Elektronik-Bastel-Erfahrungen reichen bei Stephan Laage-Witt zurück bis in die Schulzeit. Heute beschäftigt er sich immer mal wieder mit nostalgischem Radiobasteln – zur Entspannung und einfach, weil es Freude macht. Auch wenn der Weg von der ursprünglichen Idee bis zum fertigen Gerät oft länger ist als gedacht. Hier beschreibt er detailliert den Bau eines Röhren-Radios.
Mein Kosmos Radiomann, den ich in jungen Jahren zu Weihnachten bekam, hatte damals zwar schon einen Transistor. Erst jedoch mit der zusätzlich erhältlichen Röhre, einer EF98, kam brauchbarer Radioempfang in mein Jugendzimmer. Da war Musik drin, ich war begeistert!
Aber schon bald wurde die Röhre von Halbleitern verdrängt und verschwand in Kisten auf dem Dachboden. Meine Bastelleidenschaft wurde von Transistoren, ICs und Mikrocontrollern dominiert. Trotzdem blieb die Erinnerung an den spiegelnden Glaskolben mit dem geheimnisvollen Innenleben. So kam es, dass ich etwa 40 Jahre später aus reiner Neugierde das Buch “Röhren-Projekte von 6 bis 60 Volt “ erwarb. Aha, man kann also auch mit unproblematischen Spannungen brauchbare Röhrenschaltungen realisieren! Als ich dann im Internet die russische Pentode 2SH27L zu geradezu lächerlich niedrigen Preisen fand, dauerte es nicht mehr lange, bis ein Päckchen mit 10 Stück davon eintraf. Jetzt fehlte noch eine Anwendung für die Neuerwerbungen: Das Röhren-Radio-Projekt war gestartet.
Die Rahmenbedingungen
Es sollte ein alltagstaugliches AM-Radio werden. Lässt sich so etwas mit der 2SH27L realisieren? Ja, es geht, wenn auch der Weg dahin ein wenig länger war als gedacht.
Die Schaltung sollte komplett mit den russischen Pentoden bestückt werden. Halbleiter waren nur für die Demodulator-Dioden erlaubt. Mein Radio sollte zwei Wellenbereiche bedienen: Mittelwelle und Kurzwelle. Es sollte mit eingebauten Antennen einen befriedigenden Empfang ermöglichen. Die 2SH27L kommt mit einer erstaunlich niedrigen Heizleistung zurecht. Das ruft ja geradezu nach einer Stromversorgung mit Batterien und einem halbwegs portablen Aufbau. Und das Radio sollte „einsehbar“ sein, weil es bei einem Röhrenprojekt natürlich nicht nur um die Funktionalität, sondern auch um die Optik geht. Schließlich ist eine ordentliche Portion Nostalgie mit an Bord.
AM-Empfang ist heute nicht mehr das, was es zu Radiomanns Zeiten war. Die ausgestrahlten Sendeleistungen sind deutlich geringer geworden. Zumindest tagsüber ist wenig los auf den Bändern. Den früher üblichen MW-Ortssender gibt es an meinem Wohnort gar nicht mehr. Gute Empfindlichkeit und besonders nach Sonnenuntergang gute Selektion waren also gefragt. Einfache Bedienung war ein weiteres Kriterium. Darauf gab es eigentlich nur eine Antwort: Ein Röhren-Super mit leistungsfähigem Zwischenfrequenz-Verstärker musste es sein.
Die Schaltung
Das Grundprinzip eines AM-Supers wird in einigen guten Beschreibungen im Internet erläutert. Meine Schaltung orientiert sich an entsprechenden Vorschlägen. Besonders die Super-Schaltung aus dem genannten Buch stand Pate. Hier eine kurze Beschreibung.
©Stephan Laage-Witt
Detaillierter sehen Sie den Schaltplan hier .
Es kommen 6 Röhren vom Typ 2SH27L zum Einsatz. Von links nach rechts sieht man die Mischstufe, die erste und zweite ZF-Stufe, der NF-Treiber und die NF-Leistungsstufe mit Lautsprecher. Unter der Mischstufe ist die Oszillatorstufe abgebildet.
Die Abstimmung erfolgt über einen Doppel-Drehko mit 2 x 320 pF. Die MW- oder KW-Eingangskreise leiten die Signale über C14 direkt an das Steuergitter der Mischröhre. Das Oszillatorsignal wird am Schirmgitter eingekoppelt. Der Arbeitspunkt der Mischröhre wird mit R7 in den nicht-linearen Bereich gelegt, so dass die Mischung gut funktioniert. Das Zwischenfrequenz-Signal wird am ersten ZF-Filter mit C20 abgegriffen. Da die Steilheit der 2SH27L nicht besonders hoch ist, sind zwei Zwischenfrequenzstufen notwendig, um die gewünschte Empfindlichkeit zu erreichen. Am letzten ZF-Filter wird das Signal mit C27 ausgekoppelt und zwei Germanium-Dioden in Spannungsverdopplungs-Schaltung demoduliert. Das NF-Signal geht auf den Lautstärke-Regler P1, während die Gleichspannungskomponente nach Glättung durch C31 als Regelspannung für die Mischstufe und die beiden ZF-Stufen zum Einsatz kommt.
Als ZF-Filter kommen fertige, abgeschirmte Filter von Oppermann Electronic zum Einsatz, die sich gut auf die gewünschte Zwischenfrequenz von 470 kHz einstellen lassen. Diese Filter bestehen nur aus einem Kreis. Man kann das Radio natürlich auch mit den sonst üblichen, etwas aufwändigeren Bandfiltern mit zwei gekoppelten Schwingkreisen aufbauen. Ich habe aber auch mit dieser einfacheren Schaltungsvariante sehr gute Ergebnisse bekommen.
Ein Nachteil mag sein, dass der ZF-Verstärker bei optimalem Abgleich recht schmalbandig wird. Das bedeutet zwar eine hohe Empfindlichkeit und gute Selektivität, sorgt aber durch Beschneiden der Seitenbänder für einen etwas dumpfen Klang. Wenn das stört, kann man ein bisschen „mogeln“, indem man nach dem Abgleich auf Maximum die Kerne des zweiten und dritten Filters um eine Achteldrehung nach links und rechts verdreht, sozusagen absichtlich verstimmt. Das ist zwar nicht nach Lehrbuch, funktioniert aber trotzdem.
Da die Eingangs- und Ausgangs-Frequenz des ZF-Verstärkers gleich sind, ergibt sich die Gefahr von ungewollten Eigenschwingungen. Eine Reihe von Maßnahmen verhindert das: Die Spannungsversorgung für jede Stufe wird über eine RC-Kombination (1 kOhm / 470 nF) von Hochfrequenz-Einstreuungen befreit. Die Heizspannungs-Anschlüsse der Röhren bekommen einen Blockkondensator (C18, C23, C28) für denselben Zweck. Der Heizstrom für Misch- und ZF-Stufen wird zusätzlich über eine Induktivität (220 µH) gefiltert.
Diese letzte Maßnahme ist wahrscheinlich nicht unbedingt notwendig. Passende Festinduktivitäten fanden sich aber in der Bastelkiste und haben so eine sinnvolle Bestimmung bekommen. Der Gleichstromwiderstand der Induktivitäten sollte aber weniger als 2 Ohm betragen, um die effektive Heizspannung nicht zu sehr zu reduzieren. Schließlich wurden die signal-führenden Leitungen von Anode zum Gitter der nächsten Röhre mit abgeschirmtem Kabel (Mikrofonkabel aus der Bastelkiste) verdrahtet. Das Ergebnis ist eine stabile und zuverlässige HF-Verstärkung.
Für den Oszillator habe ich mit verschiedenen Varianten experimentiert. Das beste Ergebnis bekam ich, wenn die Schwingkreis-Spule direkt in der Anodenleitung liegt. Die Schwingkreis-Kapazität besteht aus der Reihenschaltung von Drehko und reduzierendem Kondensator (MW: 470 pF, KW: 4,2 nF) und liegt mit der anderen Seite an Masse. Die Rückkopplung erfolgt über die Koppelspule, die am Steuergitter anliegt. Der Widerstand R2 direkt vor dem Gitter bewirkt einen gleichmäßigeren Spannungspegel über den ganzen Frequenzbereich und verhindert außerdem hässliches Überschwingen, das sonst bei höheren Frequenzen auftreten kann. Damit bekommt man gut Frequenzstabilität und hohe Oszillatorspannungen. Am Schirmgitter der Mischröhre ergeben sich Effektivspannungen zwischen 6 und 12 Volt.
Die Spulen werden entsprechend der Liste im Schaltplan gewickelt. Für die AM-Antenne kommt ein großer Ferritstab zum Einsatz. Für den KW-Empfang hat das Radio eine ausziehbare Teleskopantenne. Das funktioniert nicht schlecht und bringt am Abend viele starke KW-Stationen auf den Lautsprecher. Bessere Ergebnisse erhält man mit einem Draht von 5 bis 10 m Länge, der an die Antennenspule L1 über eine Bananenbuchse angeschlossen wird und im Haus oder Garten aufgespannt wird.
Die Wellenbereiche werden über einen 4-fach Drehschalter umgeschaltet. Der Schalter bietet eigentlich 3 Positionen, kann aber auf 2 Positionen begrenzt werden.
Die Niederfrequenzverstärkung ist ebenfalls zweistufig ausgelegt. Die erste NF-Stufe zeigte bei maximal aufgedrehtem Lautstärkeregler Neigungen zum Schwingen, das sich als unschönes Rauschen äußerte. C34 in Verbindung mit R16 reduzieren die obere Grenzfrequenz und bringen Ruhe ins System. Die letzte Röhre arbeitet auf dem Ausgangsübertrager, der den Lautsprecher antreibt. Eine Frage war, ob die 2SH27L, die eigentlich im HF-Bereich zu Hause ist, genug Leistung bringt, um einen Lautsprecher zu bedienen. Mit einem Print-Trafo mit 6V-Sekundärspannung liegt der Anodenstrom bei etwa 5 mA, dem zulässigen Maximum für die Röhre. Damit funktioniert die Sache prima, so dass eine gute Zimmerlautstärke erreichbar ist.
Für die Stromversorgung kommen zwei Batteriesätze zum Einsatz. Die Anodenbatterie besteht aus 9-V-Blöcken, von denen 9 Stück in Reihe geschaltet wurden. Das ergibt eine Betriebsspannung zwischen 70 und 80 V. Bei einem Strombedarf von knapp 20 mA sollte ein Batteriesatz für 20 bis 30 Stunden reichen. Für den Betrieb in der Küche zu Hause setze ich gern ein externes Netzteil mit 80 V ein – zum Batteriesparen. Die Heizung der Röhren wird von zwei in Reihe geschalteten NiMH-Akkus übernommen. Die Heizungen liegen alle parallel, so dass sich ein Heizstrom in der Größenordnung von 300 bis 350 mA ergibt. Da sind wiederaufladbare Akkus sinnvoll. Schließlich gibt es parallel zur Heizung noch eine Leuchtdiode zur Betriebsanzeige. Die LED benötigt knapp 10 mA, die nicht weiter ins Gewicht fallen.
Der Aufbau
Schon bei anderen Projekten habe ich gute Erfahrungen mit Plexiglas gemacht, das man als „Bastler-Glas“ im Baumarkt bekommt. Es lässt sich gut sägen, schleifen und bohren und erlaubt den gewünschten Einblick. Damit das Glas unverkratzt bleibt, ziehe ich die Schutzfolie immer erst direkt vor der Montage ab.
©Stephan Laage-Witt
Die Röhren kommen in HF-mässig korrekten Abschirmbechern, die mir optisch aber gar nicht gefallen. Deshalb werden sie ausgepackt, damit man sie angemessen bewundern kann.
©Stephan Laage-Witt
Der Ferritstab thront auf kleinen Plexiglas-Ständern über der Schaltung. So wird der Platz optimal ausgenutzt. Die größeren Bauteile kommen auf die Oberseite des Plexiglas-Chassis und werden nach unten verdrahtet. Dazu kann man passende Löcher für die Kabeldurchführung bohren. Auf der Unterseite ist die Verdrahtung freischwebend ausgeführt und stützt sich an den Röhrensockeln und einigen zusätzlichen Lötösen ab. Das funktioniert überraschend gut und macht viel mehr Spaß, als die enge und oft vertrackte Lötarbeit an Vielfüßlern auf Lochrasterplatinen. Tja, Röhrenschaltungen stammen aus einer anderen Zeit.
©Stephan Laage-Witt
Die MW-Eingangsspule wird mit HF-Litze auf den Ferritstab gewickelt. Für alle anderen Spulen kommt Kupferlack-Draht zum Einsatz. Die Drahtstärke ist unkritisch. Die Eingangs- und Oszillatorspulen werden zusammen mit den zugehörigen Trimm- und Keramik-Kondensatoren auf einem Stück Lochrasterplatte aufgebaut. Diese Einheiten können dann quasi als Module montiert werden. Spulenkerne und Trimmer sollten von oben zugänglich sein, um den Abgleich zu ermöglichen.
©Stephan Laage-Witt
Die Schaltung lässt sich schrittweise aufbauen. Jede einzelne Stufe kann ausprobiert und geprüft werden, bevor man weitermacht. Dabei bin ich „rückwärts“ entgegen dem Signalfluss vorgegangen. Der Aufbau beginnt also mit den beiden NF-Stufen und dem Lautsprecher. Wenn der Teil fertig ist, kann man den Ausgang eines MP3-Players anschließen und sich von der Funktionsfähigkeit überzeugen. Ein echter Röhren-Verstärker – klingt doch ganz gut! Dann folgen Mischstufe und ZF-Verstärker, die erst einmal ohne Oszillator vermessen und eingestellt werden. Und zum Schluss kommen die Oszillatorstufe und alle Spulen-Module auf die Platte.
Abgleich-Arbeiten
Für den erfolgreichen Abgleich sollte mindestens ein Frequenzgenerator und ein Oszilloskop zur Verfügung stehen. Die Gitterwiderstände R3, R8 und R11 liegen für den Abgleich an Masse und werden erst ganz am Schluss an die Regelspannung angeschlossen.
Wenn die ZF-Stufen und die Mischröhre verdrahtet sind, wird am Steuergitter der Mischröhre ein schwaches 470 kHz Signal eingespeist. Jetzt wird Stufe für Stufe mit dem Oszilloskop an C20, C24 und C27 gemessen und werden die ZF-Filter auf Maximum abgeglichen. Den Vorgang muss man sicherlich ein paar Mal wiederholen. Am Ende steht eine etwa 400-fache Verstärkung des Signals. Zur Kontrolle kann man den Funktionsgenerator ein bisschen nach oben oder unten verstellen. Schon 2 oder 3 kHz neben der Hauptfrequenz sollten einen deutlichen Abfall des Signals erkennen lassen.
Der Abgleich von Oszillator- und Eingangskreisen braucht mehr Zeit und Geduld. Die zugehörigen Frequenzbereiche sind in der Tabelle im Schaltplan aufgeführt.
Nach dem Verdrahten des Oszillators wird das Signal mit dem Oszilloskop am Gitter der Mischröhre gemessen. Wenn kein Signal erscheint, sollte man die Anschlüsse der Koppelspule vertauschen. Schön, wenn es damit klappt. Sonst steckt der Fehler im Detail, und die Schaltung muss Schritt für Schritt überprüft werden.
Wenn der Oszillator schließlich schwingt, kann der Frequenzbereich eingestellt werden. Sehr nützlich ist ein Digitaloszilloskop, das die Frequenz direkt anzeigt. Aber es geht auch, indem man die Periodenlänge ausrechnet und „zu Fuß“ mit einem analogen Oszi misst. Die untere Frequenz des Bereichs wird bei vollständig ein-gedrehtem Drehko mit dem zugehörigen Spulenkern eingestellt. Für die obere Frequenz ist bei aus-gedrehtem Drehko der Trimmkondensator zuständig.
Dann kommen die Eingangskreise dran. Für MW wird der Frequenzgenerator induktiv mit ein paar losen Windungen am Ferritstab eingekoppelt. Das Oszilloskop misst am Gitter der Mischröhre. Die unterste Frequenz des MW-Bereichs wird eingestellt, der Drehko vollständig ein-gedreht, und das Signal am Oszilloskop durch Verschieben der Spule auf dem Ferritstab auf Maximum gebracht. Entsprechend wird die oberste Frequenz am Funktionsgenerator eingestellt und das Signal am Oszilloskop bei aus-gedrehtem Drehko mit dem Trimmkondensator maximiert. Für den KW-Bereich geht man analog vor. Dazu wird der Funktionsgenerator an der Antennenwicklung L1 angeschlossen.
Wenn alles funktioniert, hat man bei den bisherigen Abgleichen-Arbeiten sicherlich schon irgendwelche Töne von starken Sendern zu hören bekommen, zumindest, wenn es am Abend gemacht wurde. Das ist dann schon ein schönes Erfolgserlebnis.
Jetzt fehlt nur noch der Feinabgleich des Gleichlaufs zwischen Eingangs- und Oszillatorkreis. Ein Messpark mit Eichmarkensender wäre prima, wird aber wohl kaum zur Verfügung stehen. Der Frequenzgenerator bietet eine Alternative. Es klappt aber auch sehr gut am Abend mit Radiosendern. Man sucht sich einen Sender im unteren Wellenbereich und stimmt mit den Spulenkernen auf Maximum. Um sich nicht nur auf das Gehör verlassen zu müssen, kann man mit einem Multimeter die Gleichspannung an P1 messen. Dasselbe passiert am oberen Bereich mit den Trimmkondensatoren.
Aber Achtung: Wenn der Oszillatorkreis verstellt wird, muss am Drehko nachjustiert werden. Dieser Vorgang wird mehrere Male wiederholt und kann einen unterhaltsamen Abend ausfüllen. Hier greifen mehrere Variablen ineinander, und man muss sich an das Optimum herantasten. Es ist Ausdauer gefragt. Am Ende steht guter Empfang über den ganzen Wellenbereich – und eine ordentliche Portion Hochfrequenz-Erfahrung.
Zum Schluss werden die Gitterwiderstände R3, R8 und R11 an die Regelspannung angeschlossen. So, das Radio ist fertig.
Alltagstauglichkeit
Spätestens nach Sonnenuntergang füllen sich die Frequenzbänder. Auf MW ist abends immer viel los. Der Empfänger zeigt gute Empfindlichkeit und Selektivität und ist hier in seinem Element. Es macht Spaß, die vielsprachigen Sendungen mit dem kleinen Röhren-Super zu verfolgen.
Im KW-Bereich werden die 49-m-, 41-m- und 31-m-Bänder abgedeckt. Auch hier gibt es guten Empfang, besonders mit einer Langdraht-Antenne. Prinzip-bedingt ist die Spiegelfrequenz-Unterdrückung nur mäßig. Die Zwischenfrequenz von 470 kHz ist für KW-Empfang eigentlich keine gute Wahl. Der Eingangskreis schwächt die Spiegelfrequenz zwar etwas ab, kann sie aber nicht vollständig unterdrücken. Das merkt man auch daran, dass starke Stationen an zwei Stellen auf der Skala erscheinen, einmal, wenn die Differenz aus Oszillator- und Eingangsfrequenz die ZF ergeben, und das zweite Mal etwas schwächer an niedriger Position, wenn umgekehrt die Differenz aus Eingangs- und Oszillatorfrequenz dasselbe Resultat ergibt. Trotzdem macht der Empfänger auch im KW-Bereich viel Freude.
Ein anderer Nachteil hat sich erst mit der Zeit offenbart:
Die 2SH27L neigt als direkt-geheizte Röhre zur Mikrofonie. Der Empfänger reagiert empfindlich auf leichte Stöße. Dadurch schwingen die Heizdrähte, was sich im NF-Teil als singender Ton bemerkbar macht. Das kann sogar über den Lautsprecher zu einer akustischen Rückkopplung mit der ersten NF-Stufe führen. Vielleicht hätte ich die Röhre doch nicht auspacken sollen? Mit der Zeit habe ich aber gelernt, dieses Phänomen als eine liebenswerte Eigenart meines kleinen Radios zu akzeptieren.
Inzwischen ist das Plexiglas-Gehäuse vollständig. Das kleine Radio hat seine Alltagstauglichkeit bewiesen. Es macht sich gleichermaßen gut als Blick- und als Wellenfänger.
©Stephan Laage-Witt