Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo zusammen,
die Kathodenbasisschaltung kommt in einem Rundfunkempfänger mehrfach vor, wenn man sich den Arbeitswiderstand durch einen Schwingkreis oder durch einen Ausgangsübertrager ersatzweise vorstellt. Es gilt immer das gleiche Prinzip.
Ich habe mir mal die Mühe gemacht, eine solch einfache Schaltung mit einem Ohmschen Widerstand als Arbeitswiderstand für einen NF-Vorverstärker durchzurechnen und mit Hilfe des Ausgangskennlinienfelds zu dimensionieren. Es ist einfacher als ich dachte und das kann wirklich jeder kapieren, der einen Lötkolben in der Hand halten kann:
Die Beschäftigung mit der Theorie der Röhrenschaltungen schafft wirklich mehr Sicherheit bei der Reparatur und Fehlersuche. Übrigens habe ich die Experimente mit der Triode 6N1P vorgenommen, die jetzt doch noch ihren sinnvollen Einsatz gefunden hat.
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Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
hallo Volker,
davon kommen im Radio drei Varianten vor.
1.) wie gezeichnet 2.) Kathode direkt an Masse, die Röhre bildet ihre Vorspannung am Gitter selbst (oft bei EABC80 zu sehen) 3.) zugeführte Regelspannug
Versuchsaufbau für Variante2: K an Masse, G Vorwiderstand sehr hochohmig, 10M oder mehr
erwähnt und sogleich ist mir eine Ergänzung eingefallen:
"Varianten der negativen Gittervorspannungserzeugung: Die Gittervorspannung kann auch ohne den Kathodenwiderstand erzeugt werden, indem der Gitterableitwiderstand so hoch gewählt wird (22 - 56 MegOhm), dass sich eine negative Gittervorspannung einstellt. Dies wird sehr oft in Röhrenradios beim Triodensystem der EABC80 ausgeführt, die als NF-Eingangsröhre dient. Eine andere Variante ohne Kathodenwiderstand ist auch üblich, wenn die negative Regelspannung für die negative Gittervorspannung sorgt. Dies sieht man z.B. beim Heptodensysem der ECH81 oder bei der ZF-Regelpentode EF89.
Schließlich sieht man oft Radioschaltungen, bei denen der Minus-Anschluss des Netzteils über einen 100-Ohm-Widerstand mit der Masse verbunden ist. Diesem Widerstand ist noch ein 100 uF-Kondensator parallel geschaltet. Der Spannungsabfall dieses Widerstands dient dann für die negative Gittervorspannung mehrerer Röhren (z.B. Saba Wildbad W5)."
Auf jeden Fall ist das doch einfacher, als man sich das vorstellt. Ich hoffe nur, dass mein didaktischer Weg verständlich ist.
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
da gabs teils wilde Konstruktionen Ich hab ein altes Radio in dem ein Relais eingebaut ist als Kathodenwiderstand der Endröhre, und am Abgriff der Relaisspule wird die Vorspannung für 2 andere Röhren abtransportiert Das Relais schaltet erst wenn die UBL warm ist, es schützt wohl das Skalenbirnchen vor Überspannung
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo Volker, auch von mir nochmal fünf Sterne! Die anschauliche Darstellungen bringt sehr viel, weil Schritt für Schritt nachvollziehbar ist. Im Bild gut zu sehen ist auch, dass die beiden Widerstände (Kathode und Ra) unterschiedliche Leistungsklassen haben, die Verlustleistung könntest du ggf. bei den Herleitungen zur Dimensionierung noch hinzunehmen. (Denn wer das nicht beachtet, wundert sich über Qualm und Gestank). Auch wenn ein Ausgang-Übertrager zum Einsatz kommt, sind Verlusleistung und Spannungsfestigkeit mit bedacht auszuwählen.
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo zusammen,
vielen Dank. Das Thema Widerstandsverlustleistung ist jetzt neben ein paar weiterer Anmerkungen auch noch eingebaut. Ein paar andere Aspekte kommen sicherlich im Laufe der Zeit noch hinzu.
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo zusammen,
die berechneten Werte haben gut zu den gemessen Werten gepasst, die ich auf der Seite veröffentlicht habe. Die Spannungsverstärkung mit der 6N1P lag wie errechnet bei 20.
Nun habe ich die 6N1P durch eine PCC88 ersetzt, denn die PCC88 hat eine Steilheit von 12,5 mA/V und die 6N1P hat nur 4,5 mA/V. Wie erwartet stieg der Anodenstrom etwas an, und zwar von 6 auf 8 mA. Ob die Röhre mit der Sollspannung von 7,6 Volt oder mit 6,3 Volt Heizspannung betrieben wird, hatte einen kaum messbaren Einfluss auf den Anodenstrom oder auf die Verstärkung.
Nun habe ich mich über die Spannungs-Verstärkung sehr gewundert, denn die lag bei der PCC88 nur bei 22. Sie ist also um nur 10% besser, obwohl die PCC88 fast 3-mal so steil ist. Ein Blick ins Datenblatt erklärt die Sache. Die PCC 88 hat ein µ = 33. Daraus lässt sich der Ri = µ / S errechnen, der bei 2,64 kOhm liegt, während die 6N1P ein Ri von 7,8 kOhm hat. Mit der Formel für die Spannungsverstärkung V= S * ((Ra + Ri)/(Ra * Ri)) ergibt sich dann ein V=25. Also wundert mich demnach die gemessene Spannungverstärkung von 22 nicht mehr, die im Rahmen der Toleranz liegt.
Die PCC88 oder ECC88 ist wegen ihres relativ geringen Innenwiderstands für Audioanwendungen nicht besonders vorteilhaft gegenüber der 6N1P. Es bringt nichts in einem NF-Verstärker eine 6N1P gegen eine ECC88 auszutauschen. Die 0,8 dB mehr an Spannungsverstärkung wird mit Sicherheit fast niemand im Vergleich hören können. Selbst 3 dB hört man fast nicht.
Ich habe dann bei der 6N1P die Versorgungsspannung von 200 auf 100 Volt heruntergedreht und die Spannungsverstärkung ist auch fast gleich geblieben. Das war auch zu erwarten, denn in der Formel V= S * ((Ra + Ri)/(Ra * Ri)) kommen die Versorgungsspannungen oder abgeleitete Werte nicht vor. Natürlich ändert sich S im Abhängigkeit vom Arbeitspunkt und damit indirekt von der Versorgungsspannung, aber der Einfluss fällt kaum ins Gewicht. Erst ab unter 80 Volt ging die Spannungsverstärkung herunter und dann wurde das Ausgangsignal durch die Begrenzung verzerrt. Das erklärt auch warum Allstromgeräte auch bei 110 Volt Anodenspannung noch gut funktionieren, allerdings ist die NF-Ausgangsleistung dann schwächer. Und wer eine Gleichrichterröhre austauscht nur weil die Betriebsspannung um 20 Volt gesunken ist, wird die neue Gleichrichterröhre wenn überhaupt nur dann merken, wenn er die Lautstärke ordentlich aufdreht.
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo Volker,
auch mir gefallen deine Seiten zur Einführung in die Röhrentechnik sehr gut.
Den Begriff Grenzfrequenz würde ich noch erläutern und hier spez. beim HP bzw. TP darauf hinweisen, dass dabei per Definition der Blindwiderstand gleich dem Wirkwiderstand sein muss. Erst dann versteht man die genannte Formel und kann sie selbst herleiten, indem man R gleich Xc setzt (gilt analog natürlich auch für eine Spule mit Xl). Auch versteht man, warum ein Spannungsabfall von 3dB resultiert und wenn man die Größen vektoriell darstellt, wird auch die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangsspannung von 45° plausibel.
Und nachdem du mit der Kathodenbasisschaltung begonnen hast, böte sich ein Blick auf die 2 weiteren Varianten, nämlich die Gitter- sowie die Anodenbasisschaltung (-> Kathodenfolger) an. Letztere findet zwar in Geräten der U-Elektronik hauptsächlich Verwendung als Impedanzwandler, die Gitterbasisschaltung jedoch in vielen UKW-Stufen. Wenn dann alle 3 Varianten vorgestellt sind, bleibt zum Abschluss noch die Gegenüberstellung - vllt. in Tabellenform - der einzelnen Parameter, wie z.B. Eingangs-/Ausgangswiderstand, Verstärkung u.a.m.
Ansonsten würde ich mich mit dir freuen, wenn möglichst viele Leser von diesen theoretischen Betrachtungen profitierten und somit tiefer in die Materie eindringen könnten.
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo Klaus,
http://elektronikbasteln.pl7.de/roehreng...-berechnen.html habe ich jetzt nochmals überarbeitet und ein paar Ergänzungen hinzugefügt. So habe ich die Sache mit der statischen und dynamischen Steilheit erklärt, obwohl diese Begriffe eigentlich nicht unbedingt notwendig sind, um diese Röhrenschaltung zu berechnen. Man kann aber eben alles von verschiedenen Seiten betrachten.
Das RC-Tiepass oder RC-Hochpass ist von dir schön erklärt, würde aber zu weit vom Thema abschweifen. Dies wäre dann ein gesondertes Thema.
Im Moment bereite ich gerade einen Beitrag über die Wirkungsweise einer NF-Endstufe vor, um zu verstehen, wie sich der Ausgangsübertrager dimensionieren lässt. Dazu muss man sich erst einmal fragen, warum ein Lautsprecher so eine niedrige Impedanz von 2 bis 8 Ohm hat. Jeder weiß zwar, dass das Windungsverhältnis eines Trafos proportional zum Spannungsverhältnis ist, aber wieviel Windungen braucht man denn pro Volt und wie groß muss der Trafo überhaupt sein? Ist eine Leistungsanpassung bei einer Röhren-NF-Endstufe überhaupt möglich oder erwünscht? Das sieht man, wenn man eine Arbeitsgerade in das Augangskennlinienfeld auf eine Weise anlegt, um möglichst viel Leistung herauszuholen ohne dabei die Grenzwerte der Röhre zu überschreiten. Im Prinzip ist das alles recht einfach zu erklären, da ja schon genügend Vorarbeiten geleistet sind. Ich mache das ja auch nur, um mir mal die Zusammenhänge selbst vor Augen zu halten.
Der Kathodenfolger kommt natürlich auch noch, weil er in abgewandelter Form zwei gegenphasige Ausgangssignale liefern kann, die für Gegentaktendstufen benötigt werden. Die Gitterbasisschaltung ist in UKW-Stufen interessant, aber da steige ich selbst noch nicht durch, weil bei den hohen Frequenzen die Elektrodenkapazitäten und die Laufzeiteffekte eine große Rolle spielen.
Re: Röhren-Grundschaltung Kathodenbasis-Schaltung verstehen und berechnen
Hallo Volker,
auch von mir 5 Sterne für Deine Seite. Wann hast Du damit eigentlich angefangen? Das sieht noch richtig frisch aus. Ich konnte einige Projekte, die Du auch hier vorgestellt hast, wiederfinden. Ganz schön umfangreich und sehr interessant.