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Vielseitig einsetzbares ZF-Teil für 2-m-Empfänger und Nachsetzer 6

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Baubeschreibung der Demodulator-Baugruppe DJ3RV 003

Die Serie der Baubeschreibung für den 9-MHz-ZF-Teil endet mit der Vorstellung der letzten Baugruppe, dem Demodulator DJ3RV 003.

Hiermit sind sämtliche Teile des ZF-Verstärkers für den Bau eines 2-m-Empfängers veröffentlicht. Durch die vom Konzept her vorgesehene vielseitige Einsatzmöglichkeit ist der schaltungstechnische Aufwand insgesamt nicht klein. Da jede der vier Baugruppen jedoch auch selbständig betrieben werden kann, sind dem am Selbstbau Interessierten hochwertige Schaltungen mit funktionsfähigen Platinen in die Hand gegeben, die auch zu eigenen Experimenten anregen sollen.

4.2.5. Demodulatoren-Baugruppe DJ3RV 003

Die Platine DJ3RV 003 enthält am Eingang einen selektiven Verstärker und je eine Demodulatorschaltung für FM, AM und SSB/Telegrafie, die wahlweise über die Stromversorgung eingeschaltet werden können. Der FM-Demodulator erzeugt gleichzeitig die Steuerspannung für die Rauschsperre.

Die Platine hat, ebenso wie die schon beschriebenen Platinen dieser Serie, die Abmessungen 74 mm × 148 mm und läßt sich in ein handelsübliches Weißblechgehäuse einbauen.

Schaltungsbeschreibung

Bild 54 zeigt die Schaltung der Baugruppe, deren Funktion bereits in den Kapiteln 3.5. bis 3.8. (UKW-Berichte 1/1982) beschrieben ist. Der eingangsseitige selektive Verstärker wird zur besseren Entkopplung zwischen dem Ausgang des Filters XF-910 und den Demodulatoreingängen gegenüber Bild 23 um einen FET P8002 erweitert. Die Entkopplung nur mit einem Sourcefolger ist zu gering und die Filterdurchlaßcharakteristik ändert sich beim Umschalten der Demodulatoren noch zu stark, da die Eingangsimpedanzen der Demodulatoren verschieden sind.

Bild 54
Bild 54: Selektiver Trennverstärker und die umschaltbaren Demodulatoren.

Wer nur schmalbandige Demodulatoren verwendet, kann die ZF-Bandbreite - und damit das Rauschen - verringern und anstelle des Filters XF-910 die schmalbandigeren Typen XF-914 oder XF-915 (siehe Tabelle 6) einsetzen. Dabei sind dann L1 und die Basisspannungsteilerwiderstände R2 und R3 zu ändern.

Die beiden als unsymmetrischer Differenzverstärker geschalteten P8002 sollten gleiche Gate-Source-Spannung Urs haben und der Sourcewiderstand R1 ist wie in Kap. 4.2.1. beschrieben zu dimensionieren.

Die Umschaltung auf die einzelnen Demodulatoren erfolgt eingangs- und ausgangsseitig mit Schaltdioden über die Versorgungsspannung. Beim Betrieb muß sichergestellt werden, daß jeweils nur ein Demodulator eingeschaltet ist.

Als AM-Demodulator ist ein HüllkurvenDemodulator nach Bild 31 eingesetzt; das NF-Signal wird über einen Sourcefolger und eine Schaltdiode ausgekoppelt und auf den NF-Ausgang (AF-out) geschaltet. Die NFAuskopplung ist bei allen Demodulatoren gleich, allerdings war das in Bild 34 gezeigte NF-Filter aus Platzgründen nicht auf der Platine zu realisieren.

Eine Gegentaktmischerschaltung nach Bild 32 dient mit dem BFO-Signal als Demodulator für Telegrafie- und SSB-Signale. Wie bereits in Kap. 3.8. erläutert, kann das Dämpfungsglied am BFO-Eingang für BFO-Leistungen unter 1 mW weggelassen und der Eingang direkt an den Transformator Tr2 geschaltet werden.

Das Schaltbild zeigt den FM-Demodulator mit der vom Hersteller des Quarzfilters XF-909 empfohlenen Beschaltung. Die Diskriminatorkurve hat dabei den größten Höckerabstand. Auf der Platine sind jedoch sämtliche Leitungen und Bohrungen vorgesehen, um auch die in Kap. 3.6.2. beschriebenen Schaltungsvarianten mit geringerem Höckerabstand aufbauen zu können. Die Werte der dann erforderlichen Bauelemente sind in Kapitel 5 angegeben.

Die Steuerspannungs-Erzeugung für die Rauschsperre hat gegenüber Bild 30 eine vergrößerte Umschalt-Hysterese, weil der Widerstand von der Basis des ersten Transistors BC415C nicht mehr nach Masse, sondern an den Kollektor des zweiten Transistors BC415C gelegt wurde.

Bauelemente

Alle im Schaltbild nicht besonders gekennzeichneten Bauelemente können als Standardbauteile mit den angegebenen Werten eingesetzt werden.

Widerstände: Kohleschichtwiderstände mit RM = 10 mm
Kondensatoren: keram. Kondensatoren mit RM = 2,5 mm; Besonders bei den 10-nF-Abblockkondensatoren sollen Miniaturtypen mit einer Eigenresonanzfrequenz größer als 20 MHz verwendet werder.
Durchführungskondensatoren: zum Einlöten, ca. 2 nF.
Festinduktivitäten: HF-Drosseln mit RM 12,5 mm und einer Eigenresonanzfrequenz größer als 10 MHz.
Breitband-Drosseln: 6-Loch-Ferritkern-Drosseln

Die Windungsangaben der Spulen gelten für den Filterbausatz Vogt 51405 000 00 (alte Bezeichnung D 41-2165, Farbe orange).

Die mittleren, nicht im Rastermaß liegenden Stifte müssen entfernt werden.

L1: 30 µH; 50 Wdg., ca. 0,2 CuL
L2: 10 µH; 30 Wdg., ca. 0,2 CuL
L3, L4 und L5 haben gleiche Windungszahlen, jedoch unterschiedliche Stiftbelegung: 24 Wdg., ca. 0,2 CuL, 6 Wdg., ca. 0,35 CuL
Tr1: 10 Wdg., Kupfer-Lack-Draht, ca. 0,35 ø; 2 × 2 Wdg., verdrillt, ca. 0,35 Õ auf Ringkern Siemens R6,3K1
Tr2: 2 × 12 Wdg., verdrillt, ca. 0,35 ø auf Ringkern Siemens R6,3K1
C1, C2, C3: 20 pF Folientrimmer 7,5 ø (Valvo: grün)
R1 siehe Text!

Bestückungshinweise

Bild 55 zeigt den Bestückungsplan, Bild 56 einen Musteraufbau.

Bild 55
Bild 55: An den mit Kreuzen gekennzeichneten Stellen müssen die Bauteile auf der Leiterplatte DJ3RV 003 beidseitig verlötet werden.

Bild 56
Bild 56: Musteraufbau der Demodulatorbaugruppe DJ3RV 003.

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 Kap. 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 vollständig bestückt werden. Beim Autor hat sich die folgende Reihenfolge bewährt:

Inbetriebnahme und Abgleich

Inbetriebnahme und Abgleich erfolgen stufenweise. Zuerst muß der selektive Trennverstärker auf optimale Durchlaßkurve abgeglichen werden. Dazu ist an den IF-Eingang (Pt30) ein gewobbeltes Signal mit ca. 10 mV, und +15V an Pt31 anzulegen. Der Strom an Pt31 soll 70 bis 80 mA betragen. Am Meßpunkt MP1 wird das Signal mit einem Tastkopf abgenommen.

Der Abgleich erfolgt mit L1, C1 und L2 auf geringste Welligkeit im Durchlaßbereich. Der Verstärker soll dann zwischen Eingang und MP1 eine Leerlauf-Spannungsverstärkung von wenigstens 20 haben.

Am SSB/CW-Demodulator ist nach Anschluß eines BFO-Signals nur noch die NF-Amplitude einzustellen. Die Stromaufnahme der SSB-, wie auch der AM-Demodulator-Schaltung beträgt ca. 35 mA, und die des FM-Demodulators ca. 50 mA.

Der Abgleich des AM-Demodulators erfolgt mit der Spule L3 für ein amplituden-moduliertes 9-MHz-Signal mit ca. 10 mV an Pt30 auf maximale NF-Amplitude am NF-Ausgang.

Der Abgleich des FM-Demodulators erfolgt in zwei Schritten. Zuerst wird der Begrenzer mit einem unmodulierten 9-MHz-Signal und einer Amplitude von ca. 0,3 mV an Pt30 mit L4 und L5 auf maximale Spannung am Meßpunkt MP2 abgeglichen. Wird das Eingangssignal auf 10 mV (+30 dB) erhöht, muß es an MP2 deutlich begrenzt werden; das heißt, die Amplitude steigt nicht mehr proportional zur Eingangsamplitude. Am leichtesten läßt sich der Effekt mit einem amplituden-modulierten Signal beobachten.

Der Abgleich des FM-Phasenschieberfilters XF-909 erfolgt mit C2 und C3 auf möglichst symmetrische Diskriminatorkurve am Punkt MP3. Da das Phasenverhalten des Filters XF-910 in die Symmetrie mit eingeht, sollte zum Vergleich das Signal mit ca. 100 mV an Punkt MP1 über einen Kondensator eingespeist werden, ohne daß die Betriebsspannung an Pt31 anliegt.

Zur Funktionskontrolle der Steuerspannungserzeugung für die Rauschsperre wird vom Pt36 (6,2 V) ein 10-kΩ-Poti mit einem 33-kΩ-Widerstand in Reihe nach Masse und der Schleifer des Potis an Pt38 (Squelch) geschaltet.

Die Schaltspannung kann an Pt39 (Squelch Gate) beobachtet werden, wobei sich der Umschaltpunkt mit dem Poti von 1 mV bis 10 mV Eingangsspannung einstellen lassen muß.

4.2.6. NF-Verstärker

Für den NF-Verstärker nach Bild 35 wird keine Platine angeboten. Der Verfasser hat den NF-Verstärker zusammen mit den Spannungsreglern auf einer Rasterplatine aufgebaut. Ein abgeschirmter Aufbau ist nicht erforderlich.

Die Versorgungsspannung des NF-Verstärkers ist nicht stabilisiert. Es wird die Spannung am Lade-Elko vor dem Spannungsregler für die 5-V-Versorgung abgenommen. Sie beträgt ca. 14 V mit etwa 0,5 V Restbrumm, der jedoch nicht stört.

4.2.7. Zusammenschalten des ZF-Teils

Die Zusammenschaltung der einzelnen Baugruppen zum ZF-Teil zeigt Bild 57. Aus dem Schaltbild ist ersichtlich, daß fast nur noch die Bedienungselemente gebraucht werden, die zum Betrieb der Baugruppen notwendig sind. Diese müssen ohnehin auf der Frontplatte eines Gehäuses montiert werden.

Bild 57
Bild 57: Zusammenschalten der Baugruppen zum vollständigen ZF-Teil.

4.3. Netzteil

Die Baugruppen DJ3RV 001 bis 004 von einem gemeinsamen Spannungsregler zu speisen ist möglich. Eine Aufteilung der Stromversorgung auf mehrere getrennte Regler ist zwar die teurere Lösung, jedoch lassen sich damit die Kühlprobleme leichter beherrschen.

Für die Dimensionierung des Netzteils ist der Strom- bzw. der Leistungsbedarf der einzelnen Baugruppen in Tabelle 5 zusammengefaßt. Der ZF-Teil hat eine Nettoleistungsaufnahme von 7,5 W. Zusammen mit einem Eingangsteil nach Bild 1 mit den Platinen von DJ7VY und DK10F beträgt die Nettoleistungsaufnahme ohne den Störaustaster mehr als 12 W.

Tabelle 5: Leistungsbedarf der Baugruppen
PlatineStromversorgungLeistung
DJ3RV 001+15 V; 120 mA1,8 W
DJ3RV 002+15 V; 100 mA1,5 W
Notch+15 V; 100 mA1,5 W
DJ3RV 003+15V; 110 mA1,65 W
DJ3RV 004ohne Wobbler +15 V; 40 mA0,6 W
NF-Verstärker+15 V; 80 mA1,2 W
DJ7VY 002+15 V; 80 mA1,2 W
DJ7VY 004+15 V; 80 mA1,2 W
DK1OF 044/45+5 V; 350 mA1,75 W

Rechnet man für die Stabilisierung eine Verlustleistung in der gleichen Größenordnung, so ist das Kühlproblem nur mit einem günstigen Aufbau lösbar. Niemand sollte vergessen, daß auch der beste Oszillator in der Frequenz wegläuft, wenn er "gekocht" wird. Wer noch nicht wissen sollte, wieviel Hitze 25W produzieren, kann dies am Lötkolben praktisch erproben!

Die Schaltung einer beim Verfasser für einen UKW-Empfänger gebauten Stromversorgung zeigt Bild 58. Die Baugruppen sind auf verschiedene Spannungsregler verteilt, so daß sie die im Schaltbild angegebenen Verlustleistungen haben. Entsprechend sind die Kühlkörper zu dimensionieren. Bei der Inbetriebnahme empfiehlt es sich, jeden einzelnen Regler mit einem Oszilloskop auf Schwingen und übermäßiges Rauschen hin zu überprüfen und gegebenenfalls mit geeigneten Abblockkondensatoren zu beruhigen.

Bild 58
Bild 58: Netzteil mit Spannungsreglern für einen vollständigen 2-m-Empfänger.

Als Netztrafo wird ein 50-VA-Ringkerntrafo mit zwei in Reihe geschalteten Wicklungen (Fa. Grigelat, Typ RK509) verwendet. Ein Trafo dieser Leistung ist mindestens notwendig, da durch den Gleichrichterbetrieb große Spitzenströme fließen, die das Kernmaterial in die Sättigung magnetisieren.

5. Schaltungsvarianten

Im folgenden soll auf eine Reihe von möglichen Schaltungsvarianten hingewiesen werden. Das sind die Verringerung der ZF-Bandbreite vor den Demodulatoren, die Schaltungen mit geringerem Höckerabstand im FM-Diskriminator, sowie die Änderung der Regelzeitkonstante im ZFVerstärker. Für diese Änderungen sind die Bohrungen und Leitungen auf den Platinen bereits vorgesehen.

Bei den Schaltungsbeschreibungen wurde bereits auf die Möglichkeit der Verringerung der Rauschbandbreite durch Verwenden schmalbandigerer Filter vor den Demodulatoren hingewiesen. Anstelle des Filters XF-910 können die Filter XF-914 oder XF-915 verwendet werden. (Tabelle 6).

Tabelle 6: Verwendete Zweipol-Quarzfilter
TypAnwendungHöckerabstand/BandbreiteAbschluß-Impedanz
XF-909Diskriminator± 14 kHz6,8 kΩ
XF-910Zweipolfilter± 7,5 kHz6 kΩ||0 pF
XF-914Zweipolfilter± 1,75 kHz1,8 kΩ||10 pF
XF-915Zweipolfilter± 3,75 kHz5,7 kΩ||2 pF
XF-919Diskriminator± 1,2 kHz470 Ω

Beim Einsatz des Filters XF-915 sind gegenüber dem Filter XF-910 keine Änderung der Bauelementewerte erforderlich. Ein Abgleich ist mit den Schaltbildwerten möglich.

Für das Filter XF-914 wurden vom Hersteller die ursprünglich angegebenen lmpedanzwerte geändert; mit den neuen Werten von 1,8 kΩ||10 pF ergeben sich Werteänderungen. Da das Filter auf den Platinen DJ3RV 001, 002 und 003 verwendet werden kann, erfolgen die Angaben für alle Platinen und nicht nur für den Demodulator.

Schaltung DJ3RV 001

L5: 7µH, 25 Wdg., Kupfer-Lack-Draht, ca. 0,2 ø Der Kondensator parallel zu L6 ist auf 22 pF zu erhöhen und die beiden BasisspannungsteilerWiderstände an T2 sind auf je 3,9 kΩ zu verringern.

Schaltung DJ3RV 002

Der Widerstand zwischen dem Kollektor von T9 und dem Filter ist auf 820 Ω zu verringern und parallel zum Filtereingang ein Kondensator von 8,2 pF zu löten. Für diesen Kondensator sind auf der Platine keine Bohrungen vorgesehen. Er muß auf die Leiterseite der Platine gelötet werden. Am Ausgang des Filters ist parallel zu L7 ein Widerstand von 2,2 kΩ zu schalten. Räumlich wird der Widerstand zwischen L7 und T12 eingebaut.

Schaltung DJ3RV 003

L1: 14 µH, 35 Wdg., Kupfer-Lack-Draht, ca. 0,2 ø
L2: 14µH, wie L1
C1: 40 pF Folientrimmer
R2: 6,8 kΩ
R3: 2,7 kΩ

Die Verstärkung des selektiven Trennverstärkers ist dabei um ca. 3 dB niedriger.

Der FM-Demodulator arbeitet mit einem Quarzfilter als Phasenschieber, für das die Typen XF-909 und XF-919 zur Wahl stehen.

Der Schaltplan Bild 54 zeigt die vom Hersteller empfohlene Schaltung für den Dual XF-909. Für das Filter XF-919 ist der Wert des Widerstandes zwischen L5 und C2 von 6,8 kΩ auf 470 Ω zu ändern. Der Diskriminator hat dann einen Höckerabstand von 2 kHz.

In der Schaltung nach Bild 26 (UKW-Berichte 1/82) wird das Filter über eine LC-Transformation aus der 22-µH-Induktivität und dem 40-pF-Folientrimmer hochohmig angesteuert. Damit lassen sich, wie die Bilder 27 bis 29 zeigen, noch geringere Höckerabstände erzielen. Diese Schaltung läßt sich auf der Platine realisieren, indem die 22-µH-Induktivität um ein Raster verschoben eingelötet wird. Der 6,8-kΩ- Widerstand entfällt dann.

Die Regelzeitkonstante wird durch CT und RT bestimmt und das Aufregelverhalten erfolgt nach einer Exponentialfunktion stark nichtlinear. Einen lineareren Verlauf zeigt die Schaltung nach Bild 59. Der Ladewiderstand RT1 liegt an +15 V und die Begrenzung der maximalen Regelspannung wird durch die Schottky-Diode sichergestellt. Bei Inbetriebnahme der Platine entsprechend Kap. 4.2.2. (UKW-Berichte 3/82) ist am Schleifer von P3 dann eine Spannung von +5,2 V einzustellen. Eine weitere Variante im Regelverhalten ist durch Aufteilen von CT in CT1 und CT2 gegeben. Die Aufregelung erfolgt nach kurzen Signalen, z. B. Störsignalen, schnell mit der Zeitkonstante t = CT1 × RT2, da bei kurzen Signalen nur CT1 entladen wird. Für langandauernde Signale wird auch CT2 mit der Zeitkonstante CT2 × RT2 entladen. Die Aufregelung erfolgt dann langsam mit der Zeitkonstante (CT1 + CT2) × RT1.

Bild 59
Bild 59: Geänderte Regelzeitkonstanten (DJ3RV 002)

Die Zeitkonstanten lassen sich auch durch Schalten der Kondensatoren verändern, wie mit CT3 beispielsweise gezeigt wird.

Als Änderungen auf der Platine werden anstelle von RT die Schottky-Diode und RT1 räumlich zwischen T14 und T12 eingebaut.

Für ein weniger lineares Verhalten kann RT1 auch an +6,8 V statt an +15 V gelegt werden. Mit diesen Möglichkeiten sind dem Einstellen eines individuell optimalen Regelverhaltens fast keine Grenzen mehr gesetzt.

An dem in Teil 1 dieser Beschreibungsreihe erwähnten 80-MHz-Teil wird zur Zeit gearbeitet: Damit wird der Aufbau eines Empfängers für den Frequenzbereich von 100 kHz bis mindestens 30 MHz mit Meßgeräte-Eigenschaften möglich.

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DJ3RV, Friedrich Krug.