Als ich dann vor einigen Tagen auf die Nixie 250V/6,3V Hochspannungs-DC Wandler gestoßen bin, die mit 9 .. 12V Eingangsspannung arbeiten, habe ich mich gefragt, ob ich durch einen einfachen Umbau die Ausgangsspannungen von 6,3V auf 1,5V und die 250V auf 75 Volt absenken kann und so meinen Batterieröhren-Sender versorgen könnte.

⚠ Sicherheitswarnung:
Röhrenschaltungen und Spannungswandler für Anodenspannungen arbeiten mit gefährlicher Hochspannung (teils über 200 V DC).
Diese Spannungen sind tödlich bei Berührung!
Dieses Projekt richtet sich nicht an Anfänger.
Wer keine Erfahrung mit Hochspannungs-Elektronik hat, sollte nicht versuchen, solche Schaltungen nachzubauen.

Sicherheit geht immer vor – die Berührung einer stromführenden Leitung kann Herzstillstand verursachen.

Ausgangspunkt meines Umbaus war das im Bild dargestellte Modul.

Schaltungskonzept

Dieses Modul besteht aus zwei unabhängigen Blöcken: einem Step-Down Modul für die Erzeugung der Heizspannung (Eingangsspannung auf 6,3V reduzieren) mit einem Step-Down Regler CX8509 und einem Step-Up Modul (Eingangsspannung auf 250V max. erhöhen) mit einem Step-Up-Regler MAX1771. Beide Zweige des Moduls können also unabhängig voneinander umgebaut werden. 

Erzeugung der Heizspannung

Das Datenblatt des CX8509 zeigt, wie die Ausgangsspannung über einen Spannungsteiler eingestellt wird. Die Schaltung folgt dem Datenblatt, in dem der Widerstand R₂ mit 10k angegeben ist. Unter Anwendung der Formeln im Datenblatt ergibt sich, dass zur Erzeugung der 6,3V ein Widerstand von ca. 60k benötigt wird. Auf der Leiterplatte findet man einen 62k Widerstand (s. Bild unten), den man gegen einen Widerstand von 5,1k austauscht. Damit ergibt sich eine Ausgangsspannung von 1,4V, die in den entsprechenden Datenblättern typischerweise als Heizspannung für Batterieröhren angegeben wird.

Erzeugung der Anodenspannung

Die Einstellung der Anodenspannung erfolgt laut Datenblatt des Reglers MAX1771 auch über einen Spannungsteiler. Die Besonderheit ist hier, dass über das Zehngang-Potentiometer die Ausgangsspannung eingestellt werden kann. Hierzu wird der Widerstandswert in einem Zweig des Spannungsteilers im Verhältnis 1:2 eingestellt (zwischen 10k .. 20k). Damit kann die Ausgangsspannung um den gleichen Faktor variiert werden, also im Originalzustand typischerweise zwischen 140V – 280V. Um diesen Spannungsbereich darzustellen, ist nach Formel im Datenblatt ein Widerstand von 1,5M erforderlich. Für meine Batterieröhren benötige ich 75V, die ich in die Mitte des Einstellbereiches zwischen 50V – 100V gelegt habe. Der benötigte Widerstandswert hierfür beträgt 510k.  

Umbau der Leiterplatte

Der Umbau der Leiterplatte ist nicht schwierig, wenn man etwas Erfahrung mit SMD – Bauteilen hat. Bitte beachten Sie aber, dass jede Veränderung zum Verlust jeglicher Gewährleistung führt. Außerdem sind Zulassungen und Konformitätskennzeichnungen nicht mehr gültig. 

Wenn Sie die Leiterplatte umbauen wollen, dann finden Sie auf dem folgenden Bild die beiden auszutauschenden Widerstände. 

⚠ Sicherheitswarnung:
Röhrenschaltungen und Zerhacker arbeiten mit gefährlicher Hochspannung (teils über 300 V DC).
Diese Spannungen sind tödlich bei Berührung!
Dieses Projekt richtet sich nicht an Anfänger.
Wer keine Erfahrung mit Hochspannungs-Elektronik hat, sollte nicht versuchen, solche Schaltungen nachzubauen.

Sicherheit geht immer vor – eine Berührung kann Herzstillstand verursachen.

Mein Ausgangspunkt war eine Bellaphon A mit eingebautem 6 Volt Bleiakku.

Der Sender befindet sich auf der linken Seite und auf der rechten Seite erfolgt die Erzeugung der benötigten Anodenspannung  von ca. 180 Volt.

Nach dem Einschalten meines Senders leuchtete die Betriebsanzeige und die Röhre im Sender wurde beheizt.

Aber der Sender funktionierte nicht, weil die die Anodenspannung, die normalerweise zwischen den Anschlüssen 3 und 4 anliegen sollte (s. Bild mit der Anschlussbelegung des Trafos), nicht erzeugt wurde. Beim  Ausbau der Spannungswandler-Baugruppe aus dem Sendergehäuse kam dann zu meinem Erstaunen ein mechanischer Zerhacker vom Typ KACO H100/6 (s. Bild links) zum Vorschein, der keinen „Mucks mehr machte“. Ich hatte immer angenommen, dass der Spannungswandler ähnlich wie bei den Metz-Geräten mit einem Transistor bestückt wäre.  

Die sehr geringe Wahrscheinlichkeit einen originalen und voll funktionsfähigen Zerhacker zu finden in Verbindung mit meiner geringen Neigung, mich mit der Elektromechanik des Zerhackers auseinander zu setzen, ließ mich sehr schnell über einen elektronischen Ersatz nachdenken. Der gesamte Schaltplan für die Spannungswandler-Baugruppe war zwar relativ leicht zu ermitteln (s. Bild unten – die Ziffern entsprechen den Anschlüssen des Trafos), aber die geringe Baugröße des KACO H100/6 – Gehäuses, das den neuen Zerhacker aufnehmen sollte, stellte mit einer maximalen Platinengröße von 42 x 20 mm eine Herausforderung dar.

Elektronischer Zerhacker: Auf- und Einbau

Im Internet habe ich diverse Schaltungsvorschläge gefunden und einige davon auch als Prototyp aufgebaut., aber dann letztlich doch eine eigene Schaltung entwickelt, die meinen Vorstellungen entspricht. Als Taktgenerator für die benötigte 200 Hz Frequenz wird ein PIC-Controller eingesetzt. Damit lassen sich  symmetrische Rechtecksignale mit sauber definiterer Pulsweite zur Ansteuerung der MOSFETs erzeugen. Zur Theorie gibt es ein sehenswertes YouTube Video (ab Minute 20).

Die Versorgungsspannung für den Controller wird lokal erzeugt, so dass keine zusätzlichen Leitungen über die ohnehin vorhandenen Anschlüsse des Zerhackers hinaus erforderlich sind. Durch den Einsatz von SMD Bauteilen und die Auswahl geeigneter MOSFETs konnte ich alle Komponenten auf einer einseitig bestückten Leiterplatte unterbringen (s. Bild rechts). Die Schaltung ist so dimensioniert, dass sich die Bauteile nicht nennenswert erwärmen; damit kann die Leiterplatte gefahrlos in das vorhandene Gehäuse eingebaut werden.  Die vollständig bestückte Leiterplatte ist im Shop erhältlich.

Wenn man die Leiterplatte in das vorhandene Gehäuse einbauen möchte bzw. den Sockel zur Adaptierung der Leiterplatte verwenden will, dann entfernt man zunächst das Aluminium-gehäuse in dem man es unten am Sockel aufbördelt und dann abzieht. Hierzu kann etwas Kraft erforderlich sein, weil der Messingrahmen das Gehäuse zusätzlich fixiert. Dann werden die Anschlusskabel von den Sockelstiften im unteren Bereich, die später als Verbindung zur Leiterplatte dienen sollen, abgelötet (zweimal schwarzes Kabel – jeweils einmal auf der Vorder- und einmal auf der Rückseite – und einmal rotes und einmal weißes Kabel).

Im nächsten Schritt wird das Innenleben des Zerhackers komplett entfernt, um Platz für die Leiterplatte zu schaffen. Das weiße Kabel wird nicht weiter verwendet und kann direkt am Sockel abgeschnitten werden. Die Drahtbrücke zwischen weiß und rot sollte ebenfalls herausgetrennt werden, um mögliche Kurzschlüsse zu vermeiden. 

Die Leiterplatte kann jetzt im Drahtkäfig positioniert und angeschlossen werden. Das rote Kabel wird mit GND verbunden und die schwarzen Kabel mit TR1 bzw. TR2 wobei es egal ist, welches schwarzes Kabel an welchen Anschluss geht.

Ich hatte mir einige Gedanken gemacht, wie ich die Zerhacker-Leiterplatte am besten mechanisch befestige. Nach diversen Versuchen habe ich mich für die einfachste und schnellste Lösung entschieden und zwar die Befestigung mit einer ausreichenden Menge Heißkleber auf der Vorder- und Rückseite der Leiterplatte, um eine sichere und stabile Fixierung auf der Basisplatte zu erreichen (s. Bild rechts).  

Einsatz

Ich habe den Zerhacker in zwei Bellaphon A getestet. Vor dem Einbau habe ich noch präventiv den brauen 5nF Papier-Kondensator gegen einen modernen Impulsfesten Typen getauscht (s. Bild rechts). Aufgrund der unterschiedlichen Stromaufnahme beider Geräte, die wahrscheinlich vom Zustand der Röhre und dem Abgleich des Senders abhängt, habe ich den Duty-Cycle des Zerhackers so programmiert, dass sich in den verschiedenen Betriebsarten (A1 und A2) Spannungswerte zwischen 150 – 180 Volt eingestellt haben (150 Volt ist die Anodenspannung der Bellaphon B, die mit Anodenbatterien arbeitet und 180 Volt ist die Katalogangabe für die Bellaphon A). Beide Sender funktionierten mit dem Zerhacker, allerdings ist der Zustand der Sender (noch) unrestauriert und es kann sein, dass ich die Parametrierung nochmals anpasse wenn ich den Senderteil im Rahmen der kommenden Restaurierung besser verstanden habe.

Nur im Fall von Serienresonanz ist ein stabiles Arbeiten des gesamten Oszillators gewährleistet. Wie schon das „Quarz 1×1“ von Helmut A. Wuttke in den fünfziger Jahren ausführte, sind für Obertonquarze „Röhrenschaltungen einfacher Art, bei denen nur eine Triode Verwendung findet und der Quarz zwischen Gitter und Masse liegt (Parallelresonanz), .. . abzulehnen. Die Stabilität dieser Schaltungen ist unzureichend. Zudem sind Obertonquarze grundsätzlich auf die Serien-Resonanz-Frequenz abgestimmt; die Frequenz würde also bei solchen Oszillatoren zu hoch liegen.“

Zusätzlich ist die maximale Quarzbelastung zu berücksichtigen, die bei heutigen Quarzausführungen im Bereich von 1 mW liegt. Eine höhere Belastung des Quarzes gefährdet die Frequenzstabilität (Langzeitkonstanz) und kann sogar zur Zerstörung des Quarzes führen. Von daher sind im Schaltungsentwurf geeignete Maßnahmen zur Amplitudenbegrenzung vorzusehen.

Der nachfolgend dargestellte Quarzoszillator mit einer Triode in Gitterbasisschaltung wird den genannten Anforderungen vollständig gerecht.  Durch den Einsatz einer Kombiröhre mit Triode und Pentode kann die erwartungsgemäß kleine Leistung des Oszillators bis auf ca. 50 mW an 50 Ohm erhöht werden.