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Baubeschreibung der Quarzfilterbaugruppe DJ3RV 001
Wie angekündigt, beginnt mit dieser Fortsetzung die eigentliche Baubeschreibung mit den endgültigen Gesamtschaltbildern, Bestückungsplänen und Fotos der Musteraufbauten. Von den insgesamt 4 Platinen des ZF-Teils folgt im vorliegenden Teil die erste, die Quarzfilterbaugruppe, in zwei verschiedenen Ausführungen, damit möglichst viele der vorhandenen Quarzf il-ter eingesetzt werden können.
4. Aufbau-Hinweise
Wie bereits im ersten Teil dieses Artikels gesagt wird, ist für die einwandfreie Funktion der Baugruppen ein sorgfältiger Aufbau und Ab-gleich erforderlich. Die notwendige Entkopplung der Baugruppen ist nur durch den Einbau der Schaltungen in Blechgehäuse zu erreichen, sowie durch eine konsequente Abblockung und Verdrosselung sämtlicher Versorgungsspannungs- und Steuerleitungen, und die Verbindung der Signal-Aus- und Eingänge mit geschirmten Kabeln.
4.1. Eingangsteil
Die Aufbauhinweise für die Baugruppen des Eingangsteils: DJ7VY 002, DJ7VY 003, DJ7VY 004 und DK1OF 044/045 in den jeweiligen Baubeschreibungen sind ausreichend. Es ist jedoch empfehlenswert, die Schaltungen in Gehäuse einzubauen und die Entkopplung und Abschirmung der Leitungen wie bei den ZF-Baugruppen durchzuführen.
Leider passen die DJ7VY - Platinen nicht in die käuflichen Weißblechgehäuse, so daß diese angefertigt werden müssen. Wer Schwierigkeiten bei der Beschaffung von mechanisch kleinen Durchführungskondensatoren mit Gewindestutzen für das Alu-Gehäuse des Oszillators DJ7VY 004 hat, sollte besser den größeren Gehäusetyp A 110 wählen.
Bei dem Störaustaster DJ7VY 003 sollten in dem Quarzfilter nur spezielle Filterquarze verwendet und keine billigen GB-Quarze eingesetzt werden. Die beim Verfasser gemessenen GB-Quarze aus Fernost hatten eine viel zu schlechte Güte und starke Nebenresonanzen in der Nähe der Nennfrequenz.
Die Frequenzanzeige DK1OF 044/045 zeigte beim Verfasser Störungen durch Oberwellen des Multiplexsignals und wurde vollständig mit Metall-Gaze (wird bei der Siebdrucktechnik verwendet) abgeschirmt.
4.2. ZF-Teil
In Bild 4 (UKW-Berichte 4/1981) ist die notwendige Aufteilung des ZF-Teils auf vier Platinen gezeigt. Alle Platinen haben die Abmessungen 72 mm × 146 mm und passen in die Weißblechgehäuse der Fa. Schubert. Damit ist auf der mechanischen Seite eine einfache Nachbaubarkeit gewährleistet, die jedoch zu einer hohen Packungsdichte auf den Platinen führt. Die Anwendung der angegebenen Bauelemente ist daher nicht nur aus Gründen der sicheren elektrischen Funktion der Schaltung notwendig, sondern auch aus Platzgründen.
4.2.1. Quarzfilterbaugruppe DJ3RV 001
In mehreren Zuschriften und telefonischen Anrufen wurde der Autor gebeten, die Platine der Quarzfilterbaugruppe so zu entwerfen, daß möglichst viele der mit unterschiedlicher Bauform und Impedanz im Handel befindlichen Quarzfilter verwendet werden können.
Es werden daher zwei Versionen vorgestellt. Die Platine DJ3RV 001a kann mit drei monolithischen Quarzfiltern mit einem Stiftabstand von 13,5 mm oder 17,8 mm und unterschiedlichen Impedanzen von ≥ 500 Ω, sowie einem diskret aufgebauten Quarzfilter mit einer Impedanz von ZF = 500 Ω || 30 pF bestückt werden. Die Platine DJ3RV 001b ist nur für diskret aufgebaute Quarzfilter ausgelegt. Wegen der größeren Abmessungen dieser Filter ließen sich nur drei auf der Platine unterbringen, von denen zwei eine Impedanz von ZF = 500 Ω haben müssen. Nur für das mittlere Filter ist die Möglichkeit der Impedanztransformation auf der Platine vorgesehen, so daß auch ein Filter mit höherer Impedanz (z.B. XF-9E) eingesetzt werden kann.
Daß beide Platinen nicht nur mit 9-MHz-Quarzfiltern bestückt werden können, wird hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt, die Spulen- und Kondensatorwerte sind dafür jedoch nicht angegeben.
Schaltungsbeschreibung
Die Funktion der Schaltung ist bereits ausführlich im Teil 2 (UKW-Berichte 4/1981) beschrieben. Zum besseren Verständnis der Bestückungsanleitung und der Wahl der Bauelemente werden im folgenden die Schaltungsfunktionen nur kurz erklärt und die gegenüber Bild 10 und Bild 12 geänderten Werte etwas genauer betrachtet. Die Schaltungen der beiden Versionen zeigen die Bilder 37 und 38. Sie unterscheiden sich nur durch die Anzahl der Filter und durch den aus Platzgründen einfacheren Aufbau der Arbeitspunkteinstellung für den BFQ69.
Bild 37: Die Gesamtschaltung der Quarzfilterbaugruppe DJ3RV 001a besteht aus Anpaßstufe, 4 umschaltbaren (monolithischen) Quarzfiltern, einer Filterauskopplung, sowie einem Dual-Filter zur Erhöhung der Weitabselektion der Baugruppe.
Bild 38: Die Gesamtschaltung der Baugruppe DJ3RV 001b ist für 3 Diskret-Quarzfilter ausgelegt, wobei für das mittlere eine Impedanztransformation vorgesehen ist, während die anderen beiden 500 Ω || 30 pF haben müssen.
Der Eingangsbandpaß mit L1, C1 und L2, C2 liefert einen breitbandigen, reellen Eingangswiderstand von 50 Ω, der im Sperrbereich durch R1 und im Durchlaßbereich durch die mit Tr1 transformierte Eingangsimpedanz des in Gate-Schaltung betriebenen FET-Verstärkers gegeben ist. Der Transformator Tr1 hat ein Windungsverhältnis von 3:2 und damit eine Widerstandstransformation von 1:0,444. Für einen Eingangswiderstand von 50 Ω muß der Arbeitspunkt des parallelgeschalteten FETs T1 so gewählt werden, daß sich an der Source eine Eingangsimpedanz von 22 Ω ergibt. Der Arbeitspunkt wird mit R2 eingestellt. Hier ist ein Festwiderstand vorgesehen, da die Transistoren vor dem Einbau auf gleichen Arbeitspunkt ausgesucht werden müssen.
Da die Wenigsten einen Meßplatz haben, mit dem die Transistoren dynamisch bei 9 MHz vermessen werden können, wird hier die Messung der Gleichstromarbeitspunkte vorgeschlagen. In der in Bild 39 gezeigten Schaltung wird die Source-Gate-Spannung USG aller P8002 mit einem Digitalvoltmeter bei den Drainströmen von ID1 = 22,5 mA, ID2 = 25 mA und ID3 = 27,5 mA gemessen und notiert.
Bild 39: Meßschaltung zum Bestimmen von Arbeitspunkt und Steilheit der Leistungs-FETs.
Aus den Meßwerten läßt sich eine statische Steilheit nach der folgenden Gleichung errechnen:
Für T1 werden zwei Transistoren mit gleicher Source-Gate-Spannung UsG2 zusammengeschaltet, wobei die Abweichung maximal 10 % betragen darf. Die Werte für die Steilheit werden addiert und sollten ca. 45 mS betragen.
Ist das der Fall, so wird der Wert für R2 nach der Gleichung
errechnet und der nächstliegende Wert der Normreihe eingesetzt. Ist die Gesamtsteilheit größer als 45 mS, so sollten die Werte für den niedrigeren Drainstrom, und bei kleinerer Steilheit die Werte für den höheren Drainstrom eingesetzt werden. Im Durchschnitt ließen sich beim Verfasser aus 25 Stück P8002 die erforderlichen vier Paare herausmessen.
Der Außenwiderstand des FET-Verstärkers wird durch die Parallelschaltung des 560-Ω-Widerstandes und der Filterimpedanz von etwa 500 Ω bzw. der auf 500 Ω transformierten Filterimpedanz gebildet. Die 33-µH-Drossel dient zur Gleichstromversorgung. Es ist wichtig, daß die Eigenresonanzfrequenz dieser Drossel sehr viel größer als die Zwischenfrequenz ist.
Bei Filterimpedanzen, die größer als 500 Ω sind, wird mit L3 und C3 eine Impedanz-transformation nach den in Kapitel 3.1.4. angegebenen Gleichungen durchgeführt.
Der 10-nF-Kondensator zwischen Drain und L3 dient zur Gleichstromtrennung. Er kann bei Filtern, die keine galvanische Verbindung im Eingang haben, durch eine Drahtbrücke ersetzt werden.
Am Filterausgang ist ein Resonanzkreis mit C4, L4 angeordnet. Mit dem Anzapf von L4 wird der Eingangswiderstand des BFQ 69 an das Filter angepaßt. Der Anzapf ist daher von der Filterimpedanz abhängig. Mit C3, C4 und gegebenenfalls L3 werden die Filter auf optimale Durchlaßkurve abgeglichen.
Der Eingangswiderstand des BFQ69 ist im Durchlaßbereich des nachfolgenden Filters XF-910 nahezu konstant und im wesentlichen von R3 und R4 abhängig. Ein Eingangswiderstand von 100 Ω ergibt sich mit R3 = 10 Ω und R4 = 100 Ω. Diese beiden Widerstände bestimmen auch die Verstärkung der Stufe, die hier so gewählt wurde, daß der Dynamikbereich des nachfolgenden geregelten ZF-Verstärkers bestmöglich ausgenutzt wird. Eine Vergrößerung der Verstärkung läßt sich durch Verkleinern von R3 erreichen. Mit R3 = 8,2 Ω beträgt der Eingangswiderstand des BFQ69 ca. 90 Ω, mit R3 = 4,7 Ω ca. 75 Ω. Bei einem weiteren Verkleinern von R3 bzw. bei Vergrößerung von R4 neigt die Stufe zur Selbsterregung.
Der Arbeitspunkt des BFQ69 ist in der Version a fest auf ca. 15 mA Kollektorstrom. Mit L5 und C5 wird die Kollektorimpedanz auf die Filterimpedanz angepaßt. Auch an dieser Stelle muß darauf geachtet werden, daß die Eigenresonanzfrequenz der 22-µH-Drossel sehr viel größer als die ZF ist.
Die Filterausgangsimpedanz von 6 kΩ wird durch die beiden 12-kΩ-Widerstände realisiert. Die Streukapazitäten werden durch den Resonanzkreis mit L6 weggestimmt. Der nachfolgende FET in Source-Schaltung gedimensioniert. In der Version b muß dieser Arbeitspunkt mit dem 47-1d2-Trimmpoti eingestellt und am 330-Ω-Widerstand in der Kollektorleitung als Spannungsabfall von 5 V gemessen werden.
währleistet einen niederohmigen Ausgang von ca. 50 Ω. Der Source-Widerstand R 5 bestimmt den Strom durch den FET und damit auch die Ausgangsimpedanz.
Für eine Ausgangsimpedanz von ca. 50 Ω ist eine Steilheit von 20 mS erforderlich. Der Wert von R5 kann aus den Meßwerten der Transistoren errechnet werden:
Der Ausgang sollte immer mit einem reellen Abschluß von 50 Ω betrieben werden, da bei einer kapazitiven Beschaltung - z.B. ein längeres leerlaufendes Koaxkabel - die Stufe schwingt!
Bauelemente
Alle in den Schaltbildern nicht besonders gekennzeichneten Bauelemente können als Standardbauteile mit den angegebenen Werten ingesetzt werden.
Widerstände: Kohleschichtwiderstände mit RM = 10mm
Kondensatoren: keram. Kondensatoren mit RM = 2,5 mm
Durchführungskondensatoren zum Einlöten mit 2 nF.
Drosseln: HF-Drosseln, Siemens B78108 mit RM = 12,5 mm
RFC-Drosseln: 6-Loch-Ferritkern-Drossel
C1: 125 pF aus zwei keram. Kondensatorn vermessen (100 pF + 22 pF parallel)
C2: 1 nF Scheibenkondensator ohne Anschlußdrähte
C3, C4: Wert in Tabelle 4; Folientrimmer 7,5 mm ø
C5: 40 pF Folientrimmer 7,5 mm ø (Valvo: violett)
L1: 2,5 µH, 15Wdg., ca. 0,2 CuL in Filterbausatz Vogt D41-2165, Farbe: orange
L2: 0,3 µH, 5 Wdg., ca. 0,35 CuL, sonst wie L1
L3: Wert in Tabelle 4, sonst wie L1
L4: Wert in Tabelle 4, Ringkern Siemens R6,3K1
L5: 13 µH, 33 Wdg., sonst wie L1
L6: 20 µH, 40 Wdg., sonst wie L1
Tr1: 3 × 10 Wdg., ca. 0,35 CuL, Ringkern Siemens R10N30 Bestückungsanleitung
| Filtertyp | Impedanz | C3 | L3 | C4 | L4 |
|---|---|---|---|---|---|
| XF-9B, XFM-9B | 500 Ω || 30 pF | 3-40 pF | - | 3-40 pF + 15 pF | 33 Wdg./0,2 CuL Anzapf: 14 Wdg. |
| XF-9E, XFM-9E | 1,2 kΩ || 30 pF | 3-40 pF | 10,5 µH 29,5 Wdg. | 3-40 pF + 15 pF | 33 Wdg./0,2 CuL Anzapf: 9 Wdg. |
| XFM9S03 | 1,8 kΩ || 3 pF | 2-22 pF | 14 µH 34,5 Wdg. | 2-22 pF | 33 Wdg./0,2 CuL Anzapf: 7 Wdg. |
| XFM9S01 | 3,3 kΩ || 2 pF | 2-22 pF | 21 µH 42,5 Wdg. | 2-22 pF | 36 Wdg./0,2 CuL Anzapf: 6 Wdg. |
| XFM9S05 | 8,2 kΩ || 0 pF | 2-22 pF | 53 µH 54,5 Wdg. | 2-22 pF | 36 Wdg./0,2 CuL Anzapf: 4 Wdg. |
Die Bilder 40 bis 43 zeigen die Leitungsführung und die Bestückungsseiten, sowie die beiden Musteraufbauten mit zusätzlicher Information über die Bauteileanordnung auf Ober- und Unterseite der Platinen.
Bild 40a: Bestückungsplan der Leiterplatte DJ3RV 001a.
Bild 40b: Bauteile-Anordnung auf der Leiterbahnseite von DJ3RV 001a.
Bild 41a: Diese Aufnahme des Musteraufbaus läßt die Anschlüsse erkennen.
Bild 41b: Die Trennwand muß etwas gebogen werden, um zwischen den Bauelementen Platz zu finden; die Kühlblechstreifen zwischen T 1 und Gehäuse fehlen noch.
Bild 41c: Auf der Leiterbahnseite sind neben den Bauteilen zur Spannungsversorgung der Transistor T3 und ein Teil des Breitbandabschlusses für den Ringmischer in der vorhergehenden Baugruppe untergebracht.
Bild 42a: Bestückungsplan der Leiterplatte DJ3RV 001b.
Bild 42b: Bauteile-Anordnung auf der Leiterbahnseite von DJ1RV 001b.
Bild 43a: Zum Kühlen der Transistorpaare sind noch Blechstreifen zwischen diesen und der Gehäusewand einzubauen.
Bild 43b: So sieht die Leiterbahnseite der Baugruppe DJ3RV 001b aus.
Bild 43c: Musteraufbau der Baugruppe DJ3RV 001b.
Die Musterplatinen sind beidseitig kaschiert, jedoch nicht durchkontaktiert und alle Löcher mit 0,8 mm Ø gebohrt.
Wegen der hohen Packungsdichte ist die Reihenfolge der Bestückung nicht unerheblich.
Als erstes sind folgende mechanischen Arbeiten durchzuführen:
- Platine aufbohren; Platine in Gehäuse einlöten (Bodenabstand ca. 12 mm);
- Gehäuse bohren; untere Abschirmwand bohren und einlöten;
- Durchführungskondensatoren und Buchsen einlöten.
Dann Bestücken der Schaltung
- vom Ausgang beginnend bis zum 10-nF-Koppelkondensator in der Basisleitung des BFQ69;
- Überprüfung der Funktion der Schaltung und Abgleich des Arbeitspunktes und des Filters XF910.
Obere Abschirmwand einsetzen und dann die Platine vollständig bestücken. Dabei sind Durchkontaktierungen an den mit Kreuzen gekennzeichneten Stellen zu löten.
Abgleich des Eingangsfilters breitbandig auf 50 Ω Eingangsimpedanz und der Quarzfilter auf optimale Durchlaßkurve. Wenn kein Impedanzmeßgerät vorhanden ist, sollten L1 und L2 auf geringste Dämpfung des Eingangsfilters abgeglichen werden!
Die Wickeldaten der Spulen in den Filterbausätzen sind so bemessen, daß die Kerne ca. 2 Umdrehungen von der Oberkante in das Filter eingedreht sind.
Eine hohe Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang der Schaltung wird nur bei verschraubten Deckeln erreicht, wobei zur besseren Kontaktierung der Abschirmwände mit dem Deckel das Außenleitergeflecht von einem Stück Koaxialkabel zwischengeklemmt wird.
Damit ist die Quarzfilterbaugruppe fertig.
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DJ3RV, Friedrich Krug.