Audion

Das Audion ist ein Rundfunk-Geradeausempfänger und oft ein Einkreiser. Lee De Forest, der Erfinder des Audions, bildete das Wort aus dem lateinischen Wort audio, ich höre. 1907 patentierte De Forest die Audionröhre und die Audionschaltung.^[1] Ab 1909 wurde von De Forest das Audion RJ-4 verkauft.^[2] Das Verstärkerbauteil in der Audionschaltung verstärkt die empfangene Hochfrequenz und wandelt diese in hörbare Niederfrequenz um (Demodulation). Beim Rückkopplungsaudion oder Regenerativ-Empfänger wird ein Teil der verstärkten Hochfrequenz erneut dem Eingang des Verstärkerbauteils zur weiteren Verstärkung zugeführt. Das Audion war empfindlicher als der Detektorempfänger, aber weniger empfindlich als der Überlagerungsempfänger. In Deutschland waren ab 1926 das Audion OE333 und später das Rückkopplungsaudion RO433 von Loewe wegen ihres niedrigen Preises sehr erfolgreich.^[3] Später verwendeten die Gemeinschaftsempfänger VE301 und DKE eine Audionschaltung mit ein bis drei Röhren. Nach dem 2. Weltkrieg wurde in der BRD der Heinzelmann und in der DDR der 1 U11 als Audion gebaut. Transistorradios sind fast immer Überlagerungsempfänger. Mit dem Wechsel von Röhrenradios auf Transistorradios verschwand das Audion. Funkamateure und an Elektronik Interessierte bauen heute noch Audions mit Elektronenröhren, Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren.

Definitionen

Triode (Audion) von Lee de Forest aus dem Jahr 1906

Der Begriff Audion wird in der Elektronik und elektronischen Schaltungstechnik in verschiedenen und teilweise überschneidenden Bedeutungen verwendet, welche im folgenden dargestellt sind.

Bauelement

Der Begriff Audion geht auf die von Lee De Forest gewählte Bezeichnung für die von ihm erfundene Triode mit Gasfüllung zurück, die in einer Audionschaltung verwendet wird. Bei den ersten Audionröhren war die direkt geheizte Kathode, ein Wolfram-Heizfaden, in der Mitte, das Steuergitter links und die Anode rechts.^[4] Die Anordnung Heizfaden, Steuergitter, Anode hintereinander erbrachte eine bessere Verstärkung.^[5] Die Verstärkung wurde im double wing Audion weiter gesteigert. Hier wurde links und rechts vom Heizfaden je ein Steuergitter und dahinter je eine Anode angebracht. Die beide Steuergitter waren miteinander verbunden, die beiden Anoden auch. Zuerst wurde unter Audionröhre nur die gasgefüllte Triode nach de Forest verstanden. Später wurde auch eine Hochvakuum-Elektronenröhre, welche in einer Audionschaltung eingesetzt wurde, Audionröhre genannt.

Elektronische Schaltung

Elektronenröhre RE064, Kennlinie

Audionschaltung mit Triode

Im de-Forest-Patent von 1907 wurde neben der Audionröhre die Audionschaltung vorgestellt, welche später Gitteraudion genannt wurde. Ohne Eingangssignal liegt der Gitter-Arbeitspunkt der Elektronenröhre zwischen Anlaufstromgebiet und Raumladungsgebiet bei ungefähr 0 V. Für die Hüllkurvendemodulation gibt es mehrere Ursachen. Einmal tritt Gitterstrom I_g nur bei positiver Gitterspannung U_g auf. Siehe die Elektronenröhrenkennlinie der RE064 rechts. Das Gitter ist für negative Gitterspannungen hochohmiger als für positive Gitterspannungen. Zum zweiten ist die Kennlinie Gitterspannung U_g zu Anodenstrom I_a gekrümmt. Höhere Gitterspannungen werden besser verstärkt als niedrigere Gitterspannungen. Die Audionstufe ist ein Hochfrequenzverstärker, welcher positive und negative Halbwellen unterschiedlich verstärkt.^[6][7] Die verstärkte Hochfrequenz am Ausgang wird beim Rückkopplungs-Audion auf den Eingang zurückgekoppelt. Ein Tiefpass am Ausgang liefert eine Spannung, welche der Hüllkurve der Hochfrequenz entspricht.

Die rechts gezeigte Audionschaltung mit Triode arbeitet mit einer Gitterkombination. Die Gitterkombination erlaubt, dass am Gitter eine kleine negative Spannung entsteht, siehe Anlaufstromgesetz. Durch diese Gittervorspannung ergibt sich ein Gitter-Arbeitspunkt, der den Schwingkreis weniger belastet. Für große Eingangsspannungen hat die Gitterkombination eine weitere Wirkung. Die Röhrendiode zwischen Gitter TG und Kathode TK bildet zusammen mit Glättungskondensator C2 und Lastwiderstand R1 eine Gleichrichterschaltung. Aufgrund der Polung der Diode führt die rechte Seite des Kondensators eine negative Spannung gegenüber der linken Seite. Diese Spannung wird mit steigender HF-Eingangsspannung negativer und sorgt für eine Arbeitspunktverschiebung (gleitender Arbeitspunkt) durch die Spitzenwertgleichrichtung der Röhrendiode.

Die Gitterkombination ist für die Audionfunktion nicht zwingend nötig. Nach de Forest steigert die Gitterkombination die Empfindlichkeit.^[8] Ob dies zutrifft, hängt von der Kennlinie des Verstärkerbauteils und der restlichen Schaltung ab.

In der gezeigten Schaltung bilden Innenwiderstand R_i zwischen Anode TA und Kathode TK der Röhre und C3 einen Tiefpass für Niederfrequenz. Der Anodenwiderstand mit einer Impedanz von 4000 Ω ist in diesem Fall ein Kopfhörer, in der Abbildung mit „HOERER“ beschriftet, mit dem die infolge der Amplitudenmodulation hervorgerufenen Schwankungen des Anodenstroms hörbar werden.

Ein Niederfrequenz-Verstärker wird über Koppelkondensator an den Anodenwiderstand der Audionstufe angeschlossen. Diese RC-Kopplung ist bei einer Pentode als Audionröhre üblich. Bei einer Triode als Audionröhre wurde zuerst die Transformator-Kopplung benutzt. Der Übertrager hatte ein Spannungsübertragungsverhältnis von 1:4 und passte den niederohmigen Anodenkreis der Triode an den hochohmigen Gitterkreis der NF-Verstärkerröhre an. Der Übertrager war ein teures Bauteil mit eher schlechtem Frequenzgang, deshalb wurde später auch bei Trioden als Audionröhre die RC-Kopplung benutzt, auch wenn mit Trafo-Kopplung eine höhere Spannungsverstärkung erreicht werden konnte.

Hörfunkempfänger

Loewe Audion OE333

Als Audion wird ein Empfangsgerät als Ganzes bezeichnet, in dem eine Audion-Stufe oder -Schaltung zur Anwendung kommt und diese oft zur Erzielung größerer Lautstärke durch einen HF-Verstärker vor der Audionstufe und einen NF-Verstärker nach der Audionstufe ergänzt wird. Eine übliche Bezeichnung war 0-V-2. Dies bedeutete 0 HF-Verstärkerstufen, Audionstufe und 2 NF-Verstärkerstufen. Das rechts gezeigte Schaltbild des Loewe OE333 Audion zeigt drei Trioden-Systeme. Die linke Triode arbeitet als Audionstufe ohne Gitterkombination, die mittlere als NF-Vorverstärker und die rechte als NF-Endverstärker. Alle drei Trioden-Systeme und die passiven Bauteile C2, C3 und R1 bis R4 waren in einem gemeinsamen Glaskolben untergebracht. Die Loewe Röhre 3NF von 1926 war somit die erste integrierte Schaltung.

Ausnahmen

Gelegentlich ist von einer Audion-Anordnung die Rede, obgleich es sich in Verbindung mit einer Verstärkerwirkung nicht um gleichzeitige Demodulation handelt: in anderen, mit Röhren arbeitenden Schaltungen findet man das Prinzip der Gittervorspannungserzeugung durch Gleichrichtung des Eingangssignals ebenfalls - vor allem bei verschiedenen Oszillatorschaltungen und in Sonderfällen auch bei Verstärkerstufen (insbesondere Senderstufen) erfolgt die Arbeitspunkteinstellung durch Gittergleichrichtung entsprechend der Audionstufe.

Umstrittene Definitionen

Die heute akzeptierte Definition von Audion ist Verstärkung und Demodulation in ein und demselben Verstärkerbauteil. Wird der Begriff Audion als Verstärkerstufe mit Rückkopplung verstanden, dann ist die de-Forest-Audionschaltung von 1907 kein Audion, weil sie ohne Rückkopplung arbeitet. Wird Audion als Verstärkerstufe verstanden, welche mehrere Funktionen gleichzeitig ausführt, dann lässt sich das Audion nicht vom Reflexempfänger abgrenzen.

Geschichte

Anfangszeit des Rundfunks

de Forest Audionschaltung

1907 patentierte de Forest das Audion (siehe Schaltung rechts).^[9] Antenne und Erde werden an Spule I₁ angeschlossen. Der Schwingkreis I₂, C wird induktiv angekoppelt. Die Gitterkombination besteht nur aus dem Kondensator C'. Bei gasgefüllten Röhren macht der Ionenstrom zwischen Gitter und Kathode einen Gitterableitwiderstand unnötig.^[10] In der Audionröhre D bezeichnet F die direkt geheizte Kathode, a das Steuergitter und b die Anode. Im Anodenkreis liegt der Kopfhörer T. Die Heizbatterie wird A bezeichnet, die Anodenbatterie B. Die Bezeichnungen A-Batterie und B-Batterie dürften auf diese Patentzeichnung zurückgehen.

Der RJ-4 von de Forest enthielt eine Audionstufe, aber keinen Schwingkreis, und wurde ab 1909 verkauft.^[11] Der US-amerikanische Funkamateur Paul E. Wallace vertrieb ab 1911 den Wallace Valve Detector, den ersten Audion-Radioempfänger.^[12]

1913 konnten Irving Langmuir und William C. White mit einer Vakuumpumpe nach Wolfgang Gaede die Hochvakuum-Triode Pliotron herstellen.^[13] Die Audionschaltung für Hochvakuumröhren hatte einen zusätzlichen Gitterableitwiderstand und war sonst identisch zur Schaltung für die Audionröhre.

Das Rückkopplungsaudion ohne HF-Verstärker wird bei zu stark eingestellter Rückkopplung zum Sender. Das erzeugte Sendesignal stört benachbarte Empfänger. Um die Probleme zu begrenzen, benötigte man in Deutschland bis 1925 eine Audionversuchserlaubnis der Reichspost.

Die ersten Elektronenröhren hatten Heizfäden aus Wolfram. Die Verstärkung dieser frühen Röhren war bescheiden. Während dem 1. Weltkrieg haben Western Electric und General Electric in USA, Siemens&Halske und AEG in Deutschland, Marconi in England, sowie Grammont und Compagnie Générale des Lampes in Frankreich Hochvakuum-Trioden entwickelt. Nach dem Krieg wurden diese Röhren und ihre Nachfolger in Audions für den Rundfunkempfang eingesetzt. Diese Radios wurden mit einem Bleiakkumulator für die Heizung und einer Trockenzellenbatterie für die Anodenspannung betrieben.

Ein Audion mit ein bis zwei Trioden lieferte genügend Lautstärke für einen Kopfhörer. Frühe Audions für Lautsprecherbetrieb hatten bis zu acht Trioden. Nach der Einführung der Pentode 1927 genügten zwei bis drei Röhren für ein Audion mit Lautsprecherbetrieb. Die Ausgangsleistung war bescheiden. Die Pentode RES164d hatte 0,5 W Sprechleistung mit 10% Klirrfaktor bei 100 V Anodenspannung.

Es wurde eine Vielzahl von Rückkopplungsaudion-Schaltungen entwickelt. Der Superhet-Empfänger ist aber keine direkte Weiterentwicklung des Audions. Einer der ersten Superhets, der RCA Radiola Superheterodyne AR812 von 1924, enthielt eine Audionstufe zur Demodulation. Zu dieser Zeit gab es noch keine Verbundröhren mit Dioden- und Triodensystem. Später kamen beim Überlagerungsempfänger wieder überwiegend Röhrendioden als Demodulator zum Einsatz, so dass die Audionschaltung hier ihre Bedeutung verlor.

Bedeutung zur Zeit des 3. Reiches

Obwohl in den 1930er Jahren der Stand der Empfängertechnik weiter fortgeschritten war, behielt das Audionprinzip weiterhin eine große Bedeutung, da es vor allem in den diversen Typen der Volksempfänger zu finden war. Ein Vorteil war, dass sich die Geräte zu diesem Zeitpunkt billig herstellen und daher zu einem kleinen Preis anbieten ließen, so dass ein immer größerer Teil der Bevölkerung am Rundfunkempfang teilnehmen konnte.

In diesem Sinne soll die im Vergleich zum Superhet schlechtere Empfangsleistung erwünscht gewesen sein, um den Empfang von Sendern aus anderen Ländern zumindest zu erschweren. Später produzierte Volksempfänger waren empfindlicher als ihre Vorgänger.^[14] Diese Produktverbesserung widerspricht der obigen Mutmaßung.

Das Audion in der Nachkriegszeit

Nach dem Zweiten Weltkrieg behielt das Audion zunächst eine gewisse Bedeutung vor allem infolge des Mangels. Nicht von den Siegermächten beschlagnahmte Rundfunkgeräte wurden vielerorts instandgesetzt und mehrere defekte Geräte zu einem funktionsfähigen Gerät zusammengefügt. Die Audionschaltung hatte dabei den Vorteil, dass sie leicht zu durchschauen war und dass kaum Spezialbauteile benötigt wurden.^[15]

Bis in die Nachkriegszeit fand man das Rückkopplungsaudion mit fest eingestellter Rückkopplung in Zwerg- bzw. Kleinsuper genannten Radioempfängern als Zwischenfrequenzstufe zur Verstärkung und Demodulation.^{[16][17][18][19][20]}

Gegenwart

Das erste kommerzielle Transistorradio mit bipolaren Transistoren Regency TR-1 von 1954 benutzte die Superhet-Schaltung. Auch später wurden keine Transistorradios in Audion-Schaltung gebaut – eine Ausnahme bildet das Audion MFJ-8100W, welches zum Empfang von Kurzwellen ausgelegt ist.^[21].

In Fachbüchern und Fachzeitschriften wurden etliche „Audion-Schaltungen“ mit Bipolar-Transistoren vorgestellt.^[22][23] Die Demodulation erfolgt an der gekrümmten Kennlinie der Basis-Emitter-Diode des Transistors. In Einzelfällen wurden dabei in der Literatur auch Schaltungen als „Audion“ bezeichnet, bei denen eine separate Diode zur Amplitudendemodulation diente, wobei zwischen Diode und Verstärkerbauelement dann in der Regel eine Gleichstromkopplung vorlag.

Der Feldeffekttransistor ist als äquivalentes Bauteil zur Elektronenröhre anzusehen. Beide Bauteile sind spannungsgesteuerte (leistungslos gesteuerte) Verstärkerbauteile. Der bipolare Transistor benötigt dagegen eine Eingangsleistung. Das JFET-Gate ist für negative Eingangsspannungen sehr hochohmig (leistungslos), weil der PN-Übergang im JFET dann in Sperr-Richtung betrieben wird. Für positive Eingangsspannungen wird das JFET-Gate niederohmig, weil der PN-Übergang in Durchlass-Richtung arbeitet. Eine Audion-Stufe mit JFET unterscheidet sich kaum von einer Audion-Stufe mit indirekt geheizter Pentode.

Es gibt bis heute Audionbausätze zum Kennenlernen der Rundfunktechnik wie beispielsweise das Ten-Tec Model 1253.^[24] Außerdem findet man zahlreiche Anleitungen, so dass eine gewisse Bedeutung des Audions in der Hobbyelektronik erhalten geblieben ist.

Wirkungsweise

Die Funktionen des Audions als Empfängerstufe oder -Schaltung sind:

• die Demodulation der durch die Antenne empfangenen amplitudenmodulierten Hochfrequenz im aktiven Bauelement, zum Beispiel an der gekrümmten Kennlinie der Steuerelektrode.
• eine NF-Verstärkung des demodulierten Signals.
• meist auch eine Hochfrequenz-Verstärkung der Empfangsfrequenz, wobei diesem Zweck eine üblicherweise von außen einstellbare Rückkopplung dient. Sie verbessert bei geeigneter Justierung infolge der damit einhergehenden Entdämpfung die wirksame Kreisgüte des zur Frequenzselektion dienenden, abstimmbaren Schwingkreises, so dass zugleich die Trennschärfe vergrößert wird.

Das Prinzip ist die Demodulation eines amplitudenmodulierten Signals mit einem Hüllkurvendetektor in Kombination mit einer Verstärkung. Der Zweck dieser Mehrfachnutzung einer Stufe kann die Einsparung (damals teurer) Verstärker-Bauelemente (Röhre, Transistor) sein, aber auch das Ziel eine einfache Schaltung zu erhalten, die sich für Demonstrationszwecke, Bauanleitungen und Bausätze besser eignet.

Gitteraudion

Nachdem weitere Schaltungen zur gleichzeitigen Demodulation und Verstärkung mittels Radioröhren ausgearbeitet wurden, wurden zur Unterscheidung von einigen Autoren die Begriffe Gittergleichrichtung (Gitteraudion), Anodengleichrichtung (Steilaudion) und Gleichrichtung infolge Stromverteilung (Bremsaudion) eingeführt.^[25][26] Das Gitteraudion ist die oben beschriebene Audionschaltung.

Die Gitterkombination kann beim Gitteraudion in verschiedenen Bauformen ausgeführt werden. Bei indirekt geheizten Röhren war eine Parallelschaltung von C und R üblich. Bei direkt geheizten Röhren wurde der Widerstand zwischen Gitter und negatives oder positives Heizfadenende gelegt. Der Kondensator sollte zehnmal größer als die Eingangskapazität des Verstärkerbauteils sein.^[27] Werte von 100 pF und 220 kΩ sind geeignet.

Das Gitteraudion ist für kleine Eingangsspannungen besser als der Anodengleichrichter geeignet. Die Gitterspannung ist höher als beim Anodengleichrichter, dadurch ist auch die Verstärkung höher. Bei größeren Eingangsspannungen tritt neben der Gittergleichrichtung die Anodengleichrichtung auf welche das NF-Signal verzerrt.

Anodengleichrichter

Das Steilaudion oder der Richtverstärker werden unter Anodengleichrichtung behandelt. Im Vergleich zum Gitteraudion ist das Steilaudion schlechter für kleine Eingangsspannungen geeignet, weil unempfindlicher, aber besser für größere Eingangsspannungen geeignet, weil diese mit wenig Verzerrung demoduliert werden können. Die Audionstufe in einem Superhet nach der ZF-Verstärkung war meistens ein Anodengleichrichter. Wegen des Arbeitspunkts des Steilaudions ist der Rückkopplungseinsatz hart. Bei kleiner Änderung des Rückkopplungseinstellers wechselt das Audion abrupt zwischen Verstärkung und Oszillation. Das Steilaudion benötigt eine negative Gittervorspannung. Ein gleitender Arbeitspunkt und damit auch eine Gitterkombination ist beim Steilaudion nicht sinnvoll.

Bremsaudion

Nach Barkhausen liegt beim Bremsaudion das Eingangssignal an der Anode, und das Ausgangssignal wird am Gitter abgegriffen. Der Kathodenstrom I_k war mit typisch 0,5 mA klein, die Anodenspannung mit 3,5 V ebenfalls. Die Gitterspannung war hoch und der Heizstrom so niedrig, dass die Kathode den Sättigungsstrom liefert. Dies gelingt am besten mit einer Wolframkathode. Die Demodulation erfolgt an der gekrümmten Kennlinie von Anodenstrom I_a zu Anodenspannung U_a. Siehe auch Barkhausen-Kurz-Schwingung und Dynatron für weitere Schaltungen mit U_a < U_g.

Rückkopplungsaudion

Das Rückkopplungsaudion, der Regenerativ-Empfänger oder das Ultra-Audion war die Audionschaltung mit der größten Bedeutung. Neben den zwei Funktionen Verstärkung und Demodulation kam noch Mitkopplung (Rückkopplung) hinzu. Die Mitkopplung steigerte die Verstärkung der Audionstufe um den Faktor 10 bis 20 sowie die Trennschärfe durch Entdämpfen des Schwingkreises. Die Triode UX199 von 1925 hatte eine Spannungsverstärkung von lediglich 6,6. Zu einer Zeit, als ein Rundfunkempfänger aus zwei Trioden bestand, war diese Verstärkungssteigerung daher hoch willkommen.

Die Rückkopplung wurde fast gleichzeitig von verschiedenen Personen patentiert. Der Oszillator von Alexander Meißner verwendete Rückkopplung und wurde im April 1913 patentiert.^[28] Die Hochfrequenzverstärkung mit Rückkopplung und anschließender Demodulation wurde im Juli 1913 von Telefunken patentiert.^[29] Im Oktober 1913 hatte Edwin Howard Armstrong seinen regenerative receiver angemeldet, welcher die Röhre auch für die Demodulation benutzt^[30]. Lee de Forest bezeichnete seine Schaltung als ultra audion. Nachdem alle diese Patente von den Patentämtern anerkannt waren, begann ein Rechtsstreit. Armstrong und de Forest stritten bis 1934. Am Ende wurde das Audion-Patent de Forest zugesprochen.

Loewe RO433 Rückkopplungsaudion

Die rechts gezeigte Schaltung des Rückkopplungsaudion Loewe RO433 von 1928 benutzt die Rückkopplung nach Gustav Engelbert Leithäuser. Die Schwingkreisspule L₂ hat eine zusätzliche Rückkopplungswicklung. Das Verstärkerbauteil hat zwischen Eingang und Ausgang eine Phasenverschiebung von 180°. Die Rückkopplungswicklung ist so angeschlossen, dass sich eine weitere Phasenverschiebung von 180° ergibt. Eine Phasenverschiebung von 360° ergibt Mitkopplung beziehungsweise Rückkopplung. Der Drehkondensator C₅ wird als einstellbares Dämpfungsglied benutzt und kontrolliert die Stärke der Rückkopplung. Die korrekt eingestellte Rückkopplung kompensiert die Schwingkreisverluste (Entdämpfung). Wird die Rückkopplung jedoch zu stark eingestellt, arbeitet die Schaltung als Oszillator und sendet selbst Funkwellen aus, sodass der Empfang in der Nachbarschaft gestört werden kann.

Das Rückkopplungs-Audion wurde vom Überlagerungsempfänger verdrängt. Die Gründe waren die schwierige Bedienung des Audions (2-Knopf-Bedienung), die ungenaue Frequenzskala, die Abhängigkeit von der Antenne, die Verzerrungen (Klirrfaktor) bei starken Sendern, die fehlende Schwundautomatik, die relativ geringe Trennschärfe, der rückkopplungsabhängige NF-Frequenzgang sowie die Gefahr der unerwünschten und verbotenen Funkwellen-Ausstrahlung bei zu stark eingestellter Rückkopplung, die zum sogenannten Rückkopplungspfeifen führen. Genau eine solche Rückkopplung ermöglicht es jedoch, auch Morsecode und Einseitenband-Telefonie (SSB) zu empfangen.^[31][32][33]. Das „Rückkopplungspfeifen“ im Kopfhörer wird durch die Differenz der Audionschwingfrequenz und der Trägerfrequenz des zu empfangenden Senders hervorgerufen: wenn beide Frequenzen übereinstimmen, ist die Differenzfrequenz Null und es ist kein Pfeifton mehr zu hören. Das wurde vom Benutzer als Abstimmhilfe verwendet („Einpfeifen“), führte aber zu den bereits genannten Störungen für die Nachbarschaft.

Die Ausstrahlung infolge zu starker Rückkopplung kann durch Begrenzung der Rückkopplung, Entkopplung der Audionstufe von der Antenne durch Hochfrequenzvorverstärker und Abschirmung der Audionstufe verhindert werden. Die Frequenz der Eigenschwingung war bei einfachen Geräten ohne Hochfrequenz-Vorstufe oder bei Geräten ohne Abschirmung sehr von der Umgebung abhängig, so dass sich die Tonhöhe bereits bei Bewegung der Hand des Radiohörers zum Apparat hin veränderte. Dieser Effekt wird auch für eines der ersten elektronischen Musikinstrumente, dem Theremin, ausgenutzt, bei dem anstelle der Senderfrequenz ein zweiter Oszillator zur Überlagerung führt

Pendelaudion

Das Pendelaudion oder der Pendelempfänger werden unter Superregenerativempfänger behandelt. Der größte Vorteil des Pendelempfängers ist die Einknopfbedienung. Es gibt keinen Rückkopplungseinsteller. Der Arbeitspunkt des Rückkopplungsaudions im Pendelempfänger wechselt ständig. Damit wechselt auch die Empfangsfrequenz. Weil eine größere Empfangsbandbreite aufgenommen und in eine kleinere Niederfrequenzbandbreite umgesetzt wird, ist das Rauschen im Kopfhörer größer als bei einem Rückkopplungsaudion. Die höhere Empfindlichkeit des Superregenerativempfängers ist ein Vorteil gegenüber den anderen Audionschaltungen.

Transistoraudion

Das Transistoraudion verwendet Transistoren als Verstärkerbauteile. Ein Transistoraudion wurde zuerst mit Bipolartransistoren aufgebaut, nach dem Erscheinen der Feldeffekttransistoren auch mit diesen. Mit Transistoren wurden Audionschaltungen ohne Rückkopplung und mit Rückkopplung sowie Pendelempfänger aufgebaut. Bei Bipolartransistoren ergibt sich die Demodulation durch die Krümmung der Basis-Emitter-Diodenkennlinie, ähnlich wie bei einem Steilaudion.^[34] Der JFET verhält sich fast wie eine indirekt geheizte Pentode. Negative Halbwellen bringen den PN-Übergang in Sperrrichtung, positive Halbwellen bringen den PN-Übergang in Durchlassrichtung. Nach dem Funkamateur Charles Kitchen funktionieren Transistoraudions mit JFET besser als solche mit Bipolartransistoren.^[35] Heute werden von Funkamateuren und Hobbyelektronikern neben Audions auch Superhetempfänger oder Software-Defined-Radio-Empfänger gebaut, weil die nötigen Bauteile wie Integrierte Schaltungen und Quarzfilter kostengünstig verfügbar sind.

Audion mit Bipolartransistor

Das rechts gezeigte Audion mit Bipolartransistor arbeitet ohne Rückkopplung. Der Schwingkreis besteht aus L1, L2 und C1. Die beiden Spulen L1 und L2 bilden einen Spartransformator. Die HF-Spannung an L2 ist nur ein Bruchteil der HF-Spannung an C1. Dafür kann an L2 ein höherer Strom dem Schwingkreis entnommen werden. Der Bipolartransistor hat in Emitterschaltung eine niedrige Eingangsimpedanz. Durch den Spartrafo wird die Basis an den Schwingkreis angepasst. Die Gitterkombination besteht aus R1, R2 und C2. Mit dem einstellbaren Widerstand R1 wird die bestmögliche Demodulation eingestellt. Die Widerstände sind am Pluspol der Batterie BAT angeschlossen. Ein npn-Transistor benötigt eine positive Spannung an der Basis. Die Kapazitäten im Transistor können mit Induktivitäten außerhalb des Transistors unerwünschte Schwingkreise bilden. R3 liegt als Serienwiderstand in diesen Schwingkreisen und dämpft wilde Schwingungen der unerwünschten Schwingkreise. R4 ist der Arbeitswiderstand. Aus dem schwankenden Kollektorstrom wird durch R4 eine schwankende Spannung am Kollektor. Der Tiefpass L3, C3 lässt nur die Niederfrequenz passieren. Über den Koppelkondensator C4 wird die NF gleichspannungsfrei dem Verbraucher RL zugeführt.

Rückkopplungsaudion mit JFET

Das Rückkopplungsaudion mit JFET arbeitet in der von F. H. Schnell vorgestellten Schaltung. Der Schwingkreis besteht aus L1A, L1B und C1. Die Antenne wird über C2 angekoppelt. Wie beim Audion mit Bipolartransistor bilden die Spulen L1A und L1B einen Spartrafo. Durch den niederohmigen Anschluss der Antenne wirkt sich die Antennenkapazität weniger stark auf den Schwingkreis aus, als wenn die Antenne hochohmig an C1 angeschlossen würde. Die Gitterkombination besteht aus R2 und C4. Die Rückkopplung erfolgt vom Drain des FET über den Kondensator C3 auf die Rückkopplungsspule L1C. Der einstellbare Widerstand R1 bestimmt die Stärke der Rückkopplung. Bei der Schnell-Schaltung liegen die Bauteile zur Einstellung von Frequenz und zur Rückkopplung mit je einem Anschluss an Masse. Das reduziert die Empfindlichkeit gegen Handkapazität. Die HF-Drossel L2 verhindert, dass die Hochfrequenz am Drain über R3 oder C7 kurzgeschlossen wird. R3 ist der Arbeitswiderstand, an dem über C7 die Niederfrequenz ausgekoppelt wird. R4 sorgt für eine kleine positive Spannung am Source beziehungsweise für eine negative Gate-Vorspannung ähnlich der automatischen Gittervorspannungserzeugung oder Arbeitspunkteinstellung bei Elektronenröhren. C5 und C6 dienen der Abblockung beziehungsweise verhindern eine Stromgegenkopplung von R4.

Reflexaudion

„Reflexaudion“-Transistorschaltung

Das Verstärkerbauteil im Rückkopplungsaudion ist so geschaltet, dass sich ein negativer differentieller Widerstand oder eine fallende Kennlinie ergibt. Beim Reflexempfänger werden unterschiedliche Signale (HF und NF) im gleichen Verstärkerbauteil verstärkt. Am Eingang werden die Signale überlagert, am Ausgang wieder getrennt. Für die Demodulation wird ein eigenes Bauteil (Diode) verwendet. Bei einem linearen Verstärker beeinflussen sich die überlagerten Signale nicht gegenseitig. Audion bedeutet neben Verstärkung auch Demodulation im gleichen Bauteil, und Demodulation benötigt eine gekrümmte Kennlinie. Ein Reflexaudion kann nur ein schlechter Kompromiss sein. Die Verstärkung muss soweit linear sein, damit das Reflex-Prinzip noch funktioniert, und gleichzeitig genügend nicht linear sein, damit das Audion-Prinzip schon funktioniert.

Das rechts gezeigte „Reflexaudion“ zeigt einen Reflexempfänger mit Rückkopplung.^[36] Die Verwendung des Begriffes Reflexaudion wird kontrovers diskutiert. Es gibt Hinweise, dass mit dieser Bezeichnung ursprünglich Schaltungen gemeint sein könnten, die in Abhängigkeit von der Signalstärke vom Reflex- zum Audionempfang übergehen.

Literatur

• H. Barkhausen: Elektronen-Röhren 4.Band Gleichrichter und Empfänger. 6. Auflage. S.Hirzel, Leipzig 1951.
• Friedrich Benz: Einführung in die Funktechnik. 3. Auflage. Springer Verlag, Wien 1944.
• Rolf Wigand: Richtig rundfunkbasteln, Teil 1, Einfache Empfänger vom Detektor zum Rückkopplungs-Audion. 5. Auflage. Hachmeister & Thal, Leipzig 1942.
• Funktechnik Jahressammelmappe 1948: Schaltungsbeschreibungen, Marktübersicht.

Weblinks

 Commons: Audion – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Eine alte Originalschaltung

Quellen

1. ↑ L. de Forest, US Patent 879532, Space Telegraphy, angemeldet 29. Jan. 1907
2. ↑ RJ-4 Empfänger, Sammlung Roger DeForest
3. ↑ OE333 Empfänger, Sammlung H.-T. Schmidt
4. ↑ L. de Forest, US Patent 841387, Device for Amplifying Feeble Electrical Currents, angemeldet 25. Okt. 1906, Fig. 2
5. ↑ L. de Forest, US Patent 879532, Space Telegraphy, angemeldet 29. Jan. 1907, Fig. 1
6. ↑ Wolfgang Holtmann, Die Geradeaus-Empfänger, Abschnitt 4. Die Funktion des Audions
7. ↑ Helmut Schweitzer, Funkschau, Heft 22/1988, Audion - Kleinsuperhet, Abschnitt Physikalische Grundlagen
8. ↑ L. de Forest, US Patent 879532, Space Telegraphy, angemeldet 29. Jan. 1907, Seite 1, Zeile 104: find that the presence of said condenser produces a great increase in the sensitiveness
9. ↑ Patent US879532: Space Telegraphy. Angemeldet am 29. Januar 1907, Erfinder: Lee de Forest (Das Audion).
10. ↑ L. de Forest, US Patent 841387, Device for Amplifying Feeble Electrical Currents, angemeldet 25. Okt. 1906, Seite 2, Zeile 54: "an evacuated vessel inclosing a sensitive conducting gaseous medium"
11. ↑ Roger Deforest Internetseite Link
12. ↑ Anzeige für Wallace Valve Detector, Modern Electronics. November 1912.
13. ↑ Pliotron, Sammlung Udo Radtke
14. ↑ Rainer Steinführ, „Zumindestens nachts war oft Europa-Empfang möglich“. Link
15. ↑ Otto Kappelmeyer, Geradeausempfänger Reparatur-Praktikum, 1947, Jacob Schneider Verlag, Berlin-Tempelhof
16. ↑ Helmut Schweitzer, Funkschau, Heft 22/1988, Audion - Kleinsuperhet
17. ↑ Werner W. Diefenbach, Standardschaltungen der Rundfunktechnik,1942
18. ↑ Karl Schultheiss, Der Kurzwellenamateur, 5. Auflage von 1955, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung W. Keller & Co., Stuttgart
19. ↑ „Transistor-Praxis“, Heinz Richter, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung 1959, S. 129,
20. ↑ Hans-Joachim Fischer, Amateurfunk - ein Handbuch für den Kurzwellenamateur, 1962, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung W. Keller & Co., Stuttgart
21. ↑ MFJ Enterprises MFJ-8100W Produktseite (englisch) Link
22. ↑ Heinz Richter, Neues Bastelbuch für Radio + Elektronik, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart 1957
23. ↑ Karl-Heinz Schubert, Amateurfunk, Militärverlag der Deutschen Demokratischen Republik, Berlin, 5. Auflage 1978
24. ↑ Ten-Tec, Model 1253 Produktseite (englisch)
25. ↑ H. Barkhausen, „Elektronen-Röhren 4. Band Gleichrichter und Empfänger“, S. Hirzel Verlag 1937, S. 97 ff.,
26. ↑ Radio-Praktikum, I. Gold, Verlag Hallweg Berlin, 3. Auflage 1948, S.162/163
27. ↑ H. Barkhausen, „Elektronen-Röhren 4. Band Gleichrichter und Empfänger“, S. Hirzel Verlag 1937, S. 181, Formel (149),
28. ↑ Telefunken, Alexander Meissner, DE Patent 291604, "Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen", patentiert 10.Apr.1913
29. ↑ Telefunken, DE Patent 290256, Empfangseinrichtung für drahtlose Telegraphie, patentiert ab 16. Jul. 1913
30. ↑ E. H. Armstrong, US Patent 1113149, Wireless Receiving System, angemeldet 29. Okt. 1913, Seite 1, Zeile 58: "transfer of energy from the wing circuit to the grid circuit, thereby reinforcing the high frequency oscillations in the grid circuit"
31. ↑ Drahtlose Telegraphie,Johannes Wiesent, Verlag von Ferdinand Enke 1919, S.28 Der Schwebungsempfang
32. ↑ ARRL Handbook, Kirk A. Kleinschmidt, American Radio Relay League, 1990, S.12-7, ISBN 0-87259-167-0
33. ↑ Principles and Practice of Radio Servicing, H.J Hicks, M.S., McGraw-HILL BOOK COMPANY 1943 Second Edition, S.176
34. ↑ Heinz Richter, Neues Bastelbuch für Radio und Elektronik, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart, 1957, Seiten 23, 24 und 25
35. ↑ Charles Kitchen, N1TEV, Regenerative Receivers Past and Present, Communications Quarterly, Fall 1995, "Bipolar detectors ... the devices I've built never seem to work as well as any of my JFET designs"
36. ↑ Schaltung nach: Hagen Jakubaschk „Radiobasteln - leicht gemacht“ 1964, Kinderbuchverlag der DDR, Seite 318 Abb.200 (Vom Autor wird diese Schaltung auf der Seite 319 als Reflexaudion und als Einkreiser bezeichnet)