Das Röhrenprüfgerät RA 180M - Ein Selbstbaugerät
nach RA-Bauplan Nr. 92 (Meinen Dank an Ralf Wendt, der mir diesen Bauplan zur Verfügung stellte)


Diese Bauanleitung ist eine historische, sie beschreibt ein in den 20er und 30er Jahren übliches Gerät zum überprüfen der damals üblichen Röhren. - Trotzdem kann man aus dieser Schaltung auch heute noch seinen Nutzen und Ideen für sein eigenes, persönliches Prüfgerät ziehen. Deshalb will ich es dem interessierten Bastler nicht vorenthalten und stelle diese Bauanleitung hier auf meinen Homepageseiten vor.

Bei dem Entwurf eines Röhrenprüfgerätes ist vorerst die Entscheidung zu treffen, ob man die Aufnahme einer kompletten statischen Kennlinie als Zusammenhang zwischen Gitterspannung und Anodenstrom bei konstanter Anodenspannung ausführen will, oder ob man nur die von den Lieferfirmen der Röhren angegebenen Daten, Steilheit, Durchgriff und inneren Widerstand überprüfen, bezw. feststellen will, ob die Röhre in bezug auf ihre Emission noch den zu stellenden Anforderungen entspricht. Für die Aufnahme einer vollständigen Charakteristik sind relativ komplizierte Geräte erforderlich, die für Amateure nicht in Frage kommen, obwohl gerade der Amateur, wenn er eine Röhre untersucht, eher für die vollständige Charakteristik Interesse hat wie ein Verkaufsgeschäft, bei dem nur eine kurze und rasche Überprüfung stattfinden soll. Das nachfolgend beschriebene Gerät ist daher hauptsächlich für den Amateur entwickelt und stellt einen Kompromiß zwischen den beiden eingangs aufgestellten Forderungen dar. Es wurde zur Aufgabe gemacht, nicht nur eine relativ rasche Überprüfung der Röhren zu ermöglichen, sondern gegebenenfalls auch vollständige Kennlinien aufzunehmen. Dabei ist darauf Bedacht genommen, daß im ganzen Gerät mit einem einzigen und durch entsprechende Umschaltungen mit diesem einen Instrument alle notwendigen Messungen durchgeführt werden können. Die Ausführung ist aber so gehalten, daß man ohne Änderungen auch für jede einzelne Messung ein eigenes Instrument anzuschließen in der Lage ist.


Bei einer Aufnahme der Kennlinie einer Röhre ist vor allem die Gitterspannung veränderlich einzustellen und in ihrer Größe zu messen; eventuell soll man auch noch bei Vakuumkontrollen den Gitterstrom feststellen. Dieser Strom ist aber so klein, daß er allerdings mit dem für die übrigen Messungen bestimmten Instrument nicht erfaßt werden kann. Im Gerät sind daher nur zwei Buchsen zum Anschluß eines Sonderinstruments vorgesehen; im normalen Betrieb werden diese beiden Buchsen durch einen Kurzschlußstecker geschlossen. Außer der Gitterspannung muß auch die Anodenspannung auf bestimmte Werte eingestellt werden können, die Spannung und der auftretende Anodenstrom sind zu messen. Das gleiche gilt für Schirmgitterspannung und Schirmgitterstrom. In dem Meßgerät ist nicht nur die Umschaltung des Instruments für die verschiedenen Messungen, sondern auch die Einstellung der Gittervorspannung, der Anoden-und Schirmgitterspannung aufgenommen. Die Stromquellen sind von außen anzuschließen. Der Zusammenbau mit dem Netzteil würde das Gerät vergrößern und komplizieren. Für die versuchsweisen Messungen des Anwenders ist es in den meisten Fällen möglich, ein vorhandenes Netzteil eines Empfängers als Stromquelle für Heizung- und Anodenstrom zu verwenden. Die Gittervorspannung entnimmt man am einfachsten einer Trockenbatterie (einige Taschenlampenbatterien).
Im Gerät kommen nur Gleichspannungen und Gleichströme zur Messung. Da mit dem gleichen Instrument verschiedene Meßbereiche zu bestreichen sind, so kommt nur ein Drehspulsystem in Frage; aber nicht nur wegen der verschiedenen Meßbereiche, sondern auch wegen des geringen Eigenverbrauches und nicht zuletzt wegen der kontinuierlichen Skalenteilung muß dieses System verwendet werden. Die Vor- und Nebenwiderstände zur Einstellung der richtigen Strom- und Spannungsmeßbereiche sind seitwärts an das Gerät angesteckt. Je nach der durchzuführenden Messung wird das System des Instruments an die Meßpunkte angeschlossen.
Die variable Gitterspannung entnimmt man über ein Potentiometer. Da die Untersuchung der Röhren sich hauptsächlich auf das Gebiet negativer Vorspannungen erstreckt, also auf Gegenden, wo kein Gitterstrom auftritt, ist die Größe des Potentiometers vorwiegend durch die zulässige Belastung der Gitterbatterie bestimmt. Außer dem Querstrom des Potentiometers muß diese Batterie nur den Meßstrom des Instruments abgeben.
Die Einstellung der Anodenspannung erfolgt einerseits in Stufen durch Abgriffe an einem Widerstand PA, anderseits durch die Feineinstellung mittels eines Potentiometers PA'. Das Potentiometer PA' liegt in Serie mit dem Widerstand PA über der gesamten Anodenspannung. Der Schleifer des Potentiometers bildet den Kathodenanschluß, der mit dem positiven Pol der Gitterbatterie und mit dem Anfang des Spannungsteilers für die Schirmgitterspannung verbunden ist.
Auch die Schirmgitterspannung ist einerseits durch Anzapfungen eines Widerstandes Ps stufenweise einstellbar, außerdem ist aber auch eine Feinregulierung notwendig, die nun nicht mehr durch Serienschaltung eines Potentiometers hergestellt werden kann, sondern die durch ein parallel zu den Abzapfungen geschaltetes Potentiometer Ps' erreicht wird. Die Feinregulierungen für die Anodenspannung sowie auch Schirmgitterspannung müssen den Bedingungen genügen, daß die zwischen den einzelnen Anzapfungen auftretenden Stufen durch die Feineinstellung nicht nur erreicht, sondern womöglich etwas überbrückt werden. Dieser Bedingung entspricht im Anodenspannungsteiler das Potentiometer PA' dann, wenn sein Wert gleich oder größer ist wie der zwischen zwei Anzapfungen von PA liegende Widerstand. Der absolute Wert des gesamten Anodenspannungsteilers, der sich aus der Summe PA und PA' zusammensetzt, soll einerseits möglichst klein sein, damit der über das Potentiometer fließende groß ist im Vergleich zum Anodenstrom, andererseits ist die maimale Belastungsfähigkeit der Anodenspannungsquelle zu berücksichtigen. Ist der Querstrom des Potentiometers im Vergleich zum Anodenstrom klein, so verschiebt sich die eingestellte Anodenspannung durch jede Änderung des Anodenstromes in unzulässiger Weise. Im vorliegenden Fall ist für PA ein Widerstand mit 10.000 Ohm und für PA' ein Potentiometer von 1000 Ohm verwendet. Bei einer Anodenspannung von 220 V gehen über diesen Spannungsteiler als Querstrom 20 mA, dazu kommt noch für jene Teile, die zwischen dem Anschluß der Stromquelle und den Anzapfungen liegen, auch noch der in der Röhre auftretende Anodenstrom und im Potentiometer PA' der Querstrom des Schirmgitterspannungsteilers, so daß unter Berücksichtigung dieser beiden Belastungen PA und PA' ein Potentiometer von 1000 Ohm verwendet. Bei einer Anodenspannung von 220 V gehen über diesen Spannungsteiler als Querstrom 20 mA, dazu kommt noch für jene Teile, die zwischen dem Anschluß der Stromquelle und den Anzapfungen liegen, auch noch der in der Röhre auftretende Anodenstrom und im Potentiometer PA' der Querstrom des Schirmgitterspannungsteilers, so daß unter Berücksichtigung dieser beiden Belastungen PA und PA' für mindestens 50 mA zu dimensionieren sind.
Die Feineinstellung der Schirmgitterspannung wird in der Weise erreicht, daß das Potentiometer PS' parallel zu zwei Gruppen der Anzapfungen von PS geschaltet wird. Durch diese Parallelschaltung muß sich ein Gesamtwiderstand ergeben, dessen Wert gleich oder größer wie der einer Stufe von PS ist. Der Gesamtwert für PS ist wieder von denselben Bedingungen abhängig wie der des Anodenpotentiometers. Da aber der Schirmgitterstrom im allgemeinen wesentlich kleiner ist als der Anodenstrom, so kann der Querstrom für das Potentiometer der Schirmgitterspannung dementsprechend kleiner angenommen werden. Das Potentiometer Ps kann einen höheren Ohmwert aufweisen. In dem beschriebenen Gerät hat der Widerstand Ps 50.000 Ohm, mit drei Anzapfungen parallel geschaltet wird das Potentiometer Ps mit 30.000 Ohm. Zwei Widerstandsstufen von Ps haben 25.000 Ohm. Um durch die parallele Schaltung mit dem Potentiometer den Wert einer Stufe, das ist 12.500 Ohm, zu erreichen, muß das Potentiometer Ps ebenfalls mindestens 25.000 Ohm Widerstand besitzen. Die käuflichen Ausführungen haben meist 30.000 Ohm, was im vorliegenden Falle mit Rücksicht auf die gestellten Bedingungen nur günstig ist.
Die Nebenwiderstände, die zur Messung des Schirmgitter- und des Anodenstromes erforderlich sind, bleiben in den Leitungen dauernd eingeschaltet. Wie schon angegeben, sind auch für die Spannungsmessungen die Vorschaltwiderstände für das Meßinstrument im Gerät eingebaut. Das System wird bei der durchzuführenden Messung an die Punkte EG, EA und Es angeschaltet. Selbstverständlich erfolgt die Spannungsmessung derart, daß bei der Bestimmung des Anoden- und Schirmgitterstromes der Instrumentverbrauch des Spannungsmessers nicht mitgemessen wird. Bei Verwendung eines einzigen Instruments käme dieser Umstand allerdings nicht in Frage, werden aber gleichzeitig Spannungs- und Strommeßgeräte verwendet, ergibt sich dadurch eine falsche Messung. Ferner ist zu bedenken, daß jede Änderung des Stromes im Anoden- oder Schirmgitterkreis die an den Potentiometer eingestellten Spannungen verändert, und zwar um so mehr, je größer die Stromänderungen im Vergleich zu den Potentiometerquerströmen sind. Wenn man also mit dem Spannungsmeßinstrument eine bestimmte Anodenspannung eingestellt hat und dann das Instrument abschaltet, so wird durch das Abschalten des Instruments bereits eine geringfügige Verlagerung zustande kommen. Um diesen Übelstand auszuschalten, müßte man nach der Messung der Spannung die beiden Meßbuchsen kurzschließen, um so durch den eingebauten Vorwiderstand die gleiche Belastung des Potentiometers wie während der Messung zu erreichen. Dieses Kurzschließen kann selbstverständlich auch automatisch erfolgen, wenn man unter die Steckbuchsen zur Umschaltung durch den Stecker beim Messen den Kurzschluß öffnet.

Konstruktion
Das Gerät ist auf einer Isolierplatte mit den Abmessungen 26 x 19 cm in 4 mm Stärke zusammengebaut. Oben sind fünf Röhrenfassungen angeordnet, um die gebräuchlichsten Röhren messen zu können. Die Anzapfungen des grobstufigen Widerstandes für die Anodenspannungen sind zu Steckbuchsen geführt, die auf einem Kreis angeordnet sind. Durch einen Kurzschlußstecker mit 30mm Stiftabstand, entsprechend dem Kreisabstand, erfolgt der Anschluß an eine gewünschte Anzapfung, rechts daneben liegt das Potentiometer für die Feineinstellung der Anodenspannung. Die drei Stufen für die Schirmgitterspännung werden wieder an Steckbuchsen abgenommen, diese sind paarweise in je 19 mm Abstand angeordnet. Die Enden des Potentiometers für die Feineinstellung führen zu einer flexiblen Schnur, die am Ende einen normalen Lichtstecker trägt. Durch Einstecken dieses Steckers in eines der drei Buchsenpaare von Ps erfolgt die Grobeinstellung der Schirmgitterspannung, rechts neben der Anordnung liegt wieder die Feineinstellvorrichtung. Unten sind sechs Buchsenpaare zum Anschluß des Instruments vorgesehen. Von den Klemmen J des Gerätes führt wieder eine flexible zweiadrige Schnur zu einem Doppelstecker, so daß das Instrument auf diese Art an die zu messenden Punkte eingesteckt werden kann. Der Gitterkreis wird durch einen Kurzschlußstecker zwischen den Buchsen JG geschlossen, falls nicht, wie schon angegeben, eine Gitterstrommessung durchgeführt werden soll.
Zur leichteren Kennzeichnung ist es ratsam, die im Gerät verwendeten Buchsen je nach der Verwendung für den Anoden-, Schirmgitter-öder Gitterkreis verschiedenfarbig zu wählen. Z. B. Anodenkreis rot, Schirmgitter gelb, Gitter grün. Die Buchsen für Grobeinstellung derAnodenspannung und die Meßbuchsen für Anodenspannung und Strom stimmen dann in der Farbe überein, was den Zusammenhang augenfällig kennzeichnet. Das gleiche gilt für das Schirmgitter. Die Beschriftung aller Anschlüsse ist aber trotzdem eine unbedingte Notwendigkeit, weil man sonst nach kurzer Zeit immer wieder die Handhabung vergißt. Es ist außerdem von Vorteil, am Boden des Gerätekastens oder im Deckel eine prinzipielle Schaltskizze zu befestigen, damit man sich jederzeit leicht über den Aufbau ein Bild machen kann.
An den Rändern befinden sich die Klemmen für die Vor- und Nebenwiderstände, im Bohrplan sind die betreffenden Abstände mit x y angegeben. Die genauen Abmessungen müssen an Hand der vorhandenen Widerstände eingezeichnet werden. Der Widerstand PA für die Anodenspannungsteilung ist stabförmig;, die Anzapfungen macht man durch Umschlingen und Festdrehen eines normalen Schaltdrahtes. Das Aufsetzen so vieler Laschen würde die wirksame Länge des Stabes einerseits verkürzen, anderseits wäre auch die Einstellung gleicher Widerstandswerte zwischen den einzelnen Laschen nicht sehr einfach. Für die Spannungsteilung der Schirmgitterspannung wird ein Streifenwiderstand mit Kordel benutzt. Beide Widerstände PA und Ps sind freitragend montiert und im Verdrahtungsplan aus diesem Grunde nur gestrichelt angedeutet. Die Anordnung geht deutlich aus der Skizze hervor.




Der Betrieb des Gerätes.
Bei Wechselstrom ist es am einfachsten, für Heizung und Anodenspannung den Netzteil eines Apparats zu verwenden. Allerdings können dann nur indirekt geheizte Röhren und Batterieröhren für 4 V Heizung gemessen werden. Will man bei Wechselstromnetz auch indirekt geheizte Röhren von 20, bzw. 13 V Heizspannung prüfen, so muß man entweder einen eigenen Heiztransformator vorsehen, der diese Spannung liefert, oder man kann auch die Heizung aus dem Wechselstromnetz direkt mit einem Vorwiderstand durchführen. Dann muß aber die Verbindung des Heizkreises FF mit dem Kathodenkreis gelöst werden. Diese besagte Verbindung ist überhaupt nur zur Messung für direkt geheizte Röhren erforderlich.
Bei Gleichstromnetz kann die Anodenspannung dirrekt aus dem netz genommen werden. Die Heizung von 4-V-Röhren erfolgt am einfachsten mit einem Akkumulator, indirekt geheizte Röhren von 13 bis 30 V Fadenspannung heizt man am besten direkt vom Netz. Auch hier muß wieder die Verbindung des Heizkreises mit der Kathode geöffnet werden. Selbstverständlich benötigt die Heizung einen entsprechenden Vorschaltwiderstand.
Hochvoltröhren werden bei Gleich- oder Wechselstrom mit der entsprechenden Netzspannung im Heizkreis betrieben, auch hier ist wieder die Öffnung des Heizkreises zum Kathodenkreis erforderlich. Die Verbindung dieses Heizkreises mit der Kathode kann man sich überhaupt betriebsmäßig durch einen Schalter zum öffnen einrichten, bezw. ganz weglassen, wenn man keine direkt geheizten Röhren zu überprüfen hat.

In den fünf Röhrenfassungen können folgende Typen untersucht werden:


Fassung I direkt und indirekt geheizte Eingitterröhren,
Fassung II direkt und indirekt geheizte Schirmgitterröhren, Hochfrequenzpentoden und Selektoden,
Fassung III direkt geheizte Endpentoden,
Fassung IV indirekt geheizte Endpentoden,
Fassung V Binoden.

Da die Röhren für Sockel II und V die Anoden an der am Ballon oben liegenden Klemme haben, muß man durch eine Durchführung ein flexibles Kabelstück mit einem Kabelschuh vorsehen. Für Sockel II ist auch eine Kathodenausführung dieser Art erforderlich, weil manche Hochfrequenzpentoden das Fanggitter zu einer Seitenklemme im Sockel herausgeführt haben. Das gleiche gilt für den Schutzgitteranschluß des Sockels IV.
Bei dem Meßvorgang beginnt man mit der Einstellung und Messung der Gittervorspannung, dann stellt man die gewünschte Anodenspannung ein und schließlich die Schirmgitterspannung. Durch die Einstellung der Schirmgitterspannung verändert sich noch geringfügig der Anodenspannungswert, so daß sich bei genauen Messungen eine nochmalige Kontrolle und Nachstellung empfiehlt. Jetzt kann der Anodenstrom, bezw. der Schirmgitterstrom gemessen werden. Auf diese Weise läßt sich die statische Charakteristik einer Röhre aufnehmen, bezw. einzelne Punkte überprüfen.
Will man eine Unabhängigkeit der Schirmgitterspannung von der Einstellung der Anodenspannung erreichen, so müßte man den Spannungsteiler der Anodenspannung in der gleichen Weise aufbauen, wie dies bei der Schirmgitterspannung besprochen ist; also ein Potentiometer über je zwei Gruppen der Anzapfungen des Widerstandes Pa schalten. Der Widerstand Pa und der Widerstand Ps liegen dann mit ihrem vollen Wert parallel an der Anodenspannungsquelle, bezw. an der Kathodenleitung.
Das Potentiometer Pa' bekommt dann am Anfang und Ende der Wicklung eine zweiadrige Doppelschnur, die an Stelle der im Zentrum liegenden Buchse, der kreisförmig angeordneten Steckbuchsen herausführt. Der Doppelstecker muß einen solchen Abstand bekommen, daß er sich zügig in die Buchse 1 und 3, 2 und 4 usw. einstecken läßt.
Soll das Gerät ständig als Röhrenprüfer bereitstehen, so wird es wohl keine Schwierigkeiten machen, auf Grund der schon gemachten Angaben ein geeignetes Netzteil, bzw. die nötigen Vorwiderstände für den Heizkreis zusammenzubauen und mit dem Gerät dauerhaft zu verbinden.

Materialliste.

1 Potentiometer PG, 10.000 Ohm, 10mA.
1 Potentiometer PA', 1000 Ohm, 50mA.
1 Widerstandsstab PA, 10.000 Ohm, 50mA.
1 Streifemviderstand mit Kordel PS, 50.000 Ohm, 10 mA.
3 Schellen dazu.
1 Potentiometer PS, 30.000 Ohm, 9 mA.
12 Klemmen.
32 Steckbuchsen, 4 mm Durchmesser.
2 Fünfstiftröhrenfassungen.
2 Sechsstiftröhrenfassungen.
1 Siebenstiftröhrenfassung.
2 Starkstromstecker, 19 mm Abstand, flache Ausführung.
1 Kurzschlußstecker, 19mm Abstand.
1 Kurzschlußstecker, 30mm Abstand.
2 m Litze, zweiadrig.





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