Das nachfolgend beschriebene Experimentier-Netzteil eignet sich für Röhrenschaltungen und als Grundlage für einen Röhrenprüfer. Je nach Dimensionierung kann die Spannung zwischen 1 und 250 Volt eingestellt werden. Die Strombegrenzung lässt sich je nach der Bauteiledimensionierung, der Leistung des verwendeten Netztrafos und der Größe des Kühlkörpers von 30 bis 260 mA einstellen. Als Potenziometer können leicht beschaffbare lineare Typen mit einer Belastung von 0,25 Watt eingesetzt werden. Es kommen nur leicht beschaffbare Bauteile zum Einsatz.
Warnhinweise: Der Nachbau erfolgt auf eigene Gefahr. Wer diese Schaltung nachbaut, muss die Sicherheitsregeln einhalten. Die Spannungen der Schaltung sind lebensgefährlich und betragen bis zu 400 Volt. Bei falscher Dimensionierung besteht Brandgefahr. Kondensatoren können bei falscher Dimensionierung explodieren. Umherfliegende Teile können die Augen verletzen. Insbesondere ist auf die richtige Polung der Elkos zu achten. Auch nach dem Ziehen des Netzsteckers können die Kondensatoren gefährlich hohe Spannungen aufweißen. Die Dimensionierung der Schaltung ist nur als Vorschlag und Experiment zu verstehen und garantiert keinesfalls einen sicheren Betrieb. Beim Hantieren an der Schaltung würde ich nur mit Schutzbrille arbeiten und immer eine Hand in die Hosentasche stecken.
Stromlaufplan meines Netzteils. D8 könnte eigentlich entfallen, da eine solche Schutzdiode bereits im IRF840 integriert ist. Die Kathode von D9 könnte mit dem Kollektor von T2 verbunden werden. Dies habe ich jedoch noch nicht ausprobiert.
Schaltungsbeschreibung: Es handelt sich um ein längsgeregeltes Netzteil mit einstellbarer Ausgangsspannung und einstellbarer Strombegrenzung. Mit P1 wird die Spannung eingestellt, mit P2 die Strombegrenzung. Anregungen für diese Schaltung habe ich mir unter http://www.roehrenkramladen.de/hboexp4/hboexp4.htm geholt. Dort ist eine ähnliche Schaltung beschrieben, welche ich für meine Zielsetzungen modifiziert habe. Das Prinzip der Schaltung ist ebenfalls als Grundschaltung klassisch aufgebaut und in den Standardwerken zur Elektronik beschrieben.
Konstruktiver Aufbau des Netzteils mit großem Kühlkörper und der Verdrahtung auf einer Lochrasterplatte.
Die freie Verdrahtung erlaubt Gestaltungsmöglichkeiten für Experimente.
Dieses Bild soll eine Mahnung zur Vorsicht sein. Auf Grund mangelnder Spannungsfestigkeit explodierte dieser Entbrummkondensator und zerstörte weitere Gleichrichterdioden.
Maßnahmen zum Entbrummen: Da ich das Netzteil auch für den Betrieb von Lang- und Mittelwellenempfängern verwenden möchte, mussten die vier Dioden 1N4007 des Brückengleichrichters durch Parallelschaltung von Entbrummkondensatoren entbrummt werden. Für C1 bis C4 gehen erfahrungsgemäß Werte von 4,7 bis 22 nF. Die Spannungsfestigkeit muss zur Sicherheit 1000 Volt betragen. Falls einer dieser Kondensatoren durchschlägt, werden auch die Dioden des Brückengleichrichters in Mitleidenschaft gezogen. Dies hatte in meinem Fall einen Kurzschluss einer Diode zur Folge. Normalerweise zeigt eine überlastete Diode eine Unterbrechung auf.
Ladespannung am Siebelko: Als Netztrafo verwendete ich einen solchen aus einem alten Röhrenradio. Die Wicklung für die Anodenspannung wurde ursprünglich für Selengleichrichter dimensioniert, welche einen Spannungsabfall von etwa 20 Volt erzeugen. Ein Brückengleichrichter aus Siliziumdioden erzeugt aber nur einen Spannungsabfall von unter 2 Volt. Die Folge ist, dass sich der Ladekondensator auf 395 Volt auflädt. Die meisten erhältlichen Elkos vertragen aber nur 350 Volt. Deshalb wurden zwei Elkos aus alten Schaltnetzteilen (C6 und C7) zu je 200 Volt Spannungsfestigkeit in Serie geschaltet. Damit die Spannungsaufteilung gleichmäßig verteilt ist, erhält jeder Kondensator noch einen Parallelwiderstand von 220 kOhm bis 470 kOhm.
Referenzspannung: Der Vorwiderstand R3 für die Zenerdioden D5 bis D7 wurde auf 56 kOhm erhöht, um die Verlustleistung dieser Zenderdioden auf je maximal 330 mW zu begrenzen. Je höher R3 ist, desto instabiler kann sich die Schaltung verhalten. Am Punkt „C“ liegt die stabilisierte Referenzspannung von etwa 251 Volt an. Diese Referenzspannung kann beim Bau eines Röhrenprüfers für ein weiteres stabilisiertes Netzteil genutzt werden, welches die Schirmgitterspannung zur Verfügung stellt.
Schwingneigung unterbinden: Mein Aufbau erfolgte auf einer Lochrasterplatte. Zudem sind die Kabel zu den Potenziometern und zum MOSFET recht lang. Es können wie in meinem Fall Rückkopplungen auftreten, die aus dem Netzteil einen HF-Generator machen. Beim Durchstimmen eines Radios von Langwelle bis UKW stellte ich Pfeifgeräusche auf UKW fest. Abhilfe schaffte der zusätzliche Einbau von R5. Sein Wert hat etwa 220 Ohm. Laut meinen Notizen habe ich 270 Ohm verwendet. Der Trick ist von NF-Röhrenschaltungen bekannt. Dort werden in die Steuergitter-Zuleitung niederohmige Widerstände zur Unterdrückung wilder Schwingungen eingebaut. In diesem Fall ist es das Gate des MOSFET IRF840. Die Funktion des Vorwiderstands lässt sich wie folgt erklären. Wie bei einer Röhre hat auch ein MOSFET Kapazitäten zwischen den Elektroden. Dadurch fließt ein hochfrequenter Strom durch das Gate. R5 bildet zusammen mit der Eingangskapazität einen Tiefpass, wodurch die Schwingneigung verhindert wird.
Kühlung des MOSFET: Die Verlustleistung des MOSFET ist erheblich. Der ungünstigste Fall liegt bei 1 Volt Ausgangsspannung und einem Strom von 250 mA. Dann muss der kleine MOSFET im TO-220-Gehäuse über 60 Watt abführen. Selbst mit einem riesigen Kühlkörper und einem Lüfter ist dies in der Praxis für den Dauerbetrieb nicht zu schaffen. Bei Überhitzung schlägt der MOSFET durch und es liegen schlagartig über 300 Volt am Ausgang an. Wer also denkt mit diesem Netzteil auch Transistorschaltungen mit Kleinspannungen betreiben zu wollen, wird diese Transistorschaltungen mit diesem Netzteil früher oder später zerstören.
Belastungstest mit einer 25-Watt-230-Volt-Glühbirne: Bei einer Verlustleistung von 17,6 Watt heizt sich der Kühlkörper auf bis zu 46° C auf. Diese Verlustleistung entsteht zum Beispiel bei 80 mA und 140 Volt am Ausgang. An den Lade-Elkos direkt hinter dem Gleichrichter liegen dann 356 Volt an. Im Leerlauf sind es sogar 390 Volt. Beim Betrieb einer 60-Watt-Glühbirne (250 mA) schlug auf Grund von Überhitzung der MOSFET nach etwa 20 Minuten Dauerbetrieb durch.
Der MOSFET ist „servicefreundlich“ auf dem Kühlkörper angebracht.
Montage des MOSFET: Der IRF840 ist isoliert mit einer Isolierscheibe, einem Isoliernippel und Wärmeleitpaste auf dem Kühlkörper zu montieren. Ohne Isolation wäre der Kühlkörper mit dem Drain des IRF840 verbunden. Es läge dann die volle Spannung des Sieb-Elkos am Kühlkörper an. Die Bohrung auf dem Kühlkörper ist natürlich zu entgraten.
Strombegrenzung: Die Strombegrenzung ist ein sehr wichtiger Sicherheitsaspekt. Mit dem Potenziometer P2 wird die Strombegrenzung eingestellt. Die Grenzen der Strombegrenzung lassen sich durch R8 und R7 verändern. In der ursprünglichen Schaltung hatte R8 einen Wert von 20 Ohm. Die notwendige Verlustleistung ist zu beachten. An Stelle des BC550 können auch andere Kleinleistungs-Silizium-NPN-Transistoren eingesetzt werden.
Die Bestückung der Platine von oben betrachtet.
Innenwiderstand des Netzteils: Der differentielle Innenwiderstand des Netzteils ist praktisch identisch mit dem Widerstand R8. Damit ist der Innenwiderstand wesentlich geringer als bei ungeregelten Netzteilschaltungen, wie sie in alten Röhrengeräten zur Anwendung gekommen sind.
Innenansicht des noch nicht verdrahteten Netzteils im Holzgehäuse.
Netzteil im Holzgehäuse. Später soll das Gerät zu einem Röhrenprüfer ausgebaut werden, weshalb die vielen Bohrungen auf der Frontplatte bereits vorbereitet sind. Für die Spannung- und Strommessung werden Multimeter angeschlossen. Die Front besteht aus 3 mm Buchensperrholz und wurde auschließlich mit Holzbohrern gebohrt. Anschließend wurde sie mit seidenmattem Acryllack mit dem Pinsel gestrichen. Schließlich wurde der Lack mit 60er Schleifpapier geglättet.
Das stabile Holzgehäuse is 200 mm tief und besteht aus 18 mm dicken, alten Regalbrettern. Die Front besteht aus 3 mm dickem Sperrholz. Es ist noch genügend Platz für Erweiterungen vorgesehen. Der Kühlkörper wurde mit zwei M3-Schrauben befestigt. Dazu bekam der Kühlkörper zwei M3-Gewindebohrungen geschnitten.
Ein paar Ideen zur Schaltungsmodifikation: Parallelschaltung von zwei IRF840 mit Widerständen für den Stromausgleich in den Drain-Zuleitungen. Einbau eines zusätzlichen Widerstands nach dem Siebkondensator zur Begrenzung der Verlustleistung des MOSFET. Einbau eines Lüfters. Überhitzungsschutz, welcher ab einer bestimmten Temperatur den Strom unterbricht.
Nachtrag: Inzwischen ist das Projekt wie ursprünglich geplant zu einem Röhrenprüfer erweitert worden.
Der selbst gebaute Röhrenprüfer im Einsatz.