Funktechnik - Einkreiser
von Dieter Rauschenberger, DF4NX
Der Einkreiser stellt den einfachsten möglichen Empfänger dar, mit dem auf Kurzwelle Amateurfunkaussendungen
verfolgt werden können. Heutzutage wird zwar bei einfachen Konzepten dem Dirketmischer der Vorzug gegeben, allerdings
hat dieser auch einige Nachteile. Zum Beispiel muss die gesammte Verstärkung im NF-Teil bewerkstelligt werden. Daneben
kann es leicht Probleme mit dem Großsignalverhalten des Mischers und der Abstrahlung des starken Oszillatorsignales
geben.
Daneben erscheint es auch heute noch ratsam, Experimente mit Einkreisern auf Kurzwelle durchzuführen. Nicht so sehr
um einen Stationsempfänger zu erhalten - mehr um Erfahrungen im Umgang mit Hochfrequenzschaltungen zu sammeln. Diese
Erfahrungen und das erworbene Wissen werden später beim Bau von aufwändigeren Schaltungen sehr wertvoll sein.
Zunächst soll das Arbeitsprinzip eines Einkreisers vorgestellt werden: Abb. 1.
Es handelt sich um eine Standardschaltung, wie sie in den 50er und 60er Jahren so oder in ähnlicher Form von vielen
Amateuren gebaut wurde. Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:
Gitterkreis Das Antennensignal gelangt über die Koppelwicklung "Lant"
zum Schwingkreis L/C. Dieser Schwingkreis ist auf die Empfangsfrequenz abgestimmt. Über die R/C Gitterkombination
1 MOhm / 100pF gelangt die HF an das Gitter der Pentode. Hier am Gitter geschieht zum einen die Gleichrichtung der HF, zum
anderen wird dem Gitter auch gleichzeitig die HF zugeführt. D.h. am Gitter liegt die gleichgerichtete NF mit einer
überlagerten HF an. Die Röhre verstärkt also sowohl HF, als auch NF. Dies ist einer der Hauptvorteile des
Einkreisers: Doppelte Ausnützung einer Röhre. Für das korrekte Arbeiten des Einkreisers ist es wichtig, dass
die Schwingkreisspule und die Rückkopplungsspule so gepolt sind, dass eine Mitkopplung und nicht eine Gegenkopplung
eintritt. Abb.2 zeigt die konstruktiven Details bei einlagigen Spulen. Alle Spulen haben den gleichen Wickelsinn! Wichtig
ist, dass die Schwingkreisspule und die Rückkoppelspule bei gleichem Wickelsinn so angeschlossen werden, dass die
beiden benachbarten Enden jeweils die HF-mäßig kalte Seite der Spule darstellen. Dann ist die Polung für
eine Mittkopplung richtig, und die kapazitive Streukopplung zwischen beiden ist minimal.
Kritisch ist ebenfalls die konstruktive Ausführung des R/C Gliedes 1 MOhm / 100 pF. Es wird empfohlen einen
Rohrkondensator zu verwenden, und den Widerstand im inneren des Röhrchens zu platzieren. Die Einheit wird dann so
angeschlossen, dass der Innenbelag des Rohrkondensators mit dem Gitter der Röhre verbunden wird. Die Kombination wird
direkt an die Röhre gelötet. Kürzester Abstand! Sonst besteht Gefahr von NF-Brummeinstreuungen in den
hochempfindlichen Gitterkreis. Steht kein Rohrkondensator zur Verfügung, so wird das R/C Glied dennoch direkt an die
Röhrenfassung gelötet. Kurze Anschlussdrähte!
Band
L
LR
Lant
80m
26
3
4
40m
12
2
3
20m
5
1,5
2
15m
3..4
2
2
10m
2
1
1
Karl, DL1QK, hat in "Der Kurzwellenamateur", 11. Auflage auf Seite 34 folgende Wickeldaten für
die Spulen angegeben. Es handelt sich um Luftspulen mit 35 mm Durchmesser:
Anodenkreis
An der Anode liegt sowohl die verstärkte HF als auch die verstärkte NF. Die HF wird über die Wicklung
"LR" auf den Eingangskreis rückgekoppelt. Diese Rückkopplung führt zur Entdämpfung des
Eingangskreises, d.h. die Verluste des Eingangskreises werden ausgeglichen. Die Entdämpfung bewirkt das der
Eingangskreis sehr schmalbandig und damit sehr selektiv wird. Wird so stark rückgekoppelt, dass die Röhre schwingt,
so können CW und SSB Sendungen empfangen werden. Das Oszillatorsignal des Einkreisers wirkt wie der BFO beim Super.
Für AM-Empfang ist die Rückkopplung kurz vor dem Schwingungseinsatz einzustellen, da in diesem Betriebspunkt der
Einkreiser die beste Selektivität hat.
Nach LR folgt ein Siebglied, welches das Abfließen der HF in Richtung des NF-Verstärkers verhindern soll. Der
folgende 220 kOhm Widerstand stellt den Arbeitswiderstand für die NF dar. D.h. an dieser Stelle kann über einen
Koppelkondensator die erste NF-Stufe angeschlossen werden. Das folgende Siebglied 1 uF / 47 kOhm blockt die
Versorgungsspannung ab.
Schirmgitterkreis
Damit das Schirmgitter HF-mäßig kalt ist, wird es direkt an der Röhre mit 1 nF nach Masse abgeblockt.
Die Schirmgitterversorgung geschieht mit dem Poti 50 kOhm. Damit die optimale Verstärkung der Röhre erzielt wird,
muss der Arbeitspunkt so eingestellt werden, dass an der Anode ca. 40 .. 50 V, am Schirmgitter ca. 20 .. 30 V anliegen. Dies
geschieht durch richtige Dimensionierung des NF-Arbeitswiderstandes im Anodenkreis (220kOhm) und durch den Schirmgitterkreis.
Gleichzeitig muss aber durch die Schirmgitterspannung der Schwingungseinsatz der Röhre sehr feinfühlig eingestellt
werden können.
Man geht folgendermaßen vor:
Arbeitspunkteinstellung
Zunächst wird der Einkreiser ohne LR in Betrieb genommen. D.h. die Anode wird direkt mit dem Siebglied verbunden.
Man kann deshalb nur starke AM-Sender empfangen. CW und SSB Empfang ist zunächst nicht möglich. Eventuell ist ein
AM-Meßsender zu verwenden. Steht der nicht zur Verfügung, so stellt man zunächst eine Schwingkreisspule
für 40m her, mit der die im Bereich über 7,1 MHz arbeitenden Rundfunksender ebenfalls zu empfangen sind. Eventuell
kann man auch das 49m Rundfunkband abhören. Dann wird mit einem hochohmigen Voltmeter die Anoden und Schirmgitterspannung
überwacht. Man sucht durch Einstellung der Schirmgitterspannung mittels des 50 kOhm Potis den Punkt, bei dem die
Lautstärke maximal ist. Dabei sollten sich die genannten Spannungen ergeben. Man kann nun experimentieren und den
Anodenwiderstand (220kOhm) variieren. Man wird festestellen, dass bei kleineren oder größeren Werten die
Lautstärke allmählich abnimmt. Erfahrungsgemäß stimmen die angegebenen Dimensionierung für eine
EF80. Wer mit anderen Röhren oder Versorgungsspannungen arbeitet kommt um eigene Experimente nicht herum. Man wird
überrascht sein, wieviel durch Optimierung hier herauszuholen ist.
Rückkopplung Erst wenn der Gleichstromarbeitspunkt für optimale NF-Verstärkung feststeht fügt man LR ein. Da der
Schwingungseinsatz ebenfalls mit der Schirmgitterspannung geregelt wird, beeinflussen sich Schwingungseinsatz und
Arbeitspunkt. Deshalb soll die Windungszahl von LR so gewählt werden, dass der Punkt des Schwingungseinsatzes mit
dem Punkt der optimalen NF-Verstärkung übereinstimmt. Dieser Satz stellt das eigentliche Geheimnis der
Einkreiser dar.
Verfährt man derart, dann benötigt man nur noch eine NF-Röhre für Kopfhörerempfang. Die eine oder
andere Enttäuschung beim Bau von Einkreisern ist darauf zurückzuführen, dass diese Gesetzmäßigkeit
nicht bekannt war, und deshalb die Empfangsergebnisse des Einkreisers zu wünschen übrig ließen. Man wird
feststellen, dass man am Schirmgitterpoti nur einen sehr kleinen Bereich zur Einstellung benötigt. Gemäß
Abb.3 kann man das Poti elektrisch spreizen.
Antennenkopplung
Beim Betrieb eines solchen Einkreisers ist darauf zu achten, dass die Antenne nur sehr schwach an den Schwingkreis
angekoppelt wird. D.h. "Lant" soll nur wenige Windungen besitzen. Bei zu starker Kopplung kann es besonders bei
resonanten Antennen passieren, dass keine Erregung mehr stattfindet, weil dem Schwingkreis durch die resonante Antenne
Energie entzogen wird (Dipmeter-Effekt). Zum anderen übersteuern zu starke Eingangssignale den Gittergleichrichter.
Ein Abschwächer nach Abb.4 kann hilfreich sein.
Lang- und Mittelwellenempfang
Die Schaltung nach Abb.1 mit der sog. "Ohmschen Regelung", also Regelung der Schirmgitterspannung zur
Einstellung des Schwingungseinsatzes hat den Vorteil das sie die Abstimmung des Empfängers nicht verstimmt. Der
Nachteil ist, dass Gleichzeitig mit dem Schwingungseinsatz auch der Arbeitspunkt, und damit die NF-Verstärkung
verändert wird. Ein weiterer Nachteil tritt zu Tage, wenn ein breiteres Frequenzband abgedeckt werden soll. Dann ist
die Einstellung zwischen Bandanfang und Bandende sehr unterschiedlich. Es gibt Schaltungen, bei denen die Einstellung des
Schwingungseinsatzes nicht mittels der Schirmgitterspannung, sondern auf HF-Wegen vorgenommen wird. Solche Schaltungen
verstimmen allerdings bei änderung der Rückkopplung den Eingangskeis etwas. Allerdings kann man mit ihnen ein sehr
großes Frequenzband ohne Bandumschaltung abdecken. Deshalb hat man sie eher bei Lang- und Mittelwellenempfängern
verwendet. Abb.5 zeigt die "Leithäuserschaltung". Diese hat allerdings den Nachteil, dass der
Rückkopplungskondensator potentialfrei zu montieren ist. Sehr unangenehm!
Einstellung des Arbeitspunktes
Die Einstellung des Arbeitspunktes ist bei dieser Schaltung einfacher als bei ohmscher Regelung, da es keine
gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Arbeitspunkt und der Rückkopplung gibt. Es gelten die gleichen Kriterien wie
bei ohmscher Regelung: Anodenspannung 40 .. 50 V, Schirmgitterspannung 20 .. 30 V. Rsg und der Anodenwiderstand werden so
gewählt, dass ohne Rückkopplung maximale Lautstärke erreicht wird. Auf Mittelwelle findet sich immer ein
starker Ortssender, so das diese Arbeit bequem ohne Messender durchgeführt werden kann. Man beginnt mit Rsg = 800 kOhm
und einem Anodenwiderstand von 220 kOhm. Es ist auch möglich zunächst für beide Widerstände ein
Trimmpoti einzusetzen. Dann werden beide abwechselnd so lange verstellt, bis keine Lautstärkeerhöhung mehr
möglich ist. Dieses Experiment ist sehr lehrreich, weil man mit einfachen Mittel sofort feststellen kann, in welchem
Maße die Verstärkung vom Arbeitspunkt abhängt. CR und LR sind so zu wählen, dass sich der
Schwingungseinsatz weich und ohne Hysterese im gesamten Band einstellen lässt. Für LR sind mehr Windungen
erforderlich als bei Abb.1, da LR nicht in der Anodenleitung liegt, sondern HF-mäßig parallel zur Anode. Dadurch
muss LR einen höheren induktiven Widerstand besitzen. Auf Mittelwelle kann für CR ein normaler Abstimmdrehko mit
ca. 300pF verwendet werden.
Um den potentialfrei zu montierenden Rückkopplungskondensator zu umgehen könnte man auch daran denken die
Reihenfolge von CR und LR zu tauschen. Also CR an Masse, und LR an die Anode. Dies hat aber den Nachteil, dass LR dann an
beiden Enden HF-mäßig "heiß" wäre, was zu unerwünschten kapazitiven Kopplungen mit dem
Gitterkreis führen würde. Die "Schnellschaltung" nach Abb.6 umgeht diesen Nachteil indem CR an die
Stelle des ersten Siebkondensators rückt.
Die Einstellung des Arbeitspunktes geschieht genau wie bei der Leithäuserschaltung. Da LR hier wie bei Abb.1 in Reihe
mit der Anode liegt, gelten etwa die gleichen Verhältnisse was die Windungszahl betrifft. CR kann ein Drehko mit ca.
100 .. 200 pF sein. Auch ein Abstimmdrehko mit ca. 300 pF ist verwendbar. Etwas anderes wird man heute sowieso nicht mehr
beschaffen können.
Der berühmte "Heinzelmann" von Grundig verwendete ein Variometer zur Einstellung der Rückkopplung.
Abb.7. Dies war mechanisch derart ausgeführt, dass LR mittels einer Achse, die mit dem Rückkopplungsknopf bedient
werden konnte, von der Schwingkreisspule weggeschwenkt werden konnte. Dadurch hat man sich einen Drehkondensator eingespart.
Der Arbeitspunkt wird auch hier nach dem bekannten Verfahren eingestellt.
Anmerkung zum Wicklungssinn von LR
Bisher wurde immer davon ausgegangen, dass alle Spulen einlagige Zylinderspulen seien. Dann sind L und LR wie in Abb.2
zu schalten, wenn sie gleichen Wickelsinn haben. Also die beiden HF-mäßig kalten Enden stehen sich gegenüber.
Dies ist wie erwähnt deshalb praktisch, weil dann die kapazitive Kopplung der Anode aufs Gitter minimal ist.
Verwendet man Wabenspulen, wie sie auf Lang- und Mittelwelle aufgrund der größeren Windungszahl praktisch
sind, versucht man immer die äußere Lage an Masse zu legen. Dadurch erhält man eine gewisse Schirmwirkung.
Die äußeren Lagen (HF-mäßig kalten Lagen) schirmen die inneren (HF-mäßig heißen) ab.
Dann muss man allerdings den Wickelsinn von LR umdrehen, um die für eine Mitkopplung nötige Phasenlage zu erhalten.
Denn in allen vorgestellten Schaltungen wird die Röhre in Kathodenbasisschaltung betrieben. Diese Schaltung hat eine
Phasendrehung von 180 Grad. Will man Mitkopplung erreichen, so muss man mittels LR die Phase erneute um 180 Grad drehen. Bei
den einlagigen Spulen erreichte man dies, indem bei gleichem Wickelsinn das kalte Ende von LR dem kalten Ende von L
benachbart ist.
Die Oszillatorschaltung
In allen Beispielen wurde die Rückkopplung nach Art einer Meißnerschen Oszillatorschaltung vorgenommen. Jede
andere Oszillatorschaltung würde sich prinzipiell genauso eignen. Es sind lediglich die Grundprinzipien des Einkreisers
zu berücksichtigen:
Gittergleichrichtung
Arbeitspunkteinstellung
Regelung der Rückkopplung
Doppelausnützung (HF und NF Verstärkung in einer Röhre)
Triodenaudion
Im Volksempfänger (VE301) wurde die Triode einer Verbundröhre im HF-Teil eingesetzt. Eine Triode ist im
Anodenkreis viel niederohmiger als eine Pentode. Deshalb wurde ein NF-Trafo zur Ankopplung an die NF-Stufe verwendet.
Schirmgitterregelung ist nicht möglich. Man sollte wegen der größeren Verstärkung wann immer
möglich eine Pentode verwenden. Lediglich in ganz einfachen Geräten, bei denen man mit einer Verbundröhre
(Triode / Pentode) auskommen möchte, ist dies ein gangbarer Weg.
Bei höheren Frequenzen können zwei Trioden in der sog. Kaskodenschaltung verwendet werden. In dieser Schaltung
sind die Trioden in Reihe geschaltet (Anode der ersten Triode ist galvanisch mit der Kathode der Zweiten verbunden). Diese
Schaltung verhält sich ähnlich wie eine Pentode, man nützt aber das geringere Röhrenrauschen von Trioden
bei höheren Frequenzen aus.
"Kraftaudion"
Es gab die Vermutung, dass eine Leistungspentode einen besseren Einkreiser möglich machen würde. Die
Sprechleistung hat aber keinen Einfluss auf die Verstärkung. Deshalb konnte sich das sog. "Kraftaudion" auch
nicht durchsetzen.
Begriffe:
Audion: Unter "Audionschaltung" versteht man die Demodulation mit der vorgestellten Gitterkombination
(1 MOhm / 100 pF ).
Rückkopplungsempfänger: Ein Empfänger, bei dem ein Schwingkreis durch Entdämpfung selektiver gemacht
wird.
Einkreiser: Ein Empfänger mit nur einem selektiven Kreis.
Die hier vorgestellten Schaltungen erfüllen alle drei Definitionen. Es wurde aber durchgängig der Begriff
"Einkreiser" verwendet.
