Dampfradioforum

Warum ist die korrekte Funktion des Koppelkondensators zum Gitter der Endröhre so wichtig?

Vorab möchte ich etwas anmerken:
Da ich als auf Silizium geschulter NF- und Grobelektroniker mir mein bescheidenes Röhrenwissen mit der Zeit mühsam selbst beigebogen habe, dachte ich, vielleicht kann ich mit meiner eher einfachen Sichtweise interessierten Kollegen, die noch "vor dem Berg" stehen, etwas Anschubhilfe leisten.
Sollte ich etwas falsch dargestellt oder wichtige Fakten vergessen haben und für sonstige Verbesserungen bitte ich die "alten Hasen" aussdrücklich um Unterstützung.

Nun zum Thema
Um oben gestellte Frage zu klären muss man sich etwas mit der Röhrentechnik befassen. Dabei versuche ich möglichst nicht in Richtung Atomaufbau, Fermi-Gase, physikalischer Stromrichtung und mathematischen Gleichungen zu gehen.

Eine Röhre ist ein Bauteil, dass eine verstärkende Wirkung hat. Sie verstärkt Ströme. Was heißt das nun "auf Deutsch"?

Die drei wesentlichen Teile einer Röhre sind Anode, Katode und Gitter
Natürlich braucht sie auch noch den Glaskolben, die Heizung usw., aber das brauchen wir in diesem Fall nicht zu berücksichtigen.

Der Stromfluss in der Röhre verläuft von der Anode zur Katode. Er wird beeinflusst von der am Gitter angelegten Spannung. Diese muss negativ gegenüber der Katode oder je nach Typ maximal gleich sein (also 0V zwischen Gitter und Katode - wie Kurzschluss zwischen beiden.

Je negativer die Gitterspannung, desto geringer der Stromfluß von Anode zu Katode. Bei Erreichen einer bestimmten Abschnürspannung (in negativer Richtung) macht die Röhre quasi dicht.
Viele Röhren erreichen ihre maximal zulässigen Werte bereits wenn die Gitterspannung immernoch im Minus-Bereich liegt.

Solange das Gitter Minus oder Null ist, fließt kein Strom über das Gitter. Die Röhre wird LEISTUNGSLOS gesteuert.
Das kann man sich wie einen ewig langen Hebel vorstellen, oder einen Wasserhahn, dessen Betätigung keine Kraft braucht.

Übersetzt auf einen Hebel kann man sich eine Röhre an deren Gitter nichts angeschlossen ist so vorstellen, als genüge nur ein leichter Lufthauch um tonnenschwere Lasten mit dem Hebel zu bewegen. So kann man sich leicht vorstellen, dass Röhren mit offenem Gitter zu Schwingungen neigen, eben wie ein Fähnchen im Wind flattert, nur das der Wind hier die leichtesten elektrischen Felder sind, die uns umgeben.
Die Röhre hat also einen nahezu unendlich hohen Eingangswiderstand - sie belastet also die Quelle, die das zu verstärkende Signal liefert so gut wie nicht.

Das Gitter darf auf keinen Fall positiv gegenüber der Katode werden, da...
1. der Anodenstrom unzulässig hoch und die Röhre damit überlastet und zerstört werden kann
2. das Gitter Strom zieht und die Eingangsquelle belastet - der Eingangswiderstand also nicht mehr unendlich wäre
Außerdem kann ein Gitterstrom zu Verzerrungen führen.


Das Bild zeigt eine Pentode. In diesem Fall eine EL84.
Kontakt 7 ist die Anode
Kontakt 3 ist die Katode und das Schirmgitter
Kontakt 2 ist das Gitter
Kontakt 9 ist Gitter2

Kontakt 4 und 5 ist die Heizung

Bei einer Triode gibt es nur Anode, Katode und Gitter.


Aber warum ist ein defekter Koppelkondensator nun so schlimm?

Dazu ein Blick auf das Schaltbild eines einfachen NF-Teils. Einfach deshalb, weil es kein aufwendiges Klangregelnetzwerk enthält, was die Sache hier etwas unübersichtlich machen würde.


Der Signalweg sieht folgendermaßen aus:

Das Tonsignal (grün) kommt vom Lautstärkepoti (unten im Bild) und wird über den Kondensator C101 auf das Gitter der Triode der EAB C 80 gekoppelt.
Wichtiges Merkmal der Kondensatoren: Sie lassen nur Wechselströme durch und sperren Gleichströme!
An der Anode des C-Teils der EABC80 liegt eine Gleichspannung von rund 90V an. Durch das Gitter wird dieser Gleichspannung zusätzlich die Wechselspannung des Tonsignals aufgedrückt.

Annahme: Die Tonsignalwechselspannung schwankt von -5V bis +5V, dann schwankt die Anodenspannung der Triode der EABC80 von ungefähr 85-95V.

Nun kommt der Koppelkondensator zur EL84 C107 ins Spiel!
Er heißt so, weil er die Vorverstärkerstufe (Triodenteil der EABC80) mit der Endstufe (EL84) koppelt.
Der sperrt ja wie wir wissen Gleichströme. Abgesehen von Bauteileverlusten (ein bisserl Verlust ist ja immer ) kommt hinten wieder +-5V raus. Die werden einer negativen Gittervorspannung aufgedrückt, die durch verschiedene Widerstände im Bereich der EL84 erzeugt wird.
Vorspannung heißt, dass wenn kein Tonsignal ansteht, die Gitterspannung auf einem bestimmten Mittelwert im negativen Bereich vorgespannt wird. In diesem Fall ist dies die Nulllinie zwischen den positiven und negativen Halbwellen des Tonsignals

Nun kommt meine Bildungslücke:

Annahme: Über C107 kommt das vorverstärkte Tonsignal in Form einer Wechselspannung mit negativem und POSITIVEM Anteil (die erwähnten +-5V). Die Katode der EL84 läge direkt auf Masse. Dann würde das Gitter der EL84 (Pin2) nun bei jeder positiven Halbwelle des Tonsignals ebenfalls positiv und das wollen wir ja nicht haben.

Wenn ich mich noch richtig an das zurückerinnere, was ich mal in grauer Vorzeit lernte, geht man folgendermaßen vor:
Die EL84 Anode-Katode wird immer von einem Gleichstrom durchflossen.
Dem soll ja das Tonsignal als Wechselspannung aufgedrückt werden.
Ist also kein Ton zum Verstärken da, fließt immernoch ein Gleichstrom durch die Röhre.
Schaltet man nun einen Widerstand in Reihe zur Katode der EL84 - wie hier im Schaltbild R110, dann fällt an ihm eine Spannung ab. In Diesem Fall U = R * I = 210 * (30mA+3,5mA) = 7,035V
Die Masse ist damit gegenüber der Katode der EL84 -7,035V.
Legt man das Gitter der EL84 nun auf Masse wäre es ungefähr bei -7V, aber auf jedenfall nicht positiv.
In diesem Zusammenhang meine ich noch den Begriff "hochgesetzte Masse" in den Krausen Hirnwindungen zu hören.
Wer jetzt mitdenkt, wird natürlich feststellen, dass ja das Gitter den Anodenstrom beeinflusst, damit auch den Spannungsfall am R110 und damit auch die Gitterspannung. Um das abzumildern schaltet man vermutlich den Kondensator C108 parallel zu R110.

Ob das nun so stimmt, da bin ich mir nicht sicher. Daher bitte ich wie schon oben geschrieben, die echten Fachleute um Kontrolle und ggf. Korrekturen/Verbesserungen

Was aber sicher stimmt ist, dass bei einem defekten Koppelkondensator zwei Möglichkeiten bestehen:

1. Möglichkeit: Der Koppelkondensator trocknet aus, verliert seine Kapazität und wird hochohmig. Damit verhält er sich so, als wäre er nicht mehr vorhanden. Im Schaltplan erkennt man leicht, dass ein Fehlen/eine Unterbrechung des C107 dazu führt, dass die Endröhre kein Signal mehr bekommt. Das Radio schweigt.

2. Möglichkeit: Der Koppelkondensator trocknet aus und verursacht einen Kurzschluss. Nun verhält er sich so. als sei an Stelle des C107 eine Drahtbrücke vorhanden. Das Gitter der EL84 bekommt statt einer negativen Spannung auf der das Tonsignal aufgedrückt ist nun eine positive Spannung von 90-95V auf der aber auch noch die Toninformation aufgedrückt ist. Das Radio spielt weiter und da der Kondensator meist langsam kaputt geht, fällt die Klangänderung garnicht so auf - ähnlich wie bei Fahrwerksdefekten am Auto, die man auch erst merkt, wenn die Teile erneuert sind, ober einem irgendwann das Rad überholt.
Die 90V Gleichspannung am Gitter der EL84 bewirken einen sehr hohen Anodenstrom durch die EL84, damit durch die Primärwicklung des AÜ. Was beim Auto das verlorene Rad ist beim Radio dann der abgerauchte Ausgangsübertrager (AÜ) und/oder Netztrafo und/oder Gleichrichter und/oder EL84. Dem Widerstand R110 dürfte das auch nicht besonders gefallen.


Verfolgen wir den Signalweg noch zum Ende:
Dem Anodengleichstrom (Orange) der EL84 wird also das Tonsignal über das Gitter der EL84 verstärkt aufgedrückt (Grün). Die entsprechenden Stromschwankungen verursachen gleichermaßen Schwankungen des Magnetfeldes, dass die Primärwicklung des AÜs erzeugt. Dies wiederum erzeugt in der Sekundärwicklung des AÜs wieder eine reine Wechselspannung, da der AÜ als Trafo keine Gleichströme übertragen kann. Diese Wechselspannung versorgt den Lautsprecher.


Wem das jetzt alles zu viel der Theorie war, der kann sich das vielleicht auch an Hand eines plastischeren Beispiels merken - ein defekter Koppelkondensator zur EL84 ist so wie ein am Vollanschlag klemmendes Gaspedal.


Zum Schluss möchte ich nochmal um Korrektur und ggf. Ergänzung des Beitrages bitten und gleichzeitig denen, die es bis hier geschafft haben, für die Aufmerksamkeit danken.

Achso, falls es interessiert: Der Schaltungsauszug stammt vom Wega 109 http://www.radiomuseum.org/r/wega_109.html

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Gruß,
Daniel

„Baden Baden, Beromünster, Paris, Rom…
...Eine ganze Welt ist auf der Skala des SABA-Empfängers vereint“

Hi Daniel,

alles habe ich noch nicht verstanden, dazu fehlt mir der Hintergrund, aber ich habe nun einen ungefähre Vorstellung von den Abläufen. Dafür vielen Dank!

Kurze Verständnisfrage: das was Du als Ausgangsübertrager (AÜ) bezeichnest, ist das, was ich als Lautsprecher bezeichnen würde?

Im Keller brennt noch Licht: vor dem Schlußtag für breite Schrift im Absatz "2. Möglichkeit" fehlt der Schräger

Schöne Grüße

Tim

Hallo Tim, der AÜ (Ausgangstransformator) transformiert die hochohmige Sprechwechselspannung mit ca. 250 V in eine niederohmige Sprechwechselspannung mit ca 6 V um, denn nur diese können unsere (Tauchspulen) Lautsprecher verarbeiten.

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M.f.G.
harry

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- Es ist keine Schande, nichts zu wissen, wohl aber, nichts lernen zu wollen.
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Als Ergänzung zu dem was eabc Harry schrieb vielleicht noch so viel:

Die Sprechleistung, die die Röhre erbringt ist ja auch abzüglich Toleranz die Sprechleistung die der Lautsprecher bringt.
Allerdings hat die Röhre eine hohe Spannung und ein niedrigen Strom.
Der Lautsprecher braucht einen höheren Strom, aber eine wesentlich niedrigere Spannung.
Der Ausgangsübertrager transformiert das ganze dann um. Das heißt der Faktor um den die Spannung heruntergesetzt wird, setzt den Strom gleichermaßen hinauf.

Im Prinzip sowas wie ein Getriebe:
Am Eingang hohe Drehzahl (Spannung) und wenig Kraft (Strom).
Am Ausgang niedrige Drehzahl (Spannung) und höhere Kraft (Strom).
Die Leistung ist ja das Produkt aus Strom und Spannung (I*U). Da beides im Verhältnis praktisch umgetauscht wird, bleibt die Leistung, abgesehen von Trafoverlusten, gleich.

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Gruß,
Daniel

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Hallo @ SABA78

Der Stromfluss in der Röhre verläuft von der Anode zur Katode.

ÄÄmm
Da habe ich was Anderes Gelernt Strom fliest doch von - nach +
ich glaube da musste noch einmal rann.

MfG. alxx70

Man kann den Ausgangsübertrager mit einem Getriebe vergleichen:
Hohe Drehzahl und niedriges Drehmoment an einer dünnen Welle wird in eine niedrige Drehzahl und hohes Drehmoment an eine dicke Welle umgeformt ("transformiert")
So auch der Ausgangsübertrager, der eine hohe Sprechwechselspannung mit hohem Innenwiderstand in dünnem Draht in eine niedrige Sprechwechselspannung mit niedrigem Innenwiderstand (korrekterweise als "Impedanz" zu bezeichnen") mit dickem Draht transformiert.

"Warum wird das überhaupt gemacht?" - Die Frage ist durchaus berechtigt, denn man kann doch auch die Schwingspule des Lautsprechers gleich mit hoher Impedanz bauen, wie es z.B. bei einigen Geräten von Philips mit "eisenloser Endstufe" gemacht wird (800 Ohm).
Der Grund ist einfach: Solche Schwingspulen sind sehr viel schwieriger herzustellen und sehr empfindlich gegen alles mögliche, sei es Feuchte, hohe Temperaturen, starke Vibrationen...
Ja, auch starke Vibrationen, wie sie an einer Lautsprechermembrane nun einmal zu erwarten sind, machen der Schwingspule das (Über-)Leben schwer. Und sollte der Koppelelko kurzschlüssig werden, knallen über 200V Gleichspannung in die Schwingspule und zerstören sie quasi augenblicklich.
Nicht so beim Ausgangsübertrager mit niederohmigem Lautsprecher. Die Schwingspule des LS kann mit robusterem, weil dickerem Draht hergestellt werden. Diese Lösung ist weit unempfindlicher und weil ein Transformator nur Wechselspannungen transformieren kann, ist es quasi unmöglich, dass Anodenspannung an die Schwingspule des LS gerät.

Ürigens: Röhren in der Radio- und Fernsehtechnik (Consumer Electronics) werden "leistungslos" angesteuert. Damit fließt im Steuergitterkreis kein Strom, es liegt also nur eine steuernde Spannung am Steuergitter. In diesem Zusammenhang steht auch der Begriff "Steilheit", ausgedrückt in mA (Anodenstromänderung) pro Volt (neg. Steuergitterspannung). Daher spricht man auch bei Röhren von "Spannungsverstärkung".

alxx70

Ich glaube, Du bringst da die technische und die physikalische Stromrichtung durcheinander

Bei der technischen Stromrichtung, die allgemein gebräuchlich ist, wird vom Stromfluß von Plus nach Minus gesprochen.
Bei der physikalischen ist es umgekehrt. Dort spricht man davon, dass sich die Elektronen von Minus nach Plus bewegen.

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Gruß,
Daniel

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Hi,
ich finde das man eine Röhrenschaltung mit der physikalischen Stromrichtung beschreiben sollte.

Wenn der Strom von der Anode zur Kathode fließt, würde der ganze Strom bei negativer
Gittervorspannung über das Gitter abfließen und dieses zerstören.

Wenn der Strom von Kathode zur Anode fließt stößt ein negativeres Gitter die Elektronen
ab, die von der Kathode zur Anode wollen und verhindert dadurch einen Stromfluß.

LG Holger

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THERE ARE NO STRANGERS HERE-
ONLY FRIENDS WHO HAVEN´T MET

Nun, da in den meisten Büchern die technische Stromrichtung angegeben ist, und die Schaltpläne ebenfalls diese Richtung verwenden, finde ich es angebracht auch dabei zu bleiben.
Diese Diskussion wollte ich auch eigentlich damit nicht erreichen. Das soll nicht heißen, dass ich diese Einwände nicht ernst nehme.

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Gruß,
Daniel

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"Der Grund ist einfach: Solche Schwingspulen sind sehr viel schwieriger herzustellen und sehr empfindlich gegen alles mögliche, sei es Feuchte, hohe Temperaturen, starke Vibrationen...
Ja, auch starke Vibrationen, wie sie an einer Lautsprechermembrane nun einmal zu erwarten sind, machen der Schwingspule das (Über-)Leben schwer. Und sollte der Koppelelko kurzschlüssig werden, knallen über 200V Gleichspannung in die Schwingspule und zerstören sie quasi augenblicklich.
Nicht so beim Ausgangsübertrager mit niederohmigem Lautsprecher. Die Schwingspule des LS kann mit robusterem, weil dickerem Draht hergestellt werden. Diese Lösung ist weit unempfindlicher und weil ein Transformator nur Wechselspannungen transformieren kann, ist es quasi unmöglich, dass Anodenspannung an die Schwingspule des LS gerät." Teilzitat Ende

Servus,
Wobei es noch bei Philips Radios die Sache gibt, das sie 800 Ohm Lautsprecher (sic!!!) mit Aü Kopplung nutzten in EL84 Kl.A Endstufen. Da sollten wohl 1966 Restbestände von diesen Lautsprechern verbaut werden. Das sind dann Aü primär mit ganz dünnen Draht und sekundär auch mit dünnen Draht. Schon interessant, was man damals alles verbaute, nur um die Lager leer zu bekommen.

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Gruss aus Trient,
Volker
http://luxkalif.de.tl/

Hallo Daniel,

ich sehe in Deiner Beschreibung keinerlei Bildungslücke , alles ist richtig.
Was ist Dir denn noch unklar? Warum sich die Spannung zwischen Gitter und Kathode auf -7V einstellt?

Gruß, Frank

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Es muss nicht immer alles Sinn machen. Oft reicht es schon, wenn's Spaß macht.

Hallo Frank,
nein, das ist ja relativ einfach! Man muss den Anodenstrom und den Strom zum Gitter 2 addieren und die Summe mit dem Wert des Katodenwiderstands multiplizieren, wenn ich richtig liege...
Warum ich das nur vage angab, war unter anderem weil ich nicht sicher bin, wie weit der Anodenstrom durch die NF moduliert wird und wie sich das auf die Gittervorspannung auswirkt.

Allerdings wäre ich für Verbesserungsvorschläge im Text mit Angabe der richtigen Stelle dankbar. Dann können wir die Erkenntnisse, die wir hier erlangen oben in den Text einfließen lassen...

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Gruß,
Daniel

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Ich würde mir den Kondensator C108 so erklären:

Der Kathodenkondensator C liegt parallel zum Kathodenwiderstand R. R hat für den Anodengleichstrom sowie den darauf überlagerten Wechselstrom den gleichen Widerstand. Der C hingegen stellt für den Anodengleichstrom einen unendlich hohen Widerstand dar, für den Wechselstrom jedoch einen Widerstand von (fast) 0 Ohm.

Kommt nun eine negative Halbwelle des Wechselstroms am Gitter an, so steigt der Strom durch die Röhre. Damit würde auch die Spannung am R steigen und so die Spannung Gitter - Kathode gleich bleiben. Folge: Keine Verstärkung, keine Übertragung von Wechselspannungssignalen. Da aber der C für Wechselstrom einen Widerstand von 0 Ohm hat, steigt auch die Spannung am C nicht und die Spannung Gitter - Kathode wird tatsächlich negativer. Folge: Der Anodenstrom steigt. Umgekehrt gilt dies für eine positive Halbwelle.


Gruß
Martin

Moin,
um es einfacher auszudruecken: Der Katodenkondensator schliesst den Katodenwiderstand fuer Wechselspannung/-strom) kurz, so dass sich an dem Widerstand keine Wechselspannung ausbilden kann. Uebrig bleibt dann nur noch der Gleichspannungsanteil.

Laesst man den Kondensator weg, bekommt man an der Katode eine Stromgegenkopplung. Sie bewirkt, dass die Verstaerkung der Roehre sinkt. Es gibt Schaltungen, da ist das gewuenscht und der Kondensator fehlt.

73
Peter

Moin,
bei den Dampfradios trocknen die Kondensatoren nicht aus, im Gegenteil, sie "werden nass". Bis etwa 1965 waren es groesstenteils Papierkondensatoren, die mit der Zeit aus der Luftfeuchtigkeit Wasser aufnehmen und dadurch ihren Isolationswiderstand verlieren.

Fall 1: Ist selten, du hast Unterbrechung/vollstaendigen Kapazitaetsverlust beschrieben. In der Praxis hat man eher teilweisen Kapazitaetsverlust, das Radio hat eine schwache Basswiedergabe (Kondensator bildet mit dem Gitterableitwiderstand der EL84 einen Hochpass; seine Grenzfrequenz muss hinreichend niedrig liegen).
Fall 2: Auch hier der Worst-Case. Meist hat man einen Feinschluss, der die Gitterspannung gegenueber Masse leicht positiv macht. Ein paar Volt reichen schon, damit die Endroehre "rote Backen" bekommt, die Anode wird ueberlastet und glueht. Im beschriebenen Fall ist die Endroehre hoffnungslos ausgesteuert, das Radio wird wegen ueberlasteten Netzteil nur noch brummen, die Roehre wird hell gluehen, wenn sie ueberhaupt noch Emission hat. Dieser Fall ist besonders fuer den Ausgangsuebertrager gefaehrlich, seine Primaerwicklung ueberhitzt.

In der obengezeigten Schaltung ist der "Klangfarbenkondensator" parallel zur Primaerwicklung des Uebertragers und damit korrekt angeschlossen. Sollte er Schluss bekommen, ist der Uebertrager ausser Gefahr, weil aus dem Stromweg genommen. Die uebliche Schaltung ist aber gegen Masse und da wird es fuer den Uebertrager und das Netzteil gefaehrlich.

73
Peter