19.11.2023, 11:23
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 19.11.2023, 17:05 von Antennenking.)
Hallo Röhren Besitzer, RPG-Interessenten,
heute möchte ich einen von mir entwickelten RPG-Bausatz vorstellen.
Der erste Versuchs-Aufbau eines Bausatzes für RPG ist getestet und funktionsbereit.
Mein Ziel mit diesem Beitrag soll es sein, mit einfachen Bausätzen, Modulen und digitalen Panelmetern ein modernes Röhrenmessgerät auch durch Anfänger aufzubauen. Wer dann noch einige Euro einsetzt, kann Optionen wie z. B. einen Kennlinienschreiber mit PC-Schnittstelle, eine Gleichrichter- Röhren-Messung oder einen Elektrodentest mit einbauen.
Ich habe mich über mehrere Jahre damit beschäftigt, Baugruppen, Kits mit allen Bauteilen, unbestückte gelochte fertig geätzte Leiterplatten zu bestellen, zusammenzubauen, zu testen und zu himmeln!!
Die Bausatz-Grundidee
Verwendet werden soll vorhandenes Material, Anoden-Heiztrafos und Fassungen aus der Bastelkiste. Fast keine Platinen soll selbst erfunden, gezeichnet oder zur Herstellung beauftragt werden, sondern fertige, unbestückte Platinen sollen gekauft, selbst bestückt, oder als „KIT“= Bausatz bestellt und selbst komplettiert werden.
Für einen RBF-Kollegen hatte ich ein TTG 359 von Nordmende zum Umbau für ein RPG vorgesehen. Dort wurde eine EL86 als Längsregler für die Anodenspannung mit weiteren Stabi-Regel-Röhren verwendet. Die G1-Spannung war auch schon regelbar vorhanden. Die Heizspannung von 6,3V bei 2 A ist eine sehr gute Ausgangsbasis.
Eigentlich schon das halbe RPG, dachte ich ganz am Anfang. Um die xx Wochen Entwicklung / Bauzeit für den TTG abzukürzen, die mechanische Konstruktion, der innere Aufbau, waren nicht geeignet um all die notwendigen Platinen, Baugruppen, Panelmeter geordnet aufzunehmen.
TTG 359 Netz-Trafo und EL86 habe ich für diesen RPG-Bausatz-Versuchs-Aufbau verwendet.
Inhaltsverzeichnis
1. Vorstellung Röhren-Mess-Varianten und Hinweise
2. Funktionsweise der statischen Röhrenmessung
2.1 Gepulste Arbeitsweise der Röhrenmessung
2.1.1 Vorteil
2.1.2 Nachteil
2.2 Röhren-Vorheizung
2.3 Dynamische Messung
2.4 Analoge und µ-Prozessor-gesteuerte Röhren-Messgeräte
3. Anodenspannung: Regelung mit Röhre, Mosfet als Längsregler, Kit selbst bestücken
4. G2-Spannung: Beispiel DC/DC-Aufwärtswandler-Modul
5. Röhren-Heizung: Trafo aus dem Bestand, Regelmodul fertig bestück, U=min/max. abhängig vom Trafo
6. G1-Modul: fertig bestückte Platine mit Graetz-Brücke, Elko, G1-Spannung abhängig vom vorhandenen Trafo, 10-Gang-Poti
7. Digitale Panelmeter: fertige Panelmeter für U-Anode, I-Anode, umschaltbar, U/I-G2, U-G1, Heizung U/I
7.1 Nachteile analoge U/I-Instrumente
7.2 digitale Anzeige Instrumente (Panelmeter)
7.3 Vorteil digitale Panelmeter
7.3 Nachteil digitale Panelmeter
8. Potentialfreie Arbeitsspannungen: 5 Panelmeter mit 5 verschiedenen Spannungen
9. Fassungsmatrix
10. Elektrodentest zwischen den einzelnen Röhren-Elektroden
11. Optionen zum RPG-Bausatz
11.1 Gleichrichter-Messungen
11.2 Kennlinien-Modul
12. Kalibrierung von digitalen Panelmetern
13. Übersichts-Schaltplan
14. Bilder, Draufsicht RPG-Bausatz, Erläuterungen
15. Bilder Optionen Draufsicht, Erläuterungen
16. Beschreibung der Interims-Frontplatte
Beschreibung des RPG-Bausatzes
1. Vorstellung Röhren-Mess-Varianten und Hinweise
Ab Punkt 2 möchte ich zuerst die Röhren-Prüf-Varianten Hinweise vorstellen
2. Funktionsweise der statischen Röhrenmessung
Das statische Röhrenmessverfahren ist das genaueste Röhrenmessverfahren von allen. Es werden exakt die Spannungen an die Röhrenelektroden gelegt, die auch im praktischen Einsatz vorkommen (Hersteller-Referenzen). Wie bei allen Messverfahren ist eine Grundgenauigkeit der Messung erreichbar, das Messgerät eich- und überprüfbar und das Messergebnis weitgehend vom Messgerät unabhängig. Die Spannungen werden entweder elektronisch stabilisiert oder ständig kontrolliert und von Hand nachgeregelt.
Das ist die typische Schaltung für die statische Röhrenmessung. Alle Spannungen sind regelbar, werden durch Instrumente angezeigt und entsprechen den tatsächlichen Gleichstromverhältnissen in der üblichen Schaltung. Der wichtigste Messwert für die Systembeurteilung ist der Anodenstrom.
2.1 Gepulste Messung-Arbeitsweise der Röhrenmessung
Die Messungen werden im Impulsmodus mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Sekunden durchgeführt. Die Datenerfassungszeit ist sehr kurz, 800 μS (0,0008 Sekunden).
Zwischen den Messfenstern befindet sich das Gitter 1 auf einem sehr negativen Potential und die Röhre befindet sich im Zustand blockiert (Cut-off), ihre Verlustleistung ist nahezu null. Diese Betriebsart ermöglicht einen geringen Stromverbrauch.
Durch die intern erzeugten gepulsten Spannungen (Anode - G1 und G2) sind keine schweren und teuren Transformatoren (450 V / 340 mA) erforderlich. Ein mit 12 MHz getakteter Mikroprozessor-PIC führt Erfassungen, Messungen und Management durch, Fehleranalyse und Kontrolle der angezeigten Messwerte erfolgt in der LCD-Anzeige. Auszug aus dem Franzosen Manual, übersetzt in Deutsch vom RPG-Bausatz „DuoVac“.
2.1.1 Vorteil der gepulsten Messung
Beide Verfahren haben ihre Notwendigkeit. Bei der PL500-509 steht in meinem TFK-Taschenbuch von 1968: Messungen nur im Impulsbetrieb zulässig.
Die Röhre wird nicht durch dauerhaft anliegen Anodenstrom belastet. Damit ist das Verfahren für Röhren in „Impulsschaltung“ gut geeignet. Die „Mess-Energie“ wird von einem Booster-Kondensator als Stoß-Entladung zur Verfügung gestellt.
Ein weiterer Vorteil ist das geringe Gewicht der Platinen im RPG, weil keine schweren Anoden- und G2-Trafos notwendig sind. Die modernen µ-Prozessor-gesteuerten RPG sind deshalb kleiner im Aufbau und wesentlich leichter als alte Funke, Neuberger, Russen, USA, Eigenbauten usw..
2.1.2 Nachteil der gepulsten Messung
Die Leiterplatten müssen fertig oder als Bausatz zum Bestücken gekauft werden. Es ist fast immer Software notwendig und für den Anfänger-Bastler somit nicht immer einfach herstell- oder umsetzbar.
2.2 Röhren Vorheizung
Eine Röhre ist ein thermoelektrisches Element, mit anderen Worten, die elektrischen Werte sind abhängig von der Temperatur der Röhre. Um beim Messen "genaue" Werte zu messen, sollte man die Messung in einer U/I-Umgebung, die dem tatsächlichen Einsatz entspricht, vornehmen.
Dabei gibt es Unterschiede, ob die Röhre dynamisch oder statisch betrieben wird.
Messen sollte man deshalb, wenn der stabile Betriebszustand erreicht ist, so dass die Wärme, welche bei maximalem Anodenstrom entsteht, aufgebaut ist.
Es gibt dutzende Betrachtungen zur Vorwärmung von Röhren. Selbst bei der Röhren-Herstellung wurden die Röhren bei Endprüfung „vorgeheizt“.
In einen Test mit meinem Röhren-Messgeräte-Freund hatte ich 20% höhere Anodenstromwerte als er mit dem USA-Röhren-Messgerät Amplitrex AT100. Bei der Überprüfung stellte sich heraus, dass die Heiz-Zeit auf 45 Sekunden am AT100 bei der EL34 eingestellt war. Anschließende Vergleichs-Messungen haben für die EL34 eine minimale Aufheizzeit ca. 3 Minuten ergeben. Dann stimmten auch die Mess-Ergebnisse mit dem RoeTest, Franzosen, Amplitrex AT100 usw. überein. Alte Röhren-Experten sagen nicht umsonst: Wenn die Röhre ins Schwitzen kommt, zeigt sie ihre wahren Ergebnisse.
Fazit: Egal ob gepulst oder statisch mit echter Strom-Belastung gemessen wird, die Länge der Aufheizzeit ist abhängig von der Stromaufnahme und somit mit zu bedenken!!
2.3 Dynamische Messung
Aufwändiger ist die Messung der Steilheit, da wenigstens bei zwei verschiedenen Gittervorspannungen der Anodenstrom gemessen werden muss. Die Steilheit ist der Quotient aus Anodenstromänderung und Gitterspannungsänderung. Das macht heute ein Kennlinienschreiber, je nach Anzahl der G1-Spannungen, in Sekunden.
2.4 Analoge und µ-Prozessor-gesteuerte Röhren-Messgeräte
https://radio-bastler.de/forum/showthread.php?tid=17271
Die oben genannten Gründe haben mich bestärkt, die statische Messung als Basis für einen RPG-Bausatz für RPG-Anfänger anzuwenden. Im RoeTest wird auch die statische Messung verwendet.
3. Erläuterungen zur Baugruppe Anoden-Spannung
Für die Anodenspannung stehen mehrere Schaltungs-Varianten aus meinem PC zur Verfügung. Als Referenzspannung werden Z-Dioden, LR-8 mit HV-Leistungsregler und Differenzverstärker eingesetzt.
Ich habe viele Kits und Schaltungen selbst aufgebaut und ausprobiert.
Abhängig von min/max. benötigten Anodenströmen- und Spannungen sind verschiedene Platinen als unbestückte Platine oder KIT (Bausatz) im Angebot. Es können Röhren, Mosfet oder Transistoren als Längsregler ausgewählt werden. Ein Blick in die Bastelkiste hilft.
Teilweise sind Bauteile oder Baugruppen inzwischen schon abgekündigt und ich musste Ersatz suchen.
Ja und dann kommt da noch die China-Bucht ins Spiel. Aber was taugen bzw. können die Bausätze oder auch schon fertig bestückte Module? Als Röhrenbesitzer habe ich viele Stunden gesucht und bin fündig geworden. Einen kleinen Bausatz mit allen Bauteilen zum selbst löten habe ich gefunden. Der Bausatz regelt die Ua von 100 - 300 V. Die Gleichrichtung erfolgt als Einweg-Brückenschaltung oder als Zweiweg-Schaltung unter Wegfall von 2 Dioden.
Die Gleichrichtung, Siebung, Regelung und Stabilisierung ist auf der Platine komplett vorhanden. Die Besonderheit ist, dass der Längsregler durch Röhren oder mit Mosfet aufgebaut werden kann. Die Platine habe ich mit den vorher von mir geprüften Bauteilen in ca. 20 Min. fertiggestellt.
Anodenbaustein 4 x Schaltbilder.jpg (Größe: 75,7 KB / Downloads: 310)
Als Längsregler können verschiedene Röhren, siehe Zeichnungen, nach benötigten Ia oder eine Mosfet-Variante eingesetzt werden.
Zur Erhöhung des DC-Ausgangstromes können die Röhren-Elektroden (Anode, G2 + G1) der Röhren-Längsregler einfach parallel geschalten werden. Das habe ich auch im Versuchs-Aufbau schon vorgesehen. Die EL 86 sind natürlich viel zu schade als Ua-Quelle. Im weiteren Test werde ich die PLx einsetzen. Davon habe ich größere Stückzahlen.
Eine Röhre als Längsregler hat den Vorteil, dass sie bei einer Fehlbeschaltung (Kurzschluss) mehr aushält als Halbleiter. Ein Mosfet ist bei Kurzschluss in den Anoden oder im Kathodenkreis tot. Auch die Mosfet-Strom-Begrenzungsschaltungen sind meistens nicht so schnell wie der Mosfet selbst.
Weitere Platinen-Vorstellungen sprengen hier den Beitrag. Wer nicht löten will, fertige Anoden-Spannungs-Platinen habe ich auch im Angebot.
4. Erläuterungen zur Baugruppe Regelbare Schirmgitter Spannung G2
Einige Kollegen haben die Anoden-Spannung benutzt und die G2-Spannung über ein belastbares Draht-Poti herunter geregelt. Das geht aber bei einer EL 34 nicht. Die EL34 benötigt für die G2-Spannung 265V und für die Ua nur 250 V. Deshalb sollte die G2 immer separat frei einstellbar erzeugt werden.
Als G2-Modul verwende ich DC/DC-Aufwärtswandler. Die Eingangsspannung ist variabel und bei 12-15 V IN regelt das Modul auf 50 bis ca. 400 V. Der vorhandene Platinen-Trimmer wird gegen ein 10-Gang-Poti ausgetauscht.
Somit ist eine stetige steigende oder fallende Einstellung der G2-Spannung sehr genau möglich. Für G2 werden max. 20 mA benötigt. Das schafft der DC/DC-Regler ohne Probleme. Er hat auch noch einen zuschaltbaren höheren Input, das wird aber in Wärme umgewandelt.
5. Erläuterungen zur Baugruppe Röhren Heizung:
Übersicht Röhrenkennung: Erster Röhren-Buchstabe, Art der Heizung
Für P/U-Röhren gibt es verschiedene DC/DC-Ab-Aufwärtsregler. Das ist abhängig vom vorhandenen Anoden-Trafo und dessen Heiz-Wicklungen. Sehr viele Netz-Trafos haben die 6,3 V als Standard und zusätzlich eine 4-V-Wicklung. Beide Wicklungen phasenrichtig zusammengeschaltet, kommen dort bei jetzt IN 230V ca. 11 – 13 V AC heraus. Das ist eine gute Basis für einen Aufwärtsregler. Die AC 11 – 13 V wird mit fertigen Graetz-Platinen auf DC gewandelt. Bei einem Mittelwert 12 V x 1,4 DC-Faktor kommen dann ca. 17 V DC aus der Graetz-Platine. Die Platinen gibt es in 3 und 8 A. Für uns reicht die kleine mit 3 A und kostet ca. 0,80 € ohne Versand.
2 Grätzbrücke 3 8A.jpg (Größe: 35,82 KB / Downloads: 300)
Die jetzt vorhandene 17 V DC speist einen 200-W-DC/DC-Boost-Aufwärtswandler regelbar abhängig vom „IN“ bis 62 V. Der DC/DC-Konverter kann im IN 6 – 35 V und im Out 6 – 62 V. Auch hier wird der vorhandene Trimmer gegen ein 10-Gang-Poti ausgetauscht. Somit steht jetzt für P/U-Röhren ein Bereich von 17 – 62 V für die Heizung zur Verfügung. Eine Belastung mit 300/100 mA ist kein Problem.
China Aufwärtsregler 62V.jpg (Größe: 53,69 KB / Downloads: 302)
Wenn jetzt noch eine Spannungs-Lücke für P-Röhren unterhalb von 17 V entsteht (abhängig von den vorhandenen AC-Kleinspannungen), könnten hier Auf-Abwärts-Regler benutzt werden, um die Lücke zu füllen. Dafür habe ich andere kleine DC-Abwärtswandler.
DC/DC-Spannungsverdoppler-Reduzierer komplett Platine
Nach Fertigstellung dieses Beitrages habe ich noch eine Platine gefunden. Diese Platine könnte die oben beschriebene Variante A+B ersetzen. Das Modul habe ich bestellt, Test mit Bericht kommt, wenn vorhanden.
Die Eingangsspannung liegt im Bereich von DC 5 V – 30 V. Die Ausgangsspannung ist von DC 1,5V – 30 V einstellbar. Der Ausgangsstrom beträgt max.8 A!!
Bild1.jpg (Größe: 22,91 KB / Downloads: 300)
Der DC/DC Konverter besteht aus zwei Gruppen:
Die erste Gruppe funktioniert wie ein Schaltnetzwerk (Zerrhacker) (bzw. wie ein „Trafo“, bildlich gesehen). Durch die hohe Taktfrequenz spart die Schaltung massig an Kupferwicklungen und Eisen. Sie hat die Aufgabe die Eingangsspannung 5 V – 30 V auf =30 V zu heben (hochgewandelt).
Die zweite Gruppe hat die Aufgabe die 30 V mittels „Einsteller“ P1 P2 je nach Vorgabe die Ausgangsspannung herunterzustellen (Abwärtswandler) von 30 V – 1,5 V.
Umgangssprachlich würde man sagen runterregeln, was aber falsch ist, weil es nicht geregelt wird, sondern eingestellt wird.
Die zweite Gruppe hat aber noch zusätzliche Funktionen, z. B. eine voreingestellte Ausgangsspannung zu stabilisieren (regeln).
Eine zweite wichtige Aufgabe, den Ausgangsstrom zu begrenzen, je nach Vorgabe.
Erhöht sich der Strom und übersteigt den Wert, dann wird automatisch die Spannung herabgeregelt, steigt der Strom weiter an, dann regelt der Konverter die Spannung automatisch noch weiter ab bis zum Richtwert.
Unten links ist eine „Soft-Switch“ Option. Damit kann der Sanft-Anlauf bei stromfressenden Röhren (AL4) eingeschalten werden.
Ein hochwertiges Labor-Netzteil kostet schnell viele Euro. Bei dieser Lösung kann man ein relativ hochwertiges und kostengünstiges Labornetzteil selber bauen.
Ein Wehmutstropfen hat diese Platine, keine Spannungen von 0 V – 1,5 V. Das kann dieser Baustein nicht!!!
6. G1- Steuer Gitterspannung
Hier kommt es auf den Wunsch des RGP-Betreibers an. Welche G1-Größe wird benötigt? Wenn die vorhandene 4 / 6,3V-Wicklung benutzt wird, werden es nur ca. 17 V DC negative G1-Spannung.
3 x zusammen G1 U.jpg (Größe: 33,96 KB / Downloads: 299)
Für einen größeren G1-Bereich ist eine AC von min. 20 V erforderlich. Wenn als Option der Kennlinienschreiber eingebaut wird, ist eine AC von 24 V in der Option vorhanden. Damit könnten es dann ca. 34 V / DC-G1 werden. Eine Platine dafür gibt es nur für die AC/DC-Gleichrichtung. Ein 10 – 20K Poti kann als 10-Gang ausgeführt werden. Damit lassen sich die G1-Spannungen sehr genau einstellen. Wegen der negativen Polarität wird das Panelmeter anders beschaltet.
In meinem PC sind noch weitere Varianten ohne zusätzliche Trafowicklung, aus des Anodenwicklung des Netztrafos.
7. Analoge / digitale Anzeige Instrumente:
Für ein modernes RPG sind je nach Optionen mehrere Messinstrumente erforderlich. Der Einsatz von analogen Zeiger-Instrumenten ist nicht mehr zeitgemäß und vergrößert den Platzbedarf zu Lasten der Übersicht auf der Frontplatte. Das Einstellen einer EL84 von -7,3 V / G1 Spannung ist schon eine Schätzung auf den groben Strich-Skalen. Mit den kleinen Panelmetern, also der digitalen Anzeige von den Chinesen geht das ohne Probleme und ist durch die innere Beleuchtung auch aus 1 Meter Entfernung gut ablesbar!
7.1 Nachteile analoge U/I-Instrumente
Sie sind bruch-stoß-fall-empfindlich und teilweise schon sehr alt mit der Gefahr von Zinkpest. Für eine hohe Ablesegenauigkeit ist je nach Betrachtungs-Winkel eine Spiegelskala erforderlich. Die Linearität ist über den gesamten Anzeige-Bereich gering, eine Reparatur nur mit speziellen Fachkenntnissen möglich.
7.2 digitale Anzeige Instrumente (Panelmeter)
Bei den digitalen Panelmetern gibt es verschiedene Preisklassen und somit Qualitäts-Unterschiede. Die einfachen meist rot / blauen liegen jetzt um 1-2 €. Die verwende ich für die Spannungsanzeige Anode, G2, Heizung mit Stromanzeige. Für den Anodenstrom und die negative G1-Messung nehme ich eine höhere Preisklasse (bessere Linearität und Ablesegenauigkeit). Zur besseren Mess-Auflösung wird der Anodenstrom Bereich in 20 mA / 200 mA umschaltbar ausgeführt. Somit ist auch im Bereich 20 mA eine Darstellung mit 2 Stellen nach rechts bei der ECC81-85 möglich.
7.3 Vorteil digitale Panelmeter
Die digitalen Panelmeter sind beleuchtet, dadurch ist sehr gutes Ablesen der Zahlen und somit sofortige Erkenntnis, ob die Röhre etwas taugt, möglich. Der Ablesewinkel ist unwichtig, die Zahlen sind auch aus höherer Entfernung erkennbar. Das Gehirn verarbeitet die Zahlen sofort, anders bei analogen Instrumenten, wo zwischen den Strichen geschätzt oder zum anderen Skalen-Bereichen erst umgerechnet werden muss.
7.4 Nachteil digitaler Panelmeter
Es ist eine absolute Potential-Trennung der verschiedenen +/- Versorgungs-Betriebsspannungen notwendig.
Entsprechend des Inhalsverzeichnis kommen die Punkte 8-16 im 2.Teil meines Beitrages.
In Osterode habe ich den Bausatz vorgestellt. Steffen Pauli hat mich im Gespräch gefilmt und einen Film zusammengestellt. Der Link kommt am Ende 2. Beitrages.
Geht gleich weiter
Dessau-Roßlau, November 2023
Dieter König
heute möchte ich einen von mir entwickelten RPG-Bausatz vorstellen.
Der erste Versuchs-Aufbau eines Bausatzes für RPG ist getestet und funktionsbereit.
Mein Ziel mit diesem Beitrag soll es sein, mit einfachen Bausätzen, Modulen und digitalen Panelmetern ein modernes Röhrenmessgerät auch durch Anfänger aufzubauen. Wer dann noch einige Euro einsetzt, kann Optionen wie z. B. einen Kennlinienschreiber mit PC-Schnittstelle, eine Gleichrichter- Röhren-Messung oder einen Elektrodentest mit einbauen.
Ich habe mich über mehrere Jahre damit beschäftigt, Baugruppen, Kits mit allen Bauteilen, unbestückte gelochte fertig geätzte Leiterplatten zu bestellen, zusammenzubauen, zu testen und zu himmeln!!
Die Bausatz-Grundidee
Verwendet werden soll vorhandenes Material, Anoden-Heiztrafos und Fassungen aus der Bastelkiste. Fast keine Platinen soll selbst erfunden, gezeichnet oder zur Herstellung beauftragt werden, sondern fertige, unbestückte Platinen sollen gekauft, selbst bestückt, oder als „KIT“= Bausatz bestellt und selbst komplettiert werden.
Für einen RBF-Kollegen hatte ich ein TTG 359 von Nordmende zum Umbau für ein RPG vorgesehen. Dort wurde eine EL86 als Längsregler für die Anodenspannung mit weiteren Stabi-Regel-Röhren verwendet. Die G1-Spannung war auch schon regelbar vorhanden. Die Heizspannung von 6,3V bei 2 A ist eine sehr gute Ausgangsbasis.
Eigentlich schon das halbe RPG, dachte ich ganz am Anfang. Um die xx Wochen Entwicklung / Bauzeit für den TTG abzukürzen, die mechanische Konstruktion, der innere Aufbau, waren nicht geeignet um all die notwendigen Platinen, Baugruppen, Panelmeter geordnet aufzunehmen.
TTG 359 Netz-Trafo und EL86 habe ich für diesen RPG-Bausatz-Versuchs-Aufbau verwendet.
Inhaltsverzeichnis
1. Vorstellung Röhren-Mess-Varianten und Hinweise
2. Funktionsweise der statischen Röhrenmessung
2.1 Gepulste Arbeitsweise der Röhrenmessung
2.1.1 Vorteil
2.1.2 Nachteil
2.2 Röhren-Vorheizung
2.3 Dynamische Messung
2.4 Analoge und µ-Prozessor-gesteuerte Röhren-Messgeräte
3. Anodenspannung: Regelung mit Röhre, Mosfet als Längsregler, Kit selbst bestücken
4. G2-Spannung: Beispiel DC/DC-Aufwärtswandler-Modul
5. Röhren-Heizung: Trafo aus dem Bestand, Regelmodul fertig bestück, U=min/max. abhängig vom Trafo
6. G1-Modul: fertig bestückte Platine mit Graetz-Brücke, Elko, G1-Spannung abhängig vom vorhandenen Trafo, 10-Gang-Poti
7. Digitale Panelmeter: fertige Panelmeter für U-Anode, I-Anode, umschaltbar, U/I-G2, U-G1, Heizung U/I
7.1 Nachteile analoge U/I-Instrumente
7.2 digitale Anzeige Instrumente (Panelmeter)
7.3 Vorteil digitale Panelmeter
7.3 Nachteil digitale Panelmeter
8. Potentialfreie Arbeitsspannungen: 5 Panelmeter mit 5 verschiedenen Spannungen
9. Fassungsmatrix
10. Elektrodentest zwischen den einzelnen Röhren-Elektroden
11. Optionen zum RPG-Bausatz
11.1 Gleichrichter-Messungen
11.2 Kennlinien-Modul
12. Kalibrierung von digitalen Panelmetern
13. Übersichts-Schaltplan
14. Bilder, Draufsicht RPG-Bausatz, Erläuterungen
15. Bilder Optionen Draufsicht, Erläuterungen
16. Beschreibung der Interims-Frontplatte
Beschreibung des RPG-Bausatzes
1. Vorstellung Röhren-Mess-Varianten und Hinweise
Ab Punkt 2 möchte ich zuerst die Röhren-Prüf-Varianten Hinweise vorstellen
2. Funktionsweise der statischen Röhrenmessung
Das statische Röhrenmessverfahren ist das genaueste Röhrenmessverfahren von allen. Es werden exakt die Spannungen an die Röhrenelektroden gelegt, die auch im praktischen Einsatz vorkommen (Hersteller-Referenzen). Wie bei allen Messverfahren ist eine Grundgenauigkeit der Messung erreichbar, das Messgerät eich- und überprüfbar und das Messergebnis weitgehend vom Messgerät unabhängig. Die Spannungen werden entweder elektronisch stabilisiert oder ständig kontrolliert und von Hand nachgeregelt.
Das ist die typische Schaltung für die statische Röhrenmessung. Alle Spannungen sind regelbar, werden durch Instrumente angezeigt und entsprechen den tatsächlichen Gleichstromverhältnissen in der üblichen Schaltung. Der wichtigste Messwert für die Systembeurteilung ist der Anodenstrom.
2.1 Gepulste Messung-Arbeitsweise der Röhrenmessung
Die Messungen werden im Impulsmodus mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Sekunden durchgeführt. Die Datenerfassungszeit ist sehr kurz, 800 μS (0,0008 Sekunden).
Zwischen den Messfenstern befindet sich das Gitter 1 auf einem sehr negativen Potential und die Röhre befindet sich im Zustand blockiert (Cut-off), ihre Verlustleistung ist nahezu null. Diese Betriebsart ermöglicht einen geringen Stromverbrauch.
Durch die intern erzeugten gepulsten Spannungen (Anode - G1 und G2) sind keine schweren und teuren Transformatoren (450 V / 340 mA) erforderlich. Ein mit 12 MHz getakteter Mikroprozessor-PIC führt Erfassungen, Messungen und Management durch, Fehleranalyse und Kontrolle der angezeigten Messwerte erfolgt in der LCD-Anzeige. Auszug aus dem Franzosen Manual, übersetzt in Deutsch vom RPG-Bausatz „DuoVac“.
2.1.1 Vorteil der gepulsten Messung
Beide Verfahren haben ihre Notwendigkeit. Bei der PL500-509 steht in meinem TFK-Taschenbuch von 1968: Messungen nur im Impulsbetrieb zulässig.
Die Röhre wird nicht durch dauerhaft anliegen Anodenstrom belastet. Damit ist das Verfahren für Röhren in „Impulsschaltung“ gut geeignet. Die „Mess-Energie“ wird von einem Booster-Kondensator als Stoß-Entladung zur Verfügung gestellt.
Ein weiterer Vorteil ist das geringe Gewicht der Platinen im RPG, weil keine schweren Anoden- und G2-Trafos notwendig sind. Die modernen µ-Prozessor-gesteuerten RPG sind deshalb kleiner im Aufbau und wesentlich leichter als alte Funke, Neuberger, Russen, USA, Eigenbauten usw..
2.1.2 Nachteil der gepulsten Messung
Die Leiterplatten müssen fertig oder als Bausatz zum Bestücken gekauft werden. Es ist fast immer Software notwendig und für den Anfänger-Bastler somit nicht immer einfach herstell- oder umsetzbar.
2.2 Röhren Vorheizung
Eine Röhre ist ein thermoelektrisches Element, mit anderen Worten, die elektrischen Werte sind abhängig von der Temperatur der Röhre. Um beim Messen "genaue" Werte zu messen, sollte man die Messung in einer U/I-Umgebung, die dem tatsächlichen Einsatz entspricht, vornehmen.
Dabei gibt es Unterschiede, ob die Röhre dynamisch oder statisch betrieben wird.
Messen sollte man deshalb, wenn der stabile Betriebszustand erreicht ist, so dass die Wärme, welche bei maximalem Anodenstrom entsteht, aufgebaut ist.
Es gibt dutzende Betrachtungen zur Vorwärmung von Röhren. Selbst bei der Röhren-Herstellung wurden die Röhren bei Endprüfung „vorgeheizt“.
In einen Test mit meinem Röhren-Messgeräte-Freund hatte ich 20% höhere Anodenstromwerte als er mit dem USA-Röhren-Messgerät Amplitrex AT100. Bei der Überprüfung stellte sich heraus, dass die Heiz-Zeit auf 45 Sekunden am AT100 bei der EL34 eingestellt war. Anschließende Vergleichs-Messungen haben für die EL34 eine minimale Aufheizzeit ca. 3 Minuten ergeben. Dann stimmten auch die Mess-Ergebnisse mit dem RoeTest, Franzosen, Amplitrex AT100 usw. überein. Alte Röhren-Experten sagen nicht umsonst: Wenn die Röhre ins Schwitzen kommt, zeigt sie ihre wahren Ergebnisse.
Fazit: Egal ob gepulst oder statisch mit echter Strom-Belastung gemessen wird, die Länge der Aufheizzeit ist abhängig von der Stromaufnahme und somit mit zu bedenken!!
2.3 Dynamische Messung
Aufwändiger ist die Messung der Steilheit, da wenigstens bei zwei verschiedenen Gittervorspannungen der Anodenstrom gemessen werden muss. Die Steilheit ist der Quotient aus Anodenstromänderung und Gitterspannungsänderung. Das macht heute ein Kennlinienschreiber, je nach Anzahl der G1-Spannungen, in Sekunden.
2.4 Analoge und µ-Prozessor-gesteuerte Röhren-Messgeräte
https://radio-bastler.de/forum/showthread.php?tid=17271
Die oben genannten Gründe haben mich bestärkt, die statische Messung als Basis für einen RPG-Bausatz für RPG-Anfänger anzuwenden. Im RoeTest wird auch die statische Messung verwendet.
3. Erläuterungen zur Baugruppe Anoden-Spannung
Für die Anodenspannung stehen mehrere Schaltungs-Varianten aus meinem PC zur Verfügung. Als Referenzspannung werden Z-Dioden, LR-8 mit HV-Leistungsregler und Differenzverstärker eingesetzt.
Ich habe viele Kits und Schaltungen selbst aufgebaut und ausprobiert.
Abhängig von min/max. benötigten Anodenströmen- und Spannungen sind verschiedene Platinen als unbestückte Platine oder KIT (Bausatz) im Angebot. Es können Röhren, Mosfet oder Transistoren als Längsregler ausgewählt werden. Ein Blick in die Bastelkiste hilft.
Teilweise sind Bauteile oder Baugruppen inzwischen schon abgekündigt und ich musste Ersatz suchen.
Ja und dann kommt da noch die China-Bucht ins Spiel. Aber was taugen bzw. können die Bausätze oder auch schon fertig bestückte Module? Als Röhrenbesitzer habe ich viele Stunden gesucht und bin fündig geworden. Einen kleinen Bausatz mit allen Bauteilen zum selbst löten habe ich gefunden. Der Bausatz regelt die Ua von 100 - 300 V. Die Gleichrichtung erfolgt als Einweg-Brückenschaltung oder als Zweiweg-Schaltung unter Wegfall von 2 Dioden.
Die Gleichrichtung, Siebung, Regelung und Stabilisierung ist auf der Platine komplett vorhanden. Die Besonderheit ist, dass der Längsregler durch Röhren oder mit Mosfet aufgebaut werden kann. Die Platine habe ich mit den vorher von mir geprüften Bauteilen in ca. 20 Min. fertiggestellt.
Anodenbaustein 4 x Schaltbilder.jpg (Größe: 75,7 KB / Downloads: 310)
Als Längsregler können verschiedene Röhren, siehe Zeichnungen, nach benötigten Ia oder eine Mosfet-Variante eingesetzt werden.
Zur Erhöhung des DC-Ausgangstromes können die Röhren-Elektroden (Anode, G2 + G1) der Röhren-Längsregler einfach parallel geschalten werden. Das habe ich auch im Versuchs-Aufbau schon vorgesehen. Die EL 86 sind natürlich viel zu schade als Ua-Quelle. Im weiteren Test werde ich die PLx einsetzen. Davon habe ich größere Stückzahlen.
Eine Röhre als Längsregler hat den Vorteil, dass sie bei einer Fehlbeschaltung (Kurzschluss) mehr aushält als Halbleiter. Ein Mosfet ist bei Kurzschluss in den Anoden oder im Kathodenkreis tot. Auch die Mosfet-Strom-Begrenzungsschaltungen sind meistens nicht so schnell wie der Mosfet selbst.
Weitere Platinen-Vorstellungen sprengen hier den Beitrag. Wer nicht löten will, fertige Anoden-Spannungs-Platinen habe ich auch im Angebot.
4. Erläuterungen zur Baugruppe Regelbare Schirmgitter Spannung G2
Einige Kollegen haben die Anoden-Spannung benutzt und die G2-Spannung über ein belastbares Draht-Poti herunter geregelt. Das geht aber bei einer EL 34 nicht. Die EL34 benötigt für die G2-Spannung 265V und für die Ua nur 250 V. Deshalb sollte die G2 immer separat frei einstellbar erzeugt werden.
Als G2-Modul verwende ich DC/DC-Aufwärtswandler. Die Eingangsspannung ist variabel und bei 12-15 V IN regelt das Modul auf 50 bis ca. 400 V. Der vorhandene Platinen-Trimmer wird gegen ein 10-Gang-Poti ausgetauscht.
Somit ist eine stetige steigende oder fallende Einstellung der G2-Spannung sehr genau möglich. Für G2 werden max. 20 mA benötigt. Das schafft der DC/DC-Regler ohne Probleme. Er hat auch noch einen zuschaltbaren höheren Input, das wird aber in Wärme umgewandelt.
5. Erläuterungen zur Baugruppe Röhren Heizung:
Übersicht Röhrenkennung: Erster Röhren-Buchstabe, Art der Heizung
- A Indirekte Heizung mit Wechselspannung 4 Volt
- B Gleichstromheizung mit 180 mA, U ist abhängig vom Röhrentyp, Serienheizung.
- C Der Heizstrom beträgt 200 mA, die „U“ ist typabhängig, Serienheizung.
- D Direkt geheizte Röhre, 1,2 / 1,4 Volt Batterieheizung
- E Indirekt geheizte Röhre mit Wechselspannung 6,3 Volt.
- F Autobatterieheizung, 13 Volt.
- K Direkt geheizte Röhre, Spannung 2 Volt, Batterieheizung
- P Serienheizung von 300 mA, Fernsehröhren, die Spannung ist typabhängig.
- U Serienheizung 100 mA, die „U“ ist typabhängig, vorwiegend in Allstromempfängern
- V Serienheizung mit einem Strom von 50 mA, die Spannung ist typabhängig
- A. Variante für den unteren U-Bereich: ein preiswerter fertiger Baustein aus China. Dieser Baustein benötigt DC im Eingang.
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Die fertige funktionstüchtige Platine regelt im Out 4 – 44 V bei max. 8 A.
- B. Variante für den unteren U-Bereich: ein deutscher (teurer) Bausatz mit Softanlauf und Regelung,
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DC-Heizung mit Softstart 1,2 – 13 V, 2 A. Dieser Baustein benötigt AC im Eingang.
Für P/U-Röhren gibt es verschiedene DC/DC-Ab-Aufwärtsregler. Das ist abhängig vom vorhandenen Anoden-Trafo und dessen Heiz-Wicklungen. Sehr viele Netz-Trafos haben die 6,3 V als Standard und zusätzlich eine 4-V-Wicklung. Beide Wicklungen phasenrichtig zusammengeschaltet, kommen dort bei jetzt IN 230V ca. 11 – 13 V AC heraus. Das ist eine gute Basis für einen Aufwärtsregler. Die AC 11 – 13 V wird mit fertigen Graetz-Platinen auf DC gewandelt. Bei einem Mittelwert 12 V x 1,4 DC-Faktor kommen dann ca. 17 V DC aus der Graetz-Platine. Die Platinen gibt es in 3 und 8 A. Für uns reicht die kleine mit 3 A und kostet ca. 0,80 € ohne Versand.
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Die jetzt vorhandene 17 V DC speist einen 200-W-DC/DC-Boost-Aufwärtswandler regelbar abhängig vom „IN“ bis 62 V. Der DC/DC-Konverter kann im IN 6 – 35 V und im Out 6 – 62 V. Auch hier wird der vorhandene Trimmer gegen ein 10-Gang-Poti ausgetauscht. Somit steht jetzt für P/U-Röhren ein Bereich von 17 – 62 V für die Heizung zur Verfügung. Eine Belastung mit 300/100 mA ist kein Problem.
China Aufwärtsregler 62V.jpg (Größe: 53,69 KB / Downloads: 302)
Wenn jetzt noch eine Spannungs-Lücke für P-Röhren unterhalb von 17 V entsteht (abhängig von den vorhandenen AC-Kleinspannungen), könnten hier Auf-Abwärts-Regler benutzt werden, um die Lücke zu füllen. Dafür habe ich andere kleine DC-Abwärtswandler.
DC/DC-Spannungsverdoppler-Reduzierer komplett Platine
Nach Fertigstellung dieses Beitrages habe ich noch eine Platine gefunden. Diese Platine könnte die oben beschriebene Variante A+B ersetzen. Das Modul habe ich bestellt, Test mit Bericht kommt, wenn vorhanden.
Die Eingangsspannung liegt im Bereich von DC 5 V – 30 V. Die Ausgangsspannung ist von DC 1,5V – 30 V einstellbar. Der Ausgangsstrom beträgt max.8 A!!
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Der DC/DC Konverter besteht aus zwei Gruppen:
Die erste Gruppe funktioniert wie ein Schaltnetzwerk (Zerrhacker) (bzw. wie ein „Trafo“, bildlich gesehen). Durch die hohe Taktfrequenz spart die Schaltung massig an Kupferwicklungen und Eisen. Sie hat die Aufgabe die Eingangsspannung 5 V – 30 V auf =30 V zu heben (hochgewandelt).
Die zweite Gruppe hat die Aufgabe die 30 V mittels „Einsteller“ P1 P2 je nach Vorgabe die Ausgangsspannung herunterzustellen (Abwärtswandler) von 30 V – 1,5 V.
Umgangssprachlich würde man sagen runterregeln, was aber falsch ist, weil es nicht geregelt wird, sondern eingestellt wird.
Die zweite Gruppe hat aber noch zusätzliche Funktionen, z. B. eine voreingestellte Ausgangsspannung zu stabilisieren (regeln).
Eine zweite wichtige Aufgabe, den Ausgangsstrom zu begrenzen, je nach Vorgabe.
Erhöht sich der Strom und übersteigt den Wert, dann wird automatisch die Spannung herabgeregelt, steigt der Strom weiter an, dann regelt der Konverter die Spannung automatisch noch weiter ab bis zum Richtwert.
Unten links ist eine „Soft-Switch“ Option. Damit kann der Sanft-Anlauf bei stromfressenden Röhren (AL4) eingeschalten werden.
Ein hochwertiges Labor-Netzteil kostet schnell viele Euro. Bei dieser Lösung kann man ein relativ hochwertiges und kostengünstiges Labornetzteil selber bauen.
Ein Wehmutstropfen hat diese Platine, keine Spannungen von 0 V – 1,5 V. Das kann dieser Baustein nicht!!!
6. G1- Steuer Gitterspannung
Hier kommt es auf den Wunsch des RGP-Betreibers an. Welche G1-Größe wird benötigt? Wenn die vorhandene 4 / 6,3V-Wicklung benutzt wird, werden es nur ca. 17 V DC negative G1-Spannung.
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Für einen größeren G1-Bereich ist eine AC von min. 20 V erforderlich. Wenn als Option der Kennlinienschreiber eingebaut wird, ist eine AC von 24 V in der Option vorhanden. Damit könnten es dann ca. 34 V / DC-G1 werden. Eine Platine dafür gibt es nur für die AC/DC-Gleichrichtung. Ein 10 – 20K Poti kann als 10-Gang ausgeführt werden. Damit lassen sich die G1-Spannungen sehr genau einstellen. Wegen der negativen Polarität wird das Panelmeter anders beschaltet.
In meinem PC sind noch weitere Varianten ohne zusätzliche Trafowicklung, aus des Anodenwicklung des Netztrafos.
7. Analoge / digitale Anzeige Instrumente:
Für ein modernes RPG sind je nach Optionen mehrere Messinstrumente erforderlich. Der Einsatz von analogen Zeiger-Instrumenten ist nicht mehr zeitgemäß und vergrößert den Platzbedarf zu Lasten der Übersicht auf der Frontplatte. Das Einstellen einer EL84 von -7,3 V / G1 Spannung ist schon eine Schätzung auf den groben Strich-Skalen. Mit den kleinen Panelmetern, also der digitalen Anzeige von den Chinesen geht das ohne Probleme und ist durch die innere Beleuchtung auch aus 1 Meter Entfernung gut ablesbar!
7.1 Nachteile analoge U/I-Instrumente
Sie sind bruch-stoß-fall-empfindlich und teilweise schon sehr alt mit der Gefahr von Zinkpest. Für eine hohe Ablesegenauigkeit ist je nach Betrachtungs-Winkel eine Spiegelskala erforderlich. Die Linearität ist über den gesamten Anzeige-Bereich gering, eine Reparatur nur mit speziellen Fachkenntnissen möglich.
7.2 digitale Anzeige Instrumente (Panelmeter)
Bei den digitalen Panelmetern gibt es verschiedene Preisklassen und somit Qualitäts-Unterschiede. Die einfachen meist rot / blauen liegen jetzt um 1-2 €. Die verwende ich für die Spannungsanzeige Anode, G2, Heizung mit Stromanzeige. Für den Anodenstrom und die negative G1-Messung nehme ich eine höhere Preisklasse (bessere Linearität und Ablesegenauigkeit). Zur besseren Mess-Auflösung wird der Anodenstrom Bereich in 20 mA / 200 mA umschaltbar ausgeführt. Somit ist auch im Bereich 20 mA eine Darstellung mit 2 Stellen nach rechts bei der ECC81-85 möglich.
7.3 Vorteil digitale Panelmeter
Die digitalen Panelmeter sind beleuchtet, dadurch ist sehr gutes Ablesen der Zahlen und somit sofortige Erkenntnis, ob die Röhre etwas taugt, möglich. Der Ablesewinkel ist unwichtig, die Zahlen sind auch aus höherer Entfernung erkennbar. Das Gehirn verarbeitet die Zahlen sofort, anders bei analogen Instrumenten, wo zwischen den Strichen geschätzt oder zum anderen Skalen-Bereichen erst umgerechnet werden muss.
7.4 Nachteil digitaler Panelmeter
Es ist eine absolute Potential-Trennung der verschiedenen +/- Versorgungs-Betriebsspannungen notwendig.
Entsprechend des Inhalsverzeichnis kommen die Punkte 8-16 im 2.Teil meines Beitrages.
In Osterode habe ich den Bausatz vorgestellt. Steffen Pauli hat mich im Gespräch gefilmt und einen Film zusammengestellt. Der Link kommt am Ende 2. Beitrages.
Geht gleich weiter
Dessau-Roßlau, November 2023
Dieter König
Auch aus Steinen, die einem in den Weg gelegt werden, kann mann noch schönes bauen. J.-W.-Goethe