AndreAdrian: Literatursuche ergibt für Transistor Nestel-Audion nichts.
Das verwundert nicht, denn mit dem Auftreten brauchbarer Transistoren war die klassische Audionzeit halt auch vorbei. Bis zum Ende der 1970-er Jahre konnten Transistorschaltungen in puncto Rauschen und Signalfestigkeit mit den Röhren nicht konkurrieren.
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Der AM-Modulator ist als Testumgebung für den Transistorempfänger für mich auch wichtig. Modulator und Empfänger Entwicklung gehen Hand in Hand. Hier die neueste Version. Einmal ist die Versorgungsspannung nun 3V. Bei 1,5V wollte der AM-Modulator manchmal nicht oszillieren. Zweitens ist nun ein Widerstand an der Source, nicht mehr am Gate.
Das folgende Bild ist von der Simulation und zeigt die Spannung am Schwingkreis:
Das dritte Bild ist vom Oszilloskop. Nicht ganz so schön wie die Simulation. Das 1kHz Signal kommt vom Programm Audacity auf meinem Laptop.
Das "Kosmos R+E1 ähnliche" Radio hat nun drei Transistoren. Der erste Transistor entdämpft den Schwingkreis. Der zweite Transistor verstärkt die Hochfrequenz weiter. Der dritte Transistor arbeitet als "infinite impedance" Demodulator. Es ist keine Diode mehr in der Schaltung. Die Schaltung ist meiner Meinung nach immer noch kein RK-Audion. HF-Verstärkung und Demodulation finden in verschiedenen Stufen statt.
Diese Schaltung ist hochohmiger ausgelegt als die Kosmos R+E1 Schaltung. Deshalb ist die Versorgungsspannung mit 9V auch höher. Weiterhin wurden soweit möglich die gleichen Bauteilewerte benutzt. Die HF-Koppelkondensatoren haben alle 47pF. Zum Vergleich: Im AM-Empfänger IC TA7642 haben die HF-Koppelkondensatoren 12pF. Die Arbeitspunkteinstellung erfolgt bei Q1 und Q2 jeweils über drei Widerstände. Dabei erhöht der Emitterwiderstand den Eingangswiderstand der Stufe und reduziert die Verstärkung. Der Widerstand zwischen Basis und Kollektor bestimmt hauptsächlich den Arbeitspunkt, d.h. den Kollektorstrom. Nebenbei sorgt er für eine Gegenkopplung und reduziert den Klirrfaktor. Der Kollektorwiderstand wandelt die Kollektorstromänderung in eine Kollektorspannungsänderung um. Q3 arbeitet in Kollektorschaltung. Die Demodulationswirkung von Q3 kann ich nicht in LTSpice simulieren, aber die Schaltung funktioniert im Aufbau, natürlich wieder auf einem Steckbrett. Der Kopfhörer hat zweimal 2000 Ohm Widerstand.
Die simulierte Antenne bzw. der simulierte Mittelwellesender wird über C2 mit 1,7pF angekoppelt. Eine kleine Bemerkung zu Antenne, Antennenkoppelkondensator und RK-Audion: Eine Antenne wirkt einmal als Kapazität und zweitens als ein Widerstand gegen (Schaltungs-)Erde. Die Kapazität einer üblichen Antenne "früher" mit einigen Metern Drahtlänge war ungefähr 180pF. Ein 80m Amateurfunkdipol mit 41m Drahtlänge hat natürlich deutlich mehr Kapazität gegen Erde. Diese Antennenkapazität liegt parallel zur Schwingkreiskapazität und schränkt den Empfangsbereich ein. Bei einer Schwingkreisinduktivität von 180uH ist eine Schwingkreiskapazität von 55pF nötig für 1,6MHz Frequenz. Liegen 180pF parallel zu 55pF, dann ist die Frequenz nur noch 774kHz. Das Audion als Oszillator hat nur eine kleine HF-Leistung, d.h. der Lastwiderstand muss hoch sein, sonst gibt es keine Oszillation mehr. Eine "große" Antenne hat einen kleinen Widerstand gegen Erde - so 600 Ohm. Deshalb können "große" Antennen nur über einen kleinen Kondensator an ein Audion angeschlossen werden. Im gleichen Sinne werden "kleine" Antennen von z.B. 50cm Länge ohne Kondensator angeschlossen. Eine "große" Antenne hat trotzdem einen Sinn. Im Haus und im Umkreis von einigen Meter um das Haus gibt es "Elektrosmog", elektronischen Störnebel. Im Idealfall wird eine abgeschirmte Antennenleitung, ein Koaxkabel, aus dem Haus mit seinem Störnebel herausgeführt zur eigentlichen Antenne - einem Stück Draht ohne Abschirmung. Dabei kann die abgeschirmte Leitung einige Meter lang sein und der Antennendraht nur einen Meter. Funkamateure gehen mit ihren Antennen, Transceiver und Stromversorgung oft auf einen Berg, an einen See oder an einen Fluß ohne Häuser in der Nähe um dem Elektrosmog zu entkommen. Ich gehe mit Selbstbau-Empfänger und 3 Meter Antennendraht ins Grüne. Den Draht werfe ich in einen Baum. Mein Körper ist das Gegengewicht, d.h. die Antennenerde. Ich wünsche guten Empfang, egal ob mit "großer" oder "kleiner" Antenne!
Nachtrag: Schaltbild korrigiert. C6 hat im Aufbau 47pF, nicht 100nF.
AndreAdrian:Q3 arbeitet in Kollektorschaltung. Die Demodulationswirkung von Q3 kann ich nicht in LTSpice simulieren, aber die Schaltung funktioniert im Aufbau, natürlich wieder auf einem Steckbrett. Der Kopfhörer hat zweimal 2000 Ohm Widerstand.
ist interessant, aber mich interessiert es schon, wie der Emitterfolger um Q3 eine Demodulation zustande bringt. Bei mir gibt die Simulation (Multisim) auch keine Demodulation von sich. Die Stufe arbeitet zu beiden Seiten ziemlich symmetrisch und -- soweit es eine Transistorschaltung überhaupt kann -- auch linear. Es kann natürlich sein, dass der Transistor je nach Verstärkungsfaktor "am Rande" betrieben wird. Bei meiner Simulation aber hat er am Emitter eine DC-Spannung von ca. 4 V.
Zitieren:Bulova: Bei meiner Simulation aber hat er am Emitter eine DC-Spannung von ca. 4 V.
Ja, das ist bei LTSpice auch so und beim Aufbau auch so: ungefähr halbe Versorgungsspannung am Emitter von Q3. Eine Erklärung von Benutzer "Chris" habe ich hier gefunden: electronics.stackexchange.com/questions/667181/how-does-an-emitter-follower-work-as-an-am-detector Im Kern geht es um C7 schnell laden, langsam entladen. Ob diese Erklärung richtig ist, oder auch nur die wichtigste Ursache dieser Demodulation erklärt, weiss ich nicht. Die nächste Frage ist: was von dieser Hypothese kann man simulieren? Bis jetzt ist die Basis-Emitter Diode ja nur ein Spannungsunterschied von 0,7 Volt.
Anbei ein Schaltungsvorschlag für einen Demodulator, der sich seinerzeit bei meinen Transistorprojekten recht gut bewährt hat. Vielleicht hilft es etwas weiter. Der 4k Hörer ist als Last angenommen.
Hier im Forum wurde schon ab und an das AM Receiver IC TA7642 oder die ähnlichen Bausteine ZN414, YS414, MK484 und LMF501T angesprochen. Als "Referenz" zu den Selbstbau Transistor Einkreisern habe ich einen Radioempfänger mit TA7642 gebaut und auch simuliert. Dabei bin ich auf das gleiche Problem wie B. Kainka gestoßen. Er schreibt: "Falls es mit einem Schwingkreis hoher Güte zu Eigenschwingungen kommt, kann man einen Widerstand von 200 kOhm bis 1 MOhm parallel zur Spule schalten, um die Stabilität zu sichern ... Ein Kreis hoher Güte kann leicht in Rückkopplungs-Schwingungen geraten. Beim [Kosmos Bausatz] Retro-Radio wird eine Anzapfung am Schwingkreis verwendet, damit dieser Fall gerade noch nicht eintritt aber trotzdem gerade eine optimale Entdämpfung erreicht wird." Meine Lösung ist weder ein Dämpfungs-Widerstand noch eine Anzapfung der Schwingkreisinduktivität. Ich habe die IC Versorgungsspannung einstellbar gemacht. Für den direkten Anschluß eines Walkman Ohrhörer mit zweimal 16 Ohm Widerstand gibt es Transistor Q1 als "Endstufe".
Direkt aus dem TA7642 Datenblatt sind die Bauteilewerte von C2, R1, C3 und R2. Im Datenblatt wird R2 direkt an die Batterie angeschlossen. Im Internet gibt es verschiedene Ideen um Empfindlichkeit/Trennschärfe bei ZN414 usw. einzustellen. Einmal R2 einstellbar machen. Dann R1 nicht direkt mit Pin 3 des IC verbinden, sondern über einen Potentiometer. Dazu schreibt "cablehack": "Unfortunately, the TA7642 does not work effectively with this method of gain control". Ohne Potentiometer X1 war der AM-Modulator in 20cm Entfernung bei fast jeder Einstellung von C1 zu hören. Mit X1 kann ich den AM-Modulator "breit" oder "schmall" auf dem Band machen. Natürlich wird der Empfang bei "schmall" leiser. Ich sehe X1 als manuelle Verstärkungs-Einstellung, als eine Erweiterung der AGC (automatic gain control) des IC.
Zum Abschluß: Das ursprüngliche AM Receiver IC ZN414 erstaunt mich schon lange. Lesenswert ist "P.E. Triffid Single Chip I.C. Radio" von F. R. Heath in Practical Electronics Februar 1973 ab Seite 120 worldradiohistory.com/UK/Practical-Electronics/70s/Practical-Electronics-1973-02.pdf Das Ferranti IC ist von 1971. Schon damals hatten die Transistoren im ZN414 eine Transitfrequenz von 1GHz und das IC insgesamt eine Leistungsverstärkung von 70dB. Benutzt wurde "Collector Diffusion Isolation (CDI)" als Halbleitertechnologie. Diese soll deutliche Vorteile haben: "Only five masks are required which compare directly with MOS processing; four less than for conventional bipolar i.c. processes". Was aus der CDI Technologie geworden ist?
Nachtrag: Kompletter Literaturverweis auf frühen ZN414 Artikel
Zweiter Nachtrag: Q1 ist nun wegen höherem Eingangswiderstand in Kollektorschaltung. R3 hat einen Wert der 1mW NF Leistung am Ohrhörer erlaubt. C4 hat 1uF für bessere Basswiedergabe. Die TA7642 Versorgungsspannung am Punkt Va ist 631mV bei größter Trennschärfe. Die gemessene Stromaufnahme der gesamten Schaltung ist 3,3mA.
Ich finde diese Schaltung sehr nachbausicher. Alles Wichtige passiert im TA7642. Dieses Bauteil ist extra für schlechte Schwingkreise gebaut worden. Es hat nur Probleme mit guten Schwingkreisen mit hohem Q. Der TA7642 ist noch gut lieferbar und günstig. Ich habe 0,80€ pro Stück bezahlt bei einem deutschen Internet Händler.
AndreAdrian:Im Kern geht es um C7 schnell laden, langsam entladen. Ob diese Erklärung richtig ist, oder auch nur die wichtigste Ursache dieser Demodulation erklärt, weiss ich nicht. Die nächste Frage ist: was von dieser Hypothese kann man simulieren? Bis jetzt ist die Basis-Emitter Diode ja nur ein Spannungsunterschied von 0,7 Volt.
ja, klar, ich habe den Emitterkondensator komplett übersehen. Die asymmetrischen Ladevorgänge werden ganz deutlich, hier im Bild einmal ohne Kondensator und einmal mit (simuliert bei 200 kHz):
Bei ca. 100 kHz fängt es schon an, sichtbar zu werden. Das Oszilloskop (auf AC geschaltet) verschiebt die Signalkurve so, dass es wieder den Mittelwert anzeigt. Der virtuelle Koppelkondensator (des Oszilloskops) lädt sich dann mit der Demodulationsspannung auf. Tendenz ist klar: Wenn die Aufladung schneller vor sich geht als die Entladung, wandert das resultierende Potential ins Positive.
Ich versuche mal noch, die Demodulation simulativ wiederzugeben.
Ein Liebling der Radiobastler ist der LM386, ein NF-Verstärker mit kleiner Ausgangsleistung. Zusammen mit dem TA7642 ergibt dies ein Radio mit guter Lautstärke am Ohrhörer. Wichtig für gute Funktion des LM386 ist Kondensator C7 zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen 4 und 6 des LM386. Im LM386 Datenblatt wird eine Reihenschaltung von 10 Ohm und 47nF parallel zum Lautsprecher empfohlen. Meiner Meinung nach ist dieses RC-Glied nicht nötig. Ein Lautstärke Einsteller wurde auch eingespart. Potentiometer X1 erledigt diese Aufgabe mit.
Es wird ein LM386N-1 oder LM386N-3 benutzt, weil diese ab 4V arbeiten. Der LM386N-4 arbeitet erst ab 5V. Die V2 Batterie kann natürlich 4,5V liefern anstelle von 3V. Die gemessene Ruhestromaufnahme der gesamten Schaltung ist 4,8mA bei 4,5V.
Eine freundliche Eigenschaft des TA7642 ist seine Mute Funktion. Unterhalb einer minimalen Feldstärke ist der TA7642 still. In dieser Situation ist auch der LM386 leise. Viele Superhet Empfänger rauschen in dieser Situation deutlich. 1973 stand noch im Practical Electronics ZN414 Artikel: "Serveral i.c. amplifiers were tried. All gave some results, but most were tricky to stabilise and did not give the quality needed". Natürlich kann man auch heute die diskrete NF-Verstärkerschaltung mit 5 Transistoren und 1 Diode von Februar 1973 aufbauen. Die Vorteile zum LM386 dürften sehr klein sein.
Nachtrag: Ein Kondensator von 10uF zwischen Pin 1 und Pin 8 des LM386 steigert die Spannungsverstärkung von 20 (26dB) auf 200 (46dB). Leider steigt auch der "Rauschteppich" (noise floor) dadurch. Mit dem 10uF Kondensator kann ein Lautsprecher mit dem Radio benutzt werden. Es wird nicht "Zimmerlautstärke" erreicht, aber für eine ruhige Umgebung genügt es.
Der Thread "Radiomann AC122 Nestel-Audion" ist ein "Transistor RK-Radioempfänger simulieren und bauen" Thread geworden. In der Zwischenzeit sind 12J1L (russischer RV12P2000 Nachbau) Pentoden eingetroffen. Weil ein FET fast so wie eine Pentode funktioniert, habe ich ein "ECO" FET Audion simuliert und aufgebaut.
Wieder einmal ist die RK Einstellung über HF-Dämpfung. Ohne Source Widerstand wollte das ECO in der LTSpice Simulation nicht oszillieren. Und ohne Diode D1 wollte die Simulation nicht demodulieren. Beim Aufbau gab es Demodulation auch ohne D1, aber mit D1 gab es mehr Lautstärke. Aufbau ohne R2/C4 wurde nicht getestet. Anstelle der BAT54 - für die es in LTSpice ein Modell gibt - habe ich BAT41 und OA90 getestet. Beide funktionieren im Aufbau, die OA90 scheint ein wenig mehr Lautstärke zu bringen. Ich bin gespannt wie eine möglichst ähnliche Pentodenschaltung sich verhält. Ob da eine zusätzliche Diode auch mehr Lautstärke bringt? Der Drainstrom ist gemessen 226uA. Dieses ein FET "ECO" Audion bringt viel Lautstärke und hat weichen Schwingungseinsatz.
Nachtrag: Die Optimierung des Aufbau hat einige Erkenntnisse gebracht. Wird C4 parallel zu R2 größer gemacht - so auf 10nF - dann wird die Lautstärke kleiner. Deshalb wurde dieser Kondensator entfernt. Das Verhältnis von R3 zu R2 sollte konstant bleiben. Dann bleibt der Spannungsabfall an R2 gleich. Mit kleineren Werten von R3, R2 steigt die Lautstärke. Alle Optimierungen wurden mit einer Ge Diode OA90 als D1 vorgenommen. Ohne D1 hätte die Optimierung wahrscheinlich andere Bauteilewerte geliefert. Der Drainstrom ist gemessen 190uA. Allgemein scheint ein Kollektor-, Anoden- oder Drainstrom zwischen 100uA und 500uA sinnvoll zu sein.
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