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

Letzte Änderung: 31.3.2021

Zurück zur vorigen Seite

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 typische Frage angehender Röhrenbastler wurde mir schon mehrfach gestellt: Woher bekomme ich von meinem Taschengeld die hohe Betriebsspannung für die Röhren?
Passende Labornetzgeräte aus dem Elektrohandel sind teuer. Ausschlacht-Trafos aus alten Röhrenradios sind heutzutage schwer zu beschaffen (und damit ist das Problem ja noch nicht gelöst). Und um im Handel einen solchen Trafo selbst zu bestellen, benötigt man ein wenig Sachkenntnis und Erfahrung. Was bleibt ist folgende Option: zwei Niederspannungstrafos "rückwärts" zusammenschalten. Die Netztrennung ist dann auf jedenfall gesichert. Der Strom ist im Fehlerfall begrenzt.
Meine Lösung fürs Labor besteht aus dem Fahrtransformator einer Märklin-Spielzeugeisenbahn und dem Transformator aus dem Steckernetzteil eines ausgedienten Laptops, Faxgeräts oder Akkuschrauber-Ladegeräts. Vor dem auseinanderlöten habe ich erst einmal geprüft, ob da tatsächlich ein Trafo drin ist und kein Schaltnetzteil. Das Typenschild besagte: "Sekundär 16 V". Etwas mehr wäre auch kein Problem gewesen. Die Chancen standen also gut, dass kaum faustgroße Trafo die Fahrspannung der Spielzeugeisenbahn wieder in Hochspannung verwandeln kann, ohne dass etwas zu schmoren droht. Und so war es auch. Mein Märklin-Eisenbahntrafo liefert an seinem Ausgang (zwischen Buchse "0" und "B") eine einstellbare Wechselspannung zwischen 5 und 16 Volt. Er ist kurzschlusssicher und genügt allen Erfordernissen der elektrischen Sicherheit einer Modelleisenbahn. Modelleisenbahntrafos 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.
Der rückwärts geschaltete Steckernetzteil-Trafo macht daraus 60 bis 230 Volt, je nach Fahrtregler-Einstellung. Nach dem Gleichrichten sind es 80 bis 300 V. Das ist natürlich keine Spielzeugspannung mehr, also bitte Vorsicht!
Noch ein Feature, das P-Röhren Heizungsproblem betreffend. Zahreiche 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.

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 Warn-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 Lochradterplatte 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 andere Stabilisierschaltung. Die Längsröhre EL 84 liegt in der negativen Leitung der vom Gleichrichter erzeugten Hochspannung, nicht in der positiven. Statt der EBC 91 gehen auch andere Trioden. Man nehme was gerade da ist. Mit PC 86 und PC 900 hat es auch gut geklappt.
Je nach Leistung des Trafos können auch stärkere Röhren eingesetzt werden. An Stelle der Kombination aus BD 137 und EL 84 wären auch BD 243 mit EL 34 oder 6L6 möglich. Damit schafft der Stabi 100 oder vielleicht auch 150 mA.

Zurück zum Seitenanfang

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 - 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 wirkt mit der Glimmlampe Z90/60 (90 V Zündspannung, 60 V Brennspannung) als Differenzverstärker. Der Anodenstrom dieser Röhre wird auf die Basis des PNP-Hochvolttransistors 2 SA 1156 geführt, der das Regelsignal noch einmal verstärkt. Ich habe hier zwei solche Transistoren kaskadiert, damit unter keinen Umständen die maximal zulässige Kollektorspannung (400 V) überschritten wird. Der Kollektorstrom (max. 1-2 mA) fließt dann zur Basis des BD 137. Dieser bildet zusammen mit der EL 84 eine sogenannte Kaskode-Stufe. Die Pentode wird in Gitterbasisschaltung betrieben. Sie übernimmt den weitaus größten Anteil der bei der Spannungsregelung anfallenden Verlustleistung (am Transistor fallen maximal etwa 15 V ab, an der Röhre bis zu 300 V).
Zwei Punkte sind zu beachten:
1. die Längsröhre liegt anders als oben in der negativen Leitung,
2. Jede der beiden Röhren braucht eine isolierte Heizwicklung am Trafo.