V beträgt, so daß man in diesem Falle im ganzen zirka 5,5V aufbringen müßte. Diese Spannung kann entweder von einem Widerstand in der gemeinsamen Anodenstrom Rückleitung abgenommen werden (Abb. 3a) oder vom unteren Ende eines Kathodenwiderstandes oder Schirmgitter Potentiometers (Abb. 3b). Im ersteren Falle wird wohl in einem Gerät mit automatischer Verstärkungsregulierung die Spannung entsprechend den Anodenstromänderungen der geregelten Röhren schwanken, jedoch macht sich dies nicht störend bemerkbar, da der Anodenstrom und damit die Westector Vorspannung gerade beim Empfang der stärkeren Stationen sinkt, für den die Empfindlichkeit des Westectors in jedem Falle ausreicht.

Bei der Gewinnung der Vorspannung nach einer der beiden angegebenen Methoden ist zu beachten, daß die Bezeichnungen des Westectors mit einer roten (+) und einer schwarzen ( ) Endkappe sich auf den gleichgerichteten Strom beziehen, der Westector also in der Richtung vom Minus  (schwarz) zum Plus Pol (rot) stromdurchlässig ist. Eine gegen die Bezugsleitung negative Spannung, wie im Falle nach Abb. 3a, wird also an das als positiv bezeichnete Ende des Westectors zu legen sein und umgekehrt (Abb.3b).

Ungleich deutlicher als durch die statische Charakteristik werden die im vorstehenden angestellten Betrachtungen über die Reizschwelle, Spannungsfestigkeit usw. des Westectors durch die Widerstandscharakteristik, Abb.4, illustriert. Diese bezieht sich auf ein einzelnes Element der Type „WX“, so daß alle Werte mit sechs zu multiplizieren sind, um auf die Westector Type „WX 6“ Anwendung zu finden. Der Knick im Verlauf des Widerstandes in der Stromrichtung, der unterhalb einer Anlegespannung von 0,5V rapid zunimmt, ist deutlich sichtbar, während der Sperrwiderstand unterhalb von 1 V in ungefähr demselben Maße fällt. In diesem Bereiche ändert sich also die Gleichrichterwirkung, gekennzeichnet durch das Verhältnis von Durchlaßwiderstand zu Sperrwiderstand, mit dem Quadrate der angelegten Spannung. Das Maximum des Sperrwiderstandes liegt etwa zwischen 0,8 und 6V und beträgt hier 6,5 bis 7MΩ pro Zelle oder zirka 40MΩ für den ganzen „WX 6“. Bei höheren Spannungswerten sinkt der Sperrwiderstand wieder allmählich ab, was zu einer Erhöhung des immerhin vorhandenen, wenn auch bei normalen Spannungen vernachlässigbar geringen Rückstromes führt.

Trotz der unzweifelhaften Überlegenheit der neuen Westector Type „WX“ bei höheren Frequenzen kann die ursprüngliche Type „W“ keineswegs als veraltet angesehen werden. Als Demodulator hinter einem auf langer Welle arbeitenden Zwischenfrequenzverstärker wird ihre höhere Belastbarkeit zusammen mit der durch den kleineren Arbeitswiderstand ermöglichten besseren Wiedergabe vielfach als vorteilhaft empfunden werden, während sie für Batteriesparschaltungen und als Ventil in Anordnungen für verzögerte Automatik und dergleichen, ebenfalls wegen ihrer höheren Belastbarkeit, die einzig gegebene Type ist.

Eine Reihe von anderen Schaltungen ist jedoch erst durch die neue Westector-Ausführung möglich gemacht worden, so zum Beispiel ein brauchbarer Reflexempfänger, wie er in Folge 3, 1934, beschrieben wurde. Ein sehr interessantes und speziell dem Westector eigentümliches Anwendungsgebiet ist die Gewinnung einer automatischen Regelspannung hinter einer normalen Audionröhre. Zwei Anordnungen dieser Art wurden bereits in Folge 9, 1933, angegeben, jedoch war man damals noch auf die Verwendung der Type „W“ beschränkt, die beispielsweise bei 100 kHz eine Regelspannungskurve laut Abb.5, Kurve a, ergab. Bei einer Gitterwechselspannung des Audions von 1 V waren also nicht einmal 3V Regelspannung zu erzielen. Mit genau derselben Schaltung, jedoch unter Verwendung eines Westectors der neuen Type „WX“, sind Regelspannungen bis zu 14V erreichbar (Kurve b), während zwei Westectoren, Type „TX“, in Greinacher Schaltung 28 V Regelspannung bei 1 V Gitterwechselspannung des Audions ergaben.

Da die Westectoren, die seinerzeit nur als Industrie-Bauteil gedacht waren, seit längerer Zeit auch im Detailhandel frei erhältlich sind, bieten sie vermöge ihrer universellen Anwendbarkeit dem Amateur ein reiches Feld für konstruktive und experimentelle Tätigkeit.

MfG DR

  
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