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Gittervorspannungs- und Regelspannungserzeugung in Röhren-Rundfunkgeräten.
Röhrenradios benötigen für eingebaute Röhren, die mit Steuergittern ausgestattet sind, in fast allen Fällen eine Gittervorspannungserzeugung. Diese Gittervorspannungen stellen den jeweils gewünschten Arbeitpunkt auf der Röhrenkennlinie ein. Die richtig eingestellte Gittervorspannung ist einer der wichtigsten Parameter in der Radiotechnik.
In Radios ist das in den meisten Fällen der möglichst lineare Bereich um den sogenannten Arbeitspunkt A (siehe weiter unten Skizze 1). Es gibt hier Ausnahmen, wie z.B. die Audionschaltung, Oszillatorschaltung, Gegentakt-Endstufen, Verstärkerstufen mit Regeleigenschaften. Regelröhren können dabei über die Veränderung (Regelspannung) ihrer Gittervorspannung die Verstärkung beeinflussen. Die Regelspannung wird weiter unten besprochen (Punkt 4).
Diese Arbeitspunkte sind von Röhre zu Röhre und zum Anwendungsfall verschieden.
Folgende Prinzipien haben sich durchgesetzt:
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1. Die Gittervorspannungserzeugung mittels Kathodenwiderstand ( automatische Gittervorspannungserzeugung, siehe weiter unten Schaltbild 2) arbeitet meist unabhängig von anderen Stufen oder Röhren im Gerät (Man kann z.B. die Kathoden einer NF-Gegentaktendstufe diesbezüglich zusammenschalten). Nur der Strom durch die Röhre selbst legt die Gittervorspannung fest. Eine gern bei Röhren-NF-Endstufen verwendete Variante. Durch den Spannungsabfall über den Kathodenwiderstand wird das Steuergitter gegenüber der Kathode vorgespannt. Ein Überbrückungs-Elko zum Kathodenwiderstand verhindert zu starke NF-Wechselspannungs-Gegenkopplung. Siebmassnahmen nicht erforderlich. In Grenzen kompensiert diese Gittervorspannung Röhrenalterung. Einsatzbereich oft in NF-Endstufen. (siehe weiter unten Beispiel 2, dort die Endstufenröhre). Je nach Schaltungskonzept kann auf den Parallel-Elko verzichtet werden, dabei wird durch andere Maßnahmen der Frequenzgang des Verstärkers angepasst . Mehr dazu bei Gegenkopplung, Rückkopplung, Klangblenden, Klangschalter, Klangregelung, Klangqualität, usw.
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2. Die Gittervorspannungserzeugung im Netzteil über einen Zwischenwiderstand (halbautomatische Gittervorspannungserzeugung, siehe weiter unten Schaltbild 1) zur Masse des Gerätes nutzt den gesamten Strom des Anodenspannungszweiges des Gerätes. Weicht nur eine Röhre z.B. durch Alterung von ihren Normdaten ab, hat das auf die Gittervorspannung der anderen Röhren eine nur geringe Wirkung. Auch unterschiedliche Gittervorspannungen sind so erzeugbar durch Abgriffe am Erzeugungswiderstand oder durch Widerstandsketten. Diese Gittervorspannung muss allerdings gut gesiebt werden, Wechsel- und NF- und HF- Spannungsverkopplungen müssen vermieden werden. Nachteilig ist, wenn eine der Röhren altert, verschieben sich u. U. etwas deren Betriebsparameter, da anders als bei der automatischen Gittervorspannung der nachlassende Anodenstrom speziell für diese Röhre nicht kompensiert wird. Einsatzbereich universell.
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3. Die Gittervorspannungserzeugung über hochohmigen Gitterableitwiderstand (siehe weiter unten Schaltbild 3) spart Bauteile ein, ist aber nicht für jede Stufe und Röhre geeignet. So können in der Regel hohe Steuerwechselspannungen nicht verzerrungsfrei verarbeitet werden. Der erforderliche Gitterableitwiderstand liegt in der Regel im 2-stelligen M Ohm - Bereich. Einsatzbereich oft in NF-Vorstufen. Man nutzt den gewissen Zustopfeffekt (der durch auftreffenede Elektronen von der Kathode kommens über das Steuergitter und den hochohmigen Gitterableitwiderstand zustande kommt) des Steuergitters, als als Gitteranlaufstrom benannt.
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4. Regelspannung und verzögerte Regelspannung. (siehe weiter unten Schaltbild 6 und 7) Auch Regelspannungen aus dem Gleichrichter-Teil des Radios können an der Bildung der Gesamtgittervorspannung beteiligt sein. Manche Radios verzögern dabei die Regelspannung für die erste Verstärkerröhre (Einsatzpunkt ab einem bestimmten Schwellwert). Die Regelspannung soll Feldstärkeschwankungen (Fading) des Empfangssignales ausgleichen. Auch verzögerte Regelspannungen sind möglich, dabei wird oft bei Geräten mit HF-Vorstufen, die Vorstufenröhre verzögert geregelt. So bleibt bei sehr schwachen bis schwachen Signalen die Empfindlichkeit voll erhalten, trotzdem aber bei hohen Pegeln ein starker Fadingausgleich wirksam. Es sind hiefür spezielle Röhren mit Verstärkungsregeleigenschaften geschaffen worden. Deren Kennlinie hat keinen möglichst linearen Teil bei Arbeitspunkt A, sondern eine auch in diesem Bereich gekrümmte Kennline. Regelbare Röhren sind an der ungeraden Zahl im Röhrennamen zu erkennen. Beipiele: ECH81, EF85, UCH11, usw. Nichtregelbare Röhren sind dagegen beispielsweise die EF80, EF40, EF4, usw. Einsatzbereich in HF-Vorstufen, Mischstufen, ZF-Stufen, aber auch bei einigen Einkreisern. Diese Verzögerung nicht zeitabhängig (wie es zu erwarten wäre) sondern primär signalabhängig (von der Größe der Eingangsspannung) zu verstehen. D.h., die Regelung setzt erst beim Überschreiten einer gewissen Signalstärke ein. Aber auch Kombinationen beider Varianten sind denkbar. (Textabsatz von "Klaus" aus dem WGF)
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5. Gittervorspannungserzeugung durch eine unabhängige Richtspannung aus dem Netzteil, die unabhängig vom Stromfluss durch das Netzteil ist. Einsatzbereich bei Gegentakt AB und B Verstärkern. (siehe weiter unten Schaltbild 5)
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6. Gittervorspannungserzeugung aus einer Extra-Batterie oder Anzapfung einer Batterie. Einsatzbereich: Diese Varianten wirkt ähnlich wie (Schaltbild 5), (siehe weiter unten bei Schaltbild 4) wurde bei Portable-Radios angewandt.
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7. Audion. Eine Sonderform der Gittervorspannungserzeugung liegt beim Audion vor. (siehe Schaltbild 2, mittlere Röhre) Steht kein HF-Signal zur Gleichrichtung bereit, befindet sich der Arbeitspunkt beim Sättigungspunkt der Röhrenkennlinie ohne Ausbildung einer Vorspannung. In manchen Publikationen wird der rechte obere Punkt der Röhrenkennlinie mit D bezeichnet, andere Quellen weisen D einem Punkt weit im gesperrten Teil der Kennlinie links von C zu. Erst bei Vorhandensein eines HF-Signals wird die Gitter-Kathodenstrecke der Röhre in Verbindung mit dem Koppelkondensator und dem mittelohmigen Gitterableitwiderstand zum Gleichrichter. Die dann entstehende Richtspannung verschiebt den Arbeitspunkt in Richtung A. Für die Röhre stellt das eine Gittervorspannung dar. Einsatzbereich in diversen Geradeausempfängern, aber auch bei Superhetempfängern mit Audiondemodulator.
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8. Oszillator. Ähnlich wie bei der Audionschaltung erzeugt die Oszillatorschaltung ihre Gittervorspannung durch Gittergleichrichtung selbst. (siehe weiter unten Schaltbild 7, linke ECH4, Bereich um die Oszillator-Triode Gitter). Die Hochfrequenz des schwingenden Systems wird an dieser Strecke gleichgerichtet. Typische Gitterableitwiderstände liegen um 50 kOhm. Einsatzbereich in Superhet-Empfängern.
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Arbeitspunkte:
Skizze 1
A = Linearer Teil der Kennlinie
AB = Noch recht linearer Teil der Kennlinie (Gegentakt-Endstufen mit geringem Klirrfaktor
B = Noch einsetzbar für Gegentakt-Endstufe mit gutem Wirkungsgrad (Klirrfaktor schlechter) |
Beispiel 1. Kombinierte Gittervorspannungserzeugung in der Praxis:
Schaltbild 1
Die NF-Endstufenröhre UCL11 erhält ihre beiden Steuergittervorspannungen halbautomatisch über die Widerstände 180 und 20 Ohm im Netzteil. Die Oszillatorröhre (Triode der UCH11) über den Gitterableitwiderstand 50 K Ohm (gemäss Punkt 8). Der Mischteil der UCH11 und der Penthodenteil der UBF11 erhält eine Steuergittervorspannung als Kombination von (oben Punkt 3) und (oben Punkt 4).
Über die Hochohmwiderstände 2 M Ohm und 1 M Ohm baut sich eine Grundvorspannung auf, die bei einfallenden Nutzsignal von der Regelspannung (die an der einen Diode der UBF11 erzeugt wird) überlagert wird. |
Beispiel 2. Kombinierte Gittervorspannungserzeugung in der Praxis:
Schaltbid 2
| Die Endstufenröhre RENS1374d und die HF-Vorstufenröhre RENS1264 erhält ihre Gittervorspannung automatisch gemäss (oben Punkt 1) durch den Kathodenwiderstand 500 Ohm oder 7 kOhm. Die Audionstufe RENS1264 (mittlere Röhre) bildet die Vorspannung gemäss (oben Punkt 7). |
Beispiel 3. Gittervorspannungserzeugung mit Hochohmwiderstand in der Praxis:
Schaltbild 3
| Schaltbild-Auszug, Demodulator-NF-Vorstufe. Das Steuergitter 1 der NF-Verstärkerröhre bekommt seine Vorspannung durch den Widerstand von 22 M Ohm, wie in (oben Punkt 3) beschrieben! |
Beispiel 4. Kombinierte Gittervorspannungserzeugung in der Praxis:
Schaltbild 4
| Batterie-Empfänger der ersten Jahre. Die Vorspannung gemäss (oben Punkt 6) für das Steuergitter der RE134 wird mit -6 Volt erzeugt, die Vorspannung für die RE054 mit - 1,5 Volt aus der Batterie. Die Audionstufe bildet mit dem 250 pf und dem 2,5 M Ohm Widerstand die Spannung nach (oben Punkt 7) |
Beispiel 5. Kombinierte Gittervorspannungserzeugung in der Praxis:
Schaltbild 5
| NF-Leistungsverstärker. Blau: Die Steuergittervorspannung der beiden Endstufen-Gegentaktröhren im B-Betrieb wird über eine Sonderwicklung des Netztrafos und einem Brückengleichrichter gemäss (oben Punkt 5) erzeugt und ist unabhängig von sonstigen Stromflüssen im Gerät. Diese Spannung ist mit dem 200 Ohm - Trimmer einstellbar. Rot: Die beiden Vorröhren erhalten ihre automatische Vorspannungserzeugung (oben Punkt 1) über gekoppelte Kathoden nach Masse. |
Beispiel 6. Kombinierte Gittervorspannungserzeugung in der Praxis:
Schaltbild 6
| Die Regelspannung gemäss (oben Punkt 4) wird mit einer getrennten Diode der ZF-Stufe entnommen. Die NF-Gleichrichtung erfolgt über eine weitere Diode rechts. Die Regelspannungsdiode wird über den Katodenwiderstand 300 Ohm der ZF-Röhre mit + etwas vorgespannt. So muss die Regelspannung diese + Vorspannung erst überwinden, um eine wirksame - Regelspannung weitergeben zu können. Sie ist also verzögert wirksam. |
Beispiel 7. Kombinierte Gittervorspannungserzeugung in der Praxis:
Schaltbild 7
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Autosuper Siemens SH597AB. Verzögerte Regelspannung für EF9, ECH4, ECH4. Die Regelspannung (oben Punkt 4) wird an dem rechten Diodensystem der EBL1 erzeugt und am Kathodenwiderstand des L-Systems dieser Röhre durch positive Gegenspannung verzögert und dann den Gittern der Regelröhren zugeführt.
Eine kleine Besonderheit ist eine weitere - etwas unübersichtliche - Verzögerung. Die Kathode der Misch/Oszillatorröhre ECH4 spannt die verzögerte Regelspannung für die Oszillatortriode, aber auch für das Steuergitter des H-Systems der ZF-Röhre weiter vor. Das zweite Steuergitter dieser Röhre liegt an der ersten verzögerten Spannung, ebenso das Steuergitter der EF9 und der Mischstufe.
Bei der 2. Verzögerung ist zu beachten, dass das Oszillatorsteuergitter durch die HF daran auch eine zusätzliche Spannungskomponente beiträgt (oben Punkt 8). Die Schaltung sieht im ersten Augenblich harmlos aus, hat es aber in sich.
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