Ohne Strom ist im schönsten Labor nichts los: Der richtige Saft für Röhrenexperimente

Letzte Änderung: 25.1.2024

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Zu den Schaltungsbeispielen:

1. Das Schmuckstück meines Bastel-Labors
2. Ein kompaktes Universalnetzgerät für Röhrenexperimente
3. Ein einfache Hochspannungsquelle für erste Versuche
4. Eine weitere Stabilisatorschaltung

Schalttafel "Old School"

Eine richtige Schalttafel im Stil der 1920er Jahre macht Experi­men­tieren besonders viel Spaß! Ein Geschenk, ein Gesellen­stück von ca. 1970, das ich äußer­lich ein wenig restau­riert habe. Die Perti­nax-Front­platte mit Funktions­skizze und die strikte Hierar­chie der Schalter, Mess­instru­mente und Kontakt­buchsen zeugen von hohem Anspruch im Umgang mit Elek­trizität. Wenn man am Stufen­schalter dreht, hört und fühlt man die Kontakte im Innern einras­ten. Ganz unten dann das Spalier Kontakt­buchsen, mit unmiss­verständ­lichen Etiketten. Eine Mahnung zur Einheit von gedank­licher und tech­nischer Ordnung in meinem manchmal chao­tischen Bastel­labor.

Die Wechselspannung aus dem hand­gewickel­ten Trafo läßt sich in 2-Volt-Stufen bis 24 V hoch­schalten. Das ist nützlich und hat schon so mancher P-Röhre zur kor­rekten Heiz­spannung verhol­fen.

Einen extra Schaltplan habe ich nicht gezeichnet. Der wäre elemetar einfach. Es ist ein Einzelstück, das in Handarbeit gebaut wurde.

Der robuste Stufenschalter ist nicht klein­zukriegen. Der verträgt auch dicke Abreiß­funken beim Umschal­ten, ohne dass die Kontakte abbrennen.

Ein echter Selen-Brücken­gleich­richter sorgt für die Gleich­spannung. Ursprüng­lich gab es keinen Sieb­konden­sator. Die Gleich­spannung bestand aus den nackten 100-Hz-Sinus­halb­wellen. Einem Elektro­motor, den man anschließt, ist das egal, aber ein Tran­sistor­audion oder ein Ton­frequenz­verstärker brummt ohren­betäubend. Ich selbst erst habe einen Elektro­lytkon­densator eingebaut. Einen einfachen Spanungs­stabili­sator mit Längs­transistor habe ich in einer Ecke am Trafo ange­schraubt.

Ein kompaktes Universalnetzgerät für Röhrenexperimente aller Art

Wozu ein extra Netzgerät für Röhren ?

Mit Röhren kann der Elektronik-Bastler eine ganze Reihe von elektro­nischen Schal­tungen aufbauen: Mittel- oder Lang­welle-Radios, Ton­frequenz­verstär­ker, Ton­genera­toren, Blink­lichter. Sogar elektro­nische Musik läßt sich damit machen. Die Schal­tungen selbst sind meistens recht übe­rschaubar.
Doch leider sind Elek­tronen­röhren in einem Punkt beson­ders anspruchs­voll. Sie brauchen verschie­dene Betriebs­span­nungen.

1. Eine niedrige (Wechsel-)Spannung für die Röhrenheizung: die weit verbreiteten E-Röhren brauchen 6 Volt. P-Röhren dagegen je nach Typ zwischen 4 und 30 V. Der Heizstrombedarf liegt auch für ein größeres Röhrenprojekt maximal bei 2 bis 3 Ampere.
2. Eine hohe Gleichspannung (50 bis 250 V) für die Versorgung mit Anodenstrom. Für die Mehrzahl der hier gezeigten Experimente und Bastelprojekte reichen 5 bis 50 mA Belastbarkeit meistens aus. Die Spannung sollte stabilisiert, regelbar, kurzschlußsicher und frei von Brummspannung sein.
3. Und dann ist ab und zu noch eine kleine, aber ebenfalls einstellbare Gleichspannung zwischen 0 und etwa 20 Volt von Nutzen, als Gittervorspannung bei Röhrentests.

Damit man nicht jedes Mal teure Hoch­span­nungs­trafos beschaff­en und mit "heißen" Gleich­richter­dioden und Elek­trolyt­kondensa­toren jonglieren muss, oder gar mit aben­teuer­lichen Serien­schal­tungen von Batterien, lohnt sich der Selbst­bau eines kleinen, aber präzise arbei­tenden Netz­geräts. Damit macht Röhren­basteln noch mehr Spaß.

Mein kleines Labornetzgerät passt auf jeden Basteltisch (26 x 19 x 10 cm groß, 2,5 kg schwer). Ich habe es praktisch ganz aus Elektronik-Schrott zusammengebaut, aus Teilen, die ich aus Altgeräten ausgebaut habe, bevor die in die Müllpresse wanderten. Die Bauelemente gibt es aber auch im Versandhandel, und oft schon hatte ich auf Flohmärkten Glück.

Das Gerät liefert alle wichtigen Spannungen fürs Experimentieren mit Elektronenröhren:
a.) 6,3 V, 19 V und 25 V Wechselspannung für die Heizung bis 2,5 A
b.) eine einstellbare stabilisierte Gleichspannung von 60 bis 280 Volt bei maximal 50 mA für den Anodenstrom.
c.) 0 bis 27 V Gleichspannung, mit nur wenigen mA belastbar, für Gittervorspannungen.

"1985" steht ober auf dem Plan! Ja so lange ist das schon her, dass ich das Netzgerät gebaut habe (auch wenn der Schaltplan dank ESYM aus deutlich jüngerer Zeit ist). Seitdem ist es in meinem Labor im Einsatz.

Der Schaltplan

Links ist er zu sehen. Das Gerät enthält zwei Netz­trafos. Der obere Trafo stammt aus einem alten Röhren­radio. Er besitzt sekundär eine Hoch­spannungs­wicklung mit etwa 230 V für die Anoden­spannung, die maximal etwa 60 mA liefern kann.Ferner ist da noch eine Heiz­spannungs­wicklung mit 6,3 V. Der untere Trafo hat Wick­lungen für 19 V und 6,3 V. Er stammt aus einem alten Farb­fern­seher. Der dritte, kleine Trafo ist kein Netz­trafo, sondern ein Zwischen­über­trager für 6 auf 9 V. Den habe ich hier einge­baut, um die Heiz­spannung der PCF 82 im Hoch­spannungs­stabili­sator zu erzeugen. Normaler­weise wäre dieser Trafo nicht nötig, wenn dort eine Pentode mit einer 6,3-Volt-Heizung drin wäre. Der Trafo sorgt zudem aber für die galva­nische Trennung von der Heizungen der EL84. Keines­falls darf man die Heizungen der beiden Röhren einfach parallel schalten, denn die Spannungs­differenz zwischen ihren Kathoden ist zu hoch und das könnte bei direkter Verbindung zur Zerstö­rung der Röhren führen.

Die regelbare Gittervorspannung. Hier wird aus den 19 V plus 6,3 V Wechsel­spannung zunächst eine Gleich­spannung von 40 V erzeugt. Diese gelangt zu einem Wider­stands­netz­werk, das auch den Germanium­transistor 2 SB 324 (hier geht auch ein ganz normaler Si-pnp-Tran­sistor, z.B. ein BC 557) und eine Zener­diode enthält. Diese Schaltung dient der Siebung der noch welligen Spannung vom Gleich­richter und garan­tiert eine konstante, praktisch brumm­freie Gleich­spannung von 27 V. Wichtig, wenn man damit auf das hoc­hempfind­liche Steuer­gitter einer Röhre gehen will. Diese Ausgangs­spannung ist gegen Schwan­kungen der Eingangs­spannung stabili­siert und vom Hoch­spannungs-Strom­kreis galva­nisch getrennt. Die simpelste 1-Tran­sistor-Stabi­lisierungs­schaltung, die so perfekte Gleich­spannung erzeugt. Vor Inbetrieb­nahne muß das 470-Ohm-Poti lediglich einmal abge­glichen werden. Die 27 V werden dann mit dem 5-Kilo­ohm-Poti passend herunter­gesetzt.

Die stabilisierte Hochspannung

Die 230 V Wechselspannung aus dem Anodentrafo werden mit einem Selen-Brückengleichrichter in 280 V Gleichspannung verwandelt. Diese gelangen über die Längsröhre, eine EL 84, zum Ausgang. Das Gitter der Längsröhre wird über einen Differenzverstärker angesteuert, der das Pentodensystem einer PCF 82 nutzt. Dieser Röhrentyp kam früher in TV-Geräten zum Einsatz kam. Die Ausgangsspannung kann man mit dem 100-Kiloohm-Regler stufenlos zwischen 60 und 250 V einstellen. Sie ist gegen Belastungsschwankungen stabilisiert und nahezu brummfrei. Die maximale Stromstärke liegt bei etwa 50 mA. Bei 250 V liegt der maximale Strom jedoch bei nur 20 mA. Eine extra Kurzschlußabschaltung gibt es nicht. Im Kurzschlußfall reicht der Innenwiderstand der Längsröhre, um den Strom soweit zu begrenzen, dass weder die EL 84 noch der altehrwürdige Selengleichrichter Gefahr laufen, Schaden zu nehmen.

Ich habe auch eine weitere Buchse vorgesehen, die direkt zum Pluspol des Ladeelkos hinter dem Gleichrichter führt. Hier kann man die unstabilisierte Spannung von 280 V abnehmen. Diese Buchse ist aber vor allen Dingen dazu gedacht, bei abgeschalteter Hochspannung eine sichtbare Kurzschlussbrücke gegen Masse herstellen zu können. Dann ist klar, dass an der Hochspannung führenden Versuchsschaltung, die vom Netzgerät mit Strom versorgt wird, gefahrlos gearbeitet werden kann.

Ein übersichtlich aufgebautes Netzgerät unterstützt das sichere Experimentieren mit hohen Spannungen.

1. Aus dem Netzgerät kommt, wir erwähnten es bereits, Hochspannung. An die gelangt man allerdings nur über mechanisch stabile, berührungssicher isolierte und gut beschriftete 4-mm-Laborbuchsen, und nicht aus Versehen. Zum sicheren Arbeiten gehört auch ein Satz gut isolierter Laborstrippen mit 4-mm-Steckern, und dazu isolierten Kroko-Klemmen auf dem Arbeitstisch. Nein, Krokodilleder muss es nicht sein. PVC reicht völlig.
2. Die Frontplatte trägt auch ein Voltmeter. Es macht durchaus einen Unterschied, ob man an 60 oder an 300 Volt faßt. Und einen extra Schalter, mit dem man die Ausgangsspannung unabhängig vom Netzschalter abstellen kann.
3. Die Trafos, Kondensatoren, Röhren und sonstigen Hochspannung führenden Schaltelemente sind im Gehäuse fest eingeschlossen. Es gibt beim Arbeiten keine Gelegenheit, sie mit den Fingern versehentlich zu berühren.
4. Wenn am Netzgerät selbst gebastelt wird, immer den Netzstecker ziehen.
5. Ein gefährlich aussehender roter Blitz klebt auf der Frontplatte. Das rote Signallicht leuchtet, wenn das Gerät an ist. Dann ist auch einem Laien verständlich, dass hier Obacht angesagt ist.
6. Das Netzgerät ist ausgangsseitig erdfrei. Man darf ganz gefahrlos eine beliebige Ausgangsklemme mit Masse oder mit der Schutzerde zu verbinden.

Das Ganze passt in ein Sperrholz-Gehäuse mit abnehmbarem Deckel und Rückwand. Zur einfacheren Wartung.

Ein Blick auf den Stabilisator. Links die EL 84, daneben die PCF 82 und rechts der Selen-Brückengleichrichter. Vorne links im Bild der Zwischentrafo für die Heizung der PCF 82.

Ein einfache Hochspannungsquelle für erste Versuche

Eine ökonomische Lösung

Eine typische Frage angehender Röhrenbastler wurde mir schon mehrfach gestellt: Woher bekomme ich von meinem Taschengeld die hohe Betriebsspannung für die Röhren? Denn passende Labornetzgeräte aus dem Elektrohandel sind teuer.

Aus Alt mach Neu: Steckernetzteil plus Modelleisenbahntrafo. Meine Lösung fürs Labor besteht aus dem Fahr­transformator einer Märklin-Spiel­zeugeisen­bahn und einem Stecker­netzteil eines ausge­dienten Laptops, Fax­geräts oder Akku­schrauber-Lade­geräts. Solche Stecker­netz­teile liefern um die 18 Volt (steht auf dem Typen­schild). Ich habe den Trans­formator ausge­lötet. er lieferte sekundär 16 V Wechsel­span­nung (etwas mehr wäre kein Problem). Dieser kaum faust­große Trafo wird nun "rück­wärts" betrieben, das heißt, die Fahr­spannung des Eisen­bahn­trafos wird an seine Sekundär­wicklung geklemmt. (Ich habe eine "Angst­siche­rung" einge­baut, damit da auch nichts schmoren kann) Primär erscheinen dann wieder bis zu 230 Volt Hoch­spannung, und zwar ein­wand­frei gegen Masse isoliert. Damit können Röhren etwas anfangen!

Spannungsreglung: Mein Märklin-Eisen­bahn­trafo liefert an seinem Ausgang (zwischen Buchse "0" und "B") eine ein­stell­bare Wechsel­span­nung zwischen 5 und 16 Volt, und zwar kurz­schluss­sicher. Solche Fahr­trafos bekom­men Sie auf Floh­märkten in gutem Zustand oft für 10 bis 20 Euro ange­boten. Meiner oben auf dem Foto ist bereits ein recht modernes Exemplar. Auch ältere Geräte aus den vergangenen 60 Jahren sind im Prinzip geeignet.

Erste Probe:Der rückwärts geschal­tete Stecker­netz­teil-Trafo macht daraus also 60 bis 230 Volt, je nach Fahrt­regler-Einstel­lung. Nach dem Gleich­richten sind es 80 bis 300 V.

Noch ein schönes Feature, das P-Röhren Heizungs­problem betref­fend: Zahl­reiche größere P-Röhren wie PCL 805, PL 508, PY 82, oder auch zwei PCF 82 in Serie lassen sich unmit­telbar vom Eisen­bahn­trafo aus heizen. Bei anderen Typen hilft ein Vor­wider­stand weiter. Zwischen den Buchsen "0" und "L" liegen konstante 16 V Wechsel­spannung an. Es ist der Licht­ausgang für die kleinen Faller-Häuschen auf der Eisen­bahn­anlage. Die genann­ten Röhren­typen kommen damit perfekt zurecht.

Gleichrichtung: Der Ausgang meines provi­sori­schen Experi­mentier­netz­teil habe ich noch um einen Brücken­gleich­richter aus 4 Dioden vom Typ 1N4007, einen 350-Volt Elektro­lytkon­densator mit 82 µF und einen Entlade­wider­stand (einschließ­lich Betriebs­anzeige-LED) ergänzt. Und schon hatte ich eine recht brauch­bare Spannungs­quelle. Für ein Audion, einen Oszil­lator oder einen kleinen Röhren­verstärker reicht es allemal.

Mit dem Modelleisenbahn-Trafo kann ich nicht nur Züge auf meiner Märklin-H0-Eisenbahn fahren lassen, sondern auch, mittels des Trafos aus einem Akku-Ladegerät, Röhrenschaltungen betreiben. Wichtig: der Modelleisenbahn-Trafo muss unbedingt ein Typ mit Wechselstrom-Ausgang sein. Zahlreiche Syteme wie Fleischmann, Roco, Piko, Tillig oder Märklin-Spur-Z arbeiten mit Gleichstrom. Diese sind für den vorliegenden Zweck nicht geeignet.

Hier ein Detailbild. Transformator, Gleich­richter­dioden, Lade­konden­sator und sonstige Elemente habe ich auf einer Loch­raster­platte montiert. Ein isolie­rendes Gehäuse mit stabilen Buchsen und Spannungs­anzeiger wären prak­tisch. Das Gerät liefert bis zu 25 mA, wobei die Spannung aber einsinkt. Vorsicht auch beim Kurz­schließen der Hoch­spannung: das gibt einen knal­lenden Funken, wenn sich der Lade­konden­sator entläd! Und auch nach dem Aus­schalten dauert es mindes­tens 20 Sekunden, bis die HV abge­klungen ist (weshalb wohl habe ich eine LED eingebaut?). Trotzdem, ein erster Schritt in die Röhren­technik, auch wenn man einen ordent­lichen Spannungs­stabi­lisator, siehe den Bastel­vorschlag oben, bald vermisst.

Ein weiterer Schaltungsvorschlag für ein stabilisiertes Röhrennetzgerät

Eine etwas unkonventionelle Stabilisier­schaltung: die Längs­röhre EL 84 liegt in der negativen Leitung, die vom Gleich­richter zum Ausgang führt und nicht, wie bei den meisten Längs­stabili­satoren, in der positiven. Und muss die Anode der Triode tatsächlich "unten" liegen? Aber klar, das ist der positive Pol! Das ist kein Fehler im Schaltplan.
Statt einer EBC 91 gehen auch andere Trioden. Man nehme was gerade da ist, seien es auch PC86 oder PC900. Je nach Leistung des Trafos könnten man an Stelle der EL 84 auch die stärkere EL 34 oder die 6L6 verwenden. Damit schafft der Stabi 100 oder viel­leicht sogar 150 mA.

Zurück zum Seitenanfang; Hans Martin Sauer 2016-2024

Die Stabilisatorschaltung links verwendet sowohl Röhren als auch Transis­toren. Wie schon oben wird eine Leistungs­pentode EL 84 hier als Längs­röhre einge­setzt. Diese Schal­tung hat gegenüber der oben gezeigten jedoch einen Vorteil: die Spannung, die an der Längs­röhre abfällt, ist bei Voll­aussteue­rung sehr viel kleiner, nur etwa 30 bis 40 Volt. Dadurch sinkt die Ausgangs­spannung, wenn man dem Stabili­sator hohe Ströme entnimmt, nicht so stark ein. Trotzdem arbeitet die Stabi­lisie­rung einwand­frei.

Die Schaltung funktioniert so:

Die Triode der EBC 91 liegt mit ihrer Kathode an der Glimm­lampe Z90/60, die eine sehr kon­stante Brenn­spannung von 60 V hat. Ihr Gitter ist über den Regler P₀ mit der Ausgangs­spannung verbunden, die zu stabili­sieren ist. Wenn diese absinkt, dann wird das Gitter posi­tiver, und durch die Anode gelangt mehr Strom an die Basis des unteren PNP-Hoch­volt­transis­tors 2SA1156. Der Kollektor­strom steigt an. Der obere PNP-Tran­sistor setzt Potential noch weiter herauf, und der Kollektor­strom gelangt zur Basis des NPN-Tran­sistors BD137, der in der Kathoden­leitung der Endpen­tode EL84 liegt. Tran­sistor und Röhre werden also aufge­steuert, und es gelangt mehr Strom an den Ausgang, und zwar soviel, dass der Rück­gang der Gitter­spannung an der Triode wieder ausge­glichen wird. Der BD137 "sieht" maximal etwa 15 V zwi­schen Emit­ter und Kol­lektor, denn die Röhre sperrte den Strom voll­ständig, falls ihre Gitter-Katho­den-Span­nung noch nega­tiver würde. Man braucht hier keinen teuren Hoch­volt­tran­sistor. Den größten Teil der Regel­leistung über­nimmt die Röhre, und der Spannungs­unter­schied zwischen Anode und Kathode kann mehrere hundert Volt erreichen.
Zwei Punkte sind zu beachten:
1. Echte Glimm­stabili­sator-Röhren lassen nur eine Polung zu. Da muss die Anode nach "unten", wie bei der Triode. Bei einer gewöhn­lichen Glimm­lampe ist das dagegen egal.
2. Jede der beiden Röhren braucht eine isolierte Heiz­wicklung am Trafo.