mir fällt auf, dass Du im Bereich der ZF keine Möglichkeit zur Bandbreitenbeeinflussung vorgesehen hast. Das wäre zumindest für CW-Empfang von Vorteil. Wenn ich das richtig verstehe geschieht erst im NF-Teil eine gewisse Siebung. Reicht die Güte des NF-Filters aus, um ein CW-Signal schmalbandig anzuheben, im Prinzip so wie ein klassisches Q-Multiplier auf ZF-Ebene?
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das ist richtig, für CW ist der ZF-Verstärker zu breit, hier muss man bei Bedarf die Bandpass-Funktion des NF-Filters nutzen. Da man die Filtergüte wie beim Audion beliebig hochschrauben kann, wird es sehr schmalbandig. Das Problem ist eher, wenn man im ZF-Durchlassbereich einen sehr starken Störer hat, der über die Verstärkungsregelung die Verstärkung so weit zurückschraubt, dass das gewünschte Signal im ZF-Rauschen versinkt. Da dazu aber extreme Pegel nötig sind, dürfte das eher selten sein, da ist der Mischer oder HF-Verstärker mehr gefordert. Für High-End-CW habe ich zudem meinen Eigenbau Transceiver, der hat entsprechende Filter vor der Verstärkungsregelung. Als "Röhrengrab" allerdings nicht ganz portabel...
zu dem Thema aktiver NF-Filter habe ich eine interessante Schaltung nach DJ6HP wieder entdeckt. Die Schaltung arbeitet im Prinzip wie der klassische Select-o-Ject mit zwei Doppeltrioden. Anheben oder ausblenden. Bandbreite bis 70Hz bei 450 bis 2700Hz Durchstimmbereich. Als Lochfilter wird eine Absenkung von mehr als 40dB erreicht. Die Schaltung ist mit 4x 471 und wenigen diskreten Bauteilen aufgebaut. Ich benutze sie im NF-Teil eines Geradeaus-Amateurbandempfängers und funktioniert hervorragend.
zum NF-Filter: da gibt es verschiedene Varianten (State Variable Filter, Doppe-T-Glied, geschaltete Kondensatoren, usw.), die von Jürgen genannte Schaltung kenne ich nicht.
Auf der HF-Seite bin ich wieder einen Schritt weiter. Am Samstag war Belichten, Ätzen, Bohren und Löten angesagt. Der Mischer und Demodulator funktionierte auf Anhieb (wobei dort noch der OpAmp fehlt, aber der Rest ist ok). Der Mischer ist jetzt auf dem ZF-Verstärker montiert. Der Oszillator war dafür umso zickiger, da ging der ganze Sonntag drauf, aber jetzt funktioniert er, dazu musste die Bereichswahl aber komplett umgestrickt werden, was relativ viel durchgekratzte Leiterbahnen und Handverdrahtung bedeutete.
Hier noch die Schaltung (im Anhang). Es gibt 5 Empfangsbereiche: LW/VLF: 0..400kHz MW: 520..1650kHz GW/KW1: 1.6..4MHz KW2: 4..10MHz KW3: 10..22MHz
Somit sind also VLF, LW, MW und alle KW-Rundfunkbänder bis 13m sowie alle Amateurfunkbänder bis 15m abgedeckt. Die Oszillatorfrequenz ist dabei immer um die ZF (475kHz) höher als die Empfangsfrequenz. Der Diodenmischer verlangt einen möglichst konstanten HF-Pegel von ca. 5dBm (ca. 2Vss). Für die Bereichsumschaltung verwende ich bistabile Relais. Diese haben den Vorteil, dass sie nur beim Umschalten kurz Energie benötigen, und im Gegensatz zu mechanischen Umschaltern kann man die Relais dort hinsetzen, wo sie elektrisch hingehören. Die von mir eingesetzten Typen haben einen Arbeits- und einen Ruhekontakt. Im Schaltplan sind alle Relais in der "Ruhestellung" gezeichnet. Das zum gewünschten Bereich gehörende Relais muss demzufolge umgeschaltet werden.
Der eigentliche Oszillator ist mit T1 aufgebaut und arbeitet mit induktiver Rückkopplung auf die Basis. Der frequenzbestimmende Schwingkreis ist parallel zum Kollektor geschaltet und besteht aus dem Drehko C7 und einer der Spulen L1..L5. Bei Bedarf kann zur Verbesserung des Gleichlaufs noch ein Kondesator in Serie zum Drehko geschaltet werden. Die Rückkopplungswicklungen der nicht aktiven Bereiche sind kurzgeschlossen, damit keine parasitären Resonanzen entstehen. R2 ist der Arbeitswiderstand und R1 liefert den Basisstrom. R4 sorgt für eine definierte, frequenzunabhängige Verstärkung. R3 verhindert Schwingungen auf Oberwellen durch parasitäre Induktivitäten. Die beiden Dioden D1 und D2 begrenzen die Schwingkreisspannung auf etwa 1.4Vss und sorgen so für eine stabile Amplitude mit wenig Verzerrungen.
Der OpAmp IC1 verstärkt das Signal auf den gewünschten Pegel und kann direkt die 50Ohm-Last treiben. C15 sorgt dafür, dass der OpAmp stabil arbeitet, der Wert richtet sich nach der Verstärkung, siehe dazu auch das Datenblatt von Analog Devices. Dieser OpAmp ist ein recht pontentieller Käfer, er hat eine Kleinsignal-Bandbreite von immerhin fast 500MHz, und auch grössere Amplituden schafft er bis etwa 40MHz. Für die Geschwindigkeit ist er ausgesprochen "brav", wenn man darauf achtet, dass die Kapazität am invertierenden Eingang möglichst klein und der Rückkopplungswiderstand R5 nicht zu gross gewählt wird. Nicht zuletzt ist er auch gut erhältlich und bezahlbar und arbeitet in einem sehr weiten Spannungsbereich.
Langsam kommt auch der mechanische Aufbau dran. Daneben wartet noch das HF-Frontend und der NF-Teil auf die Realisierung.
heute ist noch der fehlende OpAmp für den Synchron-Demodulator angeflogen, so dass ich den Demodulator noch fertigstellen und testen konnte. Soweit funktioniert alles, wie es sollte. Nachdem sich schon der Versuchsaufbau bestens bewährt hatte, habe ich beim definitiven Aufbau ein paar Messungen gemacht, um auch objektiv die Überlegenheit gegenüber dem Hüllkurvendemodulator zu belegen.
Zur Bestimmung des Klirrfaktors: Korrekt ist er das Verhältnis der Summe aller Oberwellenspannungen dividiert durch die Gesamtspannung. Da meistens nur eine oder 2 Oberwellen eine nenneswerte Leistung haben, kann man meistens mit folgender Näherung rechnen: THD = stärkste Oberwelle / Grundwelle. In Dezibel bedeutet das somit: 20dB Differenz = 10%, 40dB Differenz = 1%, 60dB Differenz = 0.1%
Also erstes der Vergleich der Verzerrungen bei einem sauberen ZF-Signal mit dem Sollpegel. Der Hüllkurven-Demodulator hat hier einen deutlich höheren Klirrfaktor, der zudem mit zunehmender Modulationstiefe stark ansteigt. Bei 50% beträgt er etwas über 1%, während er bei 100% Modulation etwa 10% beträgt, was definitv schlecht ist. Der Synchrondemodulator hat unabhängig von der Modulationstiefe einen Klirrfaktor von ca. 0.3%, wobei hier die Verzerrungen vom Signalgenerator bereits eine Rolle spielen.
Spektrum vom Hüllkurvendemodulator bei 50% Modulationstiefe und 500Hz Sinus (20dB/Div Amplitude):
Spektrum vom Hüllkurvendemodulator bei 100% Modulationstiefe:
Spektrum vom Synchrondemodulator bei 100% Modulationstiefe:
Als Nächstes habe ich die Demodulatoren bei einer ZF-Spannung von 100mV (entspricht 5% vom Sollpegel, also einem sehr schwachen Signal) verglichen. Hier fällt auf, dass die NF-Amplitude des Hüllkurvendemodulators überproportional abgesunken ist (die Pegel der beiden Demodulatoren sollten gleich sein, haben aber 30dB Unterschied). Der Abfall kommt von der Dioden-Fluss-Spannung, die auch für die Verzerrungen verantwortlich ist. Beim Klirrfaktor sieht es ebenfalls schlecht aus (50% Modulationstiefe): Der Hüllkurvendemodulator kommt auf etwa 30% (10dB), während der Synchrondemodulator mit 36dB etwas mehr als 1% Klirr bietet. Neben dem Unterschied im Klirrfaktor ist auch der Riesenunterschied im Störabstand zu beachten: während beim Synchrondemodulator die Grundwelle 50dB über dem Rauschteppich liegt, schafft der Hüllkurvendemodulator nur gerade 20dB. Diese Unterschiede kennt vom Hören jeder, der einen Allmode-Empfänger hat. Dort kann man bekanntlich durch Umschalten auf SSB schwache AM-Sender viel besser empfangen.
Hüllkurvendemodulator schwaches ZF-Signal:
Synchrondemodulator schwaches ZF-Signal:
Fazit: Ein Synchron-Demodulator ist eigentlich ein Muss für jeden guten AM-Empfänger. Die subjektive Empfangsverbesserung kann messtechnisch eindeutig verifiziert werden. Nebenbei: ein Audion mit leicht überzogener Rückkopplung hat einen ähnlichen Effekt, nur ist die Einstellung der Abstimmung etwas mühsam, weil der 'Fangbereich' sehr klein ist. Ein SSB-Demodulator macht dasselbe, daher hat man dort die Vorzüge der Synchron-Demodulation ebenfalls, nur fehlt die Synchronisation, so dass er für Musik ungeeignet ist.
Für Freunde von Schmalband-FM (z.B. CB-Funk oder die Amateurfunk-Relais im 10m-Band): Der Synchrondemodulator ist auch ein Gratis-FM-Demodulator, für FM wird die NF am Ausgang des Regelverstärkers (IC4A) abgenommen. Je nach Frequenzhub muss allenfalls der P-Anteil des Reglers erhöht werden, damit er den Frequenzänderungen ausreichend folgen kann, ohne dass die PLL ausrastet. Dazu kann in Serie zu C14 ein Widerstand geschaltet werden. Für Experimentierfreudige gibt es hier ein Tummelfeld... Der Schaltplan ist in einem früheren Beitrag samt Beschreibung angehängt. Für IC4 sollte man aber besser einen AD8542 statt den angegebenen TLC272 verwenden, da der Eingangsspannungsbereich fast von 0..5V reicht, und das schafft der TLC272 nicht.
Zum Schluss noch eine Kurz-Abgleichanleitung. Als erstes ohne Eingangssignal mit R11 die Spannung am Ausgang von IC4A auf 2.5V einstellen, dabei langsam verstellen, wegen dem Integrator ändert die Spannung nur relativ langsam. Nun wird ein HF-Signal auf der exakten Zwischenfrequenz mit etwa 1V Amplitude eingespeist und L1 so eingestellt, dass die PLL eingerastet ist und am Ausgang von IC4A 2.5V anliegen. Eine genauere Anleitung folgt nach Abschluss des Projekts.
es geht weiter... Ich habe mit der HF-Vorstufe experimentiert. Auf MW gibt es eine gewöhnliche Kaskode, gleich wie im ZF-Verstärker, mit einem Schwingkreis am Eingang und einem am Ausgang. Die Kaskode wird ebenfalls geregelt. Für die Impedanzanpassung des hochohmigen Ausgangs an den Mischer verwende ich einen Source-Folger. Das Ganze war mit einer minimalen Abschirmung zwischen den beiden Schwingkreisen bereits stabil, und die Filterung war sehr gut, nicht zu schmal und auch am oberen Frequenzende ausgezeichnete Spiegelfrequenzunterdrückung. Die Empfindlichkeit ist gewaltig, für MW schon fast übertrieben, aber auf der oberen KW mit dem geringeren Rauschpegel oder bei Verwendung von kleinen Antennen ist die Empfindlichkeit von Vorteil.
Für LW und VLF habe ich die Vorstufe aperiodisch betrieben, als Kollektorwiderstand arbeitet eine Drossel. Am Eingang dient ein PI-Filter als Tiefpass zur Abblockung der Spiegelfrequenz und der Nebenempfangsstellen von den Oberwellen des Oszillators. Da der Mischer das Eingangssignal bereits stark abschwächt, sind ZF-Durchschläge kein Thema. Mit der KW-Aussenantenne war so guter LW- Empfang möglich (gemessene Pegel in der Grössenordnung von 20uV, da die Antenne für LW praktisch kein Signal liefert, aber auch keine Störungen). DCF77 geht sehr gut, und auf 60kHz hörte ich ebenfalls einen Zeitzeichensender mit guter CW-Qualität. Um die 20kHz war auch noch ein FSK-Signal zu empfangen. Zur weiteren Verbesserung und zur Unterdrückung von Netzbrumm von der Antenne teste ich mal noch einen Übertrager am Eingang, um den niederohmigen Antenneneingang etwas besser an den hochohmigen Verstärker anzupassen. Für die höheren Frequenzbereiche übernimmt das eine Koppelwicklung vom Eingangs-Schwingkreis.
Die mechanischen Komponenten sind jetzt auch eingetroffen, so dass ich mal die bereits bestehenden Leiterplatten auf das Chassis montieren kann. Weiter baue ich einen präzisen Antrieb für den Drehko mit Grob- und Feinübersetzung, damit man einerseits nicht endlos kurbeln muss und andererseits auch auf den KW-Bändern bequem abstimmen kann.
heute habe ich mich mal der Mechanik gewidmet. Das Chassisblech ist nun gebohrt und der Antrieb für die Abstimmung gebaut:
Ich habe einen Zahnrad-Antrieb gewählt, weil die Seilzugantriebe häufig zu wenig präzis sind. Für eine schnelle Abstimmung gibt es einen Schnellgang, wenn man den Abstimmknopf hineindrückt. In dieser Stellung braucht es für den gesamten Einstellbereich nur 2 1/2 Umdrehungen. Bei gezogenem Knopf gibt es eine zusätzliche Untersetzung von etwa 1:8, so dass man auch auf KW sehr fein abstimmen kann, was vor allem für SSB und CW nötig ist.
Als Nächstes wird noch die Frontplatte gebohrt, danach können die bereits bestehenden Leiterplatten montiert werden. Wenn das gemacht ist, wird das HF-Frontend weiter untersucht und definitiv gebaut, danach ist der NF-Teil und die Frequenzanzeige dran.
die vom Drehko her gesehen erste grosse Untersetzung ist so eingestellt, dass es kein Spiel gibt, falls doch, gibt es noch die Option mit 2 gegeneinander vorgespannten Zahnrädern wie im Dreho selber. Die kleinere Untersetzung zum Drehknopf hat etwas Spiel, aber da hat man schon viel Weg, so dass sie nicht stören sollte. Die Details kommen dann aus, wenn die Oszillator-Platine montiert ist. Neben dem mechanischen Spiel ist nämlich fast noch wichtiger, dass alles möglichst steif ist, so dass die Verdrahtungskapazität bei äusserer Krafteinwirkung nicht ändert.
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