Hans Martins Bastelseiten
Mit diesen Radios klingt auch die längste Staumeldung schön Letzte Änderung: 25.1.2024 |
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Leider ist ja der analoge Rundfunk in Deutschland arg auf dem Rückzug. Praktisch alle Mittel- und Langwellensender haben den Dienst eingestellt. Das ist ein herber Rückschlag für die vielen tausend Radiobastler hierzulande. Dennoch lohnt der Bau eines Detektors oder Audions auch weiterhin, denn im näheren Ausland gibt weiterhin jede Menge gut zu empfangender Stationen. Eine Liste aktiver MW- und LW-Sender findet man hier. Zudem gibt es auch auf Kurzwelle hochinteressante analoge Sender, deren Dienste im internationalen Funkverkehr kaum wegzudenken sind! Der Reihe nach: |
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Ein einfaches Mittelwellen-Detektorradio ist erstaunlich schnell aufgebaut. Ich habe dazu den alten Röhrenradio-Drehkondensator verwendet (der schon seit Jahrzehnten ungenutzt in meiner Schublade gelegen hat), eine Hochfrequenz-Spule aus einem alten Kosmos-Elektronikbaukasten, eine Germanium-Diode (OA 180), und einen Kopfhörer (2 Kiloohm Innenwiderstand) zusammengeschaltet, wie es der folgende Schaltplan zeigt: Ein Detektorradio braucht allerdings noch eine Erdung und sowie eine möglichst große Antenne. Als Erdung kann man einfach den Schutzleiter in der Steckdose verwenden, oder die Wasserleitung bzw. Zentralheizung. Als Antenne eignet sich im Prinzip jeder größere, möglichst freistehende Metallgegenstand. Im Prinzip reicht ein langer Draht, oder ein Verlängerungskabel von einigen Metern Länge, das im Wohnzimmer oder im Garten lose über Tischen und Stühlen ausgelegt wird. Ich habe auch erfolgreich das Schienennetz meiner Modelleisenbahn als Antenne verwendet. |
Mit dem Detektor habe ich immer ein recht brauchbares Signal erhalten und konnte hier in Darmstadt gleich auf Anhieb HR-Info auf 594 kHz (jetzt leider auf MW eingestellt) hereinbekommen. Die Nachrichten und das Wetter waren klar und deutlich zu verfolgen, und vor allem war der Empfang abends und nachts erstaunlich gut. Habe mal ein Mikroampermeter mit dem Kopfhörer in Reihe geschaltet, um zu sehen, wieviel Energie mein Detektorradio zwischen dem vielen Stahlbeton in meiner Wohnung eigentlich hereinbekommt. Das Gerät zeigte 0,7 Mikroampere. Das sind an 2 Kiloohm etwa 100 Picowatt. Klingt nach extrem wenig, genügt aber trotzdem für eine gute Lautstärke. Demodulator-Dioden Zwischen den Diodentypen gibt es da erhebliche Unterschiede. Neben der OA 180, eine Germanium-Diode von etwas altmodischer Bauart, habe ich die Silizium-Typen 1 N 4007 und 1 N 4148 getestet, sowie eine weitere Germaniumdiode vom Typ AA 116 und eine Schottky-Diode BAT 45. Mit den Silizium-Dioden gab der Detektor nicht den leisesten Ton von sich. Mit der AA 116 und der BAT 45 funktionierte der Detektor dagegen einwandfrei. Ebenfalls konnte ich mit den Diodensystemen aus der Röhre EABC 80 einen guten Empfang erzielen. Allerdings braucht die Röhre natürlich eine extra Heizspannung. |
Auf die Dauer war mir der Kopfhörer am Ohr dann doch zu lästig. Außerdem war die Senderauswahl bescheiden. Ich habe daher verschiedene Audion-Schaltungen mit und ohne Rückkopplung ausprobiert. Das beste Ergebnis hatte ich mit folgender Schaltung: Als Verstärkerröhre kommt eine Doppeltriode vom Typ ECC 85 zum Einsatz (ECC 81, 82, 83 gehen auch). Empfindlichkeit und Trennschärfe dieses sehr einfachen Audions haben mich positiv überrascht, auch wenn die Empfangsbedingungen bei mir zu Hause alles andere als optimal sind. |
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Die Schaltung rechts im Bild ist aus der einschlägigen Literatur über Audionempfänger wohlbekannt und hat keine Besonderheiten. Das linke der beiden Triodensysteme der ECC 85 ist die eigentliche Audionröhre, die die hereinkommende HF verstärkt und das entstehende Signal demoduliert. Die Rückkopplung wird mit dem 25-Kiloohm-Poti hinter der Rückkoppelspule eingestellt. Das zweite Triodensystem arbeitet als gewöhnlicher NF-Verstärker. Man könnte bei stärker einfallenden Sendern eventuell sogar einen brauchbaren Lautsprecherempfang erzielen, wenn man einen zusätzlichen Ausgangsübertrager in die Anodenleitung der zweiten Triode schaltet. Als Betriebsspannung sind 60 V an sich völlig ausreichend. Ich lasse das Audion bei etwa 120 V laufen, der größeren Lautstärke wegen. |
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Mein Erfahrungsbericht Nach dem ersten Einschalten war ich überrascht: der kleine Apparat ist enorm trennscharf. Bei der Bedienung der Rückkopplung braucht man eine ruhige Hand, aber das lernt sich schnell. Ich hatte abends mindestens 10 verschiedene Sender im Kopfhörer: den SWR1, DLF, einen russischen und jede Menge Franzosen. Das war im Jahr 2008, als die Mittelwelle noch reich mit Sendern bestückt war. Noch mehr Sender hatte ich bei einer Exkursion ins nahegelegene Pfälzer Bergland, auf die ich den fliegenden Aufbau samt Netzgerät mitnahm. Fast auf jeder Frequenz ein Signal, wovon jedoch nur ein Bruchteil mit brauchbarer Tonqualität und Lautstärke hereinkam. Mehr leistet ein moderner Superhet auch nicht. Allerdings zeigte die Schaltung auch einige verbesserungswürdige Tücken. So ließ der Bedienkomfort stark zu wünschen übrig. Wenn ich das Audion auf schwache Sender abstimmen wollte und den Drehko ganz langsam, das heißt, möglichst in 9-kHz-Schritten, dem Frequenzabstand benachbarter Sender auf MW, durchstimmte (Gottseidank hat meiner ein 1:3 Untersetzungsgetriebe!), musste ich gleichzeitig immer auch die Rückkopplung nachstellen. Dadurch verschiebt sich aber wieder die Empfangsfrequenz ein wenig, und man muss erneut am Drehko nachstellen. Bei einem so trennscharfen Empfänger ist das ziemlich lästig. Zudem wird die Tonqualität meistens auch vom charakteristischen Audion-Heulkonzert beeinträchtigt, wenn nämlich die Rückkopplung etwas zu weit aufgedreht ist Außerdem hat man selbst bei optimaler Einstellung einen Pfeifton von 9 kHz im Ohr, wegen der unvermeidlichen Interferenz der Trägerfrequenzen benachbarter Sender. |
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3. Eine verbesserte Audionschaltung mit Variometer-Rückkopplung |
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Die Ursache des
Problems war nach einigen weiteren Versuchen am heimischen
Labortisch klar: der Rückkopplungskreis belastet den
Schwingkreis relativ stark, und damit verstimmt sich die
Empfangsfrequenz, wenn man am Rückkopplungs-Poti dreht.
Außerdem werden die Frequenzen der unerwünschten
Nachbarsender ziemlich effektiv mitverstärkt, so daß
der Pfeifton entsteht. Der Schraubtrieb besteht aus einer 40 mm langen 4-mm-Gewindestange, die ich in die 3,5-mm-Längsbohrung eines 10-mm-Holzstabes getrieben habe. Dieser Stab führt die Schwingkreisspule. Die Schraube selbst ist durch kleine Magnete, die auf einer Stahlscheibe gleiten, spielfrei gegen Längsverschiebung gesichert und trägt an ihrem äußeren Ende den Rückkopplungs-Drehknopf. Spulenkörper und Mechanik habe ich an der Drehbank aus einem kurzen Stück eines alten hölzernen Schaufelstiels hergestellt. |
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Die zerlegte Variometerspule. Eine Drehbank ist von Nutzen, aber nicht unbedingt erforderlich. Habe auch schon gesehen (weiß nicht mehr wo), dass jemand ganz ähnlich einen alten Pritt-Stift umfunktioniert hat. |
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Das Resultat ist vollauf befriedigend. Es bedarf kaum noch einer Veränderung der Rückkopplung, wenn man einen anderen Sender einstellt. Die Rückkopplung brauche ich eigentlich nur dann noch dann nachzustellen, wenn ich eine andere Antenne anschließe. Auch das Interferenzpfeifen ist deutlich angenehmer. Durch Anziehen der Rückkopplung kann man schwache Sender nahezu störungsfrei empfangen, wenn auch z.T. sehr leise. Das mag aber daran liegen, dass meine Antenne aus nur 4 m Kabel besteht, das ich an die Wohnzimmerwand gehängt habe. Empfehlenswert ist ferner ein Einbau der Schaltung in ein kleines Blechgehäuse, um die Handempfindlichkeit zu verringern. Wenn ich die Schaltung eines Tages vielleicht als eigenes Gerät aufbaue, werde ich in jedem Fall noch eine weitere NF-Verstärkerstufe hinzufügen. |
Die verbesserte Schaltung. L1 und L2 sind die beiden Wicklungen des Variometers, deren Abstand und gegenseitige Kopplung mit dem Schraubtrieb eingestellt wird. |
4. Kurzwellen-Pendelaudion mit magnetischem (!) Frequenzwähler |
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Das Resultat eines verregneten Sonntags ist diese Schaltung eines Pendelempfängers für den Kurzwellenbereich. Ein Pendelempfänger ist nichts als ein HF-Oszillator, der ständig zwischen dem schwingenden und dem nicht-schwingenden Zustand hin- und her wechselt, pendelt. In vorliegenden Fall etwa 30.000 Mal pro Sekunde. Jedesmal, wenn der Oszillator neu anschwingt, ist er für Wellen aus dem Äther ganz besonders empfänglich. Eine einstellbare Rückkopplung, die man wie beim gewöhnlichen Audion von Hand auf die kritische Stärke einstellen muss, gibt es beim Pendler nicht. Allerdings dauert das Anschwingen und Abreißen der Schwingungen ungefähr 50 bis 100 Perioden. Daher ist der Pendler auf Mittelwelle schwierig zu realisieren. Man müsste hier die Pendelfrequenz in den hörbaren Frequenzbereich legen. Es würde entsetzlich heulen! Bei Kurzwelle ist das aber kein Problem, da man die Pendelfrequenz ohne Schwierigkeiten über die Hörgrenze von 20 kHz legen kann. Mein Ziel war zunächst das 21-Meter-Band. Ich hoffte, hier Signale von allgegenwärtigen RFID-Chipkartenlesern und ferngesteuerten Garagentoröffnern hier in der Umgebung zu empfangen, auf 13,56 MHz, als Funktionsbeweis meines neuen Audions. Allerdings musste ich bei meinen ersten Experimenten feststellen, dass die Frequenzwahl auf Kurzwelle ganz besonders knifflig ist. Ohne Oszi wäre ich nicht zum Ziel gekommen. Die Stationen liegen so eng beisammen, dass man den Drehkondensator kaum präzise und dauerhaft darauf abgleichen kann, ganz zu schweigen von der berüchtigten "Handempfindlichkeit", die fliegenden Aufbauten nun einmal zueigen ist. Daher habe ich hier eine "magnetische" Abstimm-Methode ersonnen, die wesentlich feiner ist als die "mechanische". Mit meiner 2 Meter langen Drahtantenne, die ich im Wohnzimmer verlegt hatte, konnte ich zwar keinen einzigen Garagentoröffner identifizieren, hatte aber sogleich ein ganze Reihe von italienischen, kroatischen, russischen Stationen bei 14 und zwischen 15,0 und 15,7 MHz im Hörer. Wenn der Pendelempfänger arbeitet, hört man zunächst ein deutliches Rauschen im Hörer. Das ist sehr wichtig, wenn es nicht rauscht, funktioniert der Empfang nicht. Wenn ich nun einen Sender einstelle, und sei er noch so schwach, dann setzt das Rauschen plötzlich aus. Ich kann dann ein wenn auch bisweilen stark verzerrtes Sprachsignal vernehmen. Mir ist mehrfach aufgefallen, dass italienisch und französisch im Pendler am besten zu verstehen sind. Deutsch, englisch, russisch und andere osteuropäische Sprachen machen dagegen echte Schwierigkeiten. Vielleicht trügt mich mein Eindruck. Doch schon Verdi und Puccini mögen das als Opernkomponisten zu nutzen gewusst haben, um ihren Librettos gegen die Hintergrundgeräusche eines hustenden und schniefenden Opernpublikums angemessene Geltung zu verschaffen. |
Die Schaltung: die Ferritspule L1 sowie die Kondensatoren C2 und C3 bestimmen die Empfangsfrequenz. Die linke Triode arbeitet für die HF in Gitter-Basisschaltung. Ohne das RC-Gleid aus R2 und C4 vor dem Gitter wäre das ein ganz solider, äußerst toleranter HF-Oszillator. Durch das RC-Glied wird er aber immer wieder abgewürgt, etwa alle 30 µs, um dann wieder von Neuem anzuschwingen. So kommt das Pendeln zustande. Die demodulierte Spannung wird am 1kΩ-Katodenwiderstand (unter der 330 μH-Drossel) abgegriffen. Durch das RC-Glied 4,7 kΩ/18 nF wird die Pendelspannung ausgefiltert, so dass schließlich das niederfrequente Tonsignal an das Gitter der zweiten Triode gelangt, dort nochmals verstärkt und dem Kopfhörer zugeführt wird. |
Der fliegende Aufbau des Pendelaudions. Rechts die dicke zylindrische Feldspule L2, die den Ferritkern der Schwingkreisspule L1 vormagnetisiert. So funktioniert die Abstimmung: Die Empfangsfrequenz wird über den Gleichstrom eingestellt, der durch die Feldspule fließt. Je höher dieser Strom ist, desto stärker wird der Ferritkern der HF-Spule vormagnetisiert. Dadurch nehmen die Permeabilität des Kernmaterials sowie die Induktivität der Schwingkreisspule L2 ab, die Resonanzfrequenz steigt. Ich kann das Audion zwischen 12 und 17 MHz abgleichen, auf wenige Kilohertz genau. Ich muss mich dazu nicht in die Nähe des Audions begeben, wo Streukapazitäten lauern, sondern kann das vom fernen Regler meines stabilisierten Labornetzgeräts aus tun. |
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Ein Blick in die Feldspule: hier sitzt die winzige Schwingkreisspule mit ihrem Ferritring, die mit einem Stück Lochrasterplatte und etwas doppelseitigem Klebeband im Zentrum der Feldspule angebracht wird, wo das Feld am intensivsten ist. Eine ringförmige Schwinkreisspule ist zweckmäßig, damit die Feldspule möglichst nicht induktiv ankoppelt und den Schwingkreis bedämpft. Andere Fequenzbereiche sind kein
Problem. Einfach die Windungszahl, die Größe des
Ferritkerns oder die Kondensatoren im Schwingkreis anpassen. |
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Hier das Oszillogramm im Betrieb. Oben: die an- und abschwellende HF an der Anode der Audionröhre. Unten: die Reste der Pendelfrequenz an der Anode der zweiten Triode, die nur zur NF-Verstärkung dient. Zeitbasis: 10 µs pro Teilung. |
Um die KW-Frequenz zu messen, auf der das Pendelaudion arbeitet, schaue ich mir am Digitaloszi im FFT-Modus das Spektrum des HF-Signals an. Dieses Signal hier kommt bei ziemlich genau 15,00 MHz herein. |
5. Ein Audion für Langwelle - mit Null Volt Betriebsspannung |
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Fliegender Aufbau Wieviel Betriebsspannung braucht ein Röhrenradio, sagen wir, ein einfaches Audion ? 100 Volt, oder reichen auch 60 ? Meine Versuche, das folgende Audion bei immer niedrigerer Spannung zu betreiben, haben bei Null geendet. Lebt das Perpetuum Mobile vielleicht doch? Nein, tut es nicht, denn geheizt werden muss die EF 89, die ich hier verwendete, immer noch. Die Energie für die Rückkopplung kommt vom thermischen Anlaufstrom. |
Der Schaltplan Die Spulen L1 und L2 bilden mit dem 500-pF-Drehko den Schwingkreis. Mit ein paar Ferritstiften wird der Frequenzbereich auf 150 bis 280 kHz eingestellt, Langwelle. Die Rückkopplung erfolgt über den Doppeldrehko mit 1000 pF. Das Audion ist die bekannte ECO-Schaltung. Die Drossel in der Kathodenleitung ist für den Anlaufstrom von 30 bis 40 µA kein Hindernis. Die Anode liegt gemeinsam mit dem Schirmgitter über den Hörer auf Masse. Die Anodenspannung ist praktisch gleich Null. Trotzdem fließt Strom, der sich sogar mit der Gitterspannung steuern läßt. |
Das Audion schwingt
Damit Sie es glauben, habe ich zwei Oszillogramme aufgenommen. Oben: ein moduliertes Empfangssignal bei ca. 108 kHz; unten: wenn man die Rückkopplung voll aufdreht, dann pfeift das Audion wie ein ganz Gewöhnliches. 185 mV HF-Spannung mit 194.5 kHz liegen am Schwingkreis. Der Trick ist die hohe Güte des Schwingkreises, dessen Induktivitäten (zum Teil) mit HF-Litze gewickelt sind. Ganz ähnliche Versuche gibt es in der Bastelecke von Burkhard Kainka. |
Wieso das funktioniert Die Kennline der EF89 zeigt, wie es geht. Das Diagramm wurde bei extrem niedrigen Anoden- und Gitterspannungen aufgenommen, im Anlaufstromgebiet, und ist ein wenig erklärungsbedürftig. Die schwarzen Linien zeigen den Anodenstrom als Funktion der Anodenspannung bei verschiedenen Gitterspannungen Ug1 = −1,5, −1,25,...,0 V, und zwar für sehr kleine Anodenspannungen zwischen Ua = −1,5 und +0,5 V. Der Arbeitspunkt: Die roten Linien sind der Strom am Steuergitter, aber erst mal zurück zu den schwarzen Kurven. Bei Ua=0 V und einer Gitterspannung Ug1 = −0,5V fließen etwa Ia = 1,5 10-5 A = 15 µA Anodenstrom, bei −0,25 V sind es schon 60 µA. Die Steilheit der EF 89 bei 0 V Anodenspannung ist also
(60µA −15µA)/(0,5V−0,25 V) = 0,18mA/V. Das ist ein beachtlicher Wert! Die DF 67 in diesem Oszillator hat nur 0,1 mA/V. Der Gittervorwiderstand muss allerdings genau passen, damit die Röhre im richtigen Arbeitspunkt ist. 100 kΩ waren hier o.k.: bei Ug1 = −0,3 V fließen 3 µA Gitterstrom. Mit einer EF 86 oder EF 184 ging es auch. Das Anlaufstromgebiet sieht wohl ähnlich aus. Mit der PCF 82 hatte ich aber Pech. Trotz hohem Anlaufstrom kam das Audion nicht ins Schwingen. |
6. Experimente mit einer Röhrenmischstufe - der erste Schritt zum Superhet |
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Zuerst: Trockenübungen Der Aufbau eines richtigen Superhet-Empfänger wird in Jogis Röhrenbude vorgestellt. Das ist aufwändig. Aber eine gut funktionierende Mischstufe, ist mit der Mischheptode ECH 81 nicht schwer. Man benötigt dazu einen, besser zwei Doppeldrehkondensatoren. Die nötigen Spulen habe ich mir selbst gewickelt. Hier der fliegende Schaltungsaufbau des Mischers: Die Heptode überlagert dank der beiden Steuergitter das Eingangssignal mit einer Frequenz zwischen 570 und 1600 kHz und das Oszillatorsignal. Diese erzeugt man mit der Triode. Die Frequenz des Oszillators ist um die Zwischenfrequenz höher als die Eingangsfrequenz, sagen wir, etwa 700 bis 2000 kHz. Da ich anfangs die Zwischenfrequenz nicht festlegen wollte - irgendwo zwischen 100 und 500 kHz sollte sie liegen - habe ich die Oszillatorfrequenz mit einem verstellbarem Ferritkern in der Oszillatorspule L2 veränderlich gemacht. Hier mein Schaltplan:
Der Oszillator hat eine Topfspule mit zwei Wicklungen von 30 und 90 Windungen. Die Induktivität ist ca. 180 µH. Wichtig ist, dass die Schwingungen im ganzen Frequenzbereich nicht abbrechen. Der Hersteller hat im Datenblatt der ECH 81 eine Dimensionierung vorgeschlagen. Daran habe ich mich weitgehend gehalten. Der Eingangskreis hat eine 150-µH-Luftspule mit 75 Windungen und 2,5 cm Durchmesser. Sie ist mit dem zweiten System des Doppeldrehkos von 2 mal 500 pF und einem 60-pF-Trimmer gekoppelt. Im Zwischenfrequenzkreis habe ich verschiedene zylindrische Luftpulen zwischen 580 µH und 1,8 mH ausprobiert. Auch hier habe ich einen 500 pF-Kondensator parallelgeschaltet. Den habe ich in eine Plastikbox eingebaut und nach außen isoliert, da er an der Anode der ECH liegt. Die Frequenz ist zwischen 280 und 520 kHz einstellbar.Nach dem Einschalten lief der Oszillator sofort los. Und auch die Heptode tat was sie sollte. Einen Detektor noch dazu: ich habe außerdem noch einen zweiten ZF-Kreis dazugestellt, mit einer Demodulatordiode OA 180 und einem Hörer. Im Grunde ist das ein Detektor, der auf die ZF abgestimmt ist, die der Mischer erzeugt. Jetzt ist es ein Superhet-Detektor, der tatsächlich ein Radioprogramm wiedergeben kann. |
Der Mischer im Betrieb: Ein Mischer braucht auch etwas zum Mischen, nämlich ein HF-Signal. Das liefert hier dieser MW-Wobbeloszillator. Der ist auf dem Steckbrett leicht aufzubauen. Wer natürlich einen veritablen Labor-Prüfsender sein Eigen nennen darf, der möge ihn nun stolz aus dem Schrank nehmen. Zur besseren Übersicht habe ich im Bild markiert, was welche Spule ist. Das auf dem blauen Steckbrett ist der Wobbeloszillator mit Senderspule, Ferritkern und Elektromagnet. Rechts auf dem Steckbrett steht die Eingangsspule, die rein induktiv ein Signal aus dem Streufeld der Sendespule aufnimmt. Darüber die Oszillatorspule. Und ganz rechts die großen beiden Flachspulen des ZF-Kreises. Diese bilden einen einfachen Bandfilter für 310 kHz. Sechs Spulen, zwei Doppeldrehkos und einen Einfach-Drehko in einem Versuchsaufbau! Das ist auch für mich bisher der absolute Rekord bei einer Bastelsitzung. Hier nun das Ganze in der spektralen Darstellung. Die Linien bei 310 und 1150 kHz sind klar zu sehen: Wenn der Sender gewobbelt wird, dann sieht man, dass die ZF-Amplitude bei der eingestellten Frequenz in die Höhe schnellt, wie es sein soll. |
Hans Martin Sauer 2016-2020 |