Audionempfänger für Mittelwelle Endlich kommen wir zu einer Radioschaltung mit mehr Empfindlichkeit und höherer Trennschärfe. Hier kommt die lang ersehnte Verbesserung für diejenigen unter Euch, die eines der verschiedenen Detektorradios gebaut haben. Im Laufe der Zeit wird der Ortssender doch etwas langweilig, und wer wünscht sich nicht mehr Empfindlichkeit, um mehr Sender zu empfangen! Wer das Glück hat, mehrere Mittelwellensender in der näheren Umgebung stehen zu haben, kann zwar auch mit dem Detektor mehrere Sender hören, diese können sich aber gegenseitig stören, da der Detektor nicht sehr trennscharf ist. Dennoch will ich an dieser Stelle noch etwas Positives zum Detektorempfänger mit zweistufigem Lautsprecherverstärker sagen: Da wir eine Germaniumdiode als Demodulator verwenden, die praktisch verzerrungsfrei arbeitet, und stets nur einen starken Sender, den Ortssender, damit gehört haben, sind wir an gute Tonqualität gewöhnt. Das Audion verwöhnt uns durch andere Eigenschaften: Es ist sehr empfindlich und trennscharf, und wir können mit entsprechendem Fingerspitzengefühl schon tagsüber mehrere Sender hören. Abends werden immer mehr Stationen hörbar, und bei Dunkelheit werden die Sender so zahlreich, dass – aber halt! Das wollt Ihr sicher selber herausfinden! Wir sehen uns das Schaltbild (s. Abb.) an. Auf den ersten Blick sieht man zahlreiche Bauteile, aber keine Angst, die Schaltung ist nicht kompliziert. Mit geübtem Auge habt Ihr rechts den Übertrager und den Lautsprecher gesehen. Richtig! Es gibt Lautsprecherempfang. Links Antenne und Erde: das ist nichts Neues. Dann kommt eine Spule mit Koppelspule und Anzapfung, auch das kennt Ihr schon. Die rechte Wicklung bildet mit dem Drehkondensator C3 einen Schwingkreis für Mittelwelle. Jetzt folgt ein HF-Transistor BF173 (T1). Dahinter eine weitere Spule L3 (Drossel 1 mH) und dann der Lautstärkeregler P3. Nanu? Wo ist der Demodulator? Richtig, hier gibt es keine Diode als Demodulator, hier wirkt der Transistor T1 sowohl als HF-Verstärker als auch als Demodulator. Sein Arbeitspunkt wird mit den beiden Potentiometern P2 und P6 eingestellt. Dabei wird P2 als Trimmpotentiometer auf der Platine positioniert und dient zur Grobeinstellung, während mit P6, an der Rückwand des Gerätes montiert, jederzeit eine Feineinstellung möglich ist. Die Zenerdiode D1 dient der Stabilisierung des Arbeitspunktes. Wegen der universellen Verstellbarkeit des Arbeitspunktes haben wir die Möglichkeit, verschiedene Transistoren statt des BF173 einzusetzen, z.B. BF 185 oder BF494. Am Collector leitet der Kondensator C6 (4.7 nF) die Hochfrequenz zu einem Potentiometer P1, mit dem die Rückkoppelung eingestellt wird. Wir greifen einen Teil der verstärkten Hochfrequenz am Collector des HF-Transistors ab und führen ihn an den Schwingkreis zurück: So arbeitet die Rückkoppelung. Dieses Potentiometer muss folgerichtig seinen Platz an der Frontplatte haben, neben dem Drehkondensator und dem Lautstärkeregler P3. Einiger Aufwand ist um den Lautstärkeregler P3 herum zu erkennen. Es gibt einen getrennten Collectorwiderstand für den HF-Transistor (R4, 3.6 kOhm), dann eine Drossel L3 (1 mH), welche die Hochfrequenz vom NF-Teil abhalten soll, dann einen Widerstand R5 (1 kOhm), der zusammen mit dem Kondensator C9 (47 nF) als wahlweise schaltbare Tonblende dient, ferner einen Elko C11 (25 µF), welcher der Abtrennung der Gleichspannung vom Lautstärkepoti P3 dient und eine „krachfreie“ Lautstärkeregelung möglich macht, und schließlich eine Parallelschaltung C10 aus einem keramischen Kondensator (1.5 nF), welcher der Unterdrückung von HF an dieser Stelle dient, und einem zuschaltbaren Folienkondensator (15 nF), welcher bei Bedarf das störende 9 kHz-Interferenzpfeifen abschwächt. Dank dieses Schaltungsaufwandes gibt es weder durch den Lautstärkeregler, noch durch die Tonblende, unerwünschte und störende Rückwirkungen auf den HF-Teil. Das Interferenzpfeifen entsteht übrigens dadurch, dass auf Mittelwelle in Europa die AM-Sendestationen mit Trägerfrequenzen in einem 9-kHz-Raster arbeiten, also 531 kHz, 540 kHz, 549 kHz usw. Jeweils zwei auf diesem Raster benachbarte Stationen erzeugen im Empfänger unweigerlich einen Interferenzton von 9 kHz, der sehr hoch, aber durchaus hörbar ist. Die höchste, in diesem Frequenzraster auf Mittelwelle übertragbare Modulationsfrequenz beträgt übrigens 4.5 kHz. Wir können deswegen bedenkenlos alle NF-Frequenzanteile oberhalb von 4.5 kHz ausfiltern, ohne die Tonqualität für die hohen Töne zu vermindern. Der NF-Teil ist nicht aufregend. Die Basisvorspannung für T2 wird per Gegenkoppelungszweig vom Collector her erzeugt und ist dadurch stabilisiert, kann aber über ein Trimmpoti P4 eingestellt werden. Infolgedessen ist der Arbeitspunkt individuell abgleichbar, und wir können statt des angegebenen Transistors jeden beliebigen npn-Kleinleistungs-NF- Siliziumtransistor einsetzen, z.B. BC546 bis BC550. Der Collector-Basis- Gegenkoppelungskondensator C13 (4.7 nF) arbeitet als leichte Tonblende und unterdrückt HF-Schwingungen. Die Endstufe ist mit der Emitterkombination R10/C18 (150 Ohm/100 µF) als Emittergegenkoppelung stabilisiert, die Basisvorspannung wird mit dem Trimmpoti P5 (500 kOhm) eingestellt, der Collector-Basis-Gegenkoppelungskondensator C15 (2.2 nF) unterdrückt unerwünschte HF-Schwingungen, und der Ausgangsübertrager 4:1 sorgt für die Anpassung an den Lautsprecher (8 Ohm). Auch hier gilt, dass wir wegen der Einstellbarkeit der Basisvorspannung nicht auf den angegebenen Transistortyp festgelegt sind. Hier kann jeder beliebige pnp-NF-Kleinleistungs-Siliziumtransistor eingesetzt werden, z.B BC556 bis BC560. Interessant ist noch die Aufsplittung der Stromversorgung in einen Teil (Endstufe mit T3), der direkt mit der Batterie verbunden ist, und den beiden anderen Stufen, für welche die Betriebsspannung mit R9 (27 Ohm) und C16 (100 µF) nochmals gefiltert wird. Diese gesonderte R-C-Filterschaltung sorgt für stabilen Betrieb bei unterschiedlichen Stromquellen, auch solchen mit höherem Innenwiderstand. Es könnte ohne dieses Stabilisierungsglied leicht vorkommen, dass die ganze Schaltung anfängt, sich aufzuschaukeln und wild zu schwingen, sobald der Lautstärkeregler hochgedreht wird. Ihr seht aus der Beschreibung der Schaltung, dass einiger Aufwand zur Stabilisierung getrieben wurde. Dies dient dem Empfangskomfort und soll mit dazu beitragen, dass Ihr dieses Radio nicht nur als interessantes Studienobjekt aufbauen könnt, sondern es schließlich auch im Alltag regelmäßig mit Spaß benutzen werdet. Neu an dieser Schaltung - im Vergleich zum Detektorempfänger - sind die Rückkoppelung und das Audion-Prinzip. Zunächst soll die Rückkoppelung erläutert werden. Durch die richtig eingestellte Rückkoppelung wird das Audion empfindlicher und trennschärfer. Jeder Schwingkreis hat seine Verluste, sei es durch Abstrahlung von HF-Energie, sei es aufgrund einer Entnahme von HF-Energie durch die angeschlossene Schaltung, sei es durch ohm’sche Innenwiderstände des Spulendrahtes und Verluste im Dielektrikum des Drehkondensators. Durch diese Verluste wird der Schwingkreis gedämpft, und diese Dämpfung bewirkt eine Verschlechterung der Trennschärfe. Beim Detektor konnten wir nichts dagegen tun, und mussten mit der verminderten Trennschärfe leben. Bei dieser Schaltung hier haben wir jedoch durch die Rückkoppelung eine Methode, wie die Verluste zumindest teilweise aufgehoben werden können. Durch den Kondensator C4 wird die HF am Schwingkreis ausgekoppelt und dem Transistor T1 zugeführt. Die verstärkte HF wird durch C6, P1, R1 und C2 an den Schwingkreis zurückgeführt. Die Phasenlage, in der die HF-Energie in den Schwingkreis zurückgeführt wird, ist so gewählt, dass nicht etwa eine Abschwächung (wie bei der Gegenkoppelung), sondern eine Verstärkung der Energie des Schwingkreises erfolgt. Wenn wir P1 richtig einstellen, dann wird gerade soviel Energie zurückgeführt, dass die Verluste aufgewogen werden. Dann funktioniert der Schwingkreis optimal, und wir erlangen höchste Trennschärfe und Empfindlichkeit. Haben wir die Rückkoppelung zu gering eingestellt, dann sind Empfindlichkeit und Trennschärfe nicht so gut. Stellen wir die Rückkoppelung allerdings ein klein wenig zu hoch ein, fängt die Schaltung an zu schwingen. Bei unserem Radio hier hören wir dann ein Pfeifen im Lautsprecher. Diese Einstellung müssen wir unbedingt vermeiden. Die Schwingung wird durch die Antenne ausgesendet und stört andere Radioempfänger. Ihr seht: die Einstellung der Rückkoppelung muss mit Fingerspitzengefühl erfolgen. Nun zum Audion-Prinzip. Dazu erinnern wir uns, wie die Demodulation im Detektorempfänger funktionierte: Sie erfolgte mit Hilfe der Diode, welche je nach der gewählten Polung den Strom in der einen Richtung passieren lässt, während der Strom in der anderen Richtung gesperrt wird. Diese Eigenschaft der Diode wird auch aus der Diodenkennlinie deutlich, welche einen geknickten Verlauf nimmt. Nun ist eine Demodulation im Prinzip an jedem Bauteil möglich, welches eine geknickte oder auch nur gekrümmte Kennlinie aufweist. Der beim Audion verwendete Transistor hat einerseits an der Basis-Emitterstrecke eine gekrümmte Kennlinie, andererseits weist die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie sogar zwei gekrümmte Abschnitte auf, und dort erfolgt im Audion die Demodulation. Praktischerweise demoduliert der Transistor T1 das Signal nicht nur, sondern zugleich findet auch eine Verstärkung der NF statt. Nur ein Teil der HF-Energie wird demoduliert, darüber hinaus dient ein weiterer Teil der Ansteuerung des Transistors, welcher die HF verstärkt. Am Kollektor von T1 finden wir also sowohl verstärkte HF als auch verstärkte NF. Die verstärkte HF dient der Rückkoppelung, während die NF weiteren NF-Verstärkerstufen und schließlich dem Lautsprecher zugeführt wird. Wir bauen das Audion Man beginnt mit dem Wickeln der Spule. Zunächst müssen wir einen Spulenkörper mit verstellbarem Kern besorgen. Mit etwas Glück findet Ihr einen Spulenkörper, der genau 7 mm Durchmesser hat. Bei anderem Durchmesser ändert sich die Zahl der Windungen. Am Besten verwendet Ihr für die Spule die seideisolierte HF-Litze, wie beim Detektor. Wir beginnen mit der Wicklung am Punkt A (s. Abbildung). Nach 120 Windungen lassen wir einige Zentimeter des Drahtes als Schlaufe für den Erdeanschluss herausstehen, und wickeln weitere 30 Windungen. Nun kommt eine Schlaufe für die Rückkoppelung, und dann weitere 15 Windungen. Das Ende des Drahtes dient als Antennenanschluss. Wir befestigen die letzten Windungen durch einen kleinen Knoten, indem wir das Drahtende unter der letzten Windung hindurch fädeln und festziehen. Wichtig: alle Wicklungen müssen gleichsinnig gewickelt werden. Mit Hilfe des verstellbaren Spulenkerns können wir den Empfangsbereich mit dem Mittelwellenbereich zur Deckung bringen. Wer diese Audionspule mit der Spule für den Detektor vergleicht, findet Ähnlichkeiten. In beiden Fällen haben wir die Schwingkreisspule mit 100, 120 oder 150 Windungen versehen. Ferner existiert eine Koppelspule mit Anzapfungen. Dennoch ist es nicht die gleiche Spule. Die Koppelspule benötigt für einen Detektor wesentlich höhere Windungszahlen, um auch eine kürzere Drahtantenne gut anpassen zu können. Wegen der sehr viel höheren Empfindlichkeit benötigen wir beim Audion aber eine sehr viel schwächere Koppelung, und diese schwächere Koppelung kommt der Trennschärfe zugute. Dementsprechend hat die Koppelspule beim Audion sehr viel weniger Windungen. Wie anderswo beschrieben, können wir statt der herkömmlichen Spule auch eine Ferritantenne verwenden. Der Ferritstab wird, wie gehabt, mit einer Lage Papier umwickelt. Für den Schwingkreis sehen wir wieder 40 bis 45 Windungen Kupferlackdraht vor. Wir achten wieder darauf, Windung neben Windung zu legen. Nun kommt neben die Schwingkreis-Wicklung eine weitere Wicklung mit 20 Windungen, die der Rückkoppelung dient. Hier möchte ich schon den wichtigen Hinweis geben, dass – gleichsinnige Wicklung vorausgesetzt – die beiden Masseanschlüsse der Wicklungen nebeneinander liegen. Wenn wir die Rückkoppelungsspule versehentlich in der anderen Richtung polen, dann erhalten wir keine Rückkoppelung, sondern (unerwünscht) eine Gegenkoppelung, und der Audionempfänger arbeitet nicht richtig. Im Zweifel probiert beide Polungen aus und belasst diejenige Polung, bei der Ihr ein Rückkoppelungspfeifen erzielen könnt. Das Schaltbild müsst Ihr entsprechend für die Verwendung der Ferritantenne abändern. Die Ferritantenne hat neben dem Vorteil, dass ein starker Sender notfalls auch ohne sonstige Antenne zu hören ist, auch einen wichtigen Nachteil: Wir können den Empfangbereich nicht durch Verstellen eines Spulenkerns auf die Grenzen des Mittelwellenbereichs abgleichen. Statdessen müssen wir die Zahl der Windungen ändern. Ist der Empfangsbereich zu kurzwellig, d.h. der in dem mittleren Bereich der Skala erwartete Sender ist nur zu hören, wenn der Drehkondensator sehr weit zu hoher Kapazität verstellt wurde, dann müssen wir die Windungszahl etwas erhöhen. Bei der Spule mit Ferritkern müssen wir lediglich den Kern etwas hineindrehen. Umgekehrtes gilt für den Fall, dass der Empfangsbereich zu langwellig ist: die Windungszahl muss vermindert werden oder der Kern etwas herausgedreht werden. Für den Aufbau des Radios suchen wir uns ein ausreichend großes Kunststoffgehäuse aus (z.B. 13.5 cm breit, 24 cm lang und 6.5 cm hoch), in dessen Deckel auch ein Lautsprecher ausreichender Größe (Korb 7 cm * 12 cm) Platz hat. Für die Schaltung empfehle ich die Verwendung einer Platine (siehe Abb.). Ob Ihr das nötige Material habt, ein Platinenlayout selbst zu entwickeln und die Platine zu ätzen oder ätzen zu lassen, oder ob Ihr ein anderes Verfahren zum Aufbau verwendet, Euch stehen angesichts der wenig kritischen Schaltung alle Möglichkeiten offen. Ein vor Jahrzehnten gebräuchliches und für kleine Schaltungen auch heute noch empfehlenswertes Verfahren ist die Verwendung von Lötösen. Entweder man montiert ein- oder zweireihige Lötleisten, oder man verwendet einzelne Lötösen, welche in geeigneter Position auf eine Isolierstoffplatte genietet werden. Die Bauteile werden zwischen den Lötösen frei schwebend verdrahtet. Ich habe für mein Exemplar im Jahr 1974 eine Platine geätzt. Dafür habe ich eine einseitig kupferkaschierte Pertinaxplatine auf der kupferbeschichteten Seite mit einer durchsichtigen Klebefolie versiegelt, und die Ränder der Leiterbahnen mit einem spitzen Skalpell in die Folie eingeritzt. Nach dem Entfernen der Schutzfolie in denjenigen Bereichen, in denen die Kupferschicht beseitigt werden sollte, habe ich die Platine mit Eisendreichloridlösung geätzt. Danach musste die Platine gründlich gespült werden, es mussten die auf den nunmehr herausgearbeiteten Kupferbahnen verbliebenen Folienstücke entfernt werden, und die nötigen Befestigungslöcher für die Bauteile mussten gebohrt werden. Eine solche individuell gefertigte Platine ist unnötig aufwendig, denn inzwischen gibt es seit vielen Jahren Lochraster- oder Lötpunktrasterplatinen zu kaufen, die auch für etwas umfangreichere Schaltungen brauchbar sind. Man steckt die Bauteile von der Oberseite der Platine her in geeigneter Position in die Löcher und verdrahtet sie von der mit Lötpunkten beschichteten Rückseite. Je nach Bedarf verwendet man dabei blanken Schaltdraht, der auf der Platine liegend von Lötfleck zu Lötfleck geführt und Punkt für Punkt verlötet wird, oder man verlegt isolierten Schaltdraht quer über die Platine. Das einfachste Verfahren basiert auf isolierendem Platinenbasismaterial, z.B. einer Pertinaxplatte, in die in geeigneten Abständen 1.5 mm-Löcher für die Bauteile gebohrt werden. Die Bauteile werden wiederum von oben durch die Löcher gesteckt, und die Anschlussdrähte auf der Unterseite stramm gezogen und umgebogen. Die derartig befestigten Bauteile werden nun von der Unterseite mit Schaltdraht verbunden. Alle Leitungen sollen so kurz wie möglich sein, insbesondere wenn sie HF führen. Die Spule muss deswegen in unmittelbarer Nähe des Drehkondensators montiert werden, und direkt an der Spule muss T1 mit seiner Beschaltung angeordnet sein. Dementsprechend dürfen auch die Leitungen zu den Antennenbuchsen nur kurz sein. Sehr kritisch sind die Leitungen zum Potentiometer für die Rückkoppelung. Die drei Leitungen sollten kurz sein und nicht unmittelbar nebeneinander liegen, um die unerwünschte kapazitive Koppelung zwischen den Drähten gering zu halten. Andere Bauteile und Leitungen sollten zum Drehkondensator und zum Rückkoppelungspoti möglichst einige Zentimeter Abstand haben. Nehmt in diesem Bereich steife, kurze Drähte, damit sie bei Bewegung des Gehäuses nicht wackeln und Empfangsstörungen verursachen. Für das Rückkoppelungs-Poti empfiehlt es sich, eine Ausführung in einem metallischen Gehäuse zu wählen und das metallische Gehäuse über einen Draht mit Masse bzw. dem Minuspol der Batterie zu verbinden. Dies verhindert Einflüsse durch Annäherung der Hand an den Bedienknopf. Den genannten Bauteilen sollte man etwas Aufmerksamkeit widmen, dann wird das Ergebnis am Ende um so besser. Haltet Euch beim Verdrahten genau an den Schaltplan und geht Bauteil für Bauteil, Schritt für Schritt vor. So wird Euch der Aufbau auf Anhieb gelingen. Für die Stromversorgung könnt Ihr eine 9-Volt-Blockbatterie vorsehen. Im Handel sind Batteriekästchen erhältlich, welche in das Gehäuse eingelassen werden, so dass die Batterie von außen zugänglich ist. Ferner könnt ihr Buchsen vorsehen, welche den Anschluss an ein externes Netzteil ermöglichen. Der Ein-Aus-Schalter sollte in der Frontplatte Platz finden und wird möglichst nahe an den entsprechenden Platinenanschlüssen ganz rechts positioniert. Von rechts nach links folgen dann der Schalter für die Tonblende, das Lautstärke-Poti, das Rückkoppelungs-Poti und schließlich der Drehkondensator. Für eine möglichst genaue und komfortable Einstellung des Drehkondensators tut ein Skalenfeintrieb gute Dienste. Wir stellen das Audion richtig ein Wenn Ihr den Aufbau fertiggestellt habt, solltet Ihr die Verdrahtung noch einmal sorgfältig durchsehen. Es lohnt sich, Leitung für Leitung einzeln nachzuprüfen und auf dem Schaltplan abzuhaken. Dann können wir mit den Empfangsversuchen beginnen. Dazu schließen wir möglichst eine frische 9-Volt-Batterie oder ein auf 9 Volt eingestelltes elektronisch reguliertes Netzteil an das Audion-Radio an. Als Antenne soll für die ersten Versuche ein etwa 3 bis 4 Meter langer, im Zimmer frei aufgehängter kunststoffisolierter Draht dienen. Auch eine Erde solltet Ihr anschließen, die Erde kann aber überflüssig sein, wenn Ihr ein Netzteil verwendet. Notfalls schließt Ihr den Erdeanschluss des Audion-Radios an einen Heizkörper oder eine Wasserleitung an, wobei Ihr an einer blanken Stelle für eine einwandfreie Verbindung sorgen müsst. Die Trimmpotentiometer P2, P4, P5 und P6 werden vor dem Einschalten in Mittelstellung gebracht. Den Lautstärkeregler drehen wir auf eine niedrige Einstellung, ebenso den Einstellregler für die Rückkoppelung. Nun kommt der spannende Augenblick: wir schalten das Audion ein. Wahrscheinlich werdet Ihr zunächst gar nichts hören. Das liegt daran, dass die Arbeitspunkte von allen drei Transistoren noch eingestellt werden müssen. Wir beginnen mit dem Endverstärker-Transistor T3. Die Einstellung ist am einfachsten mit einem Digital-Voltmeter zu bewerkstelligen. Voraussetzung dafür, dass die angegebenen Werte stimmen, ist eine Betriebsspannung von 8.95 Volt. Für diese Messung schließt Ihr das Voltmeter zwischen Plus- und Minuspol der Schaltung an. Mit dem elektronisch regulierten Netzteil könnt Ihr die Betriebsspannung von 8.95 Volt problemlos einstellen. Mit einer 9-Volt-Blockbatterie dürfte die Spannung aber auch ungefähr stimmen. Prüft die Batteriespannung nach! Dann schließt Ihr das Voltmeter zwischen Emitter von T3 und Masse an. Das Trimmpotentiometer P5 verstellt Ihr unter sorgfältiger Beobachtung des Voltmeters so, dass die Spannung am Emitter von T3 etwa 7.9 Volt beträgt. Man braucht für die Einstellung etwas Geduld, da nach jeder Verstellung von P5 der Arbeitspunkt nur mit Verzögerung folgt. Dies liegt daran, dass sich die Kondensatoren erst umladen müssen. Nun gehen wir an den zweiten Transistor. Das Voltmeter wird an den Collector von T2 und Masse angeschlossen. Mit P4 stellt Ihr die Collectorspannung von T2 auf etwa 4.5 Volt ein. Dadurch ist der Arbeitspunkt von T2 so eingestellt, dass die Collectorspannung etwa so groß ist wie die halbe Betriebsspannung. Jetzt schließt Ihr das Voltmeter am Schleifer von P2 und Masse an, belasst P6 in Mittelstellung und stellt das Poti P2 so ein, dass die Spannung am Schleifer genau 7.33 Volt beträgt. Wenn Ihr diese Einstellungen mit dem Digitalvoltmeter vorgenommen habt, könnt Ihr den nächsten Abschnitt überspringen. Während die Einstellung von T3 und T2 ziemlich unkritisch ist, reagiert T1 empfindlich auf eine ungenaue oder falsche Einstellung. Dennoch ist ein Digitalvoltmeter dafür gar nicht nötig. Die genaueste Einstellung machen wir nach Gehör. Wir beginnen wieder mit einer mittleren Einstellung für P5 und P4. Bei abgetrennter Antenne und Erde drehen wir die Rückkoppelungsregler ganz zurück und den Lautstärkeregler voll auf. P6 bleibt weiterhin in Mittelstellung. Mit dem Trimmpoti P2 justieren wir den Arbeitspunkt von T1 auf eine Stellung, bei der wir deutliches Rauschen im Lautsprecher hören. Nun solltet Ihr Antenne und Erde anschließen und versuchen, einen Sender einzustellen. Mit P4 könnt Ihr dann unter sorgfältiger Kontrolle der Tonqualität versuchen, den Arbeitspunkt von T2 etwas mehr zu niedrigerem Ruhestrom zu verstellen, indem Ihr den Schleifer etwas mehr in Richtung zur Masse hin verstellt. Dies spart Batteriestrom. Steht der Schleifer fast ganz auf Masse, verstummt der Lautsprecher, weil der Ruhestrom zu niedrig ist. Diese Einstellung vermeiden wir. Mit P5 können wir den Ruhestrom für T3 höher einstellen. Dazu stellen wir das Trimmpoti niederohmiger ein. Dies kommt dem Ton zu gute, der etwas klarer wird. Ist der Ruhestrom von T3 zu hoch, wird der Ton nicht besser, sondern leise, und die Bässe fehlen. Die Feinjustage von T1 nach Gehör ist ebenfalls einfach. Dreht den Lautstärkeregler auf! Normalerweise müsstet Ihr schon ohne Empfang wenigstens ein feines Rauschen hören, das euch anzeigt: die Transistoren arbeiten. Dreht den Rückkoppelungsregler ganz zurück. Nun verstellt Ihr den Drehkondensator, bis Ihr einen Sender hört. Der Empfang ist vielleicht noch etwas leise. Jetzt nehmt einmal die Feineinstellung mit P6 vor. Dreht P6 vorsichtig um kleine Stücke nach links oder rechts und stellt dabei den Drehkondensator jeweils auf besten Empfang nach. Zunächst lasst Ihr diejenige Einstellung stehen, bei welcher der Empfang am lautesten ist. Ihr werdet merken, dass die Einstellung des Arbeitspunktes für T1 eine etwas delikate und kritische Angelegenheit ist. Mit etwas Fingerspitzengefühl findet Ihr aber eine gute Einstellung. Meine Empfehlung ist, die Feinjustierung mit Hilfe eines recht schwachen Senders vorzunehmen. Nun habt Ihr die Arbeitspunkte von allen drei Transistoren richtig eingestellt. Nun wollen wir die Rückkoppelung ausprobieren! Stellt den Drehkondensator genau auf den Sender ein und reduziert die Lautstärke am Lautstärkeregler etwas. Nun dreht Ihr vorsichtig die Rückkoppelung unter sorgfältiger Beobachtung der Tonqualität auf. Mit einem lauten Kreischen kündigt sich an, wenn die Rückkoppelung zu hoch eingestellt wurde: dann wieder etwas zurückdrehen! Knapp unterhalb dem Einsetzen der Schwingungen ist der Empfang am empfindlichsten und trennschärfsten. Der Drehkondensator muss bei Einstellung der Rückkoppelung immer etwas nachgestellt werden. Vielleicht bemerkt Ihr, dass bei Eurem Audion die Rückkoppelung etwas abrupt einsetzt. Einen weichen Übergang könnt Ihr erzielen, wenn Ihr P6 wiederum etwas verstellt. Die kritische Einstellung von P6 führt Euch vor Augen, dass der Audion-Transistor T1 eine schwierige Aufgabe zu erfüllen hat: Er ist Hochfrequenzverstärker, Demodulator und Niederfrequenzverstärker zugleich. Nun könnt Ihr P6 zunächst auf Dauer so stehen lassen. Nur wenn das Radio und damit auch der Audion-Transistor T1 deutlich höheren oder niedrigeren Umgebungstemperaturen ausgesetzt wird, verstellt sich der Arbeitspunkt, und P6 muss erneut eingeregelt werden. Nennenswerte Änderungen der Betriebsspannung wirken sich ähnlich aus. Wegen der einfachen Bedienbarkeit sollte der Regler P6 an der Geräterückwand montiert sein. Ferner ist hier das elektronisch regulierte Netzteil von großem Nutzen, da es – einmal richtig eingestellt – Schwankungen der Betriebsspannung verhindert. Wir können jetzt den Drehkondensator vorsichtig von Skalenende zu Skalenende durchdrehen und finden schon bei Tage mehrere Mittelwellensender, die gut hörbar sind. Leider sind in letzter Zeit in Deutschland einige Mittelwellensender abgebaut worden, so dass in mancher Gegend die Mittelwelle tagsüber weitgehend „leer“ sein kann. Bei Dämmerung und Dunkelheit werden die Sender zahlreicher, und dann wird die genaue Bedienung der Rückkoppelung immer wichtiger. Ihr werdet nun sehr viele verschiedene Sender finden. Das Audion weist bereits eine gute Trennschärfe und Empfindlichkeit auf, obwohl es sich nur um einen Einkreisempfänger handelt: Wir nutzen nur einen Schwingkreis. Es macht sich deutlich bemerkbar, dass die Rückkoppelung Trennschärfe und Empfindlichkeit verbessert. Die Einstellung des Drehkondensators muss sehr feinfühlig vorgenommen werden, und hier kann ein exakt arbeitender Skalenfeintrieb für uns von großem Nutzen sein. Ihr werdet feststellen, dass bei kritisch eingestellter Rückkoppelung der Pfeifton um so höher klingt, je ungenauer der Drehkondensator auf den Sender abgestimmt ist. Dreht Ihr den Drehkondensator auf die richtige Sendereinstellung hin, dann wird der Pfeifton immer niedriger, bis er bei exakter Einstellung verschwindet. Achtet bitte generell darauf, dass Ihr den Rückkoppelungsregler so weit zurückdreht, dass das Audion nicht schwingt, um andere Radioempfänger nicht zu stören. Der Pfeifton wird nämlich von der Empfangsantenne unkontrolliert abgestrahlt – und das ist unerwünscht. Nicht nur das Pfeifen verschwindet, auch die Tonqualität wird besser, wenn der Rückkoppelungsregler knapp vor dem Schwingungseinsatz eingestellt wurde. Für einen guten Empfang ist die richtige Wahl der Antenne entscheidend. Wir sind ständig auf der Suche nach dem besten Kompromiss aus hoher Trennschärfe (die erreichen wir am besten mit einer kurzen Antenne) und hoher Lautstärke (dafür ist gelegentlich eine längere Antenne besser). Das langwellige Ende des Mittelwellenbereichs ist erheblich besser zu hören, wenn die Antenne deutlich länger als 3 Meter ist, für das kurzwellige Ende hingegen wünschen wir uns eine Antenne von etwa 1 bis 2 Meter. Statt ständig andere Antennen anzuschließen, können wir auch die lange Draht-Antenne elektronisch „verkürzen“, indem wir die Antenne über einen sehr kleinen Verkürzungskondensator an die Koppelspule anschließen, hier zum Beispiel über C1 mit 6.8 pF . In anderen Fällen kann es sinnvoll sein, eine sehr kurze Antenne zu „verlängern“, indem wir eine Spule mit der Antenne in Serie schalten, hier die Spule mit 120 µH (Mikrohenry). In diesem Zusammenhang muss auch erwähnt werden, dass die Wahl der Kapazität von C4 mit 47 pF ein Kompromiss ist. Die Koppelung des Audiontransistors an den Schwingkreis könnte eigentlich für das langwellige Ende des Mittelwellenbereichs etwas fester sein, d.h. für 548 kHz wäre ein C4 von 82 pF oder 100 pF besser geeignet. Am kurzwelligen Ende hingegen würde man eher ein C4 von 27 pF wählen. Für C1 kann auch einmal probeweise ein höherer Wert, z.B. 39 pF, eingesetzt werden. Dafür muss nur der Antennenstecker umgesteckt werden. Mit verschiedenen Verkürzungskondensatoren können wir an einer über 5 Meter langen Antenne studieren, wie sich die Trennschärfe am kurzwelligen Ende der Mittelwellen verbessert. Über diese und verschiedene weitere Effekte mit der Drahtantenne könnt ihr Details im nächsten Kapitel lesen. Mit dem Audion könnt Ihr einige interessante Phänomene der Ausbreitung der Radiowellen beobachten. Bei Tage könnt Ihr nur Sender in Eurer Nähe hören, nachts dagegen werden Sender hörbar, die viele hundert Kilometern entfernt stehen. Warum erhöht sich die Reichweite bei Nacht? – Außerdem könnt Ihr beobachten, dass nach einiger Zeit bei den weiter entfernten Sendern der Schwund einsetzt, d.h. der Sender wird wie von Geisterhand leiser und lauter. Ist die Rückkoppelung kritisch eingestellt, kann das Audion urplötzlich anfangen zu pfeifen, wenn der Schwund einsetzt. Woher kommt der Schwund? – Schließlich könnt Ihr beobachten, dass Ihr einen bestimmten Sender nur manchmal hören könnt, an anderen Tagen dagegen sind andere Sender, auch solche auf benachbarten Frequenzen, plötzlich stärker und verdecken den ursprünglich hörbaren Sender zum Teil völlig. Über diese Phänomene erfahrt Ihr mehr im übernächsten Kapitel. Ihr habt nun mit dem Transistor-Audion ein schon recht leistungsfähiges Radio gebaut. Mit einem ausreichend großen Lautsprecher in einem stabilen Gehäuse, an der richtigen Antenne betrieben und mit etwas Fingerspitzengefühl eingestellt, wird es von Euch auch zum regelmäßigen Radiohören verwendet werden. Alles eine Frage der Antenne Schon mit einer kurzen Stabantenne von ca. 50 cm Länge können wir mit dem Audionempfänger unter günstigen Umständen den Ortssender, und abends einige weitere Sender gut hören. Allerdings nimmt mit einer längeren Antenne die Zahl der empfangbaren Sender deutlich zu und die Lautstärke wird merklich höher, so dass der Empfang mit dem Transistoraudion erst dann richtig Freude macht. Macht einige Experimente mit verschieden langen Drahtantennen, um Erfahrungen zu sammeln. Vielleicht stellt Ihr nach einiger Zeit selber fest, dass in Abhängigkeit von der verwendeten Antenne nicht nur die Lautstärke variiert, sondern auch verschiedene weitere Effekte auftreten. Da ist zum einen die Empfindlichkeit der Drahtantenne für elektrische Störungen. Habt Ihr ein Mittelwellenradio mit Ferritantenne zum Vergleich zur Verfügung, so werdet Ihr sehen, dass Knacken, Prasseln usw. beim Empfang mit der Drahtantenne wesentlich ausgeprägter stören. Bei der Ferritantenne ist es im Wesentlichen das magnetische Feld, welches für den Empfang von Bedeutung ist. Bei der Drahtantenne ist es hingegen überwiegend das elektrische Feld. Motoren, Schalter und digitale elektronische Geräte, die Störungen verursachen, strahlen über die Netzleitungen überwiegend elektrische Felder ab. So erklärt sich der Unterschied im Verhalten dieser beiden Antennentypen. Besonders heftige Einstrahlung von Störungen in die Drahtantenne sind immer dann zu erwarten, wenn der Antennendraht parallel zu einer Netzleitung geführt wird. Das erkennt man nicht immer sofort, weil die Netzleitungen fast immer unter Putz verlegt sind. Haltet mit Eurer Antennenzuleitung ausreichenden Abstand von Wänden, dann vermeidet Ihr unerwünschte Einstrahlungen von Störungen. Die Störungen vermindern sich mit dem Quadrat des Abstandes. Elektrische Störungen lassen sich im Wesentlichen an zwei Stellen vermindern: Durch Entstörungsmaßnahmen an dem störenden Gerät selber und durch die geeignete Wahl des Antennenstandortes. Die Entstörung der Störquelle muss immer dort ansetzen, wo elektrische Funken entstehen, also z.B. an Schalterkontakten, Bürstenkontakten von Elektromotoren, und zwar durch Verwendung von funkenlöschenden RC-Kombinationen, oder an hochfrequenten elektronischen Störquellen wie Schaltnetzteilen, Energiesparlampen, Wechselrichtern, Computern usw. durch Abschirmung mit Hilfe metallischer Gehäuse und zusätzlich durch Verwendung von Entstördrosseln in allen Zuleitungen. Die einfachste Maßnahme ist das Außerbetriebsetzen des störenden Gerätes, solange wir ungestört Radio hören wollen. Elektrische Störungen lassen sich aber auch sehr wirksam vermindern, indem man den Abstand zur Störquelle vergrößert. Die aus dem Haushalt stammenden elektrischen Störungen werden durch das 230-Volt-Stromnetz im ganzen Haus verbreitet, denn es liegen in den Wänden aller Räume elektrische Leitungen, die gewissermaßen als Sendeantenne für die Störungen wirken. Außerhalb des Hauses hingegen lassen die elektrischen Störfelder rasch nach, denn die Feldstärke der Störungen nimmt wie erwähnt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Deswegen gilt für unsere Drahtantenne: Mit jedem Meter, den wir Abstand zum Haus gewinnen, vermindern sich die elektrischen Störungen erheblich. So können wir beispielsweise bei einer etwa vier Meter langen Drahtantenne, die im Garten zwischen zwei Bäumen in etwa drei bis fünf Metern Höhe ausgespannt ist, mit hervorragendem, störungsfreien Empfang rechnen. An dieser Stelle darf aber der Hinweis nicht fehlen, dass zum Schutz vor Blitzeinschlag die Drahtantenne entweder nach dem Radioempfang vom Radiogerät getrennt und geerdet werden muss, wobei die Erdeleitung vollständig außerhalb des Hauses verlaufen muss, oder die Antenne darf nur bei gutem Wetter genutzt werden und muss ansonsten abgebaut werden. Ein brauchbarer Kompromiss kann daher die Verlegung einer Drahtantenne im Spitzdach sein. Hier hat man oft schon mehrere Meter Abstand zum elektrischen Leitungsnetz, muss aber keine Blitzeinschläge befürchten. So kann man wegen der Höhe der Antenne auch bei weniger starken Sendern bereits mit brauchbarem Empfang rechnen, und Störungen bleiben weitgehend aus. Zum anderen gibt es den Effekt der Eigenfrequenz der Antenne. Bei unserem Audionempfänger soll ja einzig der Schwingkreis aus Spule und Drehkondensator die Empfangsfrequenz bestimmen. Der Schwingkreis soll mit den Wellen des eingestellten Senders in Resonanz sein; weitere Schwingkreise mit anderen Resonanzfrequenzen sind keinesfalls erwünscht. Denn solche Nebenresonanzen können sich sehr störend auswirken. Nun hat jedoch jede Kombination aus Antenne und Erde ebenfalls eine Kapazität und Induktivität, und in Verbindung mit der Koppelspule am Schwingkreis ergibt sich eine eigene Resonanzfrequenz. Liegt diese Resonanzfrequenz des Antennenkreises unglücklicherweise bei der Sendefrequenz einer starken AM-Station, so werden wir diesen Sender ständig im Hintergrund hören, was natürlich unerwünscht ist. Die Eigenfrequenz des Antennenkreises können wir beeinflussen, indem wir die Länge der Antenne und die Art der Erdung verändern. Dabei gilt prinzipiell: Je länger die Zuleitung zur Erde und je länger die Drahtantenne, desto niedriger ist die Eigenfrequenz. Bei einer vorgegebenen Kombination aus Antenne und Erde haben wir zudem die Möglichkeit, durch in Reihe geschaltete Spulen oder Kondensatoren Einfluss auf die Eigenfrequenz zu nehmen. Bei unserem Audion sind dafür die Verlängerungsspule L1 und der Verkürzungskondensator C1 vorgesehen. Beste Ergebnisse erzielt man, wenn man durch geeignete Wahl von Antennenlänge und L1 und/oder C1 die unvermeidliche Eigenresonanzfrequenz des Antennenkreises in einen Frequenzbereich verschiebt, in welchem keine starken AM-Sender arbeiten. Mit etwas Geschick könnt Ihr auch Verlängerungsspulen und Verkürzungskondensatoren auswählen, die von den in dem Schaltbild angegebenen Werten abweichen, um eigene Experimente zu machen. Eine Stabantenne oder auch sehr kurze Drahtantenne dürfte zu Nebenresonanzen im oberen Kurzwellen- oder auch Ultrakurzwellenbereich führen. Dies ist für unsere Zwecke recht günstig, denn zum einen ist die für Mittelwelle ausgelegte Koppelspule des Antennenkreises überhaupt nicht an diese hohen Frequenzen angepasst, zum anderen gibt es in den genannten Frequenzbereichen kaum starke AM-Sender. Im UKW-Bereich wird praktisch ausschließlich FM-Modulation verwendet, die im Audion keine Störungen verursachen wird. Bei etwas längeren Antennen (Drahtlänge wenige Meter) hingegen können Nebenresonanzen z.B. im Bereich von drei bis neun Megahertz entstehen; in diesem Frequenzbereich der Kurzwelle gibt es teilweise stark einfallende AM-Rundfunksender oder auch Telegrafiestationen. Kombiniert man eine deutlich längere Drahtantenne mit einer entsprechenden Verlängerungsspule, so kann die störende Nebenresonanz auch einmal im Mittelwellenbereich zu liegen kommen. Diese Nebenresonanzen sind wegen der beschränkten Trennschärfe des einzigen Schwingkreises unseres Audion-Empfängers um so störender, je näher die Nebenresonanzfrequenz des Antennenkreises der eigentlichen Empfangsfrequenz kommt. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass wir bei einer Drahtantenne gegebener Länge deren Eigeninduktivität kaum verändern können, während wir auf die Kapazität der Antenne gegen Erde durchaus Einfluss nehmen können. Sie kommt dadurch zustande, dass der Metallfläche des Antennendrahtes mit einem gewissen Abstand die Fläche der Erde gegenübersteht, so dass beide eine Kapazität bilden. Ihr könnt Euch leicht vorstellen, dass eine frei in der Luft hoch aufgehängte Drahtantenne, die deutlichen Abstand zur Erde, aber auch zu Bäumen, Gebäudeteilen usw. einhält, im günstigen Fall merklich weniger Kapazität gegen Erde aufweist als eine gleich lange Drahtantenne, welche beispielsweise in ungünstiger Weise parallel zu einer geerdeten Metallmasse verlegt ist. Bei derartigem Aufbau der Drahtantenne können schnell Eigenkapazitäten von mehreren hundert Picofarad auftreten, während eine ideal frei aufgehängte Drahtantenne bei gleicher Länge und trockenem Wetter nur einen Bruchteil der Eigenkapazität aufweist. Einige orientierende Messungen mit dem Kapazitätsmessgerät an verschiedenartig aufgebauten Antennen zeigen Euch schnell den richtigen Weg. So konnte der Autor an einer quer durch das Zimmer frei gespannt aufgehängten, sechs Meter langen Drahtantenne mit der zwei Meter langen Zuleitung zum Empfänger eine Kapazität von insgesamt 185 pF gegen Erde messen, während eine in demselben Zimmer entlang der Wand auf Möbeln abgelegte, nur unwesentlich längere Drahtantenne eine Gesamtkapazität von immerhin 580 pF gegen Erde aufwies. Der Effekt unterschiedlich fester Koppelung zwischen Antenne und Audion-Schwingkreis soll nicht unerwähnt bleiben. Die möglichen Störeinflüsse der Eigenfrequenz der Antenne würden sich im Prinzip vermindern lassen, indem man die Drahtantenne sehr fest an den Schwingkreis des Radios koppelt. Die Antenne wird damit praktisch Bestandteil des Schwingkreises. Die Induktivitäten der Schwingkreisspule und der Antenne sowie die Kapazitäten des Drehkondensators, der angekoppelten Schaltung und der Antenne würden dann zusammen eine einzige Resonanzfrequenz bilden, im Idealfall ohne jede Nebenresonanz. Der große Nachteil ist aber, dass dann die Skala des Radios nicht mit Stations- oder Frequenzangaben versehen werden kann, weil sich die Empfangsfrequenz mit jeder neuen Antenne erheblich und unvorhersagbar verschieben würde, und das wäre sehr unpraktisch. Deswegen werdet Ihr kaum eine derartige Schaltung finden; eine solche feste Kopplung der Antenne an den Schwingkreis wird stets vermieden, wenn unterschiedliche Antennen zum Einsatz kommen sollen. Einzig die Ferritantenne wird so geschaltet, dass die Spule der Ferritantenne gleichzeitig die Spule des Schwingkreises ist, denn die Ferritantenne ist ja fest eingebaut und wird nicht gewechselt. Der unerwünschte Einfluss unterschiedlicher Drahtantennen auf die Resonanzfrequenz des Audionempfängers wird vermindert, indem man die Antenne nur recht locker an den Schwingkreis koppelt. Eine möglichst geringe (oder auch „lose“ genannte) Koppelung erzielt man, je kleiner die Kapazität des Verkürzungskondensators gewählt wird. Man kann die Koppelung auch verringern, wenn die Koppelspule mit weniger Windungen versehen wird. Mit dem Verkürzungskondensator, aber auch mit der Veränderung der Windungszahlen der Koppelspule wird nicht nur der Kopplungsgrad verändert, sondern man verändert gleichzeitig auch die Nebenresonanzfrequenz des Antennenkreises. Zuletzt soll hier noch auf die Einstrahlung der Netzfrequenz in die Drahtantenne eingegangen werden. Sie ist zwar zwangsläufig vorhanden, spielt aber bei unserem Audion-Empfänger überhaupt keine Rolle. Jede Drahtantenne weist unvermeidlich auch eine gewisse Kapazität gegen die nächste 230-Volt-Stromnetzleitung auf, über die ein kleiner Anteil der Netzspannung in die Antenne einstrahlt. Am Antennenanschluss tritt infolgedessen eine geringe, aber letztendlich unerwünschte Spannung des 50-Hertz-Signals gegen Erde auf. Bei unserem Audion- Empfänger können davon keine Störungen hervorgerufen werden, denn der eventuell eingeschaltete Antennenverkürzungskondensator C1 trennt das 50-Hz-Signal wirksam ab, und zusätzlich wirkt die Antennenkoppelspule für 50 Hertz wie ein Kurzschluss gegen Erde. Etwa dennoch verbliebene 50-Hz-Spannungsreste werden im Schwingkreis kurzgeschlossen und zusätzlich durch den Koppelkondensator C4 von der Basis des Audiontransistors ferngehalten. Darüber hinaus ist die NF-Schaltung so ausgelegt, dass 50 Hz nicht verstärkt wird. Die Ionosphäre – ein Reflektor für Radiowellen Die Radiowellen, die von der Sendeantenne ausgestrahlt werden, strahlen entweder geradlinig in den Raum hinaus – dies ist die sogenannte Raumwelle – oder breiten sich entlang der Erdoberfläche aus – dies ist die sogenannte Bodenwelle. Bei Langwelle und den langwelligen Mittelwellen spielt die Bodenwelle die entscheidende Rolle. Je niedriger die Frequenz, d.h. je länger die Welle, desto größer ist die Reichweite. Auf Langwelle sind Reichweiten von 1000 km möglich (Dies liegt aber nicht nur an der Bodenwelle). Auf Mittelwelle beträgt die Reichweite der Bodenwelle – je nach Leistung des Senders – etwa 100 bis 300 km. Die Bodenwelle breitet sich nicht geradlinig, sondern entlang der Krümmung der Erdoberfläche aus. Dadurch ist die Reichweite der Bodenwelle viel höher als die Sichtweite. Bei den sogenannten Grenzwellen (dies sind kurzwellige Mittelwellen zwischen 1620 kHz und 3000 kHz) reicht die Bodenwelle noch wenig mehr als hundert Kilometer. Bei den Kurzwellen schließlich ist die Reichweite der Bodenwelle bescheiden, und sie ist schon nach etwa 50 bis 100 km nicht mehr zum Empfang verwendbar. Bei den Kurzwellen, und in gewissem Umfang auch bei den Mittelwellen, spielt nun die Raumwelle eine entscheidende Rolle. Die Raumwelle wird von der Sendeantenne schräg nach oben abgestrahlt und trifft in einer Höhe von über 60 km Höhe auf die Ionosphäre. Es handelt sich dabei um einen Teil der Erdatmosphäre, in der die Gase teilweise in ionisierter Form vorliegen. Für die Ionisierung ist die Strahlung der Sonne ursächlich. Wir unterscheiden verschiedene Schichten der Ionosphäre. Die D-Schicht reflektiert bei Tag und Nacht Langwellen. Deswegen haben die Langwellen bei Tag und Nacht eine hohe Reichweite, die über die Reichweite der Bodenwelle hinausreicht. Die D-Schicht dämpft ferner bei Tage die Mittelwellen. Die E-Schicht reflektiert nachts die Mittelwellen. Bei Tage wird also die Raumwelle der Mittelwellen in der D-Schicht derartig gedämpft, dass sie die reflektierende E-Schicht nicht erreicht. Mit einbrechender Dunkelheit lässt die Ionisierung der D-Schicht allmählich nach, und dadurch verbessert sich am Abend der Fernempfang von Stunde zu Stunde. Wir können dies mit unserem Audionempfänger verfolgen. Für Kurzwellen hat die D-Schicht ebenfalls teilweise eine gewisse dämpfende Wirkung bei Tage. Die E-Schicht reflektiert tags die längeren Kurzwellen. Für die Ausbreitung der Kurzwellen von entscheidender Bedeutung ist aber die F-Schicht, die noch höher gelegen ist. Sehr hohe Reichweiten werden deswegen nicht mit den längeren Kurzwellen (E-Schicht), sondern eher mit den mittleren und kurzen Kurzwellen erreicht (F-Schicht). Wer sich für Kurzwellen interessiert, wird schnell herausfinden, dass mit der Wellenlänge 49 Meter eher europäische Sender zu empfangen sind, während Sender aus Übersee im 19- und 16-Meter-Band zu finden sind. Bei den Kurzwellen höherer Frequenz findet – ab einer gewissen Grenzfrequenz – keine geeignete Reflektion mehr statt. Die Grenzfrequenz hängt wiederum von dem Grad der Ionisierung der Ionosphäre ab, wechselt also mit der Tages- und Jahreszeit. Die Reichweite der kurzen Kurzwellen – oberhalb der Grenzfrequenz – kommt also überwiegend durch die Bodenwelle zustande und ist deswegen – je nach Standort von Sender und Empfänger – auf wenige Kilometer bis ca. 30 km begrenzt. Kurzwellen bis 10 Meter Wellenlänge, also die kürzesten Kurzwellen, werden von der Ionosphäre in der Regel nicht reflektiert. Zu höheren Frequenzen hin – den Ultrakurzwellen – wird die Wellenausbreitung zunehmend geradliniger, so dass für diese Wellen nahezu nur noch die Bodenwelle eine Rolle spielt. Manchmal tritt aber die Es-Schicht kurzfristig auf und sorgt durch Reflektion der kurzen Kurzwellen bis 10m Wellenlänge überraschend für sehr hohe Reichweiten. Alle Schichten der Ionosphäre zeigen in Abhängigkeit von der Einstrahlung der Sonne wechselnde Reflektionseigenschaften, je nach Tageszeit, Jahreszeit, geografischer Lage und auch in Abhängigkeit von dem elfjährigen Zyklus der Sonnenfleckenaktivität. Bei abendlichem Empfang einer etwas entfernteren Station werdet Ihr bald schon die Lautstärkeschwankungen bemerken, der sogenannte Schwund oder englisch Fading. Die reflektierenden Eigenschaften der Ionosphäre ändern sich von Minute zu Minute und zeitweise von Sekunde zu Sekunde, und infolgedessen wird mal mehr, mal weniger Energie zu unserer Empfangsantenne reflektiert. Dies bemerken wir als Lautstärkeschwankung. Hinzu kommt, dass unsere Empfangsantenne möglicherweise nicht nur die Raumwelle, sondern vielleicht zusätzlich die Bodenwelle aufnimmt. Die Raumwelle legt ja einen längeren Weg zurück, deswegen werden die Phasen der Boden- und der Raumwelle nicht immer übereinstimmen. Durch Phasenverschiebung können sich diese Wellen gegenseitig auslöschen, der Empfang ist dann für einige Sekunden gar nicht mehr möglich. Bei Tage ist der Empfang der Mittelwellen nur über die Bodenwelle möglich. Diese ist viel gleichmäßiger in der Empfangsstärke. Allerdings werden wir bei Tage auch keinen Fernempfang auf Mittelwelle haben, der nur mit der Raumwelle – nachts – möglich ist. Die Radiowellen, die sich geradlinig in den Raum ausbreiten, werden an den Schichten der Ionosphäre je nach Wellenlänge gedämpft oder reflektiert. Eine Raumwelle, die an der Ionosphäre reflektiert wurde, trifft nach einigen hundert Kilometern wieder auf den Erdboden und kann dort von der Radioantenne empfangen werden. Auf diese Weise werden riesige Steigerungen der Reichweite möglich. Mehr noch – die Kurzwellen können auch mehrmals zwischen Erdoberfläche und Ionosphäre hin- und her reflektiert werden. Kurzwellen können auf diese Weise die Erdkugel umrunden. Schaltungsdetails Die Schaltung ist dank der universellen Einstellbarkeit unkritisch und lässt sich in vielerlei Hinsicht variieren. So könnte man auch Transistoren umgekehrter Dotation verwenden, oder auch Germanium-Transistoren. Der Autor hat dies versucht, und für T1 einen pnp-Transistor AF121 oder AF126 eingesetzt, für T2 einen pnp-Transistor AC151, und für T3 einen npn-Transistor BC140-16. Allerdings ist es dafür erforderlich, dass man dann alle Elkos und die Zenerdiode umpolt und auch bei den Batterieanschlüssen Plus und Minus umtauscht. Immerhin, diese Variante lässt sich verwirklichen, und das Radio funktioniert damit genauso gut. Das Prinzip des Audion beruht auf der Nutzung gekrümmter Anteile der Transistorkennlinie. Mit Transistorkennlinie ist hier die Eingangs-Ausgangskennlinie des BF173 gemeint, bei welcher der Zusammenhang zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung der Transistorschaltung angegeben wird. Wenn der Transistor in der Emitterbasisschaltung (auch Emitterschaltung genannt) eingesetzt wird, wie wir sie bei diesem Audion verwenden, finden sich in der Eingangs-Ausgangskennlinie zwei nichtlineare Bereiche, von denen wir eine für die Audionfunktion nutzen könnten: zum einen im Bereich niedriger Basisvorspannung, bei welcher der Transistor gerade eben ein wenig durchgesteuert ist, und zum anderen im Bereich hoher Basisvorspannung, bei welcher der Transistor nahezu vollständig leitend ist. Wir verwenden hier die zweite Möglichkeit, weil diese Einstellung mit einem höheren Collector-Emitter-Strom einhergeht, der die Hochfrequenzverstärkung begünstigt. In unserem Audion ist der Transistor optimal eingestellt, wenn die zwischen Collector und Emitter anliegende Spannung etwa 0.3 bis 0.4 Volt beträgt. Die Spannung an der Basis gegen Masse beträgt dann beispielsweise 4.95 Volt. Die Spannung am Emitter gegen Masse muss um 0.66 Volt niedriger liegen, da ein Siliziumtransistor in der Regel an der Basis-Emitterdiode eine Spannung in dieser Höhe benötigt, um einen Basisstrom fließen zu lassen. So messen wir am Emitter gegen Masse 4.29 Volt. Die Spannung am Collector liegt nur um 0.35 Volt höher, wie beschrieben, also messen wir am Collector gegen Masse 4.64 Volt. Dabei ist der Transistor nahezu bis zur Kniespannung (auch Sättigungsspannung genannt) durchgesteuert bzw. kurz vor der Übersteuerung, bei der die Basisspannung die Collectorspannung so weit überschreitet, dass die ansonsten gesperrte Basis-Collectordiode leitend werden würde. Zwar liegt in unserem Fall zwischen Basis und Collector in Durchlassrichtung eine Spannung von (4.95 Volt - 4.64 Volt) = 0.31 Volt an, aber diese Spannung ist etwas zu niedrig, um einen nennenswerten Durchlasstrom fließen zu lassen. Die Übersteuerung wird hier also knapp vermieden. Dieser nichtlineare Bereich der Kennlinie im Bereich der Kniespannung wird für die AM-Demodulation bei unserem Audion genutzt. Ein Audiontransistor ist wegen seiner mehrfachen Aufgabenstellung nicht ganz einfach einzustellen. Um den Arbeitspunkt halbwegs zu stabilisieren, ist mit R3 eine recht starke Emittergegenkoppelung vorgesehen. Diese Maßnahme alleine reicht jedoch nicht aus, um mit einem einmaligen Abgleich auszukommen. Der Arbeitspunkt ist je nach einfallender Feldstärke, Zustand der Batterie und Umgebungstemperatur immer leicht unterschiedlich. Dies fällt bei stark einfallenden Sendern nicht auf, hier reicht eine recht grobe Einstellung. Wir wollen aber hin und wieder auch einen schwächeren Sender hören, und dafür ist viel Fingerspitzengefühl für eine sehr genaue Einstellung erforderlich. Mit einer etwas niedrigeren Basisvorspannung erreicht man eine höhere HF-Verstärkung und eine bessere Trennschärfe, aber bei schon minimal zu niedriger Basisvorspannung ergibt sich eine deutlich schlechtere Tonqualität. Parallel sinkt dabei auch wieder die HF-Verstärkung. Mit minimal höherer Basisvorspannung werden die Verzerrungen schnell geringer, aber die Lautstärke sinkt und die Abstimmung des Schwingkreises muss am Drehkondensator etwas nachgestellt werden. Um hier situationsgerecht nachjustieren zu können, ist die Arbeitspunkt-Feineinstellung nach außen geführt. Man fragt sich, ob man diese kritische Einstellung im Sinne des Bedienungs- komforts nicht irgendwie vereinfachen könnte. Weil aber die Ursache des Problems prinzip- bedingt in der Doppelaufgabe des Audiontransistors liegt, müsste man dann das Audion-Prinzip verlassen, doch das haben wir hier nicht vor. Ein besonderer Effekt ist an der Basisvorspannung bei schwankender Empfangsfeldstärke zu beobachten. Wegen der Gleichrichterwirkung, welche die Hochfrequenz mehr an der Basis- Emitterdiode als an der Basis-Collectordiode des Audiontransistors gleichrichtet, wird bei hoher Hochfrequenzamplitude an der Basis eine schwache negative Spannung erzeugt, die sich der Basisvorspannung überlagert. So sinkt die Basisvorspannung um 10 bis 15 Millivolt ab, wenn ein starker Sender eingestellt und die Rückkoppelung angezogen wird. Dies ist teilweise sogar erwünscht, weil der Schwingungseinsatz der Rückkoppelung so etwas "weicher" erfolgt. Andererseits führt dies zu dem paradoxen Effekt, dass besonders stark einfallende Sender möglicherweise zunächst einmal verzerrt empfangen werden, bis man die Basisvorspannung nachjustiert hat. Die Stabilisierung des Arbeitspunktes gegenüber Schwankungen der Betriebsspannung wird durch die Zenerdiode D1 gesteuert. Die Schaltung ist nach einer längeren Meßreihe so konzipiert worden, da die für einen sauberen Betrieb nötige Basisvorspannung von T1 nicht genau proportional mit der Betriebsspannung ansteigt. Die Spannung am Schleifer von P2 muss bei einer Betriebsspannung von 6.0 Volt bei meinem Exemplar 5.21 Volt betragen, was 86.8% der Betriebsspannung entspricht, bei einer Betriebsspannung von 10.0 Volt jedoch nur 8.08 Volt, was nur 80.8% der Betriebsspannung entspricht. Die Zenerdiode sorgt zusammen mit P2, P6 und R2 dafür, dass die Basisvorspannung für T1 genau in der Weise ansteigt oder abfällt, wie für die jeweils ansteigende oder abfallende Betriebsspannung erforderlich ist. Fällt die Batteriespannung während des Radiohörens etwas ab, dann muss der Arbeitspunkt also nicht sofort nachjustiert werden, weil er innerhalb üblicher Grenzen stabil genug gehalten wird. Eine temperaturabhängige oder hochfrequenzamplitudenabhängige Steuerung ist jedoch nicht vorgesehen. Je nach Raumtemperatur oder Stärke des einfallenden Senders kann es hin und wieder erforderlich sein, minimal nachzujustieren. Der Audiontransistor besitzt im Emitter mit R3 eine Stromgegenkoppelung, die für die Hoch- frequenz mittels C7 und C8 überbrückt ist, damit für die Hochfrequenz einerseits die höchstmögliche Verstärkung in Emitterschaltung zur Verfügung steht. Andererseits unterbinden diese beiden Kondensatoren eine mögliche Rückkoppelung vom Collector zum Emitter, indem die auf den Emitter eingestreute hochfrequente Spannung zur Masse abgeleitet wird. Für die Niederfrequenz ist keine derartige Überbrückung vorgesehen, um die volle Gegenkoppelung wirksam werden zu lassen. Das Ziel ist eine halbwegs brauchbare Verzerrungsfreiheit für die Niederfrequenz. Legt man parallel zu C8 einen Kondensator von beispielsweise 10 µF, so erhöht sich die Lautstärke etwas, und die Verzerrungen werden minimal deutlicher. Bei meinen Versuchen hatte ich jedoch den Eindruck, dass sich die Empfangseigenschaften des Audions dadurch verschlechterten. Der Blindwiderstand der beiden Kondensatoren C7 parallel zu C8 mit ihren insgesamt 15 nF beträgt rund 3 kOhm bei hohen niederfrequenten Tönen von 3 kHz, nur ca. 1 kOhm bei dem unerwünschten Pfeifen von 9 kHz, aber immer noch ca. 10 Ohm bei 1 MHz. Ein Teil des niederfrequenten Signals, besonders die hohen Töne oberhalb von etwa 3 kHz, werden von den Kondensatoren nicht vollständig abgesperrt. Daher könnte man zu dem Schluss kommen, die Kapazität von C7 und C8 wäre etwas zu groß, und würde dadurch nicht nur die Verstärkung von Hochton-Anteilen der Niederfrequenz begünstigen, sondern auch das unerwünschte 9 kHz-Pfeifen verstärken. Die Überlegung liegt nahe, dass eine kleinere Kapazität für C7 und C8 das 9 kHz-Pfeifen etwas vermindern würde. Leider würde jedoch eine Verkleinerung der Kapazität zur Instabilität der Schaltung führen, die wir vermeiden müssen. Dabei gilt: je größer wir C4 wählen, desto größer muss auch C8 sein, um die Schaltung stabil zu halten. Die durch eine recht groß gewählte Kapazität von C8 eventuell bewirkte leichte Betonung der Höhen kann aber gerade beim Mittelwellenempfang die Verständlichkeit von Sprache erhöhen. Aus genannten Gründen (Stabilität und Klang) wurden C7 und C8 bewusst so gewählt. Ihr könnt auch versuchsweise den Effekt der Anhebung der Höhen noch verändern, dazu könnt Ihr C8 zum Beispiel in 10 nF-Stufen beliebig vergrößern. Der Effekt bei meinem Exemplar ist, dass die Rückkoppelung zurückgeht und weiter aufgedreht werden muss. Hier noch ein kleiner Hinweis am Rande: Falls durch Streuungen der Bauteilequalität Euer Exemplar auch dann Rückkoppelungspfeifen zeigen sollte, wenn der Rückkoppelungsregler ganz zurückgedreht ist, so müsst Ihr C8 auf 100nF vergrößern. Der Elko in der Emitterkombination von T3 ist übrigens absichtlich mit 100µF ziemlich klein gewählt worden. Dies soll die Bässe etwas abschwächen, um ein halbwegs ausgeglichenes Klangbild zu erzielen. Da bei Mittelwellenempfang typischerweise die Höhen fehlen, würde sich bei bassbetonter Wiedergabe ein dumpfer Klang ergeben. Ihr könnt C18 aber nach Eurem Geschmack auch auf 470µF vergrößern. Die Arbeitspunkte von T2 und T3 sind übrigens dank der jeweils vorgesehenen Gegenkoppelung unkritisch und auch unabhängig von der Batteriespannung. Bei T2 ist die Gegenkoppelung zwischen Collector und Basis über R7, P4 und R6 verschaltet. Bei T3 ist die Stromgegenkoppelung im Emitter durch R10 vorgesehen. Schließlich sei noch die Funktion des Widerstands R1 erläutert. Er dient dazu, bei sehr niedrig eingestellter Rückkoppelung zu verhindern, dass die Antennenspule über den Kondensator C2 und den Schleifer von P1 mit Masse kurzgeschlossen wird. Der Widerstand R1 wird ausschließlich von Hochfrequenz durchflossen und sollte daher mit sehr kurzen Anschlussdrähten direkt an den Schleiferanschluss von P1 gelötet werden. Übrigens sollte man im hochfrequenten Bereich der Schaltung keine Drahtwiderstände, sondern Kohleschicht- oder Metallfilmwiderstände verwenden, auch das Potentiometer muss ein Schichtpotentiometer sein. Wenn Ihr diesen Artikel gelesen habt, werdet Ihr Euch möglicherweise die Frage gestellt haben, ob es sich lohnt, für Mittelwelle ein Radio zu bauen, nachdem in Deutschland einige Mittel- wellensender abgebaut worden sind. Ich finde, dass der Mittelwellenempfang jetzt insofern sehr interessant wird, weil das Problem der Gleichwellensender geringer wird. So hat man bei Einbruch der Dunkelheit eine große Zahl europäischer Radiostationen, die auf Mittelwelle ungestört empfangen werden können. Ob britische, französische, belgische, niederländische, kroatische Stationen: Die Vielfalt ist groß, das Programmangebot umfangreich, und man kann jeden Abend etwas Neues entdecken. Deswegen wünsche ich Euch viel Freude beim Nachbau dieses Transistoraudions und viel Spaß beim Radiohören.