Geräte mit gezogenen Quarzen
Standardquarze haben ihren festen Platz in Selbstbaugeräten der Funkamateure, sowohl in Einzeloszillatoren auch bei der Nutzung der Mischprodukte zweier Oszillatoren. Es lassen sich viele Anwendungen finden. Eine besondere Rolle spielt dabei das Ziehen.
Ziehfahigkeit
Man sagt, der Quarz wird gezogen. Dies ist leider irreführend, denn der Quarz bleibt wie er ist. Gezogen wird lediglich die Oszillatorfrequenz, indem zum Quarz eine Reaktanz geschaltet wird. Nun bestimmen Quarz und Reaktanz zusammen die Frequenz.
Eine parasitare Reaktanz wird bei der Herstellung abrigens bereits berticksichtigt.
Nicht für jede Anwendungsschaltung findet sich eM Quarz mit exakt passender Frequenz. Mit C oder L kann darn die Oszillatorfrequenz korrigiert werden. Und natürlich kann man durch eine variable Reaktanz die Oszillatorfrequenz in engen Grenzen einstellbar machen (VXO, variabler Quarzoszillator).
In den meisten F¦llen wird eine Ziehkapazität eingesetzt. Die Oszillatorfrequenz lässt sich damit nach oben verändern. Eine Induktivität bewirkt das Gegenteil. Will man eine Ändenrung in beide Richtungen, kann man eine Festinduktivität und einen Drehkondensator mit dem Quarz in Reihe schalten.
Funkamateure haben entdeckt, dass zwei parallelgeschaltete gleiche Quarze sich bis viermal weiter ziehen lassen als ein Einzelquarz. Dies kann damit begründet werden, dass sich zwar die dynamische Kapazität verdoppelt, die dynamische Induktivität aber halbiert. Damit hat sich das dynamische L/C-Verhältnis aufein Viertel reduziert. Ergebnis ist eine Ziehbarkeit von 4.000 ppm (4 kHz pro MHz).
Die Praxis
Viele Standardquarze eignen sich für Amateuranwendungen. Als besonders günstige Frequenz fand der Autor 22,118 MHz. Zwei dieser Quarze lassen sich (im Duo) leicht bis 22.000 kHz herab ziehen. Durch Mischung mit den Signalen anderen Standardquarz-Oszillatoren lassen sich mehrere Amateurbänder erreichen.
Eine einfache Schaltung zeigt Bild 1. Als Kapazität wird die Kapazitatsdiode BB112 mit ihrem großen Variationsbereich von ca. 20 bis 600 pF (10 bis 0,5 V) verwendet. Die Abstimmspannung ist durch einen eigenen Spannungsregler stabilisiert. Die Auswahl des Potentiometers muss sorgfältig erfolgen, damit während des Abstimmens keine Sprünge entstehen. Der Wert 10 kOhm ist kein Dogma, wichtiger ist die lineare Charakteristik.
Bild 1: Die VXO-Grundschaltung.
Für die Induktivität wird ein Polystyrol-Spulenkörper mit Kern benutzt. Der Kern darf nicht wackeln. Eventuell muss ein Zwirnsfaden beigelegt werden. Mit dem Kern wird die Anfangsfrequenz (hier 22.000 kHz) beim Anfangswert der Abstimmspannung (hier 0,5 V) eingestellt. Der Endwert des Abstimmbereiches liegt darn bei etwa 22.100 kHz und ist nicht mehr zu beeinflussen. Die Induktivitat der Spule betrug 7,5 µH. Der Wert ist etwas von den verwendeten Quarzen abhängig. Die Spule darf keine hohe Güte haben, da sonst wilde Schwingungen auftreten. Deshalb ist auch der Dämpfungswiderstand parallel zur Spule vorgesehen. Ein Wert von 10 kOhm hat sich als günstig erwiesen.
Die Kapazität zwischen Quarzgehause und Schwinger bestimmt die Frequenz mit. Für definierte Verhältnisse sind deshalb die Gehäuse beider Quarze mit Masse verbunden.
Ein einfacher Empfänger
Im Bild 2 ist ein einfacher CW-Empfänger dargestellt. Der bewährte Schaltkreis NE 612 (SA 612) nach dem zweikreisigen Eingangsfilter besitzt eine interne Oszillatorstruktur und einen symmetrischen Mischer mit ca. 15 dB Mischverstärkung. Das folgende Quarzfilter enthält Quarze, die ebenfalls der Standardreihe entstammen und nicht ausgemessen wurden. Sie sollen aber aus der gleichen Baureihe eines Herstellers stammen. Nach dem Quarzfilter sorgt ein FET für die Anhebung des ZF-Pegels. Die Demodulation des CW-Signals besorgt ein zweiter NE 612, der auch den BFO enthält.
Bild 2: Unsere einfache Empfängerschaltung.
Es ist moglich, dass sich der BFO mit dem in Reihe geschalteten Trimmer nicht auf eine Frequenz von etwa 1 kHz aullerhalb der Mittenfrequenz des Filters (Ton wird horbar) ziehen lasst. In diesem Fall kann man mit einer kleinen Spule mit Kern experimentieren.
Der NF-Verstärker mit dem LM 386N ist für CW-Empfang erprobt und weist keine Besonderheiten auf.
Die beiden Schaltkreise NE 612 vertragen die übliche Betriebsspannung von 12 V nicht. Sie werden deshalb über einen Stabilisator 78L06 versorgt. Ein zweiter Stabilisator 78L10 sorgt für die Reproduzierbarkeit der Frequenzeinstellung des VXOs. Bei dessen Abgleich ist wie oben beschrieben zu verfahren. Die beiden Spulen der Eingangskreise wurden in der Mitte des CW-Bereichs auf Maximum abgeglichen. Anschließend wird der ZF-Kreis auf hörbares Maximum gebracht.
Der kleine RX wurde für Betrieb im 20-m-Band aufgebaut und erprobt. Mit anderen Zwischenfrequenzen lassen sich das 40-, 17- oder 10-m-Band erreichen. Alle erforderlichen Werte dazu enthält Tabelle 1.
| Bauelement | 7 MHz | 14 MHz | 18 MHz | 28 MHz |
|---|---|---|---|---|
| L1,4 | 0,3 µH | 0,3 µH | 0,3 µH | 0,1 µH |
| L2,3 | 2,4µH | 2,2 µH | 2,4 µH | 1,2 µH |
| Lz | 7,5 µH | 7,5 µH | 7,5 µH | 7,5 µH |
| L5 | 0,3 µH | 0,3 µH | 0,5 µH | 05 µH |
| L6 | 2,2 µH | 2,2 µH | 7,5 µH | 7,5 µH |
| C1,3 | 220 pF | 56 pF | 33 pF | 22 pF |
| C2 | 3,3 pF | 3,3 pF | 2,2 pF | 1,5 pF |
| C4,6,8 | 330 pF | 330 pF | 220 pF | 330 pF |
| C5,7 | 330 pF | 220 pF | 220 pF | 220 pF |
| C9 | 47 pF | 180 pF | 220pF | 100 pF |
| Q1,2 | 22,118 MHz | 22,118 MHz | 22,118 MHz | 22,118 MHz |
| Q3-7 | 15,000 MHz | 8,000 MHz | 3,932 MHz | 6,000 MHz |
Die Bilder 3, 4 und 5 unterstützen den Nachbau.
Bild 3: Das Layout der Empfängerplatine.
Bild 4: Bestückungsplan der Empfängerplatine.
Bild 5: Ansicht der bestückten RX-Platine.
Ein QRP-Sender
Relativ problemlos lässt sich ein QRP-Sender mit gezogenem Quarzoszillator aufbauen (Bild 6). Für Oszillator und Mischer wird bier der in Japan sehr beliebte Schaltkreis TA7310P mit SIL9-Gehäuse, der elektrisch dem NE 612 ähnlich ist, verwendet. Die einreihige Anordnung der Anschlüsse erleichtert den platzsparenden Aufbau der Schaltung sehr. Der zweite Oszillator mit dem Bandquarz Q3 wird durch den pnp-Transistor 2N2906 getastet. Die Taststufe funktioniert nur mit Transistoren geringer Stromverstärkung.
Bild 6: Schaltung eines QRP-Senders.
Der Einstellregler in der Emitterleitung der nachfolgenden Pufferstufe erleichtert das Fin-den der optimalen Ansteuerspannung für den Mischer. Einem Bandfilter am Mischerausgang folgt die Treiberstufe mit dem Videoverstärker-IC LT1252. Dieser genügt zur Ansteuerung der 1-W-Endstufe im C-Betrieb.
Mit dem Regler an der Basis des Endstufentransistors kann die Ausgangsleistung beliebig verringert werden - ein interessanter Aspekt für QRPP-Versuche. Zur Kühlung genügt es, den PA-Transistor am Chassis oder eine Kupferfläche der Leiterplatte (isoliert) anzuschrauben. Es wurden Transistoren verschiedener Hersteller erprobt, und es gab verschiedene Resultate. Die gemessenen Ausgangsleistungen schwankten zwischen 0,8 und 1,3 W. Die besten Resultate brachte der SD 338 aus der ehemaligen DDR.
Die Z-Diode am Kollektor des Endstufentransistors ist eine Vorsichtsmaßnahme zur Begrenzung eventuell auftretender Spitzen. Der Wert der Induktivität in der Kollektorleitung ist 10 µH. Hohere Induldivitäten können die Endstufe zu wildem Schwingen verleiten.
Treiber- und Endstufe wurden auf einer separaten Platine, getrennt von der Frequenzaufbereitung, aufgebaut, urn sie auch mit anderen Baugruppen verwenden zu können. Der LT1252 ist die Low-cost-Variante des LT1227. Der LT1227 hat ein geringftigig anderes Innenleben, eine höhere Grenzfrequenz und neigt zur Selbsterregung (wilder Schwingen). Deshalb sollte er besser hier nicht verwendet werden. Tabelle 2 enthalt alle Angaben zu den Bauelementen für vier verschiedene Amateurbänder. Die Windungsangaben gelten für einen Ringkem T 37-6.
| Bauelement | 7 MHz | 14 MHz | 18 MHz | 28 MHz |
|---|---|---|---|---|
| L1 | 0,3 µH | 0,3 µH | 0,3 µH | 0,1 µH |
| L2,3 | 2,4µH | 2,2µH | 2,4µH | 1,2 µH |
| L4,5 | 1,3 µH/21 Wdg. | 0,6 µH/14 Wdg. | 0,5 µH/13 Wdg. | 0,4µH/11 Wdg. |
| Lz | 7,5 µH | 7,5 µH | 7,5 µH | 1,5 µH |
| C1,3 | 220pF | 56 pF | 33 pF | 27 pF |
| C2 | 3,3 pF | 3,3 pF | 2,2 pF | 1,5 pF |
| C4,6 | 470 pF | 120 pF | 100 pF | 82 pF |
| C5 | 470+470 pF | 270+27 pF | 220 pF | 180 pF |
| Q1,2 | 22,118 MHz | 22,118 MHz | 22,118 MHz | 22,118 MHz |
| Q3 | 15,000 MHz | 8,000 MHz | 3,932 MHz | 6,000 MHz |
Die Bilder 7 bis 11 zeigen die Platinengestaltungen und den Musteraufbau.
Bild 7: Das Layout der Senderplatine.
Bild 8: Bestückungsseite der Senderplatine.
Bild 9: Hier dos Layout der Endstufenplatine.
Bild 10: Die Bestuckungsseite der Endstufenplatine.
Bild 11: Die Senderplatinen während der Erprobung.
Jürgen Hermsdorf, DL3JGN.