Ein Kurzwellenaudion mit Röhren DF61 in ECO-Schaltung

  Das 20m-Band läßt grüßen

Der zufällige Blick in eine verstaubte Bastelkiste brachte einige gut abgelagerte Batterieröhren DF61 zum Vorschein. Zwei Stück davon sollten zeigen, was noch in ihnen steckt.
Beim ECO-Audion ist es charakteristisch, daß die Kathode der Audion-Röhre an einer Anzapfung der Schwingkreisspule angeschlossen ist. Bei Röhren mit indirekt geheizter Kathode ist das kein Problem, direkt geheizte Batterieröhren haben jedoch zwei Kathodenanschlüsse, die gleichzeitig die Anschlüsse für die Heizspannung darstellen. Die kann man nicht einfach so zusammenschalten. Drei mögliche Varianten, dieses Dilemma zu umgehen, zeigt das folgende Bild. Alle drei Varianten haben den Nachteil, das Bremsgitter nicht auf Masse legen zu können, da es in der Röhre mit dem negativen Pol des Heizspannungsanschlusses verschaltet ist. Außerdem ist der metallische Lack, der die Röhre umgibt, mit diesem Potential verbunden, was es unmöglich macht, die Röhrenabschirmung auf Massepotential zu legen (im folgenden Schaltplan rot eingezeichnet). Berührungen mit der Hand werden also zwangsläufig zu Veränderungen der Empfangsfrequenz und der Rückkopplung führen.

Ich entschied mich wegen des einfachen Aufbaus der Schwingkreisspule für die Variante 3. Die Lage der Anzapfung am Schwingkreis bzw. die Anzahl der Windungen für die Rückkopplung muß für beste Funktion ausprobiert werden. Auch die verwendete Drossel im Heizungskreis hat Einfluß auf die Empfindlichkeit des Audions.
Ein Audion für Kurzwelle in ECO-Schaltung mit direkt geheizten D-Röhren ist mir aus der Literatur nicht bekannt, so betrachte ich dieses Projekt auch als kleine technische Herausforderung.
Besonderes Augenmerk wurde auf die Optimierung des Arbeitspunktes der Audion-Stufe gelegt.

Empfängerschaltung
Die D-Röhren DF61 erhalten jeweils eine Heizspannung von 1,25 V. Diese wird aus einem 1,2 V Nickel-Metallhydrid Akkumulator gewonnen. Bei einem Heizstrom von 50 mA für beide DF61 zusammen reicht eine Akkuladung für viele Stunden unbekümmerten Experimentierens. Der Akku ist im Spannungsbereich von 1,25 V bis 0,95 V für die DF61-Röhren nutzbar. Sinkt die Heizspannung unter 0,95 V macht sich das durch hörbar geringere Empfangsleistung bemerkbar.
Die Anodenspannung von 72 V wird aus 8 Stück 9 V Blockbatterien in Reihenschaltung erzeugt. Bei den wenigen Milliampere Anodenstrom, die diese Schaltung benötig, halten die Batterien "ewig".

Spannungs-Stabilisierung:
Zur Abstimmung der Empfangsfrequenz wird eine Diode 1N4007 als Kapazitätsdiode benutzt. Dioden 1N4001 bis 1N4006 haben eine wesentlich geringere Kapazitätsvariation als die 1N4007 und eignen sich nicht so gut. Die Abstimmspannung ist mit ZD1 auf 12 V stabilisiert. Der Widerstand R3 engt den Abstimmbereich auf das gewünschte Maß ein.

NF-Stufe:
Den Aufbau des Empfängers beginnt man zweckmäßig mit der NF-Stufe rund um Rö2, der zweiten DF61. Diese Stufe läßt sich später auch zur Optimierung der Audion-Stufe nutzen. Die NF-Stufe ist für Kopfhörerbetrieb vorgesehen. Da hochohmige Kopfhörer kaum noch gehandelt werden, liegt die Verwendung eines preiswerten 16-Ohm Stereo-Kopfhörers nahe. Dessen zwei Hälften werden brutal parallel geschaltet und ergeben nun einen 8 Ohm Mono-Kopfhörer.
Die Anpassung des hochohmigen Ausgangswiderstandes der DF61 an den niederohmigen Kopfhörer übernimmt ein 0,35 VA Miniatur- Netztransformator. Seine 230 V Wicklung befindet sich auf der Anodenseite und die 6 V Wicklung auf der Kopfhörerseite. Der ständig fließende Anodengleichstrom der NF-Endröhre von 1,0 mA bewirkt eine Vormagnetisierung des Eisenkerns mit etwa 15 mW. Dieser Wert ist noch weit genug von der magnetischen Sättigung des Eisenkerns entfernt und die geringe NF-Leistung für die Kopfhörer kann noch problemlos mit übertragen werden.
Zur Kontrolle der NF-Stufe wird ein Oszilloskop parallel zum angesteckten Kopfhörer angeschlossen und ein Sinusgenerator speist einige Millivolt mit etwa 1 kHz über einen Kondensator 10 nF in das Steuergitter der DF61 ein. Es stellt sich ein Anodenstrom von 1,0 mA ein. Dieser verursacht einen Spannungsabfall am Gleichstromwiderstand der Primärwicklung des Ausgangstrafos. Bei einer Betriebsspannung Ub von 72 V werden an der Anode 57 V Gleichspannung gemessen. Der Schirmgitterstrom ist 0,25 mA.

Audion-Stufe:
R6 ist der Arbeitswiderstand von Rö1. An ihm fällt die NF zur Ansteuerung der NF-Endstufe mit Rö2 ab. Ein RC-Glied bestehend aus C10/R7/C12 siebt die NF aus und verhindert eine unerwünschte Verstärkung der HF durch Rö2.
Zu Beginn der Optimierung der Audion-Stufe steht die Ermittlung der Dimensionierung für maximale NF-Verstärkung. Dazu sind der Anodenwiderstand R6 und die Schirmgitterspannung der ersten DF61 zu optimieren. Man schließe also das Oszilloskop wieder parallel zu den Kopfhörern am Ausgang an und speise einige Mikrovolt eines Sinus (etwa 1 kHz) aus dem Sinusgenerator über einen Kondensator 10 nF in das Steuergitter der ersten DF61. Durch wechselseitiges Verändern der Größe des Anodenwiderstandes und der Schirmgitterspannung läßt sich der Arbeitspunkt für maximale NF-Verstärkung leicht finden. Bei meinem Exemplar der DF61 waren ein Anodenwiderstand von 220 k Ohm und eine Schirmgitterspannung von 29 V das Optimum.
Um die 29 V Schirmgitterspannung bei etwa Mittelstellung des Rückkopplungsreglers R8 zu erhalten wurde der Widerstand R9 eingefügt. Er bewirkt gleichzeitig eine Vergrößerung des Einstellbereiches der optimalen Schirmgitterspannung und damit eine leichtere Einstellung der Rückkopplung. Der Anodengleichstrom der Audion-Stufe mit Rö1 lag bei 0,26 mA und der Schirmgitterstrom bei 0,08 mA.

Die HF-Optimierung der Audion-Stufe beginnt mit der Dimensionierung des Schwingkreises. Für hohe Trennschärfe und große Empfindlichkeit ist ein hohes L/C-Verhältnis anzustreben.
Ein kapazitiver Spannungsteiler aus C1 und C2 paßt den 50 Ohm Widerstand der Antenne an den Schwingkreis an.
Für den Abgleich koppelt man ein AM-moduliertes HF-Signal (Meßsender / Grid-Dip-Meter) lose an der Antennenbuchse ein.
Nun versucht man durch Variation der Lage der Spulenanzapfung zur Kathode von Rö1 den Einsatzpunkt der Rückkopplungsschwingung auf den vorher bereits ermittelten Punkt der maximalen NF-Verstärkung zu legen.

Die Vorgehensweise zur doppelten Optimierung von Audion-Schaltungen wurde von DF4NX ausführlich beschrieben und hat sich in der Praxis bewährt.

Mechanischer Aufbau:
Der Aufbau erfolgte auf einer einseitig beschichteten Leiterplatte aus Hartpapier mit den Abmessungen 50 mm x 130 mm. Die darauf befindlichen Bauteile sind ein Sammelsurium aus meiner Bastelkiste.

Layout

+ Bestückungsplan

= Bestückung

Erfahrungen:
Das Audion bringt tagsüber im 20m-Band an 5m Draht als Antenne Amateurfunkstationen in CW und SSB aus ganz Europa zu Gehör. Die Befürchtungen zur Handempfindlichkeit haben sich bestätigt. Ein Einbau in ein metallisches Gehäuse könnte Abhilfe schaffen. Die Röhren DF61 sind nicht klingarm. Leichtes Anklopfen der Röhren mit dem Fingernagel führt zu einem lang anhaltenden Ton im Kopfhörer, der nur langsam leiser wird.
Die Frequenzabstimmung mit der 1N4007 als C-Diode funktioniert zufriedenstellend. Die Rückkopplung setzt nach einigem Probieren mit der Lage der Anzapfung (grüner Draht) nun weich dort ein, wo die Audion-Röhre auch ihre maximale NF-Verstärkung hat. Trotzdem benötigt man eine ruhige Hand, um aus dieser Schaltung im Wechselspiel zwischen Abstimmung und Rückkopplung das Maximum heraus zu holen.
Problematisch war auch die Bereitstellung der Betriebsspannungen der direkt geheizten Röhren. Ich habe es nicht geschafft, 1,25V sauber aus der Netzspannung zu erzeugen - so blieb nur Akkuspeisung übrig. Ebenso war die Anodenspannungserzeugung nur aus Batterien möglich. Der Grund liegt in der hohen Verstärkung beider Stufen und im verseuchten 50 Hz - Netz in meiner Wohnumgebung, welches mit allerlei nicht sinusförmigen Signalen seinem ursprünglichen Verwendungszweck - nämlich der Energieübertragung - immer mehr entfremdet wird.

Das Layout wurde mit Sprint-Layout erstellt und kann als Datei für eigene Anpassungen herunter geladen werden.

Datenblatt DF61 mit Anschlußbild

P.S.
ECO = Electron Coupled Oszillator