DIE ÜBERLAGERUNGS-EMPFÄNGER    (Teil 2)
Von Wolfgang Holtmann


INHALT    (Teil 2)

D        DER OSZILLATOR
D.1     Dreipunkt-Gleichlauf
D.2     Ein Schaltungsbeispiel

E        DIE ZF-VERSTÄRKUNG
E.1     Schwundregelung
E.1.1   Funktion der Regelröhren
E.1.2   Vorwärts- Rückwärtsregelung 

E.2     Unveränderliche ZF-Bandbreite
E.3     Variable ZF-Bandbreite

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D.     DER OSZILLATOR

In den frühen Rundfunkjahren waren die Einstellungen für den Oszillator und der Vorkreise noch getrennt erforderlich. Es war schon ein großer Fortschritt, mehrere Drehkondensatorpakete auf eine Achse zu montieren und dazu noch eine Frequenzeichung anzubringen.
Im Normalfall sind die Anfangs- und Endkapazitäten dieser Zwei- oder Dreifachdrehkos gleich. Es gilt nun eine Übereinstimmung der Resonanzkurven der einzelnen HF-Kreise mit der eingestellten Empfangsfrequenz zu erreichen! Diese wird wiederum von der Oszillatorfrequenz bestimmt. Keine leichte Aufgabe denn, bei der heutzutage üblichen 'Einknopfabstimmung', sollte dieser 'Gleichlauf' möglichst über den gesamten Empfangsbereich erhalten bleiben. Und das noch in allen Wellenbereichen!

D.1    Dreipunkt-Gleichlauf: Die Schwierigkeit liegt in der Tatsache begründet, dass die Frequenzvariation des Oszillators deutlich von der des Empfangsbereiches abweicht. Ein kleines Rechenbeispiel (für die MW) macht das deutlich:
Dem Empfangsbereich von 520...1600 kHz entspricht einem Frequenzverhältnis von 1:3,08.
Bei einer angenommenen ZF von 460 kHz muß der Oszillator dann im Bereich von 980...2060 kHz schwingen, also im Verhältnis von nur 1:2,1. Durch Einschaltung von Serien- und Parallelkondensatoren in den Oszillatorschwingkreis, läßt sich die effektive Kapazitätsvariation des Drehkopaketes C einengen. Damit ist ein Gleichlauf an drei Punkten der Skala möglich. Die anderen Stellen weichen geringfügig davon ab.

D.2    Ein Schaltungsbeispiel:
Im Laufe der Zeit haben die verschiedenen Hersteller eine Vielzahl an Schaltungsvarianten entwickelt. Abb.18 zeigt nur eine davon. (Aus Limann’s "So gleicht der Praktiker ab")

Es handelt sich um einen Oszillator nach Meißner mit ‚Parallelspeisung’ der Anodengleichspannung über R1. Manchmal sieht man auch die Spannungszuführung über die Spulen selbst, was mit ‚Serienspeisung’ umschrieben wird. Per Wellenbereich stehen ein L-Abgleich (bei niedriger Frequenz) und ein C-Abgleich (bei hoher Frequenz) zur Verfügung.
Die Verkürzungskondensatoren (engl. ‚Padders’) Cs1 bis Cs3 müssen enge Toleranzen aufweisen, nur dann ergibt sich der dritte Gleichlaufpunkt -etwa in Skalenmitte- automatisch.
Sicherlich sind den meisten unter uns, die geschlitzten Aussenlamellen der Rotoren der Abstimmdrehkos aufgefallen. Man könnte durch Verbiegen dieser Bleche den Gleichlauf für einen(!) Wellenbereich optimieren. Doch wird von dieser Möglichkeit eines Feinabgleiches des Kapazitätsverlaufes nur sehr selten gebrauch gemacht. Das Problem ist: die anderen Empfangsbereiche haben ganz abweichende Frequenzverhältnisse und verlangen daher auch unterschiedliche Kapazitätsvariationen.

>> Im KW-Bereich ist das obere Spulenpaar wirksam und nur Cs3 (5000pF) ist als Verkürzungskondensator zum Abstimmkondensator C eingeschaltet.

>> Im MW-Bereich wird die rechte Hälfte der mittleren Spule der KW-Spule in Serie dazu geschaltet. Die paar Windungen der KW-Spule haben kaum Einfluß auf die MW-Abstimmung. Da nur die beiden Schalter M geschlossen sind, ist als Verkürzungskondensator die Reihenschaltung Cs2 - Cs3 wirksam, was einer effektiven Kapazität von 571 pF entspricht.

>> Im LW-Bereich ist nur der Schalter L geschlossen. Alle rechten Spulen (in Serie) ergeben die notwendige Gesamtinduktivität für den LW-Oszillator. Jetzt ist als Verkürzungskondensator die Reihenschaltung Cs1 - Cs2 - Cs3 wirksam, was 239 pF ergibt.

Da sich (in dieser Anordnung) die Abstimmelemente gegenseitig beeinflussen, ist die strikte Einhaltung der Reihenfolge K-M-L beim Abgleich ganz wichtig!
Der Widerstand R2 (etwa 100 Ohm) direkt am Gitter des Triodensystems soll die Oszillatoramplitude im KW-Bereich einigermaßen konstant halten.

E.    DIE  ZF-VERSTÄRKUNG

Bevor die (in der Mischstufe) gewonnene ZF gleichgerichtet, also demoduliert wird, muß das schwache Signal erst einmal kräftig verstärkt werden. Die Auslegung des ZF-Verstärkers hängt von gestellten Forderungen in Bezug auf die angestrebte Empfangsempfindlichkeit, die gewünschte Nah-Selektion (Bandbreite) und einer eventuell geforderten Schwundregelung ab.
Mit anderen Worten: der vorgegebene Verkaufspreis bestimmt den noch vertretbaren Schaltungsaufwand.

Ein einstufiger ZF-Verstärker ist das Minimum und ist für den Empfang von einigermaßen starken Stationen ausreichend. Man darf nicht vergessen, dass sicherlich mehr als 90% der Rundfunkhörer auf Lang- oder Mittelwelle, nur EINEN Sender hören wollten, und diesen möglichst störungsfrei! Ein entsprechend starkes Antennensignal ohne Fading (Empfangsschwankungen) machte eine mehrstufige ZF-Verstärkung überflüssig.
Einen Beweis dieser These kann man heutzutage noch finden, wenn man die alten, verbrauchten Magischen Augen aus dieser Zeit betrachtet. Die breiten, abgenutzten Sektoren der Leuchtschicht ist ein historisches Abbild der Empfangsgewohnheiten von damals.

Natürlich gab es auch Superhets, welche noch mehr heraus holen wollten. Wie bereits erwähnt, den ZF-Verstärker kann man auch als Geradeaus-Empfänger betrachten. Daher war es nur ein kleiner Schritt, um ein (manchmal rückgekoppeltes) Audion oder eine Anodengleichrichterschaltung als ZF-Stufe zu benutzen. Obendrein konnte eine getrennte Demodulationsdiode eingespart werden!
Selbst ‚Reflex-Schaltungen’ konnte man hier und da finden.

E.1    S c h w u n d r e g e l u n g

Wir kennen das alle: Will man abends weit entfernte MW-Sender hören, ist oftmals mit starken Schwankungen der Signale zu rechnen. Um nicht ständig die Lautstärkeänderungen von Hand regeln zu müssen, hat man schon in den 30er Jahren eine ‚Automatische Verstärkungsregelung’ (AVR) erfunden. Ein anderer (engl.) Name dafür ist ‚Automatic Gain Control (AGC)’

E.1.1    Funktion der Regelröhren
Die besonderen Eigenschaften dieser Verstärkerröhren liegen in der von außen beeinflußbaren Steilheit. Bekanntlich ist bei den HF-Tetroden oder -Pentoden die Steilheit ein Faktor der Verstärkungsziffer einer Stufe. (V ~ S x Ra)
Bei einer normalen, ungeregelten HF-Pentode variert zwar auch die effektive Steilheit (in gewissen Grenzen) in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt, aber viel Spielraum ist da nicht gegeben. Geht man mit der –Ug1 zu weit nach links, läuft man Gefahr, mit den neg. Halbwellen in den stark gekrümmten Bereich in der Nähe des Sperrpunktes der Röhre zu kommen. Der liegt bei der AF 7 z.B. schon bei -5V! (Ua=250V, Ug2=100V).

Im Gegensatz dazu, hat eine echte Regelpentode, wie die AF 3, über einen großen Aussteuerbereich eine stetige Krümmung der Ia/Ug1 Kennlinie. Hier ist eine Sperrung des Anodenstromes erst bei ca. -50V erreicht! (Ua=250V, Ug2=100V).
In der "Lehrmeister-Bücherei" Nr.2025 (Philler-Verlag) ist eine gute Darstellung der Vorgänge innerhalb einer Regelröhre zu sehen. Ich habe noch die notwendigen Elektronen hinzugefügt.


In Abb.19a wird zunächst einmal angenommen, dass in einem Kolben zwei (Tetroden-) Systeme eingebaut sind, welche miteinander verbunden sind. Die Schirmgitter und Anoden bekommen die üblichen Spannungen zugeführt.
System 1 hat ein weitmaschiges Gitter (=kleine Steilheit), während System 2 ein engmaschiges Gitter (=große Steilheit) besitzt.

Nun legen wir an (beide) g1 eine Spannung von meinetwegen -10 Volt an. Das linke System mit dem großen Abstand zwischen den Steuergitterwindungen, läßt noch einen gewissen Elektronenfluß durch die Lücken zu. Dahingegen ist im rechten System 2 bei den engen Maschen kein Durchkommen mehr möglich. Man kann das mit einer Polizeikette vergleichen. Stehen die Beamten dicht beieinander, schlüpft so leicht keiner durch.

In Abb.19b ist das Ganze jetzt zu einem System reduziert. Das Steuergitter ist aber nicht mit einem Wendel mit konstanter Steigung versehen (wie das bei den nicht regelbaren Röhren üblich ist), sondern ist an den Enden dicht gewickelt und zur Mitte hin viel weitmaschiger ausgeführt. Das bedeutet, bei – 10 Volt kann nur in der Mitte ein nenneswerter Strom fließen.
Die Steilheit ist somit gering. Machen wir die neg. Vorspannung an diesem ‚Regelgitter’ kleiner, haben auch die Elektronen an den dichter gewickelten Enden die Möglichkeit zur Anode zu gelangen, d.h. ein viel größerer Teil des Steuergitters hat Einfluß auf den Elektronenstrom =große Steilheit.
Der Vorgang resultiert in der gezeigten Ia/Ug1 Kennlinie.
Abb.20 (aus "Rundfunkröhren" von L. Ratheiser) zeigt den Aufbau und die dazugehörige Kennlinie der AF 3.


Wir haben gesehen, dass eine veränderliche Gittervorspannung die Steilheit, und damit auch die Verstärkung einer Regelröhre beeinflußt. Beim Empfang eines starken Senders soll die gewonnene (relativ hohe) negative Regelspannung für eine entsprechende Reduzierung der Verstärkung sorgen.
Stark vereinfacht ist das in Abb.19 dargestellt. Der Arbeitspunkt wird nach A’ verlagert, also in den weniger steilen Bereich. Demzufolge sind die Anodenstromschwankungen gering.
Ein schwaches Empfangssignal ergibt jedoch nur eine kleine Regelspannung, der Arbeitspunkt rutscht automatisch in den steilen Teil der Kennlinie bei A. Damit ist die Ausgangsamplitude nahezu gleich geblieben!

Praktische Ausführung
In Wirklichkeit ist die ganze Angelegenheit etwas komplizierter.
Mit der Regelung von nur einer Verstärkerstufe sind die oft recht großen Spannungsunterschiede der Fernsender nicht aufzufangen. Selbst im heruntergeregelten Zustand (hohe neg. Vorspannung) der Regelpentode, gelangt über die kleine Gitter/Anoden Kapazität (plus die Verdrahtungskapazitäten), noch HF zur Anode! Daher wird die (multiplikative) Mischstufe ebenfalls mit der Regelspannung versorgt. Besitzt der Superhet auch eine HF-Vorstufe, muß(!) diese in die Schwundregelung mit einbezogen werden. Nur so kann man eine Übersteuerung der Mischstufe verhindern. Durch geeignete Schaltungsmaßnahmen läßt man die Herabregelung erst ab einer gewissen Antennenspannung einsetzen, um einen günstigen Signal/Rauschabstand zu erhalten. Man spricht dann von einer "verzögerten Schwundregelung".

E.1.2    Vorwärts- Rückwärtsregelung
Kombiniert mit, oder getrennt von der Demodulationsstufe, wird durch Gleichrichtung der ZF die Regelspannung erzeugt. Mit R-C Siebgliedern werden die Modulationsanteile entfernt, so dass eine neg. Gleichspannung (deren Höhe von der Empfangsfeldstärke abhängig ist) als AVR-Spannung zur Verfügung steht. Die meist vorhandene Abstimmanzeige (Magisches Auge) wird hiermit angesteuert.
Weiterhin wird diese AVR-Spannung –wie schon besprochen- auf die davor liegenden HF-Stufen gegeben, sozusagen zurückgeführt. Daher der Name: "Rückwärtsregelung".
In der Vergangenheit dachten einige Hersteller: Den Schwundausgleich kann man noch effektiver machen, wenn auch die NF-Vorverstärkung in die Regelung mit einbezogen wird!
Es kamen Geräte auf den Markt, die Regelpentoden dazu einsetzten. Manchmal noch mit der Abstimmanzeige kombiniert, wie die EFM 1 oder EFM11. Diese Art der Zusatzregelung nannte man: "Vorwärtsregelung", weil sie dem Signalweg Richtung Lautsprecher folgt.
Die Zielsetzung war: mit wenig Röhren gute Empfangseigenschaften zu erreichen.
TELEFUNKEN z.B. hatte mit der 11er Stahlröhrenserie auf eine optimale Abstimmung der Regeleigenschaften geachtet und diese den Namen: "Harmonische Serie" gegeben.

Obwohl man durch konstruktive Maßnahmen im Systemaufbau (sowie in der Schaltungsauslegung) die Verzerrungen bei unterschiedlichen Gittervorspannungen rel. gering halten konnte, genügte diese "Vorwärtsregelung" nicht den Qualitätsansprüchen einer verwöhnten Hörerschaft!


E.2     Unveränderliche ZF-Bandbreite
Man kann wohl behaupten, dass 80% bis 90% aller Superhet-Empfänger keine bedienbare Bandbreiteregelung haben, sondern eine mit Bandfilter festgelegte ZF-Durchlaßkurve besitzen. Diese bestimmt im hohen Maße die Empfangseigenschaften des Gerätes: wie Tonqualität und Trennschärfe.

Mit Tonqualität ist in erster Linie die möglichst orginalgetreue Übertragung der Sendermodulation gemeint. Wir wissen, dass durch internationale Absprachen der Frequenzabstand der Sender für LW-MW auf 9 kHz und bei KW auf 5 kHz festgelegt wurde.
Da beim Modulieren rechts und links vom Träger neue Frequenzen entstehen, verbreitert sich das Sendespektrum mit zunehmenden Anteil der hohen Modulationsfrequenzen. Damit sich die Seitenbänder nicht störend überlappen, ist 4,5 kHz als höchste Modulationsfrequenz für den LW-MW Bereich einzuhalten.


Abb.21 deutet solch ein ausgesendetes HF-Spektrum an. Es ist zu erkennen, dass eine zu schmale ZF-Durchlaßkurve einen gewissen Verlust der hohen Tonfrequenzen mit sich bringt.
Andererseits, eine schmale ZF-Kurve verhindert das störende 'Zischeln' eines eventuell vorhandenen Senders auf der nur 9 kHz entfernten Nachbarfrequenz! Man sieht, gute Trennschärfe (Selektion) ist nur schwer mit bestmöglicher Tonqualität zu vereinigen.
In Abb.22 sind die Verhältnisse bei einem induktiv gekoppelten Bandfilter dargestellt:

Die oberen Kreise sind nur lose (weiter Abstand der Spulen untereinander) gekoppelt.
Das ist mit der in Abb.21 gezeichneten Situation vergleichbar: schmale Bandbreite, schlechte Höhenwiedergabe. Dafür eine gute Trennschärfe, weil ein Nachbarsender bei Punkt A nur ganz wenig zu Geltung kommen kann.

Macht man die induktive Kopplung fester (Spulen jetzt dichter beieinander) steigt zum einen die induzierte Spannung im Sekundärkreis, aber auch die Bandbreite hat sich etwas vergrößert. Das ergibt zwar eine verbesserte Tonqualität, jedoch ist die Trennschärfe bei Punkt B schlechter geworden.

Das untere Bild zeigt was passiert, wenn man die Kreise sehr fest (Spulen eng beieinander) koppelt: Die Durchlaßkurve bekommt eine deutliche Einsattelung auf der Mittenfrequenz.
Die Bandbreite ist nun groß, aber die Unterdrückung der Nachbarfrequenz bei Punkt C ist unbefriedigend geworden!

Verbesserungen
Im Laufe der Zeit wurde sehr viel Entwicklungsarbeit in die Optimalisierung des ZF-Verstärkers gesteckt. Für die höherwertigen Geräte wurden mehrstufige ZF-Verstärker konstruiert, manchmal sogar mit 'versetzt abgestimmten' Kreisen. Diese sollen für eine hohe 'Flankensteilheit' d.h. gute Trennschärfe sorgen. Gleichzeitig ergeben die frequenzversetzten Kreise die nötige Bandbreite. Mit dem hierfür unentbehrlichen 'Frequenzwobbler' wird die gewünschte ZF-Kurve beim Abgleich auf einem Bildschirm dargestellt.

E.3     Variable ZF-Bandbreite
Eine andere Lösung des angesprochenen Problems ist die von Hand einstellbare ZF-Bandbreite.
Der meist stark einfallende Lieblingssender wird zur Übertragung einer bestmöglichen Tonqualität in Stellung: BREIT empfangen. Rechts und links dieser Frequenz ist kein störender Sender vorhanden. Das ist die Normalsituation!
Die rel. wenigen Hörer welche gerne mal auf 'Wellenjagd' gehen, können die Bandbreite hierzu auf SCHMAL stellen. Somit sind die Sender besser zu trennen. Natürlich –wie schon dargelegt- mit reduzierter Tonqualität!
Einige Radios haben diese Bandbreitenregelung mechanisch mit der Tonblende kombiniert.
Stellung: breit = voller NF-Frequenzumfang. Stellung: schmal = Absenkung der hohen Töne.


Abb.23 zeigt nur eine der verschiedensten Ausführungen dieser ZF-Bandbreiteregelung.
Wir haben gesehen, dass das Maß der Kopplung der Kreise eines Bandfilters großen Einfluß auf die Bandbreite hat. Die Spule des Sekundärkreises (rechts) ist aufgeteilt, so dass die Teilinduktivität Lk von aussen über einen Seilzug dem Primärkreis (links) mehr oder weniger angenähert werden kann.

9 kHz-Sperre
Ich will noch einen anderen Effekt ansprechen, welcher ebenfalls bei großer Bandbreite und flachem Abfall der Flanken der Durchlaßkurve entstehen kann: das Interferenzpfeifen, verursacht durch den manchmal unvermeidbaren Empfang einer frequenzbenachbarten Station. Da die Trägerfrequenzen einen Abstand von 9 kHz (bei KW nur 5 kHz!) zueinander haben, werden diese bei der Demodulation (Diodengleichrichtung = unlineares Glied) additiv gemischt. Man hört also konstant dieses Mischprodukt. Zur Abhilfe wurde früher meist ein auf 9 kHz abgestimmter Saugkreis (L-C in Serie) in den NF-Signalweg nach Masse eingefügt.

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