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.