Oszillatoren und Kippschaltungen mit Transistoren und Röhren

Letzte Änderung an dieser Seite: 5.5.2024

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Zu den Schaltungen:

1. Blinkanlage für den Bahnübergang auf der Moba
2. Röhren-Inverter für Elektrolumineszenz-Leuchtpanels
3. MW/KW Prüfoszillator mit Transistor
4. Der Prüfoszillator mit Amplitudenmodulation
5. Frequenz-Wobbeln mit dem LC-Oszillator und Elektromagnet
6. Effizienter Röhren-LC-Oszillator mit ECC 82 für ganz tiefe Frequenzen
7. EM 80 und 84 als Oszillatoren: Zwinkernde Magische Fächer und Balken
8. EABC 80 plus SA 1156 als Hybrid-Wienbrücken-Oszillator
9. Etwas für Pentoden: das Transitron-Miller-Trautonium
10. Der Doppeldrehko im Tonfrequenz-Transistor-Oszillator
11. Von 6 auf 100 V: Transistor-Spannungswandler
12. "Stilechte" elektronische Anodenbatterie für kleine Röhrenprojekte

1. Blinkanlage für den Bahnübergang auf der Moba

Ein Bahnübergang für die antike Blecheisenbahn soll blinken

Diesen schöne alten Bahn­übergang des französischen Spiel­waren­herstel­lers Louis Roussy aus den 1950er Jahren habe ich in Frank­reich für meine antike Blech­eisen­bahn auf einer Eisen­bahn­börse erstanden. Spur Null, Spurweite 32 mm. Das Gleis des Bahn­über­gangs ist 30 cm lang. Er besitzt absenk­bare Schranken, die jeweils durch einen kleinen Elektro­magneten betä­tigt werden. Nun habe ich ihn zusätz­lich mit zwei Andreas­kreuzen und einer Blink­anlage ausge­rüstet, damit etwas leuchtet, wenn ich im Dunklen mit der Eisen­bahn spiele.

Hier das Gesamtkonzept für die Blink­anlage. Die Bahn­schranke wird mit etwa 16 bis 20 V Wechsel­strom aus dem Spiel­zeug­trafo betätigt. Wenn ein Zug darauf­fährt, dann schleißen seine Räder die beiden Schienen kurz. Dadurch erhalten die Elektro­magneten zu beiden Seiten des Gleises Strom. Die Schranke schließt sich. Die Blink­anlage prüft also, ob 1. über­haupt Betriebs­spannung vorhan­den ist und 2. ob die Kontakt­schiene für die Magneten auf Masse­poten­tial liegt. Wenn beides zutrifft, dann wird der Multi­vibrator akti­viert, die Glüh­birnen in den Andreas­kreuzen bekom­men abwech­selnd Strom. Natür­lich mit Röhren. Der Versuchs­aufbau:

Die Anoden­spannung von etwa 150V für die Pen­toden erzeuge ich aus der Licht­spannung der Modell­eisenbahn mit diesem kleinen Gerät. Gefahren werden die alten Spur-Null Lokomo­tiven mit den Loko­mobili­sator.

Die Blinkanlage in Betrieb

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Ein kurzes Video von einer Spielsession auf dem Fußboden -- einfach anklicken!

Der Schaltplan: Eine Doppel­pentode ELL80 arbeitet als Multi­vibrator und versorgt zwei origi­nale Bundes­bahn-120-V-Kontroll­glüh­birnen mit Strom. An Stelle der ELL80 kann man selbst­verständ­lich zwei EL95 oder PL95 verwenden.

Die beiden Transis­toren bilden das Logik-Gatter. Vor den Eingang musste ich jeweils einen Gleich­richter mit Diode (D₁, D₂) und Konden­sator (C₁, C₂) legen. Der Bahn­übergang arbeitet ja mit Wechsel­strom. Transis­tor T₂ schaltet den Kathoden­strom der Pen­toden. Wenn er sperrt, ist der Blinker aus.
Die ganze Elek­tronik passt in ein Wärter­häuschen, das ich im Stil der franzö­sischen Provence gestaltet habe.

2. Röhren-Sinusoszillator als Inverter für Elektrolumineszenz-Panels

Mit Elektrolumineszenz-Leuchtfolie kann man wunder­bar experi­mentie­ren. Kleiner Nachteil: man braucht einen Inverter, der die nötige Betriebs­span­nung von etwa 100 Volt Wechsel­span­nung bereit­stellt. Mit Röhren ist das kein Problem. Der kapa­zitive Drei­punkt-Röhren­oszil­lator rechts dürfte auch anspruchs­vollste Bedürf­nisse zufrie­den­stellen. Bei 250 V Betriebs­spannung erzeugt er 180 Volt (eff.) sehr saubere Sinus­spannung mit 560 Hz. Zwei Vor­teile hat die Schal­tung:

• kein Trafo, eine einfache Spule ohne Anzapfung ist o.k.
  
• der Wechselspannungs-Abgriff erfolgt gegen Massepotential, nicht gegen den Anoden-Pluspol.

Das ist praktisch, wenn man mit dem Oszi arbeiten möchte. Die Röhre arbeitet in Anoden-Basis-Schal­tung und hat auch mit DIN A4 großen Leucht­folien keine Prob­leme. Die Frequenz kann mit C₁ und C₂ = 8...10 x C₁ in weiten Gren­zen ange­paßt werden. 200 Hz bis 5 kHz sind für Leucht­folien üblich. Geheizt wird die PL508 mit 17 Volt. Ein 16-V-Modell­eisen­bahn-Trafo ist dafür ideal.
Bei weniger Leistungs­bedarf geht es auch mit PCL805. Der Katho­denwider­stand sollte auf 270 Ω vergrößert werden. Diese Konstruk­tion unter Verwen­dung eines Fischer­technik^(R)-Bau­kastens macht die Sache dann auch trans­portabel:

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Das Video -- Homer S. anklicken!

Sehen Sie verschie­dene Typen von Elektro­lumines­zenz-Leucht­folien und den Röh­ren-In­verter in Aktion.

3. MW/KW Transistor-Prüfoszillator

Dieser einfache Colpitts-Transistor-Oszil­lator hat mir beim Radio­basteln mit Mittel- und Kurz­welle schon oft gute Dienste geleis­tet, um Schwing­kreise und Band­filter abzu­gleichen. Er ist auf dem Steck­brett schnell aufge­baut. Der 500-pF-Doppel­drehkon­densator stammt aus einem alten Röhren­radio. Sein massives Metallchassis liegt auf Massepotential. Zum Betä­tigen habe ich einen dicken Plastik­dreh­knopf ange­schraubt. Dadurch ist die Hand­empfind­lichkeit minimal. Die Spule L₁ kann nach Bedarf gewickelt werden. Sie braucht keine Anzapfung. Durch den Tran­sistor ist Batterie­betrieb möglich (die hält ewig) und der Aufbau wird sehr klein. Die Fre­quenz- und Temperatur­drift ist auch mit Germanium­transis­toren gering. Das Poti P₁ in der Emitter-Leitung wird so einge­stellt, dass die Ober­wellen minimal sind und die Schwing­ungen im gesamten einstell­baren Frequenz­bereich nicht abreißen. Maxi­male und mini­male Frequenz stehen ungefähr im Ver­hältnis von 3:1. Natür­lich kann man statt des altmo­dischen OX 4005 jeden anderen HF-Tran­sistor einsetzen, auch NPN.

Der Schaltplan. Den Antennen­draht am Kol­lektor mit Trimmer braucht man nicht wirk­lich. Am Bastel­tisch genügt die induk­tive Ein­streuung von der Schwing­kreis­spule, um im Detektor oder Audion ein Signal zu erzeugen.

4.) ...und nun mit Amplitudenmodulation

Fürs Radiobasteln ist es bisweilen nütz­lich, die Ampli­tude der Hoch­frequenz­spannung mit einer Ton­frequenz modu­lieren zu können. Damit kann man testen, ob ein Radio die Hoch­frequenz empfangen und demodu­lieren, also das Ton­signal zu Gehör bringen kann. Dazu wurde dem Hoch­frequenz­oszil­lator ein Tongene­rator angebaut, mit einem zweiten Tran­sistor. Dieser Tongene­rator besteht deswei­teren aus einen kleinen Zwischen­über­trager, den ich aus einem alten Tran­sistor­radio aus der japani­schen Produk­tion in den 1970er Jahren ent­nommen habe. Eine seiner Wick­lungen bildet einen Schwing­kreis, während die andere zur Rück­kopplung dient. Diese zweite. kleiner Wick­lung wird auch dazu verwendet, um die Betriebs­spannung des HF-Oszil­lators mit der Tonfre­quenz zu über­lagern. Die erzegte HF wird mit einem Sinus­signal kon­stanter Frequenz moduliert. In diesem Fall sind es 1,4 kHz. Diese Frequenz ergibt sich aus der Induk­ivität der Wick­lung und dem 18-nF-Konden­sator, der ihr parallel­geschal­tet ist. Das 1-kΩ-Poti in der Emitter­leitung des rechten Tran­sistors stelle ich so ein, dass der Ton­gene­rator sicher schwingt, anderer­seits aber nicht zu viel Distor­sion im Sinus­signal verur­sacht. Auch der Modu­lations­grad kann in Grenzen einge­stellt werden. Natür­lich ist auch hier die Wahl der Transis­toren ziemlich unkri­tisch.

Hier das amplitudenmodulierte Signal am Oszilloskop. Aufgenommen habe ich es nicht am Oszillator selbst. Nein, das wäre doch zu einfach. Das Oszillogramm stammt vom Ausgang dieses Empfängers (d.h. am Schwingkreis vor der Demodulatordiode), der auf das modulierte Funksignal abgestimmt war.

Schaltplan und Steckbrett­aufbau des Modu­lators. Ich habe hier einen uralten Germa­nium-Tran­sistor des Typs AF 170 von ATES verwen­det. Dürfte heute schwer zu bekom­men sein, aber da eignet sich so ziem­lich jeder moderne PNP-Tran­sistor.
Die Kol­lektor­spannung für den HF-Oszil­lator wird aus der Rück­kopplungs­spule bezogen. Natür­lich könnte man auch die HF auch mit Musik oder Sprache modu­lieren. Dazu müsste man die Basis des OX 7004 (ein ganz nor­maler Si-pnp-Tran­sistor geht an dieser Stel­le natür­lich eben­falls) von der Rück­koppel­spule tren­nen und Musik aus dem Kopf­hörer­ausgang des CD-Players oder Smart­phones ein­spielen...

5. Frequenz-Wobbeln mit Oszilloskop, LC-Oszillator und Elektromagnet

Das Video zum Wobbel-Experiment:

Anleitung und Versuch, einfach anklicken!

Beim Experimentieren mit Radios, Schwing­kreisen, Band­filtern oder sonstigen frequenz­abhängigen Schal­tungen möchte man ab und zu nicht nur die Ampli­tude der HF modu­lieren, sondern auch die Frequenz. Der Oszil­lator soll also seine Frequenz im Takt des Ton­frequenz­signals hoch- und runter­fahren. Das ist nicht ganz so einfach, doch es funk­tioniert mit einem magneti­schen Trick. Die Frequenz­modu­lation beruht darauf, dass der Ferrit­kern in der Oszil­lator­spule im Takt eines über­lagerten, langsam ver­änder­lichen Magnet­feldes seine Permea­bilität ändert. Ent­sprechend verändert sich die Induk­tivität der Schwing­kreis­spule und damit die Oszil­lator­frequenz. Man muss also die HF-Spule samt Ferrit­kern bloß in einen Elektro­magneten stecken, den man mit einem Nieder­frequenz­signal betreibt. Am einfach­sten geht das natür­lich mit der 50-Hz-Spannung aus dem Experi­mentier­trafo. Man braucht nur eine der beiden Halb­wellen. Ich habe daher eine Gleich­richter­diode in den Strom­kreis eingebaut.
Die HF-Frequenz verhält sich in Abhängig­keit des momen­tanen Stroms durch die Feld­spule des Elektro­magneten so, wie es die Grafik zeigt. Ich habe den Oszil­lator auf 1 MHz abge­stimmt, bevor ich den Strom durch die Feld­spule hochge­fahren habe. Das Verhält­nis ist zwischen 1 und 4 Ampere halbwegs linear. Unter 1 A pas­siert fast gar nichts. Das hängt aber von der Größe und Art des Ferrit­kerns ab. Um ein variables Magnetfeld zu erzeugen habe ich also eine dicke Zylinder­spule mit 4,5 Ω Wider­stand ver­wendet, die mit 6 bis 12 V Wechsel­strom aus dem Netz­trafo gespeist wird.
So kann ich beispiels­weise die Frequenz­kurve von Schwing­kreisen und Detek­toren am Bild­schirm des Oszis auto­matisch anzeigen lassen. Das ist in der rechten Spalte unten gezeigt.

Der Übersichtsplan der Wobbelschaltung.

Die Oszillatorspule mit dem Ferritkern muss im Innern der Feldspule montiert werden.

So sieht es am Oszi aus. Man erkennt sehr schön die Resonanzkurve des Schwingkreises aus L_X und C_X aus dem Schaltplan. Die Kopplung an den Oszillator geschieht induktiv über 10 bis 20 cm Distanz hinweg. Das Oszillogramm links zeigt den Spulenstrom und die HF am Testschwingkreis als Zeitfunktion. Rechts ist die HF im X/Y-Betrieb direkt als Funktion des Spulenstroms zu sehen.
Die Diode im Kreis der Felds­pule braucht man nicht unbe­dingt. Sie ist aber prak­tisch, damit der Ferrit­kern immer nur in dieselbe Rich­tung magne­tisiert wird. Wenn sich die Rich­tung jedes­mal ändert, dann bringt die Rema­nenz des Ferrits das Oszibild durch­einander. Und natür­lich produ­ziert wird die Feld­spule dank der Strom­pause nicht so viel Wärme.
Selbstverständlich muss man nicht unbe­dingt den MW/KW-Oszil­lator von oben verwenden. Jede andere LC-Oszil­lator­schal­tung kann das im Prinzip auch.

6. LC-Oszillatoren für ganz niedrige Frequenzen

Oszillatoren mit LC-Resonanzkreis zu bauen ist bei hohen Frequenzen eine einfache Sache. Bei niedrigen Frequenzen, sagen wir um 100 Hz und weniger, wird es schwieriger. Induktivitäten kann man nicht beliebig groß machen. Sie werden sehr unhandlich. Je kleiner die Resonanzfrequenz bei gegebener Induktivität L jedoch eingestellt wird, desto geringer ist die Güte des Schwingkreises. Der Kreis verliert jede Selektivität für die Frequenz der Schwingung, wenn das Quadrat des Verlustwiderstands R_v der Spule größer ist als das Verhältnis L/C von Induktivität und Kapazität.

Die Schaltung rechts im Bild kennt dieses Problem nicht. Sie nutzt die Serienresonanz des Schwingkreises und kompensiert den Verlustwiderstand R_v der Spule. Nachteil: wirklich sinusförmig ist das Signal nun nicht mehr. Für L = 7 H, C = 5 µF (ein Motorkondensator) schwingt der Oszillator bei ca. 11 Hz. Die LED blinkt im Takt der Schwingungen.

Die beiden Trioden arbeiten als Gleichstromverstärker. Die die Triode links arbeitet in Gitterbasisschaltug und verstärkt das Eingangssignal an ihrer Kathode. Die rechte Triode ist ein Kathodenfolger und wirkt als reiner Stromverstärker. Bei Resonanz ist die Phasenverschiebung des Serienschwingkreises Null, und die Rückkopplungs-Bedingung für den Oszillator ist erfüllt.

7. Anzeigeabstimmröhren (magische Balken, Fächer, Augen...) oszillieren sichtbar

Magisches Auge oder Fächer

Auch mit einer Abstimmanzeigeröhre (Magisches Auge oder Fächer) kann man Schwingungen erzeugen. Der Vorteil: man sieht, was die Röhre gerade tut. Natürlich darf die Frequenz nicht zu groß sein. Rechts im Bild die Schaltung eines magischen Fächers (EM 80) als RC-Oszillator. Die Frequenz beträgt hier etwa 20 Hz. Der leuchtende Fächer geht dabei periodisch auf und zu. Durch Vergrößern der Kondensatoren und Widerstände kann man sie in weiten Grenzen verändern. Die Schwingungsamplitude an der Anode erreicht ohne weiteres über 100 V.

Das linke Bild zeigt zwei Varianten, eine mit Glimmlampe und eine mit Transistor.

Im ersten Fall erzeugt die Glimmlampe durch periodisches Entladen eines Kondensators Kippschwingungen. Die Zündspannung soll etwa 90 V betragen, die Brennspannung 60 V. Die Triode der EM80 verstärkt die Amplitude dieser Schwingungen, und steuert dabei den Fächer auf und zu. Wenn die Glimmlampe zündet, zuckt der Fächer zusammen, um sich dann wieder langsam zu öffnen

Im zweiten Beispiel arbeitet die Triode der EM80 in Gitterbasisschaltung, und der Transistor steuert den Katodenstrom. Diese Schaltung hier schwingt mit etwa 1/8 Hz. Sie hat gegenüber der oben gezeigten Schaltung einen Vorteil: Der Fächer wird automatisch immer zu 100 % ausgesteuert, also zwischen ganz geschlossen und ganz offen, und zwar praktisch unabhängig von Betriebsspannung und Bauteilbemessung.

Das selbstschwingende Magische Auge arbeitet jetzt als Effektbeleuchtung für eine Reklametafel, auf meiner Modelleisenbahn!

Für optimalen Betrieb einer Wien-Brücke in einem großen Frequenzbereich müssen die Widerstände und Kondensatoren möglichst genau aufeinander abgestimmt sein. Vor allem muss das Doppel-Potentiometer, mit dem die Frequenz eingestellt wird, einen hohen Gleichlauf haben. Das ist aber in der Praxis nicht immer vollständig zu erreichen. Aus diesem Grund braucht der Verstärker die automatische Verstärkungsregelung, denn sonst können die Schwingungen beim Ändern der Frequenz entweder abbrechen oder bei Übersteuerung sehr viele Oberwellen enthalten.

Einen universell einsetzbarer Wien-Brücken-Oszillator mit sehr guter Amplitudenstabilität und recht hoher Ausgangsspannung kann man mit einer Triode und einem pnp-Transistor aufbauen. Die hohe Eingangsimpedanz der Röhre und die hohe Stromverstärkung des Transistors passen ideal zusamme. Zur automatischen Regulation des Verstärkungsfaktors wird eine der Röhrendioden genutzt, die in einer EABC 80 oder in einer EBC91 bzw. 6AV6 enthalten sind. Bei der EABC 80 empfiehlt sich die niederohmige Diode D3, deren Anode an Pin Nr. 1 des Novalsockels liegt. Die Diode erzeugt aus dem Ausgangssignal eine zur Amplitude proportionale Gleichspannung. Diese gelangt an das Gitter der Triode und ändert ihre Steilheit. Dadurch werden Aussteuerung und Ausgangsamplitude weitgehend konstant und der Oberwellenanteil gering gehalten. Am Poti P_g wird die Brückenverstärkung grob eingestellt. Statt des 2SA1156 können auch andere Hochspannungs-pnp-Transistoren verwendet werden. Die Stromverstärkung sollte > 100 sein. Der Transistor sollte einen Kühlkörper erhalten.

9. Elektronische Musik mit Röhre und Bleistift: Das Trautonium

Dieses Trautonium ist einfach aufzubauen. Es ist ein Transitron-Miller-Oszillator. Das Prinzip ist einfach: die Elektronen von der Kathode fließen abwechselnd zum Schirmgitter und zur Anode (je nach dem, was gerade positiver ist) und laden die Kondensatoren auf, bis die Spannung davon dort zu negativ ist. Dann gehen sie zur anderen Elektronen, und so weiter. Es geht nur mit Röhen von mindestens drei Gittern.
Die Diode in der Gitterzuleitung ist nicht unbedingt erforderlich. Sie erlaubt es aber zwei oder mehr Oszillatoren parallel zu schalten und mit demselben Graphitwiderstand zu spielen. Auch auf den Trafo kann man verzichten. Er diente hier nur zur Anpassung eines niederohmigen Lautsprechers.

Dieser musikalische Oszillator wird mit einem Kontaktstift gespielt, den man auf eine mit Bleistift gemalte Linie drückt. Bleistiftminen enthalten Graphit, das elektrisch leitet. Das trifft auch für eine Linie zu, die man damit auf Papier malt. Je größer der elektrische Widerstand ist, den die Graphitschicht zwischen dem Kontaktpunkt und dem Gitter der Röhre hat, desto tiefer ist der Ton des Trautoniums. Der Tonumfang beträgt etwa 2 ½ bis 3 Oktaven. Das Bild unten zeigt einen solchen Bleistift-Widerstand, den ich von Hand auf Karton gemalt habe. Mit der Dicke und Breite der Linie kann man wunderbar experimentieren und interessante Klangeffekte erzeugen. Das Spielen erfordert etwas Geschick. Typisch sind die Glissandi, die entstehen, wenn man den Kontaktstift über die Graphitschicht gleiten läßt.

Karriere gemacht hat das Trautonium, das um 1930 von dem Elektroingenieur Friedrich Trautwein und dem Komponisten Oskar Sala entwickelt wurde, beim Film. Es ist ein Vorläufer moderner Musiksynthesizer. Berühmte Komponisten haben Musik für das Trautonium geschrieben: Hanns Eisler, Carl Orff, Paul Hindemith. Hitchcock's "Vögel" würden ohne seine blechernen Klänge nicht fliegen, ebensowenig wie in George Lucas' Starwars-Abenteuern die Rache der Sith zünden würde.

10. Einfacher Tonfrequenz-Oszillator mit Doppeldrehkondensator

Was man mit einem alten Radio-Doppeldrehko sonst noch anfangen kann: ein RCL-Oszillator für Sinus-Schwingungen im Tonfrequenzbereich.
Die Frequenz hängt nicht weiter von der Trafowicklung ab, sofern ihre Induktivität einigermaßen hoch ist, das heißt, etwa 1 H oder mehr beträgt. Zwischenübertrager aus Transistorradios und alten Kassettenrekordern eignen sich hervorragend, aber auch Relaisspulen. Ein Rückkopplungsanzapfung oder gar eine extra Wicklung wird hier nicht benötigt.

Eine einfache, aber flexible Oszillatorschaltung für Frequenzen zwischen 1 und 4 kHz ist dieser Oszillator. Schnell aufgebaut, wenn ein guter Sinus benötigt wird. Die Frequenzabstimmung erfolgt mit dem Doppeldrehkondensator von 2 mal 500 pF. Frequenzbestimmend ist die doppelte Kapazität zusammen mit dem jeweiligen 47-kΩ-Widerstand. Jedes RC-Glied erzeugt 45° Phasenverschiebung. Die Induktivität im Kollektorkreis ergibt weitere 90°, so dass die nötigen 180° für die Rückkopplung zusammenkommen. Es gibt hier also keinen Schwingkreis!
Das Besondere an diesem RCL-Oszillator ist, dass man mit dem Doppeldrehko im Prinzip einen Frequenzumfang von 1:10 einstellen könnte. Im gewöhnlichen LC-Oszillator wären es nur 1:3. Freilich ist dieser große Abstimmbereich in der Praxis nicht vollständig nutzbar. Die Kapazitäten des Drehkondensators sind im unteren Einstellbereich bereits in der Größenordnung der Basis-Emitter-Kapazität des Transistors. Dadurch reißen die Schwingungen hier ab. In dieser Schaltung sind Si-Transistoren mit hoher Stromverstärkung besonders gut geeignet.
Am Trimmpoti P₁ muss die Gegenkopplung so eingestellt werden, dass der Eingangswiderstand des Transistors ausreichend hoch ist. Dann sind auch die Oberwellen minimal, und der einstellbare Frequenzbereich ist am größten.

11. Universell einsetzbarer Transistor-Spannungswandler

Die Umsetzung kleiner Gleichspannungen zwischen 6 und 20 Volt in eine höhere Spannung von bis zu 300 Volt leistet dieser Sperrwandler

• Elektrolumineszenz-Leuchtfolie
• Glimmlampen
• kleine Röhrenschaltungen (wobei noch ein Gleichrichter fehlt)

Natürlich ist die Stromstärke auf wenige mA begrenzt. Der Versuchsaufbau:

Der Trafo des Wandlers ist ein kaum 3 cm großer Zwischenübertrager aus dem Tonfrequenzverstärker eines alten Transistorradios. Die Windungszahlen der Wicklungen stehen im Verhältnis 2,5 zu 1 zu 16, wobei die kleinste Wicklung für die Rückkopplung im Basiskreis, die größte Wicklung für die Hochspannung verwendet wird.

Ich habe den Wandler für meine Modelleisenbahn entworfen, wo er aus 16 V Gleichspannung ungefähr 150 V für die orange leuchtende Glimmlampen erzeugt. Die sollen einen ganz speziellen Lichteffekt machen.

Kollektorstrom (oben) und Kollektorspannung am Transistor. Der Transistor leitet abwechselnd für 160 µs, wobei der Kollektorstrom durch die Trafowicklung stetig bis auf 200 mA ansteigt. Dann sperrt er den Strom für die nächsten 250 µs. Folge: der Trafo erzeugt einen heftigen Spanungsimpuls an allen Wicklungen. Am Kollektor entsteht eine Spitze von fast 70 V. An der Ausgangswicklung ist es dem Windungszahlverhältnis n₃:n₁ entspreched mehr. Der verwendete Transistor vom Typ 2N2219 kommt damit klar, doch sollte man bei anderen Typen zur Sicherheit ins Datenblatt schauen. Der durchschnittliche Stromverbrauch ist 80 mA bei 16 V Betriebsspannung.

Übrigens, Transistoren gehen nicht kaputt, nur weil ihre höchstzulässige Kollektor-Emitter-Spannung überschritten wird. Vielmehr wird die Kollektor-Basis-Sperrschicht wie bei einer Zenerdiode in Rückwärtsrichtung leitend. Das allerdings wäre hier aus zwei Gründen schlecht: erstens entzieht der rückwärtsleitende Transistor dem Wandlertrafo einen großen Teil der Energie. Zweitens entsteht im Halbleiter durch die hohe Spannung und den Strom viel Wärme. Das erst macht dem Transistor den Garaus. Wenn der Wandler aber ordnungsgemäß ohne Rückwärtsdurchbruch läuft, dann wird der Transistor kaum warm.

12. Elektronische Anodenbatterie für kleine Röhrenprojekte

Dieser Wandler transformiert 12 Volt aus zum Beispiel einer Autobatterie in eine positive Gleichspannung von ungefähr 90 Volt oder mehr (je nach Wicklung). Die maximale Strombelastung liegt bei etwa 10 mA. Der Wandler eignet sich zum Betrieb kleiner Röhrenschaltungen, z.B. eines Audions, wenn man unterwegs ist. Der Aufbau ist recht klein. Der Stromverbrauch ist bescheiden, ca. 130 mA bei Vollast. An 12 Volt können z.B. zwei E-Röhren (je 6,3 V Heizspannung) in Serie oder eine Doppeltriode wie die ECC 81 geheizt werden (da kann man sowohl mit 6,3 als auch mit 12,6 V heizen, plus/minus 10 Prozent.).
Ich habe den Wandler passend zur Röhrentechnik ganz stilecht mit einem Germanium-Leistungstransistor TF 78/30 von Telefunken ausgerüstet, der ja auch in den 1960er Jahren gefertigt wurde. Ansosten ist die Schaltung sehr ähnlich wie oben. Nun, an Stelle der beiden Siliziumdioden 1N 4004 könnte man eine Germaniumdiode und einen Selen-Einweggleichrichter E 150 C 10 o.ä. verwenden. Das wäre schaltungstechnisch noch authentischer.

Der Wandler ist als Durchflusswandler konzipiert. Das heißt, die Spannung am Ausgang der Trafowicklung n₃ ist in der Phase positiv, wenn der Transistor leitend ist. Bei einem Sperrwandler ist das ja umgekehrt. Der Trafo ist wie oben ein Miniatur-Tonfrequenzübertrager mit gewöhnlichem geschichtetem Eisenblech-Kern. Der Transistortyp ist nicht weiter kritisch.

Oben: Kollektorstrom, ca. 200 mA in der Spitze. Unten: Kollektorspannung, ca 30 V_ss.

Eine Schwierigkeit mit Germaniumtransistoren ist die relativ niedrige Spannungsfestigkeit der Kollektor-Basisdiode. Ich habe daher einige Kondensatoren parallel zu den Wicklungen geschaltet, die speziell den Induktionsimpuls beim Abschalten des Kollektorstrom auf ein zulässiges Maß dämpfen. 12 Volt Betriebsspannung sollte man hier nicht wesentlich überschreiten (Eine Autobatterie mit max. 14,4 V ist aber o.k.). An Wicklung n₁ treten 28 V Spitzenspannung auf, an der Rückkopplungsspule n₂ 20 V. Auch das ist recht unkritisch. Der Punkt an den Trafowicklungen bedeutet, dass die Wicklungen von diesem Anschluss aus in dieselbe Richtung gewickelt sind.
Man beachte auch die Stabilisierwirkung dieser Schaltung. Der Ausgangsstrom aus Trafowicklung n₃ muss am kalten Ende die Basis-Emitter-Strecke des Transistors passieren und verschiebt seinen Arbeitspunkt mit zunehmendem Ausgangsstrom deshalb in den Bereich höherer Verstärkung. Dadurch wird die Leitphase etwas verlängert, und der Wandler kann mehr Energie abliefern.

Hans Martins Bastelseiten auf sauerampfer-online