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 Schulthei▀, 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.

    Dieter Rauschenberger, DF4NX

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