Durchstimmbarer Röhren-Sinusgenerator
über
Mit diesen Gedanken beschäftigt fiel mir die Anleitung des „Schwebungssummers 295A“ von Grundig, Hartmann und Braun in die Hände (siehe Bild 1). Bei diesem Gerät kann das Audioband von 20 Hz bis 20 kHz locker in einem Rutsch ohne Bereichsumschaltung durchgestimmt werden. Diese enorme Frequenzvariation von 1:1.000 ist mit einfachen Sinusgeneratoren nicht zu schaffen. Aus diesem Grund wurde hier auf das Überlagerungsprinzip zurückgegriffen.
Das Überlagerungsprinzip
Bild 2 zeigt die Prinzipschaltung. Oszillator 1 erzeugt die feste Frequenz f1 (hier ca. 235 kHz). Oszillator 2 hingegen ist abstimmbar und erzeugt daher die von 235 bis 270 kHz einstellbare Frequenz f2. Das sind weniger als 20 % Variation. Diesen kleinen Abstimmbereich kann man gut mit einem einfachen Oszillator mit Hilfe eines Drehkos realisieren.
Die Ausgangssignale der beiden Oszillatoren speisen einen Mischer. An dessen Ausgang steht – neben einigen anderen Mischprodukten – ein Signal mit der Differenzfrequenz f2 - f1 zur Verfügung. Die anderen Mischprodukte (Summe von f1 und f2 sowie Summen und Differenzen ihrer Vielfachen) entfernt man mit einem passend dimensionierten Tiefpass. Dessen Ausgangssignal wird dann abschließend noch verstärkt, so dass es auch niederohmig zur Verfügung steht. Mit dem Überlagerungsprinzip kann man auch durchstimmbare HF-Generatoren bis in den GHz-Bereich aufbauen.
Das Original
In Bild 3 sieht man einen Auszug aus dem Schaltplan. Gezeigt werden die beiden Oszillatoren, der Mischer, der Tiefpass und die abschließende Verstärkerröhre. Röhre Rö 2 erzeugt die feste Frequenz. Im Anodenkreis liegt ein Schwingkreis, der die Frequenz bestimmt. Die Rückkopplung erfolgt induktiv auf das Gitter.
Die variable Frequenz wird mit dem Trioden-Teil der ECH81 (Rö 1, links) auf gleiche Weise erzeugt. Die Frequenz ist mit einer variablen Induktivität (Variometer L5) einstellbar. Die beiden Oszillatorsignale liegen dann an den Gittern g1 und g3 des rechten Heptoden-Teils der ECH81. Die Mischprodukte stehen an der Heptoden-Anode bereit.
Das Tiefpassfilter besteht aus L1, L2 und L3 plus C1, C2, C3 und C4. Das gefilterte Ausgangssignal gelangt über ein Poti zur Einstellung der Signalamplitude an die als Kathodenfolger geschaltete Röhre Rö 3. An ihrer Kathode steht schließlich das niederohmige Sinussignal zur Verfügung.
Mein Nachbau
Um den Nachbau leichter zu gestalten habe ich ein paar Modifikationen erprobt. Statt mit einem Variometer wird in meiner Version die Frequenz mit einem Drehkondensator eingestellt. Die Rückkopplungen der Oszillatoren wurden so modifiziert, dass man statt Trafos Spulen mit Anzapfung verwenden kann. Meine Tests fanden auf dem Basteltisch in freifliegender Verdrahtung statt, wie Bild 4 beweist.
In Bild 5 ist der vollständige Schaltplan zu bewundern. Der variable Oszillator ist mit der Triode V1 realisiert. Sein Signal gelangt über einen variablen Spannungsteiler an Gitter 3 der Mischerröhre V2. Der Triodenteil von V2 wird für den Festfrequenzoszillator genutzt. Sein Ausgangssignal gelangt an Gitter G1 der Heptode. An der Heptoden-Anode steht dann das Mischersignal zur Verfügung.
Messungen
Um die Signalqualität zu überprüfen und die Funktionsweise dieses Prinzips nachzuvollziehen habe ich an meinem Prototyp (Bild 6) ein paar Messungen durchgeführt. An den Anoden der Oszillatoren beträgt die Amplitude der Signale ca. 200 VSS.
Besonders interessant ist natürlich das Anodensignal der Mischröhre, das in Bild 7 zu sehen ist.
Die schnelle Schwingung entspricht dem hochfrequenten Zweitonsignal. Die untere Hüllkurve entspricht dem erzeugten Sinussignal. Letzteres wird mit einem Tiefpass herausgefiltert.
Bild 8 zeigt das Spektrum des Anodensignals der Mischröhre. Man kann gut die zahlreichen Mischprodukte der beiden Sinussignale erkennen. Mit dem Trimmpoti R5 lässt sich die Amplitude des Ausgangssignals einstellen. Gleichzeitig ändert sich damit die Aussteuerung der Mischröhre.
Stellt man z.B. R5 so ein, dass an Gitter G3 eine Spannung von 8 VSS liegt, ergibt sich eine Ausgangsamplitude von etwa 7 VSS. Dieser hohe Pegel hat natürlich einen hohen Klirrfaktor des Ausgangssignals zur Folge. Bild 9 zeigt das zugehörige Spektrum. Die erste Oberwelle liegt nur ca. 35 dB unter dem Nutzsignal. Der resultierende Klirrfaktor von über 1 % ist nicht sonderlich gut.
Stellt man an G3 aber eine Amplitude von nur 1 VSS ein, beträgt die Ausgangsspannung immerhin noch 2 VSS und das zugehörige Spektrum von Bild 10 sieht viel besser aus. Die erste Oberwelle ist nun mehr als 50 dB schwächer als die Grundschwingung. Das Resultat entspricht in etwa einem Klirrfaktor von 0,3 %. Das ist gar nicht so schlecht, doch im Ausgangssignal sind auch noch Reste der beiden Sinussignale bei 235 und 250 kHz enthalten. Diese gelangen durch kapazitive Kopplung über das Tiefpassfilter hinweg ins Ausgangssignal. Hier würde eine gute Abschirmung um die HF führenden Teile helfen.
Abschließend kann man feststellen, dass man mit drei Röhren und einer Handvoll Bauteile einen durchstimmbaren Sinusgenerator bauen kann, der ein brauchbares Sinussignal über den gesamten Audiobereich erzeugt.
PS. Da sich ja nicht jeder Elektroniker auch als Amateurfunker betätigt: „0-V-2“ ist klassischer HF-Speak. Die erste Zahl gibt an, wie viele HF-Verstärkerstufen vor dem Detektor vorhanden sind. Die Zahl nach dem „V“ bezeichnet die Anzahl an NF-Verstärkerstufen. Ein Empfänger des Typs 0-V-2 ist also ein sogenanntes Audion mit einer Röhre ohne HF-Vorstufen und zwei NF-Verstärkerstufen.
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