der Winter naht, da ist es Zeit für ein neues Projekt. Nach dem 'Recycling Audion' ist nun ein Spitzensuper an der Reihe, diesmal in Transistortechnik, damit er portabel ist und so ausserhalb des Störnebels seine Qualitäten zeigen kann. Batterieröhren wären natürlich eine Option gewesen, aber recht teuer, und Transistoren sind ja nicht grundsätzlich schlecht...
Geplant ist ein Superhet mit abgestimmter HF-Vorstufe mit 2 Kreisen, einem halbsymmetrischen Mischer, ein 6-kreisiger ZF-Verstärker und neben dem Hüllkurven-Demodulator auch einen Synchrondemodulator mit BFO, so dass neben Synchron-AM auch CW und SSB empfangen werden kann. Frequenzmässig soll er den (V)LF-Bereich von 10..300kHz, MW und mindestens den unteren KW-Bereich bis etwa 10MHz abdecken. Abgestimmt wird mit einem Dreifach-Drehko, der schon jahrelang darauf wartet.
Damit die Schwundregelung spitzenmässig arbeiten kann, wird die Gesamtverstärkung sehr grosszügig ausgelegt, so dass bereits das Eigenrauschen für Vollaussteuerung genügen dürfte. Auf diese Weise sind alle Sender gleich laut und Schwunderscheinungen hört man höchstens am veränderten Rauschen, so wie man es bei den professionellen Geräten kennt.
Der ZF-Teil existiert bereits und ist mittlerweile so gezähmt, dass er das macht, was er soll. Der Schaltplan ist im Anhang. Die Gesamtverstärkung beträgt bei voller Verstärkung ca. 100dB, was ein ordentliches Potential für wilde Schwingungen bietet. Heute hatte ich noch mit der Regelung experimentiert, was sehr gut funktionierte. Bei 1uV am Eingang gibt es etwa 300mV am Ausgang, und ab 10uV wird die Spannung konstant auf etwa 2V gehalten, die Übersteuerungsgrenze liegt bei über 100mV. Die Schaltung ist gleich wie bei Röhrengeräten, wobei an Stelle der Pentoden Kaskode-Stufen mit einem JFET und einem Bipolartransistor eingesetzt werden. Diese verhalten sich sehr ähnlich wie Pentoden, haben eine enorme Verstärkung und sehr hohe Ein- und Ausgangswiderstände. Da die Schaltung sehr hochohmig ist, muss darauf geachtet werden, dass es keinerlei Kopplungen zwischen Ein- und Ausgang gibt, ein Abschirmblech kann nicht schaden. Die Schwingkreise der Bandfilter sind kapazitiv gekoppelt, so kann man einfach mit dem Kopplungsfaktor spielen. Der Ausgang mit T5 ist eine 'halbe' Kaskode, die obere Hälfte kommt dann zum Demodulator und Schwundregelung. So können die beiden Teile einfach mit einem abgeschirmten Kabel verbunden werden, der der Verbindungspunkt der beiden Transistoren der Kaskode sehr niederohmig und auch nicht empfindlich auf Kapazitäten ist. Die Regelspannung (AGC) ist negativ im Bereich 0..-4V und wurde testweise direkt durch Gleichrichtung aus der hochtransformierten Ausgangsspannung erzeugt, was ganz gut funktionierte.
Hier noch der Frequenzgang des ZF-Verstärkers, der kann sich sehen lassen:
Als Vergleich noch die Variante mit nur 4 Kreisen, wie man es in den Röhren-Standardgeräten antrifft. Der Unterschied in der Flankensteilheit ist recht beachtlich (gleiche Skalierung):
Aks Mischer kommt entweder ein Diodenmischer oder ein halbsymmetrischer aktiver Mischer (eine halbe Hilbert-Zelle) zum Einsatz. Diese haben beide die Eigenschaft, dass mindestens theoretisch das Eingangssignal am Mischerausgang komplett unterdrückt wird und so ZF-Durchschläge vermieden werden. Ein 'normaler' Mischer wie die üblichen 1-Transistor-Schaltungen oder auch eine Hexode verstärken das Eingangssignal ja bekanntlich ganz ordentlich, daher haben die besseren Empfänger einen Saugkreis am Eingang, der Signale im Bereich der ZF unterdrücken. Die HF-Vorstufe wird gleich wie eine ZF-Stufe aufgebaut, einfach abstimmbar. Damit sich die Anzahl Wellenbereiche in einem vernünftigen Bereich halten, ist vorgesehen, der Bereich von 10..300kHz als ein Wellenbereich zu realisieren, wobei der HF-Teil dann ein fix eingestellter Tiefpass hat, der nur die Spiegelfrequenzen unterdrückt.
Als Antennen gibt es eine eingebaute Ferritantenne (abschaltbar) und einen 50-Ohm-Koax-Anschluss.
!!!
Fotos, Grafiken nur über die
Upload-Option des Forums, KEINE FREMD-LINKS auf externe Fotos.
!!! Keine
Komplett-Schaltbilder, keine Fotos, keine Grafiken, auf denen
Urheberrechte Anderer (auch WEB-Seiten oder Foren) liegen! Solche Uploads werden wegen der Rechtslage kommentarlos gelöscht!
Keine Fotos, auf denen Personen erkennbar sind, ohne deren schriftliche Zustimmung.
heute hatte ich mal mit der Synchron-Demodulation experimentiert. Das Ganze funktioniert grundsätzlich, aber der VFO taugt nichts (der vom 4046, ist wohl an seinem frequenzmässigen Limit). Somit ist ein anständiger VFO angesagt, ist bei dieser Frequenz ja nicht allzu schwierig (LC-Oszillator mit Varicap). Für den Phasenvergleich und die Demodulation habe ich einen 4053 verwendet. Wenn der VFO dann richtig funktioniert, kann ich das Ganze mal mit dem ZF-Ausgang des Rigoletto füttern, um realistische Signale zu haben, um die Qualität zu begutachten.
Die Verstärkungsregelung funktioniert jetzt gut, so dass ich für diesen Teil eine Leiterplatte machen kann, so gibt es ein Provisorium weniger, und die UHF-Transistoren quittieren mangelhaften Aufbau gnadenlos mit UHF-Schwingungen... ich wechsle wohl am besten auf das analoge Oszi, dort ist bei 40MHz Schluss, dann sieht man die Schwingungen nicht mehr
ich habe mal an der Synchrondemodulation gearbeitet. Für den Phasenvergleich und die Synchrondemodulation verwende ich einen 4053 (ein Umschalter für den Phasenvergleich und einen für die Demodulation). Als Oszillator verwende ich ganz konventionell einen LC-Oszillator, der mit einer Kapazitätsdiode abgestimmt wird, nachdem der Versuch mit dem VFO im 4046 kläglich gescheitert ist
Der Abstimmbereich (Fangbereich) ist noch etwas (zu) knapp, er beträgt nur etwa 5kHz. Mit den Toleranzen dürfte das zu spitz sein, und der Oszillator soll ja im gesamten ZF-Durchlassbereich einrasten können, damit die Sendersuche einfach bleibt. Das Resultat kann sich aber durchaus sehen lassen. Schon bei weniger als 100mV HF rastet er ein, und bis 2V bleibt alles gut, und mehr Spannung liefert der ZF-Verstärker nicht. 100% Modulation bringt den Oszillator auch nicht aus dem Tritt, und die Verzerrungen im NF-Signal sind deutlich unter 1% und dürften im Bereich der Messgrenze sein.
Hier noch eine Langzeitmessung. Das mit 100% amplitudenmodulierte Signal ist in Falschfarben dargestellt, die beiden weissen Linien sind die Grenzen für einen Fehler. Man sieht, dass die Phase trotz extremer Modulation (und mit 10Hz sehr tiefer Modulationsfrequenz) praktisch konstant bleibt (die Nulldirchgänge sind immer am selben Ort). Als Trigger diente das durch die PLL stabilisierte Oszillatorsignal, so dass sich ein Synchronisationsfehler in einer Phasenverschiebung bemerkbar machen würde, womit die Kurve in den 'verbotenen' Bereich rutschen würde.
Als Nächstes folgt die definitive Lösung der Schwundregelung, dann kann der Synchrondemodulator an den ZF-Verstärker angeschlossen werden, so dass er realistischere Signale bekommt. Als Signalquelle kommt z.B. der Rigoletto in Frage, dort kann das ZF-Signal an der Anode der Misch-Hexode angezapft werden.
es geht weiter. Die Regelspannungs-Erzeugung ist jetzt fertig und auf dem ZF-Verstärker montiert:
Die Schaltung ist im PDF (AGC) angehängt und nicht allzu aufregend. T1 bildet die Ausgangsseite der letzten Kaskode des ZF-Teils, der untere Transistor ist auf der ZF-Schaltung (siehe ersten Beitrag). Diese Kaskode dient als Regelverstärker und ist hier ganz praktisch, weil die Regelspannung negativ sein muss, und somit für einen Regelverstärker nach der Gleichrichtung eine negative Versorgungsspannung notwendig wäre. Der Trafo im Kollektorkreis ist ein Breitbandübertrager, der die Spannung verdreifacht. Anschliessend wird die ZF-Spannung mit D1 und D2 gleichgerichtet und dabei verdoppelt. C3 glättet die Regelspannung, zur Verlangsamung der Regelung (für SSB und CW) kann hier ein weiterer Kondensator hinzugeschaltet werden. Die Spannung an 'AGC out' beträgt etwa -3V. Da T1 ein recht potentes Kerlchen ist, muss die Verbidung von C1 mit der Basis und Masse so kurz wie möglich sein, sonst schwingt es im UHF-Bereich. Dies sieht man mit passenden Messgeräten, alternativ erkennt man es daran, dass die Ausgangsspannung ändert, wenn man die Basis mit einer Mess-Strippe berührt. Notfalls hilft eine kleine Induktivität (Ferritperle) in der Emitterleitung. Die Regelung ergibt eine konstante ZF-Ausgangsspannung (3dB) ab ca. 50uV am ZF-Eingang.
Mit dem Synchrondemodulator habe ich ausgiebig Versuche gemacht, die Schaltung ist ebenfalls angehängt (Demodulator.pdf). T1 bildet hier einen Oszillator, L1 definiert zusammen mit C2, C1 und D1 die Frequenz. Über D1 kann die Frequenz etwa 100kHz verändert werden. Es ist zu beachten, dass der Oszillator auf der doppelten ZF schwingt. Mit IC1 (zwei Flipflops) werden zwei um 90° versetzte Taktsignale mit der halben Frequenz, also der ZF, gebildet. IC3A wird dabei als Inverter für das Taktsignal missbraucht, so spart man sich ein IC. Das eine Taktsignal füttert IC3B, das andere IC3C. Diese beiden Schalter arbeiten als analoge Mischer, an den Ausgängen erscheint das mit der ZF gemischte Taktsignal. Durch die Regelung ist das Taktsignal für IC3C in Phase mit der ZF, somit entsteht dort die NF, welche über den Tiefpass L3/R8/C12 als NF2 rausgeht. Das Taktsignal von IC3B ist gegenüber dem Träger um 90° in der Phase gedreht. Das bewirkt, dass das Ausgangssignal bei korrekter Phasenlage Null ist und bei Abweichungen positiv oder negativ wird. Dieses durch R9 und C13 von der HF befreite Fehlersignal wird im PI-Regler IC4A verstärkt und dient als Abstimmspannung für den Oszillator. Mit R11 kann die Soll-Phasenlage genau eingestellt werden. Für SSB kann statt dem Regelsignal über S1 auch eine externe Spannung (V BFO) eingespeist werden. Da die Mischer IC3B/C keine negativen Spannungen vertragen, wird die Spannung mit R4 und R6 auf 2.5V angehoben. L2 ist ein Breitband-Übertrager, der die beiden gegenphasigen Eingangssignale für die Mischer liefert. D1 mit Umgebung ist noch der konventionelle Hüllkurven-Demodulator, er liefert das NF-Signal NF1.
Hier noch eine Messung mit einem realen MW-Sender (als Front-End diente mein Biennophone, das ZF-Signal wurde direkt an der Anode der Mischröhre abgenommen). Gelb ist das ZF-Signal am Demodulator-Eingang, hellblau das synchronisierte Taktsignal, das hier zur Triggerung verwendet wurde. Man sieht, dass es sauber synchron ist, trotz des relativ starken Rauschens des ZF-Signals.
Hier noch das Spektrum am NF-Ausgang, empfangen wurde ein schwacher Gleichwellensender. Im Zeitbereich (oberer Teil) sieht man die 5Hz-Schwebung der beiden Gleichwellensender, die etwa gleich stark ankamen. Im Spektrum sieht man das NF-Signal vom Sender mit 4.5kHz-Bandbreite, danach Restsignale, weil das Bandfilter noch etwas zu breit ist, und bei 8kHz ist schon sehr dicht. Der schwache Peak bei 9kHz ist einer der beiden Nachbar-Träger.
Als nächstes wird der Demodulator auf eine Leiterplatte aufgebaut und optimiert, danach ist das HF-Frontend und der Mischer mit Oszillator dran. Der Demodulator kann übrigens mit jedem (guten) Empfänger mit einer ZF unter etwa 600kHz verwendet werden. Beim Aufbau ist zu beachten, dass die erzeugten Oszillatorsignale keinen Weg nach aussen finden, sonst empfängt man diese statt den Sendern.
heute habe ich mal noch einen schnellen Versuch für das Front-End gemacht. Hier ist vor allem die Frage, ob ein Dioden-Ringmischer oder doch lieber aktiv. Da ich noch einen SBL1 herumliegen hatte, machte ich damit einen Versuch, als Oszillator diente der Arbiträrgenerator, der liefert das Signal mit dem korrekten Pegel bis 25MHz. Eingangsseitig gab es für den ersten Versuch keinerlei Selektion. Mit dem Marconi-Mess-Sender gab es bei 10MHz eine Empfindlichkeit von ca. 5uV, und ab 100uV (bei 50 Ohm) war der Empfang rauschfrei. Nach diesen Messungen schloss ich ein 50cm langes Laborkabel am Eingang an und hatte ausgezeichneten KW-Empfang, und auch auf MW ging etwas, wobei nicht die Empfindlichkeit, sondern der Störnebel den Empfang beeinträchtigte. Mit der Aussenantenne war der Empfang dann je nach Sender teilweise sehr gut, das Problem ist die fehlende Vorselektion, neben der Spiegelfrequenz gibt es auch bei jeder Oszillator-Oberwelle bis in den UKW-Bereich jeweils zwei Empfangsstellen, was zu entsprechenden Störungen führt.
Auf Grund dieser Erkenntnisse ist ein Diodenmischer gesetzt, zumal der relativ einfach zu bauen ist, der SBL1 ist wegen der Mindestfrequenz von 1MHz ungeeignet. Daneben wird mal eine provisorische Vorselektion gezimmert, um das Potential des Empfängers auszuloten, so kann auch die notwendige Verstärkung der Vorstufe bestimmt werden.
Hallo HB9 - auch wenn ich nichts dazu beitragen kann, ich lese sehr gespannt mit und freue mich über das Projekt. Ich werd mir nachher mal noch alles durchlesen. Hast du Platinen geplant?
das kommt alles auf Leiterplatten, der ZF-Verstärker und AGC ist schon drauf (Bild), allerdings nicht industrietauglich... Bei Halbleiterschaltungen ist das nach meiner Meinung die einzig gute Lösung. Aufbauten auf einer Kupferfläche sind zwar HF-mässig gut, aber schummelig und mechanisch schlecht und daher nur für Versuche geeignet. Gerade der Oszillator muss stabil aufgebaut sein, sonst hat man Probleme mit der Frequenzstabilität. Aufbauten auf Lochrasterplatinen taugen für HF nicht viel.
es geht weiter. Nach dem Erfolg mit dem SBL1-Diodenmischer habe ich jetzt mit einem CoilCraft-Breitbandübertrager und Schottky-Dioden einen Ringmischer zusammengebaut (Schaltplan im Anhang). Als Oszillator diente der Signalgenerator und als Antenne ein halber Meter Draht. So war sehr guter Kurzwellenempfang möglich, natürlich ohne Spiegelfrequenzunterdrückung. Mit einem simplem Pi-Glied als Tiefpass am Eingang war mit ein paar Metern Draht verständlicher Langwellenempfang möglich, auch DCF77 kam so gut hörbar rein.
Hier noch die Beschreibung des Mischers. Dioden-Ringmischer haben die Eigenschaft, dass man die Ein- und Ausgänge fast nach Lust und Laune vertauschen kann, da sie rein passiv sind. Allerdings ist einer der drei Signalanschlüsse privilegiert, im Schaltplan der mit 'HF IN' bezeichnete. Dieser hat keine untere Grenzfrequenz, während bei den anderen beiden durch die Trafos eine untere Grenzfrequenz vorhanden ist. In meinem Empfänger wird die HF am Trafo-freien Eingang eingespeist, damit auch Längstwellenempfang bis 9kHz herunter möglich ist.
Die Impedanzen der drei Signalanschlüsse sind bei Verwendung von 1:1-Trafos alle gleich, üblicherweise wird mit 50 Ohm gearbeitet, ist aber nicht zwingend und fliesst nur in die Auslegung der Trafos rein. Idealerweise sind die Impedanzen frequenzunabhängig und reell, aber der Mischer funktioniert auch mit komplexen Impedanzen ganz ordentlich. Da er passiv ist, muss beachtet werden, dass z.B. die frequenzabhängige Impedanz des ZF-Filters auf den Oszillator und den HF-Eingang zurückwirkt und so bei schlechter Auslegung Stabilitätsprobleme verursachen kann.
Das Oszillatorsignal gelangt auf den Breitband-Übertrager Tr1. Der angegebene CoilCraft-Trafo passt perfekt, man kann aber auch selber einen wickeln, wichtig ist nur, dass die Sekundärseite so symmetrisch wie möglich ist, daher bifilar wickeln und möglichst nicht über, sondern neben die Primärwicklung. Als Kern eignen sich kleine Ringkerne, aber auch Topfkerne ohne Luftspalt. Der Trafo Tr2 ist der erste Schwingkreis des ZF-Verstärkers, zwecks Impedanzanpassung ist hier das Spannungs- Übersetzungsverhältnis etwa 1:20, hier kann je nach Schaltung experimentiert werden. Auch hier muss die symmetrische Seite bifilar gewickelt werden.
Die beiden Mittelanzapfungen können grundsätzlich vertauscht werden. Häufig wird die Mittelanzapfung des Oszillator-Trafos geerdet, damit das Oszillatorsignal möglichst gut vom Eingang isoliert ist und nicht abgestrahlt wird. Hier gibt es aber eine HF-Vorstufe mit Filter, daher ist die Störstrahlung kein Problem, hingegen sollte sowohl das Eingangs- als auch das Oszillatorsignal am ZF-Ausgang möglichst gut unterdrückt werden, um ZF-Durchschläge und bei tiefen Eingangsfrequenzen das 'Zustopfen' des ZF-Verstärkers durch das Oszillatorsignal zu vermeiden. Durch die Erdung des Mittelabgriffs von Tr2 werden kapazitive Einkopplungen dieser Signale vermieden. Ich hatte eine Oszillator- und HF-Unterdrückung von immerhin knapp 50dB gemessen, das ist sehr gut. Der Oszillator-Pegel sollte bei einem 1:1-Trafo etwa 0..5dBm (ca. 1.5Vss) betragen und ist nicht allzu kritisch. Bei zu hohem Pegel steigen die unerwünschten Mischprodukte mit den Oszillator-Oberwellen, und bei wesentlich zu niedrigem Pegel sinkt der Signalpegel und die Verzerrungen steigen. Der HF-Pegel sollte unter 100mV bleiben, idealerweise unter 10mV.
Der Mischer funktioniert als Schalter, die Dioden leiten entsprechend der momentanen Polarität der Oszillatorspannung die HF auf die obere oder untere Hälfte von Tr2 (für die HF ist Tr2 durch die leitenden Dioden kurzgeschlossen) und bewirken so eine ideale Multiplikation. Die Schaltfunktion entsteht dadurch, dass das Oszillatorsignal je nach Polarität durch zwei in Serie geschaltete Dioden fliesst, an deren Verbindungspunkt je ein Ende der Primärwicklung von Tr2 angeschlossen ist. Die leitenden Dioden verbinden Tr1 mit der entsprechenden Seite von Tr2, während die beiden anderen, umgekehrt gepolten Dioden sperren und somit das andere Ende von Tr2 in der Luft hängt. Das funktioniert natürlich nur, wenn einerseits die Oszillatorspannung deutlich höher als die Flussspannungen der Dioden ist und andererseits das Eingangssignal deutlich kleiner, damit die gesperrten Dioden nicht auch aufgesteuert werden.
Statt den Schottky-Dioden kann man auch normale Silizium-Dioden verwenden, z.B. die 1N4148. Durch die mehr als doppelt so hohe Flussspannung braucht man entsprechend mehr Oszillatorspannung, dafür steigt auch der zulässige Eingangspegel, so dass der Mischer mehr Dynamik bekommt und noch grossignalfester wird. Idealerweise werden die Dioden auf Gleichheit selektiert (gleiche Kapazitäten und gleiche Fluss-Spannungen bei z.B. 1mA). Vor allem bei höheren Frequenzen (UKW) ist eine möglichst kleine Kapazität der Dioden wichtig.
bis jetzt ist erst der ZF-Verstärker und der Regelverstärker auf einer Leiterplatte, der Rest ist noch im Experimentierstadium oder existiert noch nicht. Layoutvorlagen zur Selbstherstellung (Belichten und Ätzen) kann ich reinstellen, wenn sie dann existieren, aber für eine externe Fertigung geht es nicht, da müsste man sie mit einem CAD-Tool neu layouten.
Als Nächstes ist die Leiterplatte für den Demodulator und Mischer sowie der Oszillator geplant, danach folgt das HF-Frontend und der NF-Teil. Da es ein Spitzensuper werden soll, wird auch der NF-Teil aufwendiger, hier ist ein State-Variable-Filter angedacht. Das ist ein Tief-, Band- und Hochpass, wobei die Mittenfrequenz (entspricht der Eckfrequenz vom Hoch- und Tiefpass) sowie die Güte einstellbar ist, zudem kann es auch als Notchfilter verwendet werden. So kann man den Frequenzgang nach Lust und Laune verbiegen oder störende Pfeifgeräusche ausblenden.
Wenn das Ganze dann läuft, stelle ich alles zusammen samt Abgleich-Tipps. So ein 6-kreisiger ZF-Verstärker hat es beim Abgleich in sich, wenn man eine schöne Filterkurve haben will
Jedenfalls freut es mich, wenn Interesse besteht, und gewisse Teile kann man auch für andere Schaltungen gut brauchen.
Anmelden
