Schaltungstechnik der Detektoren und Kristalldioden
(aus einem Buch der Radio-Praktikerbücherei, Franzis-Verlag)
Moderne Detektorempfänger
Es ist das Schicksal des Detektorempfängers, daß er von jeher sehr stiefmütterlich behandelt wurde. Vor
Beginn des Röhrenzeitalters wurde er zwar unter Anwendung aller damals bekannten wissenschaftlichen Erkenntnisse
durchgerechnet, konstruiert und gebaut, was er durch heute unvorstellbare Empfangsergebnisse quittierte. Später aber
geriet er auf der kommerziellen Seite in Vergessenheit und wurde das mehr oder weniger dankbare Versuchsobjekt aller
Radiobastler. Die raffiniertesten Spulenformen und Detektorzusammenstellungen wurden ausprobiert, die an sich so einfachen
Schaltungen im Rahmen aller denkbaren Möglichkeiten variiert - doch wollte es das Unglück, daß sich der
Bastler nach Erwerb der primitivsten Fachkenntnisse stets dem Detektor ab- und der Röhre zuwandte. Erst als es sich
Ende der dreißiger Jahre herausstellte, daß die zu dieser Zeit hergestellten Röhren bei der Verarbeitung
höchster Frequenzen versagte, entsann man sich reuevoll des Detektors und begann überstürzt seine
Weiterentwicklung.
Ein Teilergebnis dieser Bemühungen, nämlich die Entdeckung der vorzüglichen Eigenschaften des Germaniums,
zeitigte beim Wiederaufbau der deutschen Radioindustrie nach der Kapitulation den ersten industriell hergestellten
Kurzwellen-Detektorempfänger. Für die klassischen Wellenbereiche wurden in den Jahren 1945 und 1946 ungezählte
Detektorempfänger mehr oder weniger guter Qualität gebaut. Selbst heute beschäftigen sich noch einige namhafte
Firmen mit der Fertigung von Detektorgeräten aller Wellenbereiche, obgleich diese in den Prospekten der betr. Firmen oft
schamhaft verschwiegen werden. Und der (meist minderbemittelte) Bastler verwendet nach wie vor viel Liebe und Mühe auf
den Detektorempfänger, denn dieser ist auch heute noch der einzige Empfängertyp, der ohne jede Hilfsstromquelle
auskommt und bei liebevoller Behandlung durchaus brauchbaren Fernempfang in hervorragender Klangqualität
gestattet. Wenn es gelänge, den für den heutigen Stand der Technik geradezu lächerlichen Wirkungsgrad der
Lautsprecher (gemeint sind die damaligen Trichterlautsprecher), der zwischen 4 und 10% liegt, zu
verbessern, so wäre der Detektorempfang im Lautsprecher wahrhaftig kein Problem mehr. Vielleicht glückt es aber
auch auf diesem Gebiet eines Tages einem Bastler, der Wissenschaft und Industrie neue Wege zu eröffnen. Und das ist der
Grund, warum auch der fortgeschrittene Amateur es nicht für unter seiner Würde halten sollte, sich eingehend mit
dem Detektorempfang zu beschäftigen.
Wie bei allen Anordnungen, bei denen es auf geringste Verluste oder höchste Energieausnutzung ankommt, so ist auch der
beste Detektorempfang bei Verwendung einwandfreier Einzelteile nur eine Anpassunggfrage. Die Eingangsschaltung muß an
die Antenne, die Belastung durch den Detektor an den Schwingkreis und der Kopfhörer bzw. Lautsprecher an die
Gesamtschaltung angepaßt werden, wenn man die vorhandene Hochfrequenzenergie bestmöglich ausnutzen will.
Außerdem müssen alle Verluste an Hochfrequenz auf dem Weg von der Antenne zum Gerät, im Schwingkreis selbst
und im Detektorzweig vermieden werden. Die sorgfältige Beachtung dieser Gesichtspunkte verteuert natürlich den
Empfänger bzw. die Empfangsanlage, besonders, wenn man der Antenne den ihr gebührenden wichtigen Platz
einräumt. Trotzdem lohnt sich hier jeder Mehraufwand, wie alle alten Detektor-Amateure bestätigen können.
Legt man eine Parallelschaltung von Detektor und Kopfhörer zwischen Antenne und Erde (Bild 14), so wird man bereits mit
dieser in ihrer Einfachheit nicht mehr zu unterbietenden Schaltung in vielen Fällen Empfang eines stark einfallenden
Senders erhalten. Ob es sich dabei um einen Mittel-, Lang- oder Kurzwellensender, ja vielleicht sogar um eine UKW-Station
handelt, hängt ausschließlich von den örtlichen Empfangsverhältnissen und elektrischen
Zufälligkeiten der Anlage ab. Der parallel zum Kopfhörer liegende Kondensator in Bild 14 und späteren
Schaltbildern hat eine Größe von einigen Nanofarad. Er darf die Niederfrequenz nicht merkbar schwächen und
soll für die zu empfangende Hochfrequenz einen kleinen Widerstand haben, damit die gesamte zur Verfügung stehende
Hf-Spannung zur Erhöhung der Demodulationswirkung am Detektor steht.
Um bestimmte Sender hören zu können und durch Ausnutzung der Resonanzüberhöhung auch eine höhere
Spannung an den Detektor liefern zu können, als der Antennenspannung entspricht, sieht man einen oder mehrere
abstimmbare Schwingkreise vor, für deren Anschaltung im folgenden verschiedene Beispiele gezeigt werden. Obgleich alle
derartig ausgebauten Detektorschaltungen außerordentlich einfach sind, finden sich in der Praxis nicht nur des Bastlers,
sondern auch der Industrie erstaunlich viele Schaltungsvarianten, von denen die wichtigsten behandelt werden sollen.
Empfänger für Lang- und Mittelwellen
Die historischen Detektorempfänger waren sämtlich für relativ lange Wellen dimensioniert. Daher konnte die
Wahl des Detektors nach dem Gesichtspunkt der höchsten Empfindlichkeit (zur Uberbrückung großer Entfernungen)
und der leichten Einstellbarkeit bzw. des leichten Austausches (nach dem Taubwerden durch Überspannungen, die von
großen Antennen bei atmosphärischen Störungen usw. geliefert wurden) erfolgen, während seine
Eigenkapazität eine geringere Rolle spielte. Aus jener Zeit (bis etwa 1925) stammen auch die heute noch mitunter
benutzten Bezeichnungen wie Primär-, Sekundär- und Tertiärempfang, für die sich bei den
Röhrenschaltungen die äquivalenten Begriffe Ein-, Zwei- und Dreikreiser einbürgerten. Die meisten der heute
im Handel befindlichen Detektorempfänger sind ausschließlich für Mittelwellenempfang vorgesehen und
erzichten meist auf eine besondere Antennenspule, um die Bedienung zu vereinfachen.
Die Schaltung des Kreises kann dabei ganz verschieden aussehen, je nachdem, ob man von der variablen Antennenkopplung
Gebrauch machen will oder nicht, und ob man hoch- oder niederohmige Detektoren verwendet. Ein Blick auf einige 1945
neuentwickelte Industrieempfänger soll zeigen, was damit gemeint ist.
Ein sehr einfaches, fest abgestimmtes Gerätchen, den sogenannten Berlin-Stecker von Siemens & Halske, zeigt Bild 15
(Auch "Elektrischer Stuhl" genannt). Mittels zweier Steckerstifte, von denen der eine
blind ist, konnte es in jede Lichtnetzsteckdose gesteckt werden, um die Lichtleitung als Antenne zu benutzen. An der
dafür vorgesehenen Buchse brauchte dann nur noch eine Erdleitung angeschlossen zu werden, um nach Anschluß des
Kopfhörers den eingestellten Sender (z. B. Berlin) zu hören. Zum Empfang verschiedener Sender kann der Spule ein
Drehkondensator parallel gelegt werden. So schalteten die Berliner Blaupunktmerke ihr Gerät, bei dem gemäß
Bild 16 der Detektorzweig an einer Anzapfung der Schwingkreisspule liegt, um die Dämpfung des Kreises durch
Widerstandstransformation zu vermindern. Zwei weitere Spulenabgriffe dienen der besseren Anpassungsmöglichkeit der
Antenne. Bei Seibt (Bild 17) wurde ein Serienkreis verwendet, dessen Drehkondensator die Antenne in die Abstimmung
miteinbezieht. Auch hier ist der Detektorzweig an eine Anzapfung der Spule gelegt, um diese nicht unnötig zu
dämpfen.
Bei der in Bild 18 (nächstes Bild) wiedergegebenen Detektorschaltung von Telefunken war diese Maßnahme nicht
erforderlich, weil der eingebaute Siliziumdetektor den Kreis nicht störend belastet. Dagegen ist hier die Antenne an
eine Spulenanzapfung gelegt. Nach dem Prinzip des Spar- oder Autotransformators ist die Wirkung die gleiche, als ob fest mit
der Kreisspule eine zusätzliche Antennenspule (zwischen A und E) gekoppelt wäre.
Schon an diesen wenigen Beispielen haben wir gesehen, daß die Industrie bei der Fertigung moderner
Detektorempfänger auf bedienbare Antennenkopplung verzichtet, weil beim Durchschnittshörer die notwendige Geduld
für ein schwer bedienbares Gerät nicht vorauszusetzen ist. Tatsächlich erschweren die Anordnung eines zweiten
abstimmbaren Kreises (Sekundärempfang) und die Einrichtung einer variablen Antennenkopplung die Bedienung
ußerordentlich und verlangen vom Hörer viel Geduld und Fingerspitzengefühl. Der Bastler oder Amateur, der
sich mit Detektorempfang beschäftigt, ist dagegen nicht auf einfachste Bedienung angewiesen und wird je nach seinen
Antennenverhältnissen eine besondere Antennenspule vorsehen, die mehr (hochinduktive Ankopplung) oder weniger
(Spannungstransformation) Windungen als die Kreisspule erhält und beliebig stark an letztere angekoppelt werden kann.
Ihm liegen komplizierte Schaltungen schon eher - macht sich doch die aufgewandte Mühe durch überdurchschnittliche
Empfangsleistungen mehr als bezahlt. Aus der überreichen Fülle der möglichen Schaltungen mögen nur zwei
bewährte Lösungen angeführt werden.
Bild 19 zeigt einen Sekundärempfänger, der zwei raffinierte Schalter hat: den Kurz-Lang-Schalter und den
Primär-Sekundär-Schalter.
Wie man leicht verfolgen kann, legt der Kurz-Lang-Schalter in Stellung "Kurz" den Drehkondensator C1 in Serie zur
Antennenspule, was für den Empfang von Wellen, die kürzer als die Eigenwelle der Antenne sind, empfehlenswert ist,
während er ihn in Stellung "Lang" parallel zur Spule schaltet, was sich wiederum beim Empfang einer
längeren Welle als der Antennenwelle entspricht, bewährt hat.
Der Primär-Sekundär-Schalter geht auf ein Lorenz-Patent (DRP 346804) zurück. In der gezeichneten Stellung
"Primär" ist der Drehkondensator abgeschaltet und der Detektorzweig liegt an der gesamten Windungszahl der
Spule. In dieser Stellung läßt sich daher der Antennenkreis bequem auf den gewünschten Sender einstellen.
Nach Umschalten auf "Sekundärempfang" wird der nun an der Spule liegende Drehkondensator C2 ebenfalls auf den
gewünschten Sender eingestellt, wobei man durch geschickte Wahl der Antennenkopplung und geringfügige Korrektur
der übrigen Einstellungen leicht ein Optimum an Lautstärke bei ausreichender Trennschärfe erzielen kann. Diese
Art der Einstellung in zwei Etappen war bei den historischen Detektorempfängern weit verbreitet und in Anbetracht der
schwachen Sender und der trotzdem zu überbrückenden großen Entfernungen unerläßlich. Meist war
allerdings auch noch der Abgriff des Detektorzweiges (ebenso wie die Größe der Antennenspule) verstellbar, so
daß sich weitere zwei Arbeitsgänge bei der Abstimmung auf einen Sender und vor der endgültigen Korrektur
aller anderen Einstellungen ergaben.
Wer nach gründlichen Erfahrungen mit einfachen Detektorschaltungen nun auch die zuletzt beschriebene Schaltung
beherrscht, kann sich für die weiteren Versuche ein Versuchsgerät bauen, dessen Schaltung das obige Bild 20 zeigt,
ährend eine mögliche Ausführungsform als Brettschaltung im folgenden Bild 21 wiedergegeben ist.
Wie der Kenner schnell übersehen wird, eignet sich diese Schaltung für Primärempfang, mit oder ohne
Antennenspule, für Sekundärempfang in Eintakt- und Gegentaktschaltung, sowie für Tertiärempfang (bei
entferntem Kurzschlußstecker St und zweitem Detektor D2, unter räumlicher Auseinanderziehung der Spulen in der
Reihenfolge Antennen-, Sekundär-, Detektorkreisspule). Die Wahl verschiedener Antennenspulen-Anzapfungen mit oder ohne
Drehkondensator (der auch hier in Kurz- oder Langschaltung
angeschlossen werden kann), ferner die verschiedenen Spulenkopplungen und Schaltungsmöglichkeiten des Sekundärkreises
lassen eine derartige Vielfalt von Schaltungskombinationen zu, daß dieses Gerät nur dem erfahrenen Amateur zu
empfehlen ist, der bei jedem Handgriff genau weiß, wie sich dieser auf die Schaltung auswirkt. Weitere Finessen dieser
Schaltung sind der Ausgangsübertrager Ü (in Sparschaltung) zur besseren Anpassung des relativ niederohmigen
Kopfhörers an den hochohmigen Schwingkreis und die Anschaltmöglichkeit eines ľA-Meters zur Abstimmanzeige und
messenden Verfolgung der Einstellmaßnahmen.
Überhaupt empfiehlt sich die Einschaltung eines ľA-Meters (max.30 bis 50 ľA) in den Hörerkreis auch bei anderen
Detektorempfängern mit mehr als zwei Bedienungsgriffen, da das Ohr für Lautstärkeunterschiede weniger
empfindlich ist. (Die Lautstärke muß sich z.B. um mindestens 30 % ändern, um auch dem Ohr als
Lautstärkeunterschied hörbar zu sein.)
Bei allen bisher besprochenen Schaltungen für Lang- und Mittelwellenempfang können übliche Spulen mit
Eisenkern ebensogut Verwendung finden. Allerdings ist bei ihnen, ebenso wie bei den zugehörigen Drehkondensatoren, die
grundsätzlich nur mit Luftdielektrikum gewählt werden sollten, auf größte Verlustarmut zu achten. Daher
vermeide man auch Spulensätze für mehrere Wellenbereiche, bei denen die Umschaltung durch Kurzschluß der
nicht benötigten Windungen vorgenommen wird, weil hierbei unschöne Dämpfungen auftreten, die im Gegensatz zum
Röhrenempfänger nicht durch Rückkopplung wettgemacht werden können.
Eine Spezialspule (Typ Sp1) für Mittelwellen-Detektorempfänger mit Kristalldiode wird von der Fa. Proton (Planegg
bei München) hergestellt. Wie Bild 22 zeigt, weist sie vier Anschlußmöglichkeiten für die Antenne und
zwei für die Erde auf. Außerdem kann der Diodenkreis an eine der Spulenanzapfungen gelegt werden, um den
günstigsten Kompromiß zwischen Lautstärke und Trennschärfe einzustellen.
Wie wichtig ferner eine gute Antenne und Erde sind, braucht an dieser Stelle nicht ausgeführt zu werden. Interessenten
seien auf Band 6 der "Radio-Praktiker-Bücherei" und auf die einschlägige Literatur verwiesen.
Auch der Detektor als Herz des röhrenlosen Rundfunkempfängers muß liebevoll ausgewählt werden, wenn man
nicht lieber eine Kristalldiode verwenden will. Die meisten heute im Handel erhältlichen Kristalldioden lassen sich
bei den hier aufgeführten Schaltungen ohne weiteres an Stelle eines Detektors einsetzen, wobei es sich empfiehlt, den
Diodenzweig an eine Anzapfung des Schwingkreises zu legen, sobald die Abstimmschärfe zu wünschen übrig
läßt.
Als Detektoren eignen sich besonders folgende Kristalldioden-Typen:
BN 6 DS 604 GSD 5/6 M 550a
1N 34 DS 60 GD1 E GW 101
OA 50 1 N 54 DS 160 GD 6E
M 550 OA 150 1 N 81 A
Bastler, die gern neue Schaltungen ausprobieren, seien noch auf drei interessante Möglichkeiten hingewiesen. So
zeigt Bild 23 eine englische Entwicklung, die für jede Frequenz günstigste Einzelteilwerte zu wählen gestattet
und die Bedienung auf das Umschalten des Stationsschalters beschränkt.
Das Originalgerät verwendet Industriespulen (mit Gütewerten über 100), die nicht miteinander verkoppelt sein
dürfen. Als Demodulator dient eine Germaniumdiode, die für höchste Empfindlichkeit einen großen
Vorstrom, für höchste Trennschärfe hohe Sperrspannung aufweisen soll. Zur besseren Anpassung des Diodenkreises
wurde das L/C-Verhältnis der Schwingkreise klein gewählt. Die zu Bild 23 angegebenen Kapazitätswerte gelten
für eine 24 m lange und 6 m hohe Antenne. Die Antenne soll so gut sein, daß ein Diodenstrom von rund 20 ľA
für den Ortssender erzielt wird. In einem ruhigen Raum reichen noch 5 ľA für Kopfhörerempfang aus, während
für bescheidene Lautsprecherwiedergabe ein Diodenstrom von etwa 100 ľA erforderlich ist. Die beiden anderen
Schaltungsvorschläge betreffen den Demodulatorkreis.
Bild 24 zeigt einen Vollwegdemodulator, der hier hinter einem ganz einfachen Hf-Teil liegt, sinngemäß aber auch
mit anderen Hf-Köpfen verwendet werden kann. In Bild 25 ist eine Anordnung dargestellt, die nicht nur demoduliert,
sondern die Nf-Spannung auch noch (theoretisch) vervierfacht. Sie sei hier als Anregung für eigene Versuche
wiedergegeben.
Kurzwellenempfänger
Wer beim Detektorempfang auf Mittel- und Langwellen schon ausreichende Erfahrungen gesammelt hat, kann sich jetzt mit dem
Kurzwellen-Empfang befassen. Bei geschickter Wahl des Detektors bzw. der Kristalldiode erhält man mit einer 10...15 m
langen Normalantenne ohne Erdleitung überall einwandfreien Empfang, wie der Kurzwellenempfänger von Siemens
beweist. Auch dieses Gerät (Bild 26) verzichtet bewußt auf eine Erdung, in der richtigen Erkenntnis, daß
die üblichen Erdleitungen wegen ihrer Länge und Dämpfung bei Kurzwellen versagen und schon die über den
Kopfhörer am Gerät liegende Körperkapazität als Behelfserdung ausreicht.
Obgleich auch beim Kurzwellenempfang Sekundär- und Tertiärschaltungen denkbar und weitere Schaltungsraffinessen
ebenso wie bei längeren Wellen ausführbar sind, wählt man doch zweckmäßig möglichst einfache
Schaltungen, weil die unerwünschte Handkapazität und überhaupt die bei höheren Frequenzen auftretenden
Effekte die Bedienung komplizierter Schaltungen unerträglich erschweren. Mehr als bei den längeren Wellen kommt es
dagegen hier auf größte Verlustfreiheit an. Auch überrascht es den Praktiker immer wieder, eine wie
ausschlaggebende Rolle hier die Spulenform spielt. Eine Spule kann noch so verlustarm und vorschriftsmäßig
aufgebaut sein - sie ist oft der einzige Grund für einen Versager. Da hilft nur Experimentieren, bis das richtige
Gefühl hierfür erworben ist. Natürlich ist auch die Detektorfrage nicht unkritisch. Es ist nämlich
durchaus nicht gesagt, daß Detektoren, die bei Mittelwellen gut arbeiten, auch für den Kurzwellenempfang geeignet
sind. Vielmehr sollte man gerade hier, nachdem man unter Benutzung eines guten Markendetektors oder einer Kristalldiode erst
einmal einen einigermaßen fadingfreien Sender eingestellt hat, verschiedene Detektoren und Kristalldioden erproben,
wobei übrigens der Schwingungskreis meist von Fall zu Fall etwas nachgestimmt werden muß. Besonders beim Arbeiten
mit Kristalldioden ist die sorgfältige Abstimmung auf das Resonanzmaximum (evtl. mittels uA-Meters) sehr wichtig.
Die Antennenfrage ist beim Kurzwellenempfang mit röhrenlosen Schaltungen weniger kritisch, als man zuerst annehmen
sollte. Trotzdem macht sich auch hier jeder Mehraufwand für die Antennenanlage (vgl. Bd. 6, 44 und 50
"Radio-Praktiker-Bücherei") durch die Erzielung besserer Empfangsleistungen bezahlt.
Auch auf Ultrakurzwellen ist bei Feldstärken über 100 mV / m ein Detektorempfang möglich, z. B. mit einer
Schaltung nach Bild 27, die wir dem Band 4 dieser Reihe (Empfang mit Zusatzgeräten) entnehmen.
Hier kommt es ganz besonders auf die sorgfältige Aufstellung und Anpassung der Antenne und auf die Beachtung der
Richtlinien an, die in Band 4 der "Radio-Praktiker-Bücherei" für den Umgang mit frequenzmodulierten
Ultrakurzwellen gegeben wurden, wenn man überhaupt Empfang in Sendernähe erzielen will. Aus räumlichen
Gründen müssen wir hier auf die Wiedergabe dieser Richtlinien verzichten. Der bereits erfahrene Amateur sei daran
erinnert, daß man beim UKW-Detektorempfänger unbedingt eine Antennenspule vorsehen sollte, um durch variable
Kopplung die Antennenanpassung und durch galvanische Trennung vom Kreis dessen Abstimmung auf eine Flanke der Resonanzkurve
(zur Demodulation der frequenzmodulierten Welle) zu erleichtern. Bei der Schaltung Bild 28 wird für 60-W-Antennenanpassung ein Spulenabstand von 1 mm empfohlen, während für 300 W die Kopplung möglichst eng sein soll. Bei diesem UKW-Empfänger ist der Ausgang hochohmig
gehalten, so daß ein nachfolgender Nf-Yerstärker einen hohen Eingangswiderstand besitzen muß. Dies ist zu
beachten, wenn man einen Verstärker mit Transistoren benutzen will.
Allgemein sind Spulendimensionierung und -kopplung bei Detektorempfängern für den UKW-Bereich besonders kritisch.
Der erfahrene Fachmann wird daher für den Empfang einer festen UKW-Frequenz einen Topf kreis oder eine abgeschirmte
Lecherleitung entsprechender Länge bevorzugen.
Als Kristalldioden für UKW-Empfänger eignen sich u. a. folgende Typen besonders gut:
BN 6 GD 7 E Si C 5 A G-6 GW
103 1 N 23