QRP-Röhrensender
QRP Röhrensender in der 2. Version mit EC92 als Oszillator, EL34 in der PA und Luftspule
Seit nunmer 25 Jahren baue ich Empfänger und QRP-Sender mit Transistoren. Die Möglichkeiten, die man damit hat, sind für den interessierten Amateur schier unausschöpflich. Immer wieder kommen neue Halbleiter auf den Markt, Hybridverstärkermodule oder Power-MOSFET's wie z.B. die RDxxxHHF1 von Mitsubishi, die mit geringer Ansteuerung und 12V-Betriebsspannung fast über den gesamten Kurzwellenbereich eine hohe Verstärkung garantieren. Diese für Senderendstufen optimierten Bauteile haben viel weniger Verlustleistung als ihre bipolaren Vorgänger und noch weitere Vorteile - kein Zweifel, dass ihnen die Zukunft gehört.
Und die bipolaren Transistoren lösten einst die Röhren ab, die mit ihrer Heizung einen Großteil der Energie in Wärme umwandelten, denn die Wärmeemission ist das Prinzip, dass man sich bei Röhrenverstärkern zueigen macht. Dazu kommt die hohe Anodenspannung, die für einen effizienten Betrieb erforderlich ist. Solche Geräte konnten meist nur am heimischen Netz betrieben werden, wie z.B. das gute alte Röhrenradio.
Natürlich verwendeten früher auch Funkamateure hauptsächlich Röhren in ihren Sende- und Empfangsanlagen - und auch heute noch ist ein Großteil der PA's damit bestückt. In vielen Büchern aus den 50-ger- und 60-ger Jahren findet man Schaltungen für eine komplette Stationsausrüstung. Z.B. ein Audionempfänger 0-V-1 mit zwei Röhren oder CW-Sender mit einer oder zwei Röhren - wie einfach man damals QRV werden konnte.
Zurecht wird heute über diese Technik nur noch geschmunzelt. Die Empfangseigenschaften solcher Audions sind mit den heutigen DSP-Transceivern in keinster Weise zu vergleichen. Das Stationsaufkommen ist heute allerdings auch ein Anderes als damals. Es gab weniger lizenzierte Funkamateure auf den Kurzwellenbändern und kaum Geräte, die man im Handel erwerben konnte. Vieles stammte aus ehemaligen Armeebeständen, oder es wurde selbst gebaut.
Nur wenige Funkamateure - mich eingenommen - können sich heute überhaupt noch vorstellen, wie man damals seine QSO's fuhr. Um ein bisschen von diesem Feeling erleben zu können, baute ich mir einen Röhrensender auf. Mit einer einzigen Röhre wie der EL84 oder EL34 soll es möglich sein, bis zu 5 Watt Output zu erzeugen. Das wollte ich ausprobieren.
Version 1 mit nur einer EL34
Ein OM hatte mir 2011 aus Altersgründen ein Chassis mit Trafo, Röhre, Fassung und ein paar anderen Bauteilen vermacht. Beim "Pollin" holte ich mir den Rest baute diesen Sender, der auf Anhieb 5 Watt Leistung brachte. Als Vorlage diente eine Beschreibung aus dem Internet von DL9EBA.
Schaltplan QRP-Röhrensender 1. Version
Der Transformator liefert 250V und 6,3V Heizspannung. Nach der Gleichrichtung der Anodenspannung durch eine Graezschaltung erfolgt die Glättung mit einem Elektrolytkondensator (hier 100uF). Er muss für eine Spannung ausgelegt sein, die um den Faktor 1,414 größer ist, als die des Trafos. Hier kam ein 365V Typ zum Einsatz, gemessen wurden 355V. Um diese gefährlich hohe Spannung nach dem Ausschalten schnell abzubauen, wurde der Widerstand R6 integriert.
Die Anodenspannung wird über eine handelsübliche Drossel von 3,3mH an die Anode angelegt. Die Drossel entkoppelt die HF von der Anodenspannung, der Kondensator C6 entkoppelt die Anodenspannung vom Ausgangskreis und muss eine entsprechende Spannungsfestigkeit haben.
Außerdem gelangt Anodenspannung über R3 an das Schirmgitter. Das liegt mit C4 signalmäßig an Masse und bewirkt somit eine Herabsetzung der Kapazität des Steuergitters gegenüber der Anode. Seinem Namen entsprechend schirmt das Schirmgitter dadurch die Anode gegen das Steuergitter ab.
Durch die Anodenspannung hoch beschleunigte Elektronen sind in der Lage, beim Auftreffen auf die Anode Sekundärelektronen heraus zu schlagen. Diese gelangen in den Fangbereich des positiven Schirmgitters und stören dessen Funktion empfindlich. Diese Erscheinung lässt sich durch das Bremsgitter, das sich zwischen Schirmgitter und Anode befindet, vollständig vermeiden. Dazu muss das Bremsgitter Massepotential haben.
Der Oszillator ist in Pierce-Schaltung ausgelegt, die eine Abwandlung des Huth-Kühn-Oszillator ist. Anstelle des beim H.-K.-Oszillators im Gitterkreis befindlichen Parallelschwingkreises wird hier ein Quarz verwendet. Der Drehkondensator C1 ermöglicht eine geringfügige Frequenzänderung. Noch mehr ziehen kann man durch zuschalten einer Drossel. Da der Widerstand des Quarzes für Gleichspannung unendlich groß ist, muss das Steuergitter mit einem Parallelwiderstand der Größenordnung 10k - 50kOhm gegen Masse gelegt werden. Die Rückkopplung erfolgt über die innere Röhrenkapazität zwischen Gitter und Anode.
Getastet wir die Kathode. Mit C2 und C3 sowie DR2 und R2 kann man das Ein- und Ausschwingverhalten der Zeichen beeinflussen. Andere Dimensionierungen können lt. [1] sein: C1: 500nF - 5uF, C2: 10nF, L: 1 - 5H, R2 ist nicht vorgesehen, L kann durch R mit 100 Ohm ersetzt werden.
Ausgangskreis und Koppelwicklung sind auf einem Eisenpulver-Ringkern. Mit dem Drehkondensator von 365pF lässt er sich auf 80- und 40m abstimmen. Mit diesem Parallelschwingkreis kann man eine Sendeleistung von 8 Watt auf 80m und 6 Watt auf 40m erreichen. Es entstehen allerdings auch Oberwellen, wie im Spektrum zu sehen ist.
40m-Träger und seine Oberwellen nach dem Ausgangskreis der ersten Version
Zum Erreichen der 40 dB Oberwellenunterdrückung musste für jedes Band ein 5-poliges Pi-Filter angefertigt werden, das auf der Oberseite des Chassis aufgesteckt wurde.
erste Version des Senders mit aufgesteckten Tiefpassfilter
40m-Träger und erste Harmonische nach Tiefpassfilter
Röhrensender der 1. Version von unten, gut zu erkennen ist der auf rotem Ringkern gewickelte Ausgangskreis,
dem ein Plattenpaket des Doppeldreko parallel geschaltet ist.
Ein großes Problem dieser VXO-Schaltung war das Chirpen beim Tasten des Senders. Da in dieser Schaltung der Oszillator direkt mit der Antenne verbunden wird, sind Rückwirkungen unvermeidbar. Dabei spielt die Qualität des Quarzes eine entscheidende Rolle. Standardquarze für 3579 kHz chirpen z.B. mehr als die größeren Quarze der Bauform HC6/U für 3520 und 3600 kHz, die aus älteren Fuchsjagdsendern stammen. Ganz extrem chirpte ein eigens für die QRP-Anruffrequenz gefertigter 7030 kHz Quarz.
Auch das Ziehen des Quarzes wirkt sich auf seine Frquenzstabilität aus. Je mehr man versucht rauszuholen, desto größer wird das Chirpen. Diesem Phänomen muss noch genauer auf den Grund gegangen werden. Die Vermutung liegt nahe, dass vor allem die kleinen Quarze die hohen Ströme, denen sie durch die Rückkopplung ausgesetzt sind, nicht verkraften. Vielleicht lässt sich das durch Parallelschalten von 2 gleichen Quarzen beheben.
Version 2 mit EC92 und EL34
Kurz entschlossen wurde der Sender um einen separaten Oszillator mit der Triode EC92 erweitert. Als Vorlage diente die Schaltung von F6HCC.
Der Oszillator ist in Colpitts-Schaltung ausgelegt. Von der Anode der EC92 wird ein Teil der HF über C3 zurück gekoppelt. Dr.1 soll den Ziehbereich vergrößern (ist noch nicht eingebaut). R9 bedämpft die Schwingung und C1 ermöglicht eine geringe Frequenzänderung. Gitterwiderstand R2 legt das Gitter gleichstrommäßig an Masse.
Da die Hochspannungswicklung des Trafos keine Mittelanzapfung hat, kam zur Erzeugung der negativen Gitterspannung eine andere Schaltung als die bei F6HCC zum Einsatz: die Dioden D6, D7 erzeugen zusammen mit den Elektrolytkondensatoren C18 und C21 eine negative Spannung von ca. 350V gegenüber der Masse. Der Spannungsteiler R10, R13 setzt diese auf ca. 110V herunter.
Über R1 liegt nun -110V am Steuergitter der EL34 an, wodurch diese gesperrt wird. Beim Umschalten auf Senden (S4) schwingt der Oszillator permanent. Sein Signal kann man im Empfänger hören, über C2 wird es ans Steuergitter der EL34 gelegt. Die kann es aber erst dann verstärken, wenn keine negative Spannung mehr am Gitter liegt. Die Spannung wird beim Tasten vom Relais K2 einfach kurz geschlossen. C13 dient als Funkenlöschkondensator und schließt HF-Spannungsreste kurz. Mit R14 kann man die Sendeleistung einstellen.
Röhrensender der 2. Version
Der Ausgang des Sendeverstärkers ist jetzt nur noch als einfaches Pi-Filter ausgelegt. Mit steckbaren Spulen ist das Abstimmen auf den Bändern 30- 80m möglich. Die Impedanz des Ausgangs beträgt 50 Ohm. Die Sendeleistungen sind 4W auf 30m, 5W auf 40m und 9W auf 80m.
Ausgangssignal auf 80m
Ausgangssignal auf 40m
Ausgangssignal auf 30m
Erstaunlicherweise ist beim 2-stufigen Sender dieses einfache Filter völlig ausreichend um die 40dB Oberwellenunterdrückung einzuhalten. Das Durchlaufen des Oszillator wirkt sich positiv auf seine Frequenzstabilität aus, allerdings entstehen beim Senden Spannungsschwankungen, die immer noch ein leichtes Chirpen zur Folge haben. Eine Stabilisierung der Anodenspannung des Oszillators sollte Abhilfe schaffen.
Anstelle der Tastung der Gitterspannung wäre auch hier eine Kathodentastung (V1) wie in Version 1 denkbar. Die Erzeugung der negativen Gitterspannung könnte dann entfallen.
Version 2 mit umschaltbaren Ringkernspulen für 80- und 40m (8W Output)
[1] Buch "Amateurfunk" von Karl Heinz Schubert (1979)
Beitrag wird forgesetzt.
Neustadt, Januar 2012