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Baubeschreibung der ZF-Verstärkerbaugruppe DJ3RV 002 und der BFO-Baugruppe DJ3RV 004
Mit dieser Fortsetzung der Baubeschreibung wird das Kernstück des ZF-Teils vorgestellt. Mit der im vorigen Heft beschriebenen Quarzfilterbaugruppe steht dann ein ZF-Verstärker zur Verfügung, der Signale mit einem Dynamikbereich von über 100 dB verzerrungsarm verarbeiten kann.
Es ist sinnvoll, hier die Beschreibung der BFO-Baugruppe vorzuziehen, da die Signale für den Abgleich der bis jetzt veröffentlichten Baugruppen benutzt werden können.
Im nächsten Heft folgen dann die Demodulatorbaugruppe, Hinweise zur Zusammenschaltung aller Baugruppen, sowie Vorschläge für ein Netzteil und einen NF-Verstärker.
4.2.2. ZF-Baugruppe DJ3RV 002
Die Platine DJ3RV 002 enthält ein zweifaches Notchfilter und den geregelten ZF-Verstärker mit Regelspannungserzeugung und S-Meter Anschluß.
Das Notchfilter ist nur für den Einsatz des ZF-Teils in einem KW-Empfänger sinnvoll; in den UKW- und Mikrowellen-Bändern kommen Störträger, die mit einem Notchfilter ausgeblendet werden können, praktisch kaum vor. Die Bauteile auf der Platine sind so angeordnet, daß das Notchfilter abgeschnitten werden kann. Der ZF-Verstärker bleibt voll funktionsfähig und läßt sich dann in ein Weißblechgehäuse mit den Abmessungen 74 × 111 mm einbauen.
Schaltungsbeschreibung
Das Bild 44 zeigt die Schaltung der Baugruppe, deren Funktion bereits ausführlich im Teil 3 (UKW-BERICHTE 1/1982) beschrieben ist. Das über eine Koaxbuchse von der Quarzfilterbaugruppe eingespeiste Signal gelangt über ein Relais wahlweise zum Notchfilter oder direkt zum Punkt Pt20 am PIN-DiodenDämpfungsglied des ZF-Verstärkers.
Bild 44: Geregelter ZF-Verstärker und zweifaches Notch-Filter.
Das Notchfilter hat am Eingang einen Verstärker mit T1 und T2b, der die Grunddämpfung der Filter und die der Sourcefolger T2a und T3 ausgleicht. Die Filter sind getrennt mit den Kapazitätsdioden D4 und D5 abstimmbar. Das hat den Vorteil, daß sich zwei Störträger ausblenden lassen. Außerdem ist es selbst mit ausgesuchten Bauteilen schwierig, einen exakten Gleichlauf zu erzielen.
Der ZF-Verstärker entspricht der schon in Bild 13 dargestellten Schaltung bis auf drei Änderungen. Zur besseren Entkopplung wurde noch eine 22-µH-Drossel in die Stromversorgungsleitung zwischen T7 und T8 eingesetzt. Der 22-kΩ-Widerstand parallel zu L3 kann entfallen. Die im ersten Musteraufbau ohne den Widerstand kritische Stabilität im Regelverhalten zeigte sich bei späteren Aufbauten nicht mehr. Die dritte Änderung beruht auf einem Zeichenfehler in Bild 13. Der 1-nF-Abblock-Kondensator zwischen dem Emitter von T5 und der Diode 1N4148 nach Masse ist an der falschen Stelle gezeichnet. Er gehört zwischen die Diode 1N4148 und den 560-Ω-Widerstand, andernfalls treten starke Intermodulationsverzerrungen auf. Der Autor möchte an dieser Stelle DK5LV für die umfangreichen Messungen danken. Der Wert des Abblockkondensators wurde auch auf 10 nF erhöht.
Bauelemente
Für die Wahl der Bauelemente gelten auch für diese und alle folgend beschriebenen Platinen die bereits in Kapitel 4.2.1. gemachten Angaben.
Die Spulen sind alle mit dem Filterbausatz Vogt D41-2165, Farbe orange, aufgebaut, wobei die mittleren nicht im Rastermaß liegenden Stifte entfernt werden müssen. Sie lassen sich mit der Pinzette leicht aus dem Spulenkörper herausziehen.
L1 + L2: 3,5 Wdg. + 17,5 Wdg., ca. 0,2 CuL
L3 + L4: 17,5 Wdg. + 4,5 Wdg., ca. 0,2 CuL
L5: 17 Wdg., ca. 0,2 CuL
L6: 17,5 Wdg., ca. 0,2 CuL
L7: 17 Wdg., ca. 0,2 CuL
Tr 1, Tr 2: 2 x 16 Wdg., verdrillt, 0,2 CuL, Ringkern Siemens R6,3K1
Bestückungsanleitung
Die Bilder 45 und 46 zeigen den Bestükkungsplan und einen Musteraufbau.
Bild 45: Beidseitig kaschierte Leiterplatte DJ3RV 002 mit Bestückungsplan; an den mit Kreuzen gekennzeichneten Stellen muß durchkontaktiert werden. Die Leiterplatte läßt verschiedene Schaltungsvarianten zu, auf die am Ende der Artikelserie noch hingewiesen wird.
Bild 46: Der Musteraufbau von DJ 3 RV 002 zeigt die Bestückung nach Bild 44.
Die Musterplatine ist beidseitig kaschiert, jedoch nicht durchkontaktiert, so daß an den im Bestückungsplan gekennzeichneten Masse-punkten die Bauteile beidseitig verlötet werden müssen.
Die mechanischen Arbeiten sind als erstes durchzuführen, entsprechend den bereits in Kapitel 4.2.1. gemachten Angaben. Beim Einbau in ein 30 mm hohes Gehäuse sollte der Abstand zwischen Boden und Leiterbahnseite ca. 4,5 mm betragen.
Danach kann die Platine bis auf den Anschluß der Eingangsbuchse vollständig bestückt werden. Die Source-Widerstände der FETs T1, T8 und T12 sollen so gewählt werden, daß die Transistoren mit einer Steilheit von ca. 20 mS betrieben werden. Die Wertangaben im Schaltbild für die Source-Widerstände dienen nur als Richtwerte. Zur Vermessung der Transistoren wird auf die im vorigen Kapitel gemachten Angaben verwiesen. Der Autor hat für die Platinen DJ3RV 002 bis 004 alle die FETs verwendet, die sich für die Platine DJ3RV 001 nicht zu Paaren zusammenschalten ließen.
Werden die Transistoren BF910 (T6 und T7) versenkt in die Platine eingebaut, so ist die aufgebohrte Masseverbindung durch eine Drahtbrücke auf der Leiterbahnseite, wie im Bestückungsplan gestrichelt gezeichnet, wieder herzustellen. Sonst schwingt der ZF-Verstärker!
Inbetriebnahme
Für die Inbetriebnahme und den Abgleich hat sich beim Autor die folgende "Checkliste" bewährt:
Zuerst sollte der ZF-Verstärker ohne die Notchfilter in Betrieb genommen werden. Dazu das folgende Vorgehen:
- den Eingang des PIN-Dämpfungsreglers (Pt20) mit einem 56-Ω-Widerstand nach Masse bedämpfen ohne daß ein Signal an den Eingang gelegt wird.
- Die Schleifer der Potentiometer P1 und P3 auf Masse stellen. P2 auf null Ω einstellen.
- Den Ausgang zum Demodulator mit 50 Ω abschließen.
- Nun kann die Betriebsspannung U = 15 V an den Punkt Pt21 gelegt werden. Es ist ratsam, ein Netzteil mit einstellbarer Strombegrenzung zu verwenden und diese langsam auf höhere Stromwerte aufzudrehen. Die Stromaufnahme sollte ca. 75 mA betragen. Ist sie stark abweichend, liegt ein Schaltfehler oder ein falscher Arbeitspunkt von T8 oder T12 vor. Ob der Verstärker schwingt, kann leicht mit einem Oszillographen oder Millivoltmeter am Ausgang zum Demodulator und am ZF-Ausgang kontrolliert werden. Dann liegt ein Massefehlervor in Form fehlender Durchverbindung.
- Kontrolle, daß an Pt22 ca. 6,8 V anliegen und Pt22 mit Pt25 mit einer Drahtbrücke außerhalb des Gehäuses verbinden.
- P3 so einstellen, daß am Schleifer (10-µF-Kondensator) eine Spannung von +5,6 V ansteht. Alle Spannungen hochohmig mit einem Instrument mit einem Innenwiderstand ≥ 1 MΩ messen!
- P1 so einstellen, daß am Kollektor von T5 eine Spannung von +4,8 V anliegt. Am Emitter von T5 liegen dann ca. +3,1 V an. Der Betriebsstrom an Pt21 beträgt dann ca. 100 mA.
- An Pt20 den 56-Ω-Widerstand entfernen und die Drahtbrücke zur Leitung zur Eingangsbuchse bzw. die Eingangsbuchse direkt anschließen. An den Eingang ein 9MHz-Signal mit einem Pegel von - 100 dBm anschließen und die Spulen L1 bis L6 auf maximalen Pegel am Ausgang zum Demodulator abgleichen. Der leiterbahnseitige Deckel soll dabei aufgesteckt sein.
- Den Pegel am Eingang auf ca. -60 dBm erhöhen und mit P2 den Pegel am Ausgang zum Demodulator auf 10 mVeff (28 mVSS) einstellen. Wird nun der Eingangssignalpegel variiert, muß sich das in Bild 16 gezeigte Pegelverhalten ergeben.
- Der Abgleich des Filters XF910 erfolgt mit L7 auf beste Durchlaßkurve. Dazu wird das Eingangssignal gewobbelt (Wobbelfrequenz < 100 Hz). Damit die Regelung nicht die Kurvenform verfälscht, mit Eingangspegeln unter dem Regeleinsatz arbeiten oder durch Parallelschalten eines Tantalelkos von 10 µF zu CT die Regelung sehr langsam machen.
Damit ist der ZF-Verstärker bis auf das S-Meter einsatzfähig. Dieses kann erst am fertigen Gerät, wie in Kapitel 3.3.4. beschrieben, abgeglichen werden.
Für den Abgleich des Notchfilters ist der ZFVerstärker abzuschalten und die Eingangsbuchse entsprechend dem Verdrahtungsplan anzuschließen. Der Ausgang des Filters vor Punkt Pt20 ist mit 50 Ω abzuschließen.
Das Notchfilter muß zum Abgleich sehr langsam gewobbelt werden, damit die Einschwingzeit gegeben ist. Zur Darstellung eignet sich am besten ein Oszillograph mit Speicherschirm. Da die meisten so etwas nicht haben, bleibt nur die Punkt-zu-Punkt-Messung. Ein Abgleichsignal kann man den Quarzoszillatoren der BFO-Platine DJ3RV 004 entnehmen, die mit den Ziehtrimmern in der Frequenz variiert werden können. Diese Platine liefert auch eine Referenzspannung für Pt27 und Pt28.
Jedes Filter muß für sich allein abgeglichen werden. Dies geschieht durch Entfernen der Koppelkondensatoren und Überbrücken jeweils einer Stufe. Der Abgleich erfolgt in Bandmitte mit dem 20-pF-Trimmer, mit den 40-pF-Trimmern wird auf ein symmetrisches Notch abgeglichen. Mit einer Spannungsvariation von +1 V bis +20 V an Pt27 bzw. Pt28 wurde mit dem Quarz XF-901 ein Ziehbereich von 2,2 kHz erzielt, wobei die Symmetrie des Notches an den Bandgrenzen schlechter wird.
Die Stromaufnahme an Pt26 beträgt ca. 100 mA.
4.2.3. BFO-Baugruppe DJ3RV 004
Die Platine DJ3RV 004 enthält den BFO mit 3 umschaltbaren Oszillatorschaltungen und der Auskoppelstufe. Ebenfalls auf der Platine untergebracht ist ein gewobbelter Oszillator für 9 MHz mit einem niederfrequenten Sägezahn-generator für langsames Wobbeln. Dieser Wobbler ist als Hilfsmittel zum Abgleich der Quarzfilterschaltungen für diejenigen gedacht, die nicht über ein entsprechendes Meßgerät verfügen. Der Teil auf der Platine läßt sich abschneiden und der BFO paßt dann in ein Weißblechgehäuse mit den Abmessungen 74mm × 111 mm.
Schaltungsbeschreibung
Die Funktion der BFO-Schaltung ist bereits in Teil 3 (UKW-BERICHTE 1/1982) beschrieben. Für den Einsatz zusammen mit der Demodulator-Platine DJ3RV 003 wird ein Ausgangspegel von max. 0 dBm benötigt. Wie die Schaltung in Bild 47 zeigt, kann die Schottky-Diode am Gate des Oszillatortransistors weggelassen und die Ausgangsamplitude mit C3 eingestellt werden. Der Wert für C3 lag bei den Versuchsaufbauten zwischen 33 pF und 150 pF. Ebenso kann der Spannungsstabilisator REF01 durch einen Längstransistor mit Zener-Diode ersetzt werden. Trotz dieser "Einsparmaßnahmen" ist die Qualität des Signals nicht schlechter. Wer die Schaltung jedoch für Intermodulationsmessungen einsetzen will, sollte auf diese Maßnahmen verzichten, denn das Trägerrauschen wird dann zu groß.
Bild 47a: Ein Wobbeloszillator als Abgleichhilfe ist Teil der Baugruppe 004.
Bild 47b: Die BFO-Baugruppe DJ3RV 004 (Wobbeloszillator nur angedeutet).
Die Schaltung des Wobbeloszillators hat keine Besonderheiten und entspricht weitgehend der Quarzoszillator-Schaltung.
Das 9-MHz-Signal wird über einen Sourcefolger und ein Dämpfungsglied mit einem Pegel von ca. - 20 dBm an 50 Ω ausgekoppelt. Mit diesem Pegel werden die Quarzfilterstufen noch nicht übersteuert.
Der Sägezahngenerator ist diskret aufgebaut. Der Kondensator C wird über eine Stromquelle aus R, Z-Diode C5V1 und Transistor T4 geladen bis der Transistor T3 leitend wird, der über T1 mit dem Darlingoton-Transistor T2 den Kondensator C entlädt. T3 sowie T1 und T2 werden wieder gesperrt und der Kondensator wird wieder geladen. Mit den Transistoren T5 und T6 wird das Sägezahnsignal niederohmig ausgekoppelt. Der Wobbelhub läßt sich am 47-kΩ-Poti einstellen.
Bauelemente
L1: 7 µH, 18 + 6 Wdg., ca. 0,2 CuL in Filterbausatz Vogt D 41-2165, Farbe: orange
L2: 7 µH, 25 Wdg., ca. 0,2 CuL, sonst wie L1
Bestückungshinweise
Die Platine läßt sich, wie Bild 48 zeigt, in ein 30 mm hohes Weißblechgehäuse einbauen. Dabei müssen die Quarze direkt in die Schaltung eingelötet werden oder mit einer Steckfassung für liegenden Einbau, z.B. Siemens C 42334A 60-A 3, versehen werden.
Bild 48: Ein Musteraufbau von DJ3RV 004 mit der vereinfachten Spannungsstabilisierung.
Die Kühlfahne des Transistors P8002 muß etwas gekürzt oder umgebogen werden.
Die Bestückung kann, nachdem zuerst die mechanischen Arbeiten abgeschlossen sind, bis auf C3 vollständig erfolgen. Den Bestükkungsplan zeigt Bild 49.
Bild 49: Beidseitig kaschierte Leiterplatte DJ3RV 004 mit Bestückungsplan; an den mit Kreuzen markierten Stellen muß durchkontaktiert werden.
Inbetriebnahme
Der BFO und der Wobbler sind völlig getrennte Schaltungsteile, die getrennt in Betrieb genommen werden können.
Wer sich alle Platinen dieser Artikelserie bauen möchte, sollte - falls er über keinen entsprechenden Wobbler verfügt - zuerst die BFO-Platine komplett erstellen. Damit verfügt er dann über geeignete Signale zum Abgleich.
Erforderlich ist dann nur noch ein geeichtes Dämpfungsglied mit einer maximalen Dämpfung von 100 dB.
Ein Vorschlag für ein passendes Eigenbaudämpfungsglied folgt in Kapitel 4.2.4.
Der Wobbler ist unproblematisch und wurde beim Autor mit C = 4,7 µF und R = 100 kΩ bestückt. Der Abgleich und die Kontrollmessungen sind wie folgt durchzuführen:
- Die Betriebsspannung von +15V an Pt48. Die Stromaufnahme beträgt ca. 40 mA.
- An Pt49 (x-Ablenkung) muß ein Sägezahn mit 4 V. und ca. 1,8 Hz anliegen.
- Hubregler (47-kΩ-Poti) auf Null und 40-pF-Trimmer auf 2/3 des Maximalwertes stellen.
- Mit L2 die Frequenz des Ausgangssignals auf 9 MHz einstellen. Der Ausgangspegel soll dann etwa - 20 dBm an 50 Ω betragen.
Mit dem Hubregler läßt sich ein maximaler Hub von ± 40 kHz einstellen, wobei die Mittenfrequenz mit dem 40-pF-Trimmer nachgezogen werden kann.
Der BFO ist ebenso leicht abzugleichen:
- Die Betriebsspannung von +15V an Pt41 anlegen. Die Stromaufnahme beträgt ca. 40 mA bei einem eingeschalteten Quarzoszillator (Pt42, Pt43 oder Pt44 wahlweise an Masse legen).
- An Pt46 müssen 10 bis 11 V anliegen.
- Abgleich der Quarze auf Sollfrequenz mit dem Serientrimmer. Dabei soll an Pt45 ca. +5 V angelegt werden.
- Abgleich von L1 auf maximalen Pegel mit dem CW-Quarz XF903.
- Einstellen der Ausgangspegel mit C3 auf ca. -5 dBm (75 m Ven) einstellen.
4.2.4. Eigenbau-Dämpfungsglied
Bild 50 zeigt die Schaltung eines fünfstufigen Dämpfungsgliedes in n-Schaltung mit 20 dB je Stufe. Die Umschaltung erfolgt durch Lötbrükken auf der Platine, wobei die Grunddämpfung 40 dB beträgt und 3 x 20 dB zugeschaltet werden können. Den Bestückungsplan zeigt Bild 51.
Bild 50: Mit Drahtbrücken lassen sich 4 verschiedene Dämpfungswerte realisieren: 100 dB, 80 dB, 60 dB und 40 dB.
Bild 51: Einseitig kaschierte Platine DJ 3 RV 005 mit Bestückungsplan.
Wie die Fotos (Bilder 52 und 53) zeigen, ist die 74 mm × 148 mm große einseitig kaschierte Platine DJ3RV 005 ebenfalls in ein Weißblechgehäuse eingelötet. Es werden nur zwei Widerstandswerte von 120 Ω und 1 kΩ benötigt. Als Widerstände sollen induktions- und kapazitätsarme Typen verwendet werden. Bewährt haben sich kappenlose Kohleschichtwiderstände der Baugröße 0309 der Fa. Vitrom.
Bild 52: Musteraufbau des 100-dB-Dämpfungsgliedes mit Z = 50 Ω.
Bild 53: Auf der Leiterbahnseite sind die Drahtbrücken und die Kompensationskondensatoren erkennbar. Damit ist das Dämpfungsglied noch im 145-MHz-Bereich gut brauchbar. Der Wert der 4 Kondensatoren liegt zwischen 1,5 und 8,2 pF; er hängt vom Widerstandstyp ab.
Für höhere Ansprüche an Genauigkeit sollte man die Widerstände ausmessen. Für ein 50-Ω-Dämpfungsglied in n-Schaltung mit 20 dB Dämpfung beträgt der exakte Wert des Längswiderstandes 247,5 Ω und der der Querwiderstände 61,1 Ω. Mit einer kapazitiven Kompensation ist das Dämpfungsglied bis in das 2-m-Band brauchbar.
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DJ3RV, Friedrich Krug.