FM-Röhrenradio-Bausatz aus China 

Zur Zeit der Corona-Pandemie findet man wieder Ruhe zum Lesen, zum Musizieren und zum Basteln. Beim Stöbern im Internet fand ich ein „6j1+6j1 Röhrenradio Kit“, das mich aufgrund des nostalgischen Aufbaus auf einem Holzbrett mit 2 Trafos und einem Drehko mit Zeigerdrehknopf ansprach. Nach wenigen Wochen kam ein kleines Paket mit den in chinesischem Zeitungspapier gepolsterten Bauteilen heil an. Doch die Stückliste und der Schaltplan fehlten. Auch wurde anstelle des alten UKW-Drehkos mit Zeigerknopf ein „modernes“ Teil geliefert.

Nachdem ich Kontakt mit dem Verkäufer aufgenommen hatte, sendete dieser mir sofort ein Foto des Schaltplans zu und entschuldigte sich für den ausgetauschten Drehko. Die alte Version war nicht mehr lieferbar. 

Die Platine besaß leider nur auf der Rückseite Lötpads, sie war aber gut beschriftet und konnte zügig bestückt werden. Der Aufbau auf dem Holzbrett nahm mehr Zeit in Anspruch, da gebohrt und geschraubt und alles auf engem Raum vereinigt werden musste.

Dann kam der große Augenblick, die Röhren glühten und ich drehte am Regelwiderstand und am Drehko. Aber wie ich mich auch bemühte, Spulen bewegte und Drehknöpfe drehte, es war nur ein Knattern aber kein Sender zu hören. Allerdings war mir aufgefallen, dass die versilberten Spulen sich schlecht löten ließen. Eine Widerstandsmessung brachte es an den Tag: Die vorgeformten Lötanschlüsse waren lackiert. Offenbar hat der Hersteller Schmuckdraht genutzt. Hoffentlich hat er die chinesischen Bastler in der Baubeschreibung angehalten, die Enden gründlich mit Schmirgelpapier zu bearbeiten.

Aber auch der zweite Versuch mit den neu eingelöteten Spulen scheiterte, jedoch war jetzt wenigstens ein Rauschen zu hören. Im Werbetext des Verkäufers hieß es, dass „professional basics“ vorausgesetzt werden und „we cannot provide technical support“. Vielleicht taugte die ganze Schaltung nichts. Was tun? Ich schrieb an Burkhard Kainka und bat ihn um Rat.

Ich war schon ganz neugierig auf diesen Empfänger. Jetzt steht er hier auf dem Tisch. Aus dem Schaltplan konnte ich ersehen, dass es ein Pendelaudion ist. Und die Kunst ist es, überhaupt erstmal die richtige Frequenz zu treffen.

Zwei Dinge waren mir aufgefallen. Die Doppelleitung zum Drehko war zu lang. Das bedeutet viel Kapazität und zusätzliche Induktivität. Sie wurde durch zwei getrennte, möglichst kurze Drähte ersetzt. Bei hohen Frequenzen braucht man immer möglichst kurze Verbindungen.

Und die beiden Teile der Spule waren vertauscht, also die Schwingkreisspule mit ca. drei Windungen und die Koppelspule mit knapp zwei Windungen. Beim Austausch der beiden Spulen habe ich einen Nachteil der einseitigen Platine erlebt. Ein Lötauge hatte sich gelöst. Ein Anschluss der Koppelspule wird nun mit einem Stück Draht verbunden.

Mit diesen beiden Änderungen konnte ich schon ein Signal auf dem Schirm des Spectrumanalyzers sehen. Der einstellbare Frequenzbereich stimmte schon ungefähr. Aber es war noch nichts zu hören außer etwas Geknister. Dabei fiel auf, dass das Poti ganz an den Null-Ohm-Anschlag gedreht werden musste, damit man eine hohe Anodenspannung bekam. Etwas weiter gedreht war die Spannung Null. Poti kaputt? Ja, das Ohmmeter brachte Sicherheit. Eine Seite der Kohlebahn war durchgebrannt. So etwas kann passieren,  wenn ein Poti mal die volle Gleichspannung abbekommt. In diesem Fall brauchte ich nur die andere Seite verwenden, weil ja ein Anschluss frei bleibt. Und damit funktioniert das Radio!

Ich habe dann noch die Betriebsspannung gemessen. Am ersten Elko stehen 150 V, am zweiten Elko noch 70 V. Beide Röhren zusammen brauchen offenbar 8 mA. Mit dem Oszilloskop konnte ich am Gitter der Endröhre die Pendelschwingungen erkennen. Sie haben eine Frequenz von 70 kHz.

Der Spectrumanalyzer zeigt das breite Pendlerspektrum inmitten der schmaleren UKW-Rundfunksignale. Wenn man genau auf einen Sender abstimmt, gibt es Verzerrungen. Man muss auf eine der beiden Flanken abstimmen, was dann eine FM-Demodulation erlaubt.

Das Radio ist zwar leise, es hat aber eine gute Empfindlichkeit und einen klaren Klang. Eigentlich ist es erstaunlich, dass eine so einfache Schaltung ein FM-Radio ergibt. Es liegt am Prinzip des Pendel-Audions:

Das Pendelaudion ist eigentlich nur ein ganz normaler HF-Oszillator. Beim Start schwingt er noch nicht. Am Schwingkreis gibt es nur das Grundrauschen. Dieses wird verstärkt und zurück gekoppelt und wird so größer, bis es sich zu einer vollen Schwingung entwickelt. Die Amplitude steigt dabei exponentiell an. Wie lange das dauert, hängt von den Anfangsbedingungen ab. Wenn also ein Sender auf der Frequenz arbeitet, startet der Oszillator mit ein paar Mikrovolt mehr und schwingt damit etwas schneller an.

Der Unterschied zwischen einem normalen Oszillator und einem Pendel-Oszillator ist, dass die Schwingungen auf dem Höhepunkt wieder abreißen. Das passiert, weil die großen Schwingungen den Gitterkondensator so weit negativ aufladen, dass die Röhre sperrt. Dann dauert es eine kurze Zeit, bis der Gitterwiderstand die negative Gitterspannung so weit abgebaut hat, dass die Röhre wieder verstärken kann und damit neue Schwingungen aufbaut.

Im Endeffekt schwingt der UKW-Oszillator in diesem Fall mit der Pendelfrequenz von 70 kHz immer wieder neu an. Wenn der einzige Start vom Grundrauschen her stammt, sieht man ein zufälliges Zittern der Pendelfrequenz und hört ein starkes Rauschen. Wenn man aber auf einen Sender abstimmt, verschwindet dieses Rauschen, und die Pendelfrequenz wird etwas höher. Und weil der mittlere Anodenstrom auch etwas von der Pendelfrequenz abhängt, findet man im Ausgangssignal neben der Pendelfrequenz auch das demodulierte NF-Signal.

Pendelempfänger gehörten mit zu den ersten UKW-Empfängern, die oft als Nachrüstsätze in ältere AM-Radios eingebaut wurden. Und heute sind sie immer noch in Funksteckdosen im Bereich 434 MHz üblich, weil man nicht viel mehr als einen Transistor und einen Schwingkreis braucht.

Umbau des Franzis-Röhrenradios zum UKW-Pendelaudion

Das Franzis Röhrenradio ist ein Audion für Kurzwelle. Solche Schaltungen neigen zu Pendelschwingungen, wenn man bei höheren Frequenzen den Rückkopplungsregler zu weit aufdreht. In einem Versuch sollte geklärt werden, ob man das Gerät auch zu einem UKW-Pendelaudion umbauen kann.

Im ersten Test habe ich die Kurzwellenspule ausgebaut und durch eine kleinere Spule mit drei Windungen ersetzt. Der Drehko wurde umgedreht, sodass die 20pF-Seite verwendet wurde. Statt des Rückkopplungspotis habe ich ein Netzteil bis 60 V angeschlossen. Der Gitterwiderstand von 100 k geht nicht mehr zur Anode, weil das eine Gegenkopplung darstellt, die Pendelschwingungen behindert. Stattdessen führt er nun nach +6V an der Heizung. Teilweise konnten schon Pendelschwingungen beobachtet werden, aber noch auf einer zu tiefen Frequenz.

Das Problem sind die zu langen Leitungen auf der Platine. Deshalb habe ich eine bessere Spule aus dickem Draht, mit drei Windungen auf einen 8mm-Bohrer gewickelt, ganz nah an den Drehko gelötet. Die Anzapfung zur Kathode bekam einen kurzen Draht, und das Gitter wurde mit dem 100pF-Kondensator auf kurzem Weg erreicht. Zusätzlich wurden die Leiterbahnen am Gitter und an der Kathode durchtrennt. Mit diesen Änderungen kann der ganze UKW-Bereich empfangen werden.

Bei Messungen mit dem Oszilloskop konnte ich zuerst noch starke Pendelschwingungen am Kollektor der NF-Vorstufe sehen. Deshalb habe ich einen Kondensator mit 100 nF zwischen Kollektor und Emitter gelötet. Und für den Vorversuch habe ich statt des Lautstärkepotis nur einen Widerstand mit 470k eingelötet. Mit diesen Änderungen hat das UKW-Radio funktioniert. Allerdings brauchte ich Anodenspannung zwischen 30 V und 40 V vom Labornetzteil. Mit nur 15 V wie im Kurzwellenradio würde es nicht funktionieren.

Nach einer Beobachtung von Günther Zivny (Eintransistor-UKW-Empfänger) kann man auch mit einem normalen Audion FM-Stationen empfangen. Diese Betriebsart konnte auch mit diesem Röhrenaudion beobachtet werden. Wenn die Anodenspannung so weit gesenkt wird, dass der Oszillator schon schwingt, aber noch keine Pendelschwingungen einsetzen, kann man bei genauer Abstimmung die Frequenz mit einem FM-Sender synchronisieren. Das Signal wird demoduliert und ist leise hörbar. Und bei sehr großer Feldstärke und ausreichend großer Antenne arbeitet das Audion sogar schon vor dem Schwingungseinsatz auf UKW. Allerdings ist die Lautstärke dann noch geringer. Als Pendelaudion arbeitet der Empfänger empfindlicher, lauter und breitbandiger.

Besonders spannend finde ich den FreModyne-Empfänger, einen UKW-Superhet mit einem Pendelaudion auf der Zwischenfrequenz 21,75 MHz, alles zusammen mir nur einer Doppeltriode.

https://www.cool386.com/fremodyne/fremo1.html