Problem bei der Vakuumprüfung AK 1 auf Funke W20

Liebe Sammlerkollegen,

Ich habe eine Frage an die Röhrenexperten:

ich habe bei der Messung zweier AK1 auf Funke W20 folgendes Problem:

Ich messe nach Karte 89 (UA 200V, U g1,g4 0..-2V, Ug2,g3,g5  60V, IA Messbereich 5mA), der Anodenstrom ist im „gut“ Bereich weit rechts. Die Steuerwirkung über g1 ist gegeben. Bei der Vakuumprüfung zeigen aber beide Röhren (eine Philips, eine Tungsram, letztere als NOS bei einem renommierten Händler gekauft) einen deutlichen Anodenstromanstieg bis zum Rechtsanschlag (also vo ca 2 mA bis > 5mA)

Ist daraus mit SIcherheit zu schließen, daß beide Röhren ein Vakuumproblem haben ?

Das W20 ist in einem geprüften Zustand (alle Instrumente auf 1% genau, Heizspannung exakt 4V) und verhält sich bei der Messung einer Vielzahl von anderen Röhren auch bei Vakuumprüfung unauffällig.

Kann es sein, daß die Vakuumprüfung durch Einschalten eines 1 MOhm Widerstandes in die Zuleitung zu g1 hier zu unerwünschten Nebeneffekten führt, weil auch g4 mit g1 zusammengeschaltet wird ?

Leider kann ich die AK1 (noch) nicht im Gerät testen, da dieses noch überarbeitet werden muss.

Roland Langfeld

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Genau das beschriebene Verhalten habe ich bei der Prüfung der verwandten Type CK1 auf dem W20 schon sehr oft beobachtet. Gleich mehrere NOS-Röhren von Telefunken zeigten einen sehr starken Stromanstieg, sobald der Gitterwiderstand eingeschaltet wurde. Das änderte sich auch nicht nach längerer Einbrennzeit. Da es aber auch einige Exemplare gab, die keinen nennenswerten Stromanstieg zeigten, sonderte ich die betreffenden Röhren aus. Auf den ersten Blick verhielten sie sich im Apparat aber unauffällig. Weitere Untersuchungen, z.B. bzgl. der Stabilität der Oszillatorfrequenz, habe ich nicht durchgeführt. Ebensowenig habe ich Untersuchungen durchgeführt, um herauszubekommen, ob hinter dem Stromanstieg letztlich wirklich ein Vakuumproblem oder "nur" ein Isolationsproblem steckt, oder ob der Anstieg mit der Verbindung zum weiteren Gitter zusammenhängt.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Vielen Dank Herr Steinmetz für die Informationen. Ich werde die betroffenen AK1 natürlich nicht aussortieren und hoffe, daß sie in meinem Philips 525A funktionieren, wenn dieser restauriert ist.

Roland Langfeld

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Tipp:
Sie können ja mal probeweise das G4 direkt auf K legen, indem Sie den Bananenstecker der Gitterkappen-Leitung aus der G1-Buchse am W20 herausziehen und eine Position weiter rechts in die K-Buchse stecken. Dann wird der Gitterwiderstand nur noch in die Zuleitung von G1 geschaltet. Sollte dadurch der starke Anodenstrom-Anstieg verschwinden, wissen Sie immerhin, dass G4 für den Anstieg verantworlich war. Ähnliches können Sie für G1 probieren: Ziehen Sie dazu den Stift im 2er-Block aus dem G1-Loch heraus und stecken Sie ihn eine Position weiter rechts in das K-Loch.

Zur Unterscheidung, ob Vakuum-, Isolationsfehler oder z.B. Gitteremission für den Stromanstieg verantwortlich sind, bedarf es einiger Erfahrung, weiterer Kenntnisse über die prinzipielle Abhängigkeit des Gitterstoms vom Anodenstrom und am besten eines Microamperemeters im Gitterkreis. Letzteres wollte ich immer mal in mein W20 einbauen, aber bisher ist es nicht dazu gekommen.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Lieber Herr Steinmetz,

ich habe es bei beiden Röhren probiert (g4 auf Kathode): die Vakuumprüfung ergibt immer noch einen deutlichen aber nicht mehr so dramatischen Anodenstromanstieg.

Ich habe bei beiden Röhren den g1-Strom (bei g4 an K) gemessen: er liegt bei 1.5 bzw 1.8 µA

Gruss

Roland Langfeld

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Vielleicht können Sie auf ähnliche Weise auch noch die Gitterströme von G4 messen; dazu brauchen Sie ja nur ein Microamperemeter in die G4-Kappen-Zuleitung zu schalten. Ob uns das wirklich weiterhilft, werden wir sehen. Auf jeden Fall wären die Werte mal interessant.

Jetzt ist die Stelle, wo Erfahrungen wichtig wären. Erfahrungen, die ich auch nicht habe. Ins Unreine gedacht, empfinde ich die genannten Gitterstromwerte schon als nennenswert, aber ich habe doch Zweifel, ob damit angesichts einer Steilheit im mA/V-Bereich schon der dramatische Anodenstromanstieg begründbar ist.
Deshalb eine Grobabschätzung: Ein Gitterstrom von z.B. 1,5 μA würde an 1 MΩ einen Offset von 1,5 V erzeugen und bei einer Steilheit von z.B. 0,6 mA/V eine Veränderung des Anodenstroms von 0,9 mA bewirken. Bei Einwirkung auf zwei Gitter wären wir schon im Bereich um 2 mA und kämen den tatsächlichen Verhältnissen damit schon ein ganzes Stück näher. Um der Sache genau auf den Grund gehen zu können, müsste man natürlich beide Gitterströme kennen, und zwar im Falle des bereits erhöhten Anodenstroms. (Je nach Art des Fehlers - besonders beim Vakuum-Fehler infolge von Ionenleitung - könnten die Gitterströme dann sogar noch deutlich größer sein.) Außerdem dürfte man nicht mit einer (Misch-?)Steilheit von 0,6 mA/V rechnen, sondern mit den Steuersteilheiten von beiden Gittern, und zwar genau in dem Arbeitspunkt mit den erhöhten Anodenstromwerten.

Für den Anwender letztlich weniger wichtig, aber fürs Prinzip eben doch interessant, wäre die Frage, durch welchen Fehler der Gitterstrom hervorgerufen wird. Wichtige Hinweise dazu gibt ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Gitterstroms vom Anodenstrom bei den verschiedenen Fehlern zeigt. Ich habe solch ein Diagramm einmal in dem TFK-Röhren-ABC-Buch gesehen, und dann auch beim Barkhausen oder Rothe/Kleen. Leider habe ich keine Zeit zum Suchen. Falls jemand weiß, was ich meine, würde ich mich über eine Info hier sehr freuen. Vielleicht hilft uns das ja weiter.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Gitterstrom bei Röhren mit schlechtem Vakuum findet man z.B. in Band 1 von Barkhausen: Lehrbuch der Elektronenröhren, 9.A., Hirzel, 1960, S. 20 (linke Grafik)

Der Gitterstrom I_g setzt sich aus einem Ionenstrom I_gi und einem Elektronenstrom I_ge zusammen.

Scan (links) von R. Walz aus Endröhrenprobleme am Beispiel WG35. (frühere Auflage des "Barkhausen")

Scan (rechts) aus Barkhausen 9.A. : Hier ist der Fehler in der Achsenbeschriftung I_g / I_a behoben.

MfG DR

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Vielen Dank, Herr Rudolph. Das ist genau das Diagramm, welches ich meinte. Wie Herr Walz schon schrieb, sind die Bezeichnungen der y-Achsen (Ia und Ig) vertauscht. An meinen Barkhausen komme ich zum Lesen des zugehörigen Textes zwar gerade nicht ran, aber eine ähnliche Darstellung findet sich auch in Kammerloher: Hochfrequenztechnik Teil II (Elektronenröhren und Verstärker), 2. Auflage 1941, C.F. Winter´sche Verlagshandlung Leipzig, ab Seite 61.

Bei der Durchsicht der Unterlagen zur AK1/AK2/CK1 fällt auf, dass das Oszillatorgitter G1 mit 100 kΩ einen nur recht geringen max. Gitterableitwiderstand erlaubt, der in den üblichen Schaltungen mit 50 kΩ sogar deutlich unterschritten wird. Damit spielt dieses Gitter bzgl. eines Vakuum- oder Isolationsfehlers vmtl. eine eher untergeordnete Rolle. Mein Vorschlag wäre daher, sich zunächst einmal auf das G4 zu konzentrieren. Hier darf der max. Gitterableitwiderstand den sehr großen Wert von 2,5 MΩ (bzw. 2 MΩ bei der CK1) betragen, so dass schon geringe Gitterströme deutliche Auswirkungen auf den Arbeitspunkt haben können.

An Herrn Langfeld: Wäre es Ihnen vielleicht möglich, beizeiten ein Gitterstrom-Diagramm wie das von Barkhausen aufzunehmen? Dazu müssten Sie G1 an K legen und die Messung mit G4 (Gitterkappe) durchführen. Wichtig ist auch, dass die Polarität des Gitterstroms richtig erfasst wird.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Vielen Dank an Herrn Steinmetz und Herrn Rudolph für die Tips und Informationen.

zu Herrn Steinmetz: Ig4 ist 0 µA, der Gitterstrom wird komplett über g1 gezogen.

Irgendwie kam mir die Sache komisch vor, irgendwas stimmt bei meinem Gerät mit der Vakuummessung nicht. Habe nochmal alles geprüft, Kontakte, den 1 MOhm Widerstand, alles ok.

Dann habe ich mal den Widerstand von pin zu pin an den (leeren) Röhrenfassungen geprüft: er liegt bei 100 - 200 MOhm (Strommessung mit 100 V). Kann das die Ursache sein ? Ich habe die AK1 mal unter Umgehung der gesamten Fassungsmatrix direkt an A, K, G1, G2, H1 und H2- Buchsen angeschlossen. Alle früheren Messwerte werden 100% reproduziert und die Vakuummessung ergibt einen deutlich verringertem Stromanstieg ! Der Strom steigt jetzt von 2,0 auf 2,5 mA. Zurück in der Fassung zeigt die Vak.Messung einen Anstieg von 2,0 auf >5 mA.

Ist meine Annahme richtig, dass die schlechte Isolation die Vakuummessung so stark beeinträchtigen kann ? 

Roland Langfeld

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Hallo Herr Steinmetz,

Da  Ig4 bei mir konstant 0 µA ist (0,1 µA Auflösung) gelingt es nicht, das Diagramm aufzunehmen.

Für Ig1 ergibt sich (mit g4 an K) mit den Parametern der Prüfkarte (UA 200 V, Ug2 60V) ein nahezu konstanter Ig1 von 1.5 - 1.3 µA im Bereich Ug1 -5V ... -0,3 V.

Bei Ug1ca -0.3 V in Richtung 0 V ändert der Ig1 seine Polarität und steigt rasant an

RL

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Interessant: Wenn wirklich der Gitterstrom bei G4 nahezu Null ist, dann müsste die Röhre im Gerät gut funktionieren, obwohl G1 einen hohen Gitterstrom zieht. Der Grund ist der i.a. relativ niedrige Gitterableitwiderstand einer Oszillatorschaltung, der ein Weglaufen des Arbeitspunktes trotzdem verhindert. Nebenbei: Die Einschaltung eines so großen Widerstandes (1 MΩ) in den G1-Kreis ist lt. Röhren-Datenblatt eigentlich gar nicht zulässig. Aber Röhrenmessgeräte sind ja i.a. für eine größere Anzahl von Röhrentypen gebaut, so dass einfach nicht alle individuellen Gegebenheiten berücksichtigt werden können. So muss man im Einzelfall wie bei der AK1/AK2/CK1 entweder spezielle Untersuchungen anstellen oder die Anzeigewerte individuell beurteilen.

Die sogenannten "Vakuumprüfungen" sind eigentlich keine, sondern zeigen nur die Auswirkungen des Gitterstroms auf den Arbeitspunkt. Sie lassen nicht erkennen, auf welche Art und Weise der Gitterstrom entsteht bzw. welcher Fehler vorherrschend ist. Aber sie sind ein gutes Maß für die praktische Brauchbarkeit einer Röhre. Dem Anwender ist es letzten Endes ja auch egal, warum eine Röhre noch oder eben nicht mehr funktioniert.

Ja, Ihre Annahme, dass eine schlechte Isolation die Vakuummessung so stark beeinträchtigen kann, ist richtig: Wenn sich zwischen einem Steuergitter- und einem auf beispielsweise auf 70 V liegenden G2-Anschluss oder gar einem auf 200 V liegenden A-Anschluss ein Isolationswiderstand von "nur" 100 MΩ befindet, dann bedeutet das einen zusätzlichen Gitterstrom im μA-Bereich, der natürlich den Anodenstrom - abhängig von der Steuersteilheit - deutlich erhöht. Bei den Röhrenprüfgeräten liegt das aber nicht immer an den Fassungen, sondern kann z.B. auch an der Verdrahtung liegen. Die dort oft verwendeten Gewebelack-isolierten Drähte können im Laufe der Jahre Feuchtigkeit und Schmutz aufgenommen haben, so dass sich die Isolationswerte verschlechtern. Ein Effekt, der übrigens auch in alten Radios vorkommt: Nicht selten sind die sehr hochohmigen Regelspannungsleitungen betroffen, durch die sich die Röhren-Arbeitspunkte auffällig verschieben können.

Nach diesen Ausführungen wären genauere Messungen des Gitterstroms zur Beurteilung Ihrer AK1 eigentlich nicht mehr nötig. Trotzdem würden mich (und vielleicht auch andere Kollegen?) die Ergebnisse interessieren, und es würde mich freuen, wenn Sie (gelegentlich) solche Messungen machen könnten. Idealerweise natürlich mit sehr guten externe Isolationswerten, also nicht gerade mitten in einer W20-Verdrahtung.

Edit:
Ich sehe, Sie haben inzwischen gemessen. Danke! Das Vakuum muss gut sein, denn beim G4 gibt es so gut wie keinen Gitterstrom. G1 zeigt ein typisches Verhalten, ähnlich dem vom Barkhausen-Diagramm.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Lieber Herr Steinmetz,

nochmals vielen Dank für die hilfreichen Einsichten. Ich ziehe für mich folgendes Fazit:

Ich gebe die Röhren nicht auf und werde sie zu gg. Zeit in der Schaltung testen und hoffentlich keine Probleme haben.

Ich kenne jetzt die Grenzen der Vakuumprüfung.

Ich werde an dem W20 keine Versuche unternehmen, den Isolationswiderstand zu verbessern. Ich sehe das als aussichtslos an und würde bei etwaigen Reinigungsversuchen wohl nur mehr Schaden anrichten. Ansonsten ist das Gerät m.E. sehr zuverlässig.

mfG

Roland Langfeld

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Ich würde an Ihrer Stelle genau dasselbe Fazit ziehen. An der Verdrahtung des W20 würde ich auch nichts ändern; das bringt nur unnötiges Theater. Lassen Sie uns beizeiten wissen, wie sich die AK1 im Gerät verhalten.

Noch ein kleiner Nachtrag zu Ihren Messungen: Zu negativeren Werten von Ug hin würde man entsprechend dem Barkhausen-Diagramm prinzipiell eine Abnahme des Gitterstroms erwarten. Sie messen im Bereich -0,3 V... -5 V aber annähernd konstante Werte. Das deutet tatsächlich auf einen schlechten Isolationswert hin, denn dadurch kommt eine additive Komponente hinzu, die mit negativer werdender Gitterspannung entsprechend einer Widerstandsgerade den Gitterstrom ansteigen lässt. Im Bereich bis ca. -5 V kompensiert dieser Effekt den zu erwartenden Gitterstromabfall auf etwa konstante Werte; bei stärker negativen Gitterspannungen müsste der Gitterstrom dann prinzipiell steigen. Das alles unter der Annahme, dass der Isolationswiderstand konstant ist, was in der Praxis aber durchaus nicht der Fall sein muss. Sie sehen, es wird an dieser Stelle schnell kompliziert, und eine gewisse Erfahrung würde sicherlich helfen, die beobachteten Effekte gleich richtig einzuschätzen.

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.

Zu Posting #7:
Danke für das Nachliefern der fehlerbereinigten Abbildung aus dem Barkhausen. (Inzwischen habe ich auch Zugriff auf meine Bücher. In der 5. Auflage von 1945 ist der Fehler noch enthalten, in der 8. Auflage von 1958 nicht mehr.)

Zu Posting #6:
Das von mir genannte "TFK-Röhren-ABC-Buch" heißt etwas anders:
Röhren A-Z (Ein Wörterbuch der Rundfunkröhre), Union Deutsche Verlagsgesellschaft Berlin SW19, (Die Telefunken-Buchreihe Band 3). Zur Auflage: Erstes bis fünfundzwanzigstes Tausend. Keine Verfasser- und Jahrgangsangaben erkennbar. Dafür im Vorwort der Satz: "Dieses Röhrenbuch, das Telefunken vor fünf Jahren zum erstenmal herausbrachte, ...".
Prinzipiell sind diese Bücher zwar keine streng wissenschaftlichen Werke, aber sie helfen dem nicht so Erfahrenen, indem sie auf einfache Weise die wichtigsten Begriffe erklären und Zusammenhänge zeigen. Ab Seite 31 geht es um den Gitterstrom. Dargestellt ist das Gitterstrom-Diagramm, ähnlich wie im Barkhausen, aber ergänzt um einige weitere Gitterstrom-Ursachen. Es zeigt den prinzipiellen Verlauf des Gitterstroms als Funktion der Gitterspannung bei verschiedenen Ursachen. Die Achsen sind nicht skaliert, und eine Bildlegende gibt es auch nicht:

Es bedeuten:
- Kurve a: Elektronenstrom
- Kurve b: Gitterstrom infolge schlechten Vakuums (Ionenstrom inkl. Elektronenstrom)
- Kurve c: Gitterstrom infolge thermischer Gitteremission
- Kurve d: Gitterstrom infolge schlechter Isolation (Spezialfall: konstanter Widerstand gegen Kathode)

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.