Induction - Radio

Die folgende Baubeschreibung stammen aus dem Elektor Heft Januar 2002 (Author: Bob Stuurman).
Mit ausdrücklicher freundlicher Genehmung vom Elektor-Verlag GmbH, Aachen
(www.elektor.de)



Rundfunk-Empfänger sind nicht nur etwas für das Ohr. sie können auch dem Auge schmeicheln. Hoch aufragende Luftspulen, eine glimmende Verstärkerröhre und ein hölzernes Chassis lassen vermuten, dass es hier um ein Liebhaberstück aus der Pionierzeit des Radios geht. Doch der Schein trügt: Das Induction Radio ist ein heute realisierbares Bauprojekt mit dem besonderen Charme von damals.
Seit Mitte der zwanziger Jahre bis in die sechziger Jahre hinein war der Empfänger-Selbstbau ein äußerst beliebtes Steckenpferd. Schon bald nach den ersten Anfängen des Rundfunks um 1920 gab es zahlreiche "Radiobastler", die sich an der neuen Funk-Technik begeisterten.
Zunächst war es schwierig, die Einzelteile für einen einfachen Empfänger zusammen zu tragen. Das änderte sich, als Mitte der zwanziger Jahre die großen Rundfunksender ihren Betrieb aufnahmen. Nun wurden in den vielen neu gegründeten Radio-Läden nicht nur Röhren, Kondensatoren und Widerstände feil geboten, sondern man konnte auch sorgsam zusammengestellte Bausätze kaufen. Die zugehörigen Schaltungen waren oft vom Laden-Inhaber persönlich entwickelt und erprobt worden.
Wenn man heute eine Empfänger-Schaltung von damals nachbauen möchte, stößt man wieder auf das Problem der Bauteile-Beschaffung.
Trafos, die Anoden- und Heizspannungen für Röhren liefern, Spulen und Drehkondensatoren für den Mittelwellen-Bereich, diese Artikel sind schon lange nicht mehr im Sortiment. Wir haben deshalb Altes mit Neuem verbunden und eine nostalgische Röhren-Schaltung so abgewandelt, dass sie mit heute verfügbaren Bauteilen realisierbar ist. Bauelemente wie Netztrafos, die 250 V für die Röhren-Anode und 6,3 V für die Heizung liefern, sind heute nicht mehr beschaffbar, und Kopfhörer mit der Impedanz 2000 Ohm findet man nur noch äußerst selten.
Doch das ist nicht allzu tragisch, denn ein moderner Niederspannungs-Netztrafo genügt, und ein 32-Ohm-Walkman-Headset klingt deutlich besser als ein Uralt-Kopfhörer-Modell. Ein Zweiter Niederspannungs-Netztrafo kann die notwendige Anpassung des Headset an die Röhren-Impedanz übernehmen.
Drehkondensatoren, auch kurz "Drehkos" genannt, deren Dielektrikum aus gewohnlicher Luft besteht, sind zwar für den beabsichtigten Zweck um besten geeignet, doch leider sind sie nicht mehr im Handel.
Ersatz bieten die heute noch gefertigten "Quetscher", eine Drehkondensator-Bauform mit dem Kunststoff PVC als Dielektrikum. Allerdings sind ihre Platten halbkreisförmig geschnitten, sodass die Kapazität linear vom Drehwinkel abhängt. Der früher gebräuchliche exponentielle Plattenschnitt hatte eine linare Frequenzteilung der Abstunmskala zur Folge: die Sendersuche wurde dadurch erleichtert.
Die dritte Hürde, die bei der Bauteile-Beschaffung genommen werden muss, sind die Spulen. Nach einigen Experimenten fiel unsere Wahl auf einen schon in alten Zeiten bewährten Typ: die Luftspule in der Form einer Spinnenwebe. Solche Spulen können leicht in Eigenregie angefertigt werden, der Gütefaktor ist recht brauchbar, und die Eigenkapazität liegt niedrig. Da die Eigenkapazität der Spule zur Kapazität des Schwingkreis-Kondensators hinzugerechnet werden muss, können bei zu hoher Eigenkapazitat die oberen Frequenzen des Mittelwellen-Bereichs (er erstreckt sich von 525.5 bis 1606.5 kHz) nicht mehr empfangen werden.
Die Entscheidung zu Gunsten der Spinnenweben-Luftspule fiel auch deshalb nicht schwer, weil sie von allen Alternativen die äußerlich attraktivste Variante ist. Die Röhre und die Spulen verhelfen dem Induction Radio zu einem unverwechselbaren Design.

Schaltung

Das Induction Radio ist schaltungstechnisch ein so genannter Geradeaus-Empfänger, aufgebaut mit der Zweifach-Triode ECC 82 (s. Schaltbild). Diese Röhre kann wahlweise mit 6,3 V oder 12.6 V geheizt werden, denn die Heiztäden lassen sich parallel oder in Reihe schalten. Bei Reihenschaltung fließt ein Strom von ungefähr 150 mA durch die Heizfaden. Die Heizspannung 12.6 V wird dem Netztrafo T2 über die Widerstandskombination R7/R8 entnommen. Dieser Trafo ist ein Typ, der sekundarseitig 2 x 18 V bei 133 mA liefert. Mit 150 mA liegt der Heizstrom zwar etwas höher, doch da nur eine Wicklungshälfte belastet wird, ist eine geringe überschreifang des Trafo-Werts tolerierbar.
Die Spannung aus beiden Wicklungshälften wird von Diode D1 gleichgerichtet, von C12 geglättet und von R6 und C11 noch einmal gesiebt, bevor sie als Anodenspannung zur Verfügung steht. C10 wurde zur hochfrequenten Entkopplung hinzugefügt.


Das erste Trioden-System (V1a) ist als sogenanntes rückgekoppeltes Audion geschaltet. Das Audion demoduliert das amplitudenmodulierte HF-Signal und verstärkt gleichzeitig das dabei entstehende niederfrequente Signal. Der aus Spule LD und Drehko C3 besiegende Audion-Schwingkreis liegt über C5 am Gitter; R1 ist der Gitter-Ableitwiderstand. Die Kathode von V1a ist unmittelbar mit Masse verbunden.
Drehko C1 und Spulle LA bilden den Antennen-Schwingkeis. Die von der Antenne kommenden Empfangssignale werden von Spule LA in Spule LD des Audion-Schwingkreises induziert. Infolge der Raumladung innerhalb der Triode beträgt die Gitter-Spannung ohne Empfangssignal annähernd 0 V. Sobald ein Signal empfangen wird, lädt sich C5 bei jeder positiven Haibwelle ein Stück weiter auf; die Gitter-Kathoden-Strecke verhält sich nämlich wie ein Gleichrichter. Nach einigen Perioden erreicht die Spannung an C5 den Spitzenwert des hochfrequenten Signals; die Gitter-Spannung folgt nun der hochfrequenten Spannung, wobei der Spitzenwert 0 V beträgt. über Gitterableitwiderstand R1 wird jedoch C5 entladen, sodass die Gitter-Spannung nicht mehr den schnellen änderungen des hochfrequenten Trägersignals, sondern der niederfrequenten Hüllkurve folgt. Das führt dazu, daß der Arbeitspunkt und damit auch der Anodenstrom im Rhythmus des HF-Signals um einen Mittelwert pendelt. An Anodenwiderstand R2 entsteht eine niederfrequente Spannung, der eine hochfrequente Komponente überlagert ist. Über C1, P1/P2 und die dritte Spule LR wird ein Teil des hochfrequenten Anteils zum Audion-Kreis zurückgeführt. Dieses Signal ist normalerweise mit dem HF-Signal am Audion-Schwingkreis (LD/C3) in Gegenphase. Da aber LR zu LD gegenläufig geschaltet ist, wird die Phase noch einmal um 180 Grad gedreht, sodass die Signale wieder in Phase sind. Die Rückkopplung bewirkt eine Verstärkung des am Gitter liegenden HF-Signals, und gleichzeitig wird der Gütefaktors Q des Audion-Kreises stark angehoben.
Die Entdämpfung des Audion-Kreises führt im Extremfall dazu, dass die Schaltung zu schwingen beginnt, sodass der Empfänger zum Sender auf der eingestellten Empfangsfrequenz wird. Da die Antenne das Signal in die Umgebung abstrahlt, werden andere auf gleicher Frequenz abgestimmte Empfänger erheblich gestört. Bei einer Einstellung von P1 und P2 kurz vor dem Schwinungseinsatz ist die Empfänger-Empfindlichkeit um ein Vielfaches höher als bei einer Audion-Schaltung ohne Rückkopplung. Gleichzeitig wird bei dieser Einstung die Bandbreite stark reduziert, sodass das niederfrequente Signal dumpfer und hohler klingt.
Zurück zur Schaltung: Über C7 und R3 gelangt das demodulierte Signal zum Gitter dei zweiten Triode (V1b), die als NF-Verstärker arbeitet.
C6, R3 und C8 schwächen die HF-Komponente stark ab, sodass praktisch nur noch das NF-Signal übrig bleibt. Die vom Trafo T1 transformierte Ausgangsimpedanz beträgt ungefähr 10 kOhm. C9 hebt den Bereich um 5000 Hz an, das Klangbild erscheint dadurch etwas transparenter. Kathodenwiderstand R5 wird nicht, wie sonst üblich, von einem Elko überbrückt. Die dadurch entstehende Gegenkopplung ist beabsichtigt, sie mindert die röhrenbedingten Verzerrungen.

Empfänger-Bau

Für die Schaltung wurde eine Platine entworfen. Die folgenden Bilder zeigen das Layout und den Bestückungsplan.

  

Die in der Stückliste angegebenen Bauteile passen perfekt auf die Platine, ihre Montage beschränkt sich auf die Löt-Arbeit. Um die Platinenfläche klein zu halten, befinden sich zwei Befestigungslöcher (sie liegen einander diagonal gegenüber) unter den Trafos. Diese Löcher müssen auf der Bestückungsseite etwas abgesenkt werden, damit die Trafos trotz der Schraubenköpfe (Schrauben M3, Länge 5 mm) mit ganzer Fläche auf der Platine aufliegen. Danach können, mit Ausnahme der Trafos, die Bauelemente montiert werden.
In die mit Gnd, D und R bezeichneten Platinenlöcher werden 1,3 mm starke Lötstifte gesteckt. Für den Kopfhörer-Anschluss ist eine Stereo-Klinkenbuchse vorgesehen (K1). Der linke und der rechte Ohrstöpsel sind parallel geschaltet, sodass die Anschlussimpedanz des 32-Ohm-Headset auf 16 Ohm halbiert wird. K2 ist eine zweipolige Schraub-Anschlussklemme mit dem Rastermaß 10 mm.
Die Widerstände R7 und R8 dürfen wegen ihrer Wärme-Entwicklung nicht auf der Platine aufliegen. Sie werden im Abstand von etwa 5 bis 10 mm 'schwebend' montiert.
Wenn die Montage der Bauelemente fertig gestellt ist, setzt man die Schrauben in die abgesenkten Platinenbefestigungslöcher, prüft, ob die Trafos tatsächlich flach auf der Platine aufliegen und schraubt dann jeweils einen 10 mm langen Distanzbolzen mit M3-Innengewinde von der Unterseite auf die Schrauben auf.
Mit den beiden anderen Befestigungslöchern wird natürlich in gleicher Weise verfahren. Danach können auch die Trafos auf die Platine gesetzt und verlötet werden. Das folgende Bild zeigt, wie die fertig aufgebaute Platine aussieht.


Montiert werden müssen nun noch der Spulensatz (Spulenanfertigung siehe weiter unten), die beiden Drehkos, die Poties zum Einstellen der Rückkopplung (P1 - fein, P2 - grob) und die Buchsen für Antenne und Erde. Der Spulensatz wird auf dem Chassis-Boden befestigt, alle anderen Teile haben an der Frontplatte ihren Platz.
Ein geeignetes und gleichzeitig originelles Chassis ist ein hölzernes Butterbrot-Brett mit den ungefähren Maßen 33 x 20 x 1,2 cm, wie man es in der Haushaltsabteilung jedes Warenhauses bekommt. Von dem Brett wird der Länge nach ein 7 cm breiter Streifen abgesägt. Gegen die Sägekante schraubt man senkrecht den passend gesägten Teil eines zweiten Brettes, das wegen der zu montierenden Drehkos und Potis etwas dünner sein muss. Die Holzteile können nach gründlichem Schleifen mit feinem Schmirgelpapier einen Schutzanstrich aus transparentem Lack erhalten.
Von vorn betrachtet ist der Spulensatz links auf dem Chassis angeordnet, die Platine hat ihren Platz auf der rechten Chassisseite. Auf der Frontplatte befinden sich von links nach rechts die Buchsen, die Drehkos und die Potis.
Die Antennenspule LA und die Audion-Spule LD werden direkt mit den Drehkos C1 bzw. C3 verbunden, wobei die Drähte A an den Schleifkontakten liegen müssen. Zwischen den Schleifkontakten von C1 und C3 wird eine Verbindung hergestellt, die auf der einen Seite weiter zur Erde-Buchse und auf der anderen Seite zum Gnd-Anschluss der Platine führt. Dieses Drahtende lötet man zusammen mit dem Ende von Draht B der Rückkopplungsspule LR an einen Steckschuh; er wird auf den mit "Gnd" bezeichneten Lötstift der Platine aufgesteckt. Die Verbindung vom "heißen Ende" von C3 zum Lötstift D auf der Platine wird ebenfalls über einen Steckschuh hergestellt.
Als Nächstes lötet man Draht A von Spule LR an Poti P1, über eine weitere Leitung werden die Poti-Schleifer miteinander verbunden, und von Poti P2 führt eine dritte Leitung über einen Steckschuh zu Lötstift R auf der Platine. Schließlich wird noch das "heiße Ende" von Drehko C1 über den 100-pF-Kondensator C2 mit der Antennen-Buchse verbunden.
Das folgende Bild zeigt die Ansicht der fertigen Konstruktion von der Rückseite, während das Titel-Foto ganz oben erkennen ließ, wie man die Frontplatten-Vorderseite gestalten kann.


Resultate

Mit einer Antenne in Form einer Wäscheleine auf dem Balkon eines Wohnblocks und einem Heizungsrohr als Erde konnten tagsüber im Raum Aachen sechs Sender mit guter Qualität empfangen werden. Bei mäßig angezogener Rückkopplung ist der Klang des Empfängers überraschend gut. Da der Antennen- und der Audion-Kreis separat abstimmbar sind, lässt sich die Lautstärke leicht beeinflussen. Die Bandbreite lässt sich so einstellen, dass schwächere Sender nicht von benachbarten starken Sendern überlagert werden. Nach Einbruch der Dunkelheit war die Anzahl der empfangenen Sender kaum noch zählbar.
Das Rundfunkhören mit einem Empfänger, den man zu Recht als "Dampfradio" bezeichnen kann, hat seinen besonderen Reiz. Beim möglichst geschickten Spiel mit den vier Einstellknöpfen kann man in nostalgischen Sphären schweben, einer Dimension, die kein moderner Empfänger zu bieten vermag.

Die Luftspulen

Der Güte-Faktor Q einer Luftspule hängt von ihrer Fläche und vom Querschnitt des Drahtes ab: Beides darf nicht zu klein sein. Als Draht genügt im Mittelwellen-Bereich Volldraht, die Verwendung von Litze ist nicht erforderlich. Damit die Eigenkapazität klein bleibt, soll eine Luftspule möglichst viel Luft "enthalten".
Von einer Luftspule, die die Form einer Spinnenwebe hat, wird diese Forderung erfüllt. Zur Schaltung des Induction Radio gehören drei identische Luftspulen. Der Kopplungsgrad wird dort durch unterschiedliche gegenseitige Abstände bestimmt. Für den Spulenbau werden einige Meter lackisolierter Kupferdraht, Durchmesser 0,4 mm und drei 1,5 mm dicke Platten aus ABS-Kunststoff oder Polystyrol benötigt. Solche Platten sind zum Beispiel im Modellbau-Fachhandel erhältlich. Das Anfertigen der Spulen ist mit Hilfe der abgedruckten Schablone nicht schwierig.


Zuerst wird das Schablonen-Bild in dreifacher Ausführung auf transparentes Zeichenpapier kopiert. Die Kopien klebt man mit einem später wieder entfernbaren Kleber auf die Platten. Dann werden mit einer Laubsäge die rechteckigen Umrisse der Spulenträger ausgesägt, und es folgen 26 Sägeschnitte in Richtung des kreisförmigen Mittelteils. Die schmalen Stege lassen sich mit einem kleinen Schraubendreher herausbrechen, das Ergebnis ist ein Spulenträger mit 13 Lamellen. Das Schablonenpapier einschließlich des Klebers wird entfernt, und sämtliche Sägekanten werden durch mehrfaches Längsziehen eines Messers entgratet.
In den vier Ecken und in der Mitte des Spulen-Trägers werden die Befestigungslöcher gebohrt (Durchmesser 3 mm), und an den Positionen A und B bringt man Löcher an, durch die der 0.4-mm-Draht gerade hindurchpasst. Nach einer eventuellen Säuberung mit einem Reinigungsmittel folgt das Wickeln der Spulen auf die Träger.
Durch Loch A wird der Draht von hinten durchgesteckt, sodass das freie Ende etwa 15 cm vorsteht. Damit dieses Ende das Wickeln nicht behindert, wird es zusammengerollt und auf den Träger-Mittelteil gedrückt. Von der Rückseite her legt man den Draht durch den Schlitz nach vorn, der sich vor Lamelle 1 befindet. Anschließend wird der Draht durch den Schlitz, der vor Lamelle 2 liegt, nach hinten zurückgeführt. Auf diese Weise werden 53 Windungen gewickelt, wobei der Draht von Lamelle zu Lamelle die Seite wechselt. Der Draht soll beim Wickeln einigermaßen straff gespannt sein. Nach der 53. Windung wird der Draht mit einer Restlänge von etwa 16 cm abgetrennt und durch Loch B geführt. Das andere Ende in Loch A kann wieder ausgerollt werden, und ein rechtwinkliges Abknicken der Drähte unmittelbar an den Löchern verhindert das Zurückgleiten. Der Draht bei Position A ist der Spulen-Anfang, der Draht bei Position B ist das Spulen-Ende. Beide Anschlussdrähte müssen auf der gleichen Seite liegen, damit 53 vollständige Windungen gewickelt werden können. Das Ergebnis der Arbeiten sind drei Spulen, die bei einer Induktivität von ca. 200 H eine niedrige Eigenkapazität haben und (zusammen mit dem Drehko) einen Güte-Faktor Q von ungefähr 60 aufweisen. Dieser Wert ist durchaus akzeptabel.
Die Spulen müssen auf dem Chassis so angeordnet werden, dass sie induktiv in Wechselwirkung treten können. Die Antennenspute LA hat ihren Platz links außen, im Abstand von 10 cm steht flächenparallel die Audio-Spule LD auf dem Chassis, und 5 cm von der Audio-Spule entfernt ist die Rückkopplungsspule LR angeordnet. Auf dem Chassis können die Spulen mit Hilfe von Haltestegen (ca. 5 mal 5 mm, 10 cm lang) oder Haltewinkeln montiert werden. Die Anschlüsse B müssen der Frontplatte zugekehrt sein, und die Drähte müssen nach rechts in Richtung Platine zeigen. Beim Musteraufbau wurden durch die Befestigungslocher und das Mittdloch transparente Rundstäbe aus Kunststoff hindurchgesteckt und mit den Spulen-Trägerplatten verklebt. Solche Stäbe sind zum Beispiel im Modellbahn-Fachhandel erhältlich. Anschließend wurde die gesamte Spuleneinheit mit Hilfe von Stegen auf dem Chassis befestigt. Das Foto zeigt, dass sich diese Konstruktion nicht zu verstecken braucht.





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