Dampfradioforum

Hallo,

bei einem Dachbodenfund (NORA Paganini W948) ist der Netztrafo defekt. Ich plane den Spartrafo durch einen "richtigen" Trafo zu ersetzen. Im Anodenkreis ist eine AZ41 verbaut. Diese möchet ich beibehalten. Bei der Durchsicht des Datenblatts der AZ41 ist mir aufgefallen, dass eine maximale Kapazität des Ladekondensators von 50µF angegeben ist.
Gibt es dafür eine Erklärung?
Was kann bei höherer Kapazität passieren?


Gruß

karl

Hallo Karl

Bei einem zu großen Ladeelko werden die Ladestromspitzen zu groß und der Gleichrichter nimmt Schaden. Dieser Elko wird ja immer nur einen ganz kurzen Moment lang aufgeladen und die gesamte Energiemenge muß in diesem kurzen Impuls drin sein.
Auch klanglich (also bei HiFi-Geräten) ist ein zu großer Elko schädlich, da die Störstrahlung bei hohen Stromimpulsen ja auch zunimmt.

Besser ist es, den Ladeelko sehr klein zu wählen und dafür den Siebelko hinter der Drossel oder dem Siebwiderstand vergleichsweise groß zu dimensionieren. Beispiel: AZ41 - 10µF - 10H - 47µF - Last.

Wenn du einen modernen Trafo einbaust, dann achte auf den Innenwiderstand der Sekundärseite. Die alten Röhren möchten da einen gewissen Widerstand sehen und moderne Trafos könnten evt. "zu gut" sein. Abhilfe schaffen da 2 Widerstände in den Anodenzuleitungen zur Röhre. Auch dies hat natürlich mit einer Begrenzung der Ladestromspitzen zu tun. Je kleiner der Ladeelko gewählt wird, desto unkritischer der Innenwiderstand des Trafos.

Gruß
Michael

Man kann allerdings auch dieFunktion der Gleichrichterröhre durch eine Si-Diode erstzen.Da muß allerdings ein Widerstand von 100 Ohm 2W in die Anodenleitung eingefügt werden.Gruß aus Dresden vom Ulli

Zunächst einmal danke ich euch für die freundliche Aufnahme in eurem Kreis und für die schnellen Antworten.

Das mit dem Spitzenstrom in der Diode ist ein klares Argument.
Beinahe hätte ich auch behauptet es zu verstehen. Es klingt auch einleuchtend. Beim zweiten Nachdenken kommen mir jedoch Zweifel.

Bei einer SI-Gleichrichterdiode mit sehr geringem Innenwiderstand von einigen Ohm sehe ich das ein. Da wird der Kondensator auch nur in der Spannungsspitze während einer sehr kurzen Zeit aufgeladen. Der Strom wird nur durch die sehr geringen Innenwiderstände bergrenzt.

Bei einem Innewiderstand der AZ41 von ca. 400Ohm sollte aber der Ladekondensator nur geringe Auswirkungen auf den Spitzenstrom in der Diode haben.

Im Datenblatt der AZ41 ist bei einem Laststrom von 70mA bei einer Eingangsspannnung 300Veff nur mit einer Ausgangsspannung von 300Vdc zu rechnen. Mit anderen Worten bleiben im Gleichrichter ca.120V (im Vergleich zur Spitzenspannung) auf der Strecke.
U peak = 300V * 1.4 = 420V
U dc (aus Datenblatt @ 70 mA ) = 300V
Das Datenblatt der AZ41 habe ich mal angehängt.

Weiterhin sollte der Kondesator immer dann geladen werden, wenn die Trafospannung höher ist als die Kondensatorspannung ist. Das ist für ca. 50% der Zeit der positiven Halbwelle gültig.

Die Ripplespannung am Kondesator (50µF) habe ich bei 70mA Laststrom und Zweiweggleichrichtung zu 14 Vpp abgeschätzt.
Selbst wenn die Ripplespannung gegen Null geht, sollte sich die Ladezeit um nicht mehr als 10% verkürzen. Der Ladestrompeak sollte sich ebenso um ca. 10% erhöhen. Das halte ich für beinahe unerheblich.

So ganz verstehe ich die Vorgabe der eines maximalen Ladekondensators noch nicht, den Peakstrom sehe ich ein.

Gruß

Karl

Hallo Karl

Du mußt bedenken, daß der Ladekondensator beim Einschalten des Gerätes völlig leer ist und in diesem Moment ist auch die Gleichrichterröhre am empfindlichsten, da die Heizspannung ja auch gerade erst anliegt und noch nichts in der Röhre so richtig auf Betriebstemperatur ist.

Ist dann der Ladeelko größer als im Datenblatt vorgeschrieben, sind Spannungsüberschläge innerhalb der Röhre sehr wahrscheinlich und dadurch wird sie unweigerlich zerstört.

Manche Gleichrichter erlauben sogar gar keine Kapazität, sondern wollen als erstes mal eine Drossel sehen, beim großen Quecksilbergleichrichter 866A ist das zB. so. Die Drossel muß für diese Betriebsart besonders geeignet sein, das geht nicht mit jeder.

Wenn du Englisch kannst, empfehle ich dir diese beiden Links zu den Themen Gleichrichtung und Siebung beim "Valve-Wizzard":

http://www.freewebs.com/valvewizard/fullwave.html

Hier ist der Absatz über den minimalen Trafowiderstand (Minimum Limiting Resistance) interessant und beim folgenden Link der Absatz über die Ladestromspitzen (Ripple current and valve rectifiers)

http://www.freewebs.com/valvewizard1/smoothing.html

Gruß
Michael

Hallo Michael,

Danke für die den Link und eine Erklärung. Jetzt ist mir die Begrenzung des Ladekondensators besser verständlich. Wenngleich ich auch zugeben muß, dass ich es immer noch nicht ganz nachvollziehen kann. Aber wenn die Röhren gerade im Hochlauf so empfindlich sind dann soll es so sein.
Bin gerade dabei das Netzteil umzustricken (wegen Trafoausfall) und werde die Ratschläge berücksichtigen.

Zu meiner Überrachung hat das Formieren der betagten Kondensatoren (2*32µF) gut funktioniert. Den Leckstrom konnte ich für beide zusammen auf ca. 5µA an 350V bringen. Hab ja schon öfters davon gelesen, aber wenn man es dann zum ersten mal selber macht ist es doch spannend.

Na ja, alte Radios, das ist ebendoch eine ganz andere Welt..


Gruß

Karl

Hallo Karl

Wenn du Änderungen im Netzteil vornehmen willst, dann möchte ich dir diese Software ans Herz legen:

viewtopic.php?f=24&t=9281

Damit lassen sich sehr einfach ungeregelte Netzteile simulieren und man kann sich sämtliche Spannungen und Ströme grafisch darstellen lassen.
Da kannst du zB. mal ausprobieren, wie sich die Kapazität des Ladeelkos auf die Ausgangsspannung am Ende der Siebkette auswirkt. Das ist schon ein Unterschied von bis zu 10V wenn man mal einen 2µF gegen einen 10µF simuliert.
Gerade wenn du einen völlig neuen und anderen Trafo einbauen mußt, kommt dir dieser Effekt natürlich passig, um am Ende wieder die richtige Anodenspannung für das Radio zu haben.

Gruß
Michael

Hallo,

danke für die Hinweise auch auf die Simulationssoftware. Leider habe ich aber mit Simulationen nicht nur positive Erfahrungen gemacht und daher glaube ich den Simulationstools nicht blind. Sicher bin ich mir erst wenn sich die Ergebnisse mit meinen Erwartungen decken. Das bedeutet dann für mich, dass ich das Problem verstanden habe. Simulationstools können mir gerne das Rechnen abnehmen, aber denken und die Ergebnisse bewerten ist eine andere Sache.

Nun zum Gleichrichter:
Im Datenblatt der AZ41 wird ein minimaler Widerstand im Trafokreis gefordert. Dieser Widerstand setzt sich aus den Wicklungswiderstand der Sekundärseite und dem transformierten Wicklungswiderstand der Primärseite zusammen (So verstehe ich das Datenblatt zumindest).
Beim eingesetzten Trafo ist die Sekundärspannung 2 x 250V. Wird der Mindestwiderstand Rt für 250V aus den angegebenen 3 Spannungen extrapoliert, komme ich auf 75 Ohm.
Gemessene Werte:
Widerstand der Sekundärwicklung ca. 75R bzw 80R
Widerstand der Primärwicklung ca. 15R
Übersetzung ca. 1:1 (1:1,09)

Also ist der Wicklungswiderstand im Gleichrichterkreis mindestens 90R. Damit kann nach meinem Verständnis ein zusätzlicher Widerstand entfallen.

Und dann hab ich da noch eine Frage:

Oft findet man parallel zu den Dioden im Gleichrichter Kondensatoren geschaltet.
Welchen Sinn haben diese Bauteile bei Gleichrichterröhren?

Gruß

Karl

P.S.
Ich bin nicht immer schnell im Antworten, weil ich mit denken, dazulernen und gelegentlich mit basteln beschäftigt bin.. Ganz nebenbei muß ich zu allem Überfluss auch noch andere Sachen erledigen um meine Hobbys zu finanzieren.

Genau. Tut er aber nicht.

Ein Kondensator allein setzt nur die Frequenz der Störung herab, eliminiert sie aber nicht. Dazu bedarf es eines zusätzlichen Widerstands.
Aber in Hifi-Kreisen gelten Widerstände ja als böse, weil gerade im Netzteil alles niederohmig sein soll und am liebsten mit massiven Kupferschienen gearbeitet wird, weil ja schon 4qmm-Draht viel zu dünn ist.
Deshalb sieht man immer diese, allein wirkungslosen, Kondensatoren über den Dioden.

Wie man das vernünftig macht, wenn man schon Halbleiter einsetzen will, steht im folgenden Papier, leider wieder mal nur auf Englisch verfügbar.

http://www.hagtech.com/pdf/snubber.pdf


Was ich viel wichtiger finde beim Aufbau eines Netzteils, ist der räumliche Aufbau. Trafo, Gleichrichter (Röhre oder Dioden), Ladekondensator und Siebdrossel sollten so eng wie möglich beeinander montiert werden und die Verbindungsdrähte so kurz wie eben möglich gehalten werden. Ein enges verdrillen schadet auch nicht. Diese Anschlußdrähte bilden schließlich die Antenne, die die entstehenden HF-Störungen in den Rest der Schaltung abstrahlt.

Und deshalb sind auch die alten Dämpferdioden aus Fernsehgeräten so beliebt bei Verstärkerbauern. Es gibt kein anderes Bauteil zum Gleichrichten von Wechselspannung, was so wenig Störungen erzeugt.
Hinzu kommt noch, daß sie die Anodenspannung sehr langsam (30s) hochfahren, was der Lebensdauer aller Röhren sehr entgegen kommt, daß sie hohe Ströme liefern können und daß sie spottbillig zu haben sind.
Der einzige Nachteil ist, daß man relativ viel Heizleistung aufwenden muß.



http://www.nutshellhifi.com/triode1.html

Gruß
Michael

Hallo nochmal,

@ Kondensatoren parallel zur Diode.
Also ich versteh das so, dass die Kondensatoren zumindest bei Röhrengleichrichter keinen wirklichen Sinn mache und problemlos entfallen können. => Weglassen.

@ Simulationssoftware. (falls es jemanden interessiert)
Für private Zwecke kann ich die im Web frei verfügbare Version von LTspice IV (Linear Technology) http://www.linear.com/designtools/software/ sehr empfehlen. Wenn jemand so tief einsteigen will kann er sich hier richtig austoben. Die Software läuft sehr stabil. Ein professionelles Tool und frei!!

@ Bei meinem Umbau des NORA W948 komme ich nur mühsam voran....
Aber es ist mir inzwischen gelungen den Trafo zu ersetzen und Probeweise in Betrieb zu setzen (noch ohne Ladekondensator und Lastkreis).
Dabei konnte ich folgende Beobachtung machen:
Die Heizung aller Röhren funktioniert. Bei allen Röhren der E-Reihe war die Heizung der Kathode im abgedunkelten Raum sehr deutlich zu erkennen. Bei der AZ41 aber nur schwer. Vielleicht ist das aber bei den direkt geheizten Röhren so. Die Heizspannung von vier Volt liegt aber richtig an.
Auch die Anodengleichrichterröhre arbeitet (noch ohne Last) und bringt ca. 350V nach der Zweiweggleichrichtung.
Im Moment bin ich damit beschäftigt die "verdächtigen" Kondensatoren zu tauschen.

@ Simulation der Gleichrichterschaltung
Ich habe mir die Mühe gemacht den Gleichrichter und den Ladekreis zu simulieren.
Bei der Simulation des Gleichrichters komme ich zu dem Ergebnis, dass bei dem gewählten Arbeitspunkt (280V Trafospannung und ca. 70mA Last) die Belastung der Dioden im Normalbetrieb nahezu gleich bleibt, wenn sich die Kapazität des Ladekondensators zwischen 8µ und 500µ ändert. Das gilt nicht für den Hochlauf. Zum Laden des Kondensators ist natürlich bei einer größeren Kapazität auch eine höhere Belastung der Dioden zu erwarten.

Es ist auch überraschend, dass es für die Dioden praktisch keinen Unterschied macht, ob sie in einer Zweiweggleichrichterschaltung oder parallel geschaltet in einem Einweggleichrichter betrieben werden (Im gleichen Arbeitspunkt). Der Spannungsripple ändert sich natürlich sehr deutlich.

Mir ist jedoch unklar wie sich die Belastung bei parallel geschalteten Gleichrichterröhren verhält wenn die Kennlinien der Röhren nicht identisch sind. Beim "NORA W948" wurde ein Einweggleichrichter mit parallel geschalteten Dioden verwendet.

Gruß
Karl

Hallo Karl und Mitleser,

bei der Simulation verwendet man ja Verhaltensmodelle der Bauteile und wenn man das selbe Modell für zwei parallelgeschaltete Bauteile verwendet, ist die Stromaufteilung immer völlig symmetrisch. Man müsste zwei Modelle mit unterschiedlich modelliertem Verhalten verwenden, was die Simulation (mit Modellerstellung) deutlich aufwändiger macht. Dafür kann man dann zerstörungsfrei testen und rückwirkungsfrei messen.

Die Kondensatoren am Gleichrichter haben zwei Funtionen:

1. "Snubber": Durch die Spulen des Trafos fließt kein sinusförmiger, sondern impulsförmiger Wechselstrom im Bereich der Spannungsspitze zum Nachladen des Kondensators nach dem Gleichrichter. Die Trafospulen bilden mit den unvermeidbaren Wicklungskapazitäten Schwingkreise, die üblicherweise im LW-Bereich (Grundfrequenz um 100 kHz) ausschwingen.

Die "Snubber"-Schaltung besteht aus den Kondensatoren in Verbindung mit dem ohmschen Widerstand der Trafospule. Je nach Eigenschaften des Trafos sind die Kondensatoren mehr oder weniger wirkungsvoll, wie mvd bereits geschildert hat.

2. HF-Störunterdrückung: Bei Halbleiterdioden ist im Vorwärtsbetrieb die Sperrzone mit Ladungsträgern vollgestopft. Am Ende der Stromspitze zur Kondensatornachladung dreht sich die Spannung an der Diode um. Sie bleibt aber noch leitend, bis die Ladungsträger aus der Sperrzone abgeflossen sind (Sperrverzögerungszeit im Datenblatt). In dieser kurzen Zeit entstehen hochfrequente Schwingungen im KW-Bereich (Grundfrequenz um 10 MHz) durch den lokalen Schaltungsaufbau. Diese Stromspitzen kann man nicht verhindern, aber die Abstrahlung und dadurch deren Wirkung verringern durch Parallelschalten von Kondensatoren mit guten HF-Eigenschaften (Keramik-Dieelektrikum) möglichst nah an den Dioden.

Bei Gleichrichter-Röhren treten diese Störungen nicht auf.

Allgemein: Die Störungen (Beeinflussungen) sind direkt proprtional zur Fläche des Stromkreises, in dem der Störstrom fließt. Daher: Leitungen dicht parallel führen, verdrillen, Bauteile dicht zusammen. Alles andere wirkt wie eine magnetische Antenne (Drahtschleife).

Bernhard

Jede Simulation ist nur so gut wie die Eingangsdaten. Wenn man hier etwas vergisst oder falsch eingibt, ist das Ergebnis im Allgemeinen wertlos. Oft kann man die speziellen Eigenschaften von Röhren nicht richtig darstellen. Auch muss man das Ergebnis richtig interpretieren können. Erfahrung ist auch in diesem Bereich erforderlich. Ohne diese hat man vielleicht am Ende eine Schaltung, die zwar in der Simulation hervorragend funktioniert, aber in der Praxis schlecht bis gar nicht. Wenn einem noch unerfahrenen Schaltungsentwickler nicht bei solchen Gelegenheiten ältere Kollegen helfen würden, würde so manches Gerät entwickelt, das nicht funktioniert.

Auch im Fall der parallelgeschalteten Bauteile, den Bernhard erwähnt hat, sind einige Besonderheiten zu beachten. Schaltet man z.B. zwei Dioden parallel, um den zulässigen Strom zu erhöhen, teilt sich dieser zwar in der Simulation u.U. gleichmäßig auf, in der Praxis aber nicht, weil die Durchlasspannung von Dioden streut. Wenn die Simulation das nicht berücksichtigt, wird eine der Dioden dann überlastet.

Der Normalbetrieb ist im Fall der Siebkapazität hinter der Gleichrichterröhre nicht das Problem. Denn in diesem Zustand muss über die Gleichrichterröhre nur die Energie nachfließen, die die eigentliche Schaltung des Radios verbraucht, und diese hängt tatsächlich nicht von der Siebkapazität ab. Kritisch ist, wie weiter oben schon geschrieben wurde, die Phase des Aufheizens. Dann ist einerseits der Siebelko noch leer, andererseits die Gleichrichterröhre noch kalt. Wenn ihre Kathode so weit aufgeheizt ist, dass sie zu emittieren beginnt, passiert das erst einmal nur in kleinen Bereichen, weil die Temperatur der Kathode nicht ganz gleichmäßig ist. Über diese kleinen Bereiche fließt nun relativ viel Strom, dadurch erwärmen sie sich schnell, wodurch der Stromfluss noch zunimmt. Ergebnis ist eine Überlastung von Teilbereichen der Kathode. Diese ist um so größer, je mehr Energie zum Aufladen des Siebelkos nötig ist, diese hängt wiederum von der vorhandenen Kapazität ab. Daher kommt die Begrenzung der Siebkapazität.

Lutz

Hallo Bernhard und Lutz,

@ Bernhard:
Danke für die ausführliche Erklärung über den Sinn der Kondensatorbeschaltung beim Gleichrichter. Das hab ich soweit verstanden auch wenn ich noch mal drüber nachdenken werde. Die Geschichte mit den aufgespannten Flächen und dem kompakten Aufbau geht klar.

@ Lutz:
Ja ja... Simulationen sind ein Teufelszeug man kann einges gut und ganz viel falsch machen. )
Bei der Parallelschaltung von Halbleitern sind die Effekte zumindest allgemein bekannt (mehr oder weniger). Aber ich hab keine Ahnung wie sich Röhren im Parallelbetrieb verhalten. Das lass ich dann besser noch mal sein.

Auch ein Danke an Dich für die Erklärung warum die Kapazität des Ladekondensators im Datenblatt begrenzt ist. Die ausführliche Erklärung ist einleuchtend und verständlich.
Wahrscheinlich ist das auch der Grund warum ein Heißleiter zwischen Gleichrichterdiode und Ladekondensator eingebaut ist. Nach meiner Messung hat er bei Raumtemperatur ca.10K und im warmen Zustand (ca.70°C) geht er bereits auf 600R zurück. Damit soll vemutlich die Strombelastung bei Einschalten begrenzt werden. Die Gründe dafür sind ja oben erklärt.

Gruß

Karl

Röhren haben im Allgemeinen wesentlich höhere Innenwiderstände als Halbleiter, was bei der gleichmäßigen Verteilung des Anodenstroms hilft. Trotzdem ist die Verteilung meist mehr oder weniger ungleichmäßig, weil auch Röhren Toleranzen haben und außerdem die Emission im Laufe der Lebensdauer nachlässt. Um bei Parallelschaltung eine Überlastung der Röhre mit dem höheren Anodenstrom zu vermeiden, sollte man Röhren mit ähnlicher Kennlinie verwenden (also im Allgemeinen vom selben Hersteller und etwa gleich alt), und der Gesamt-Anodenstrom sollte kleiner als die Summe der einzeln zulässigen Anodenströme sein.

Lutz

Wie soll man denn bei der AZ 41 eine Gleichstrom-Gegenkopplung hinkriegen?

Die einzige Möglichkeit, bei der Parallelschaltung von Gleichrichterröhren ungleiche Anodenströme einigermaßen auszugleichen, ist, in Reihe mit jeder Diodenstrecke einen Widerstand zu schalten. Je größer dessen Wert, desto gleichmäßiger die Anodenströme, aber desto größer auch die Verluste.

Oder man macht das ganze abgleichbar und muss es dann von Zeit zu Zeit überprüfen. Das ist aber im Allgemeinen keine brauchbare Lösung für Konsumergeräte, weil kaum ein Nutzer sein Gerät überprüfen lässt, solange es einwandfrei zu funktionieren scheint.

Lutz