Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - 10:1-Frequenzteiler für Eingangsfrequenzen bis 180 MHz
Es wird ein Frequenzteiler-Vorsatzgerät beschrieben, das den Frequenzbereich nachgeschalteter Frequenzzähler bis auf 180 MHz erweitert. Es besteht aus zwei Leiterplatten: die kleinere enthält einen dreistufigen Vorverstärker, die größere den Frequenzteiler und das Netzteil. Der Frequenzteiler arbeitet mit ECL II-Bausteinen von Motorola, die eine Betriebsspannung von -5 V benötigen. Das erwähnte Netzteil gibt -5 V für diese IS und +5 V für den Vorverstärker ab. Der Ausgang des Frequenzteilers ist für den Anschluß an niederohmige Vorverstärker wie die Baugruppe DL8TM 001(1) ausgelegt. Es kann aber auch eine weitere Stufe eingebaut werden, so daß ein direkter Anschluß an das Eingangs-TTLGatter von Zählerbausteinen wie DJ6ZZ 003(2) oder DJ6ZZ 004(3) möglich ist.
1. Eigenschaften
| Eingangsimpedanz | 50 Ω |
| Eingangsspannung | 50 mV bis 5 V (Effektivwert) |
| Eingangs-Frequenzbereich | 5 MHz bis 190 MHz |
| Ausgangs-Frequenzbereich | 0,5 MHz bis 19 MHz |
| Ausgangsspannung | wahlweise im ECL- oder im TTL-Pegel |
| Leistungsaufnahme | + 5 V/150 mA und -5 V/500 mA |
2. Der Vorverstärker
Bild 1 zeigt das Schaltbild des dreistufigen Vorverstärkers. Die verwendeten Transistoren weisen eine maximale Transitfrequenz von mehr als 1 GHz auf, was in Verbindung mit den Basisdrosseln für einen flach verlaufenden Frequenzgang im angegebenen Arbeitsbereich sorgt. Die verwendeten Transistortypen sind schon seit einigen Jahren im Handel und besitzen noch kein Streifenleitungs-Gehäuse, sondern sind im bekannten Metallgehäuse mit Anschlußdrähten eingebaut. Deshalb ist beim Einbau auf äußerst kurze Anschlüsse zu achten. Aus dem gleichen Grund ist die Emitter-Abblockung etwas kritisch. Die dritte Stufe arbeitet gegengekoppelt.
Bild 1: Ein dreistufiger Vorverstärker für Frequenzzähler bis 180 MHz
Da für die ECL-Bausteine des Frequenzteilers eine gegen Masse negative Spannung vorhanden ist, ist eine nicht alltägliche Art der Arbeitspunkt-Einstellung für die drei Verstärkertransistoren möglich: Die Emitter werden nämlich über Vorwiderstände negativ vorgespannt. Dadurch können die Basisanschlüsse über je eine Drossel und einen Widerstand zur Resonanzdämpfung direkt an Masse gelegt werden. Damit steht den Verstärkerstufen eine Betriebsspannung von 10 V zur Verfügung, ohne daß eine höhere Spannung erzeugt werden muß.
Bei Eingangsspannungen zwischen 50 mV und 5 V (Effektivwert) reicht die Ausgangsspannung aus, um Logik-Bausteine des Typs (M)ECL II auszusteuern. Dies gilt für Eingangsfrequenzen von 5 MHz bis 190 MHz.
2.1. Aufbauhinweise zum Vorverstaärker
Für den Vorverstärker wurde eine 52 mm × 32 mm große, beidseitig kupferkaschierte Leiterplatte entwickelt, die in Bild 2 gezeigt ist. Die durchkontaktierte Platine trägt die Bezeichnung I2CML/VAM 001. Es empfiehlt sich, möglichst kleine und induktivitätsarme Einzelteile zu verwenden. Alle Teile, vor allem die Transistoren, sollten mit möglichst kurzen Anschlußdrähten eingelötet werden. Aus diesem Grund sind verschiedene Verbindungspunkte nicht auf der Leiterplatte angeordnet; stattdessen sind die betreffenden Verbindungen direkt zwischen den Bauteilen herzustellen. Die Transistorgehäuse sind unmittelbar mit Masse zu verbinden und stellen dann den Masse-Sammelpunkt für die benachbarten Bauteile dar. Vier in die Leiterplatte eingelötete Durchführungskondensatoren (C2, C5, C8, C9) sind Sammel-Stützpunkte für die Betriebsspannungen. Der Bestückungsplan in Bild 3 zeigt hierzu Einzelheiten.
Bild 2: Beidseitig kaschierte Leiterplatte I2CML/VAM 001 für den Frequenzzahler-Vorverstärker
Bild 3: Bestückungsplan zur Leiterplatte I2CMLNAM 001
Die fertig bestückte Platine wird in ein Abschirmgehäuse - z.B. TEKO Typ 1A - eingebaut und an Koaxialverbindungen für Ein- und Ausgang und DurchführungsKondensatoren für die Betriebsspannungen angeschlossen. Für Ein- und Ausgang können kapazitätsarme Durchführungen, Koaxialkabel oder koaxiale Steckverbindungen (z.B. BNC) verwendet werden. Die Verbindung zur nachfolgenden Teilerbaugruppe sollte höchstens wenige Zentimeter lang sein.
2.2. Besondere Bauelemente für den Vorverstärker
T1, T2, T3: BFY 90 (Valvo, Philips)
L1, L2, L3: 5 Wdg. Kupfer-Lack-Draht 0,5 mm ø auf 5-mm-Dorn gewickelt, freitragend eingelötet.
4 Durchführungskondensatoren 1 nF (Wert unkritisch) kleinstmögliche Ausführung
Alle Widerstände: induktivitätsarme, kappenlose Kohleschicht-Widerstände Größe 0207 (z. B. Beyschlag Typ SBB)
Alle Kondensatoren: keram. Scheibenkondensatoren für 5-mm-Raster
3. Frequenzteiler und Netzteil
Diese beiden Schaltungsteile sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte untergebracht. Die Schaltbilder sind jedoch zur besseren Übersichtlichkeit getrennt gezeichnet. Bild 4 zeigt dasjenige des Frequenzteilers. Die ersten vier integrierten Schaltungen sind D-Flipflops in ECL II-Technik von Motorola. Flipflop I1 teilt die Frequenz durch 2, wogegen die folgenden drei Flipflops so geschaltet sind, daß sie die Frequenz zusammen durch 5 teilen. Insgesamt wird so die Frequenz in "biquinär"-Form durch 10 geteilt. Diese Version wurde gewählt, um Rückführungen zwischen dem 1. und dem 4. Flipflop zu vermeiden, die oft Ursache von falschem Funktionieren sind. In der hier gewählten Schaltung besteht die Rückführung zwischen der 2. und der 4. Stufe, was normalerweise problemlos ist. Viele Frequenzteiler teilen durch 8, 12 oder 16, um Rückführungen zu umgehen. Sie erfordern jedoch eine Anpassung der Zeitbasis.
Bild 4: Schaltbild eines 10 : 1 -Frequenzteilers fur Frequenzen bis 180 MHz
Am Anschluß Pt9 steht die durch 10 geteilte Frequenz im ECL-Pegel (-0,75/ -1,75 V) zur Verfügung. Er kann benutzt werden, wenn der beschriebene Frequenzteiler an einen Eingangsverstärker, wie zum Beispiel die Baugruppe DL8TM 001(1) angeschlossen wird.
Soll der Frequenzteiler unmittelbar mit dem Tor eines Zählers in TTL-Technik verbunden werden, so ist I5 einzusetzen und eine Brücke zwischen den Anschluß-punkten Pt9 und Pt10 einzulöten. I5 ist ein vierfach Pegelumsetzer von ECL zu gesättigter Logik (TTL). Die durch 10 geteilte Eingangsfrequenz steht im TTL-Pegel zwischen den Anschlußpunkten Pt11 und Pt12 zur Verfügung.Die in Bild 5 gezeigte Netzteilschaltung ist für zwei symmetrische Spannungen von + 5 V und - 5 V bei je 1 A ausgelegt. Sie erlaubt die vollstabilisierte Speisung des beschriebenen Frequenzteilers, sowie der Baugruppen Frequenzzähler DJ6ZZ 003(2) oder DJ6ZZ 004(3) und eines Vorverstärkers DL8TM 001(1). Dafür sind die integrierten Spannungs-Stabilisatoren I6 und I7 auf Kühlrippen oder eine größere Kühlfläche zu montieren.
Bild 5: Netzteilschaltung für zwei stabilisierte Spannungen von +5 V und -5 V/1 A
Sofern für den Frequenzzähler bereits ein Netzteil vorhanden ist, braucht die hier gezeigte Schaltung nur für + 5 V/150 mA und - 5 V/500 mA ausgelegt zu werden. Die integrierten Regelschaltungen können dazu im TO 5-Gehäuse eingesetzt und unmittelbar auf die Leiterplatte gelötet werden. Sie müssen allerdings Kühlsterne erhalten.
3.1. Aufbauhinweise zu Frequenzteiler und Netzteil
Bild 6 zeigt die 90 mm × 60 mm große gemeinsame Leiterplatte für diese Schaltungsteile. Sie ist mit I2CML/VAM 002 bezeichnet und ebenfalls beidseitig kupferbeschichtet. Am oberen Rand befinden sich die Anschlußpunkte zur Spannungsversorgung des Vorverstärkers. Darunter sind die Frequenzteiler-Flipflops angeordnet, mit dem ECL-Ausgang Pt9 zwischen I4 und I5. Die Verfasser verwenden Fassungen für die integrierten Schaltungen, um das schnellste Flipflop aussuchen zu können. Der Netztransformator mit einer mittelangezapften 2 × 8V-Wicklung ist an die Punkte Pt14, Pt15 und Pt16 am unteren Platinenrand anzuschließen. Die Anschlußpunkte für die integrierten Spannungsregler sind mit 1, 2, 3 bezeichnet. Alle anderen Bauteile befinden sich auf der Leiterplatte.
Bild 6: Beidseitig kaschierte Leiterplatte I2CMLNAM 002 fin Frequenzteiler und Netzteil
3. 2. Besondere Bauelemente für Frquenzteiler und Netzteil
I1 - 4: MC 1034 P (Motorola)
I5: MC 1039 (Motorola)
I6, I7: SFC 2309 R (Mistral) oder LM 309 K (National Semiconductor)/SG 309 K (Silicon General) als TO 3-Ausführung oder SFC 2309, LM/SG 309 in TO 5-Ausführung mit Kühlsternen
2 Gleichrichter B40C1500/1000 (Siemens, ITT-Intermetall)
2 Spindelpotentiometer 1 kΩ (Amphenol)
Alle Widerstände: Größe 0207 (Beyschlag Typ SBB), maximal Größe 0309 (SBC)
Kondensatoren 1 nF und 10 nF: keram. Scheiben für 5-mm-Raster;
0,22 µF (Wert unkritisch): Kunststoffkond. 10-mm-Raster;
10 µF und 50 µF (unkritisch): Elko
4. Literatur
- W. R. Kritter: Vorverstärker für Frequenzzähler bis 60 MHz, UKW-Berichte 11 (1971) H. 2, S. 101 - 103
- F. Weingärtner: Vierstelliger Zählerbaustein für Frequenzen bis 30 MHz, UKW-Berichte 11 (1971) H. 1, S. 30 - 42
- F. Weingärtner: Weiterentwickelter vierstelliger Frequenzzähler, UKW-Berichte 12 (1972) H. 3, S. 175 - 180
I2CML F. Campanelli und I2VAM, A. Vimercati.