Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Steuerschaltung mit 4 Zeitstufen für die Sende-Empfangs-Umschaltung
In der Zeit, die ein Koaxrelais braucht, um von Empfang auf Senden umzuschalten, kann ein UHF-Sender bereits mehrere Millionen Schwingungen abgegeben haben - ins Leere. Dies bedeutet Zerstörungsgefahr, hauptsächlich für Transistoren in Senderendstufen und unnötigen Kontaktverschleiß beim Koaxrelais. Es ist deshalb nicht nur sinnlos, sondern oft auch gefährlich, einen Sender einzuschalten, solange er noch nicht mit der Antenne verbunden ist. Will man dies ausschließen, so muß sichergestellt sein, daß beim Umschalten von Empfang auf Senden, und auch umgekehrt, die einzelnen Komponenten der Sende-Empfangs-Anlage in der richtigen Reihenfolge und in einem definierten Zeitabstand ein - beziehungsweise ausgeschaltet werden.
Für diesen Zweck wird eine kleine, einfach und billig herzustellende Baugruppe beschrieben, die 4 Schaltstufen enthält, deren Ausgänge jeweils mit 250 mA bei 12 V belastbar sind. Es lassen sich daher die meisten Vorstufen in Empfängern und Sendern, sowie alle handelsüblichen Koaxrelais direkt anschließen. Höhere Ströme, etwa von Transistor-Leistungsverstärkern schaltet man zweckmäßigerweise mit Leistungsrelais, die von den entsprechenden Schaltstufen angesteuert werden.
Die 4 Schaltstufen benutzt man üblicherweise folgendermaßen: Es schaltet
- Stufe 1 den Empfangs-Vorverstärker
- Stufe 2 das Antennenrelais
- Stufe 3 die Betriebsspannung der PA
- Stufe 4 den Steuersender
Damit sind vorallem teure UHF-Transistoren in Sendeverstärkern geschützt, weil sie mit Sicherheit erst dann Betriebsspannung beziehungsweise HF-Ansteuerung erhalten, wenn das Koaxrelais schon angezogen hat. Dies hat weiterhin zur Folge, daß das Koaxrelais die HF-Leistung nicht schalten, sondern nur übertragen muß, was die Lebensdauer der Kontakte wesentlich erhöht. Die Hersteller der Relais geben die maximal übertragbare Leistung, abhängig von der Frequenz, um den Faktor 2 bis 5 höher an als die zulässige Schaltleistung.
Bild 1 zeigt, daß auf die Sende-EmpfangsTaste eine Schaltung mit zunächst 4 Operationsverstärkern (OPV's) folgt. Der erste OPV formt den durch Drücken der Taste erzeugten, negativen Impuls rechteckförmig. (Der beim Loslassen der Taste entstehende positive Impuls wird durch die Diode D 1 gesperrt). Das sich anschließende Differenzierglied (4n7/47 k) leitet nur die Flanken des Rechteck-impulses zu den Dioden D 2 und D 3. Die Höhe der von Pin 7/1 1 über den 47-kn-Widerstand zurückgeführten Spannung bestimmt, welche der beiden Dioden leitend ist und somit, ob positive oder negative Flanken den zweiten OPV umschalten, der als Flipflop geschaltet ist. Er nimmt bei jedem erneuten Anlegen der Betriebsspannung einen eindeutig definierten Schaltzustand ein: Sein Ausgang liegt bei 0 V, was der Stellung "Empfang" entspricht. Der dritte OPV invertiert mit dem Zweck, daß am Ausgang des vierten OPV, einem Integrator, bei Empfang ebenfalls 0 V anliegen. (Bei Senden sind es ca. 10,5 V).
Bild 1: Steuerschaltung mit 4 Zeitstufen für die Sende-Empfangs-Umschaltung; die Schaltung der identischen Schaltstufen 2, 3 und 4 ist nur angedeutet.
Der Integrator steuert 4 Komparatoren (ebenfalls OPV's) an, die durch eine Kette aus Widerständen auf verschiedene Schwellenwerte eingestellt sind. Jeder der Komparatoren steuert einen Schalttransistor (nur einmal gezeichnet). Infolge der Innenschaltung des LM324 ist seine maximale positive Ausgangsspannung ca. 1,5 V niedriger als die jeweilige Betriebsspannung. Es sind deshalb Mehrfachdioden oder Z-Dioden mit 2 bis 3 V Schwellenspannung erforderlich, um die Schalttransistoren ausreichend zu sperren. Im durchgeschalteten Zustand bestimmen die 1,5-kΩ-Vorwiderstände die Kollektor-EmitterSättigungsspannungen der Schalttransistoren, die bis zu Kollektorströmen von etwa 250 mA kleiner als 0,1 V sind.
Infolge der nach dem Betätigen der S/E-Taste linear ansteigenden, beziehungsweise abfallenden Spannung am Ausgang des Integrators werden die 4 Schaltstufen in gleichen Zeitabständen nacheinander ein- beziehungsweise ausgeschaltet.
Bild 2 zeigt die 72 mm × 72 mm große Platine mit der Bezeichnung DJ4LB 009. Sie ist nur einseitig kaschiert und paßt in ein Weißblechgehäuse mit den Deckelmaßen 74 × 74. Die 4 Schalttransistoren kann man mit zwischengelegten Glimmerscheiben an den Seitenwänden festschrauben. Der Musteraufbau (Bild 3) läßt auch 4 Leuchtdioden erkennen, die über Widerstände von jeweils 1 kΩ an die Ausgänge angeschlossen sind und daher die Folge der Schaltfunktionen signalisieren.
Bild 2: Die Schalttransistoren T1 - T4 werden an den Innenwänden des Weißblechgehäuses festgeschraubt.
Bild 3: Der Musteraufbau hat zur Demonstration der Schaltzustände an jedem Ausgang eine LED.
Bauelemente
| I1, I2 | LM324N (versch. Hersteller) |
| T1-T4 | BD438 (Siemens), PNP-Si-Transistoren, 45 V/4 A, im Kunststoffgehäuse TO-126 |
| D1-D3 | 1N4148, 1N4151 o. ähnl. Schaltdioden |
| 4 Stück BZ 102-2V1 (TFK) oder BZX 75/C2V1 (Valvo) Stabilisator-Dioden, einbauen mit dem Kennzeichnungsring zum OPV; ersatzweise ZPD 2,7 (ITT) oder ähnl. Z-Dioden, einbauen mit dem Kennzeichnungsring zum 1,5-kΩ- Widerstand | |
| 5 Stück 1N4001 o.ä. 1-A-Gleichrichterdioden | |
| Alle Widerstände in der Größe 0207 (RM 10) | |
| Alle Kondensatoren: 5 mm RM, mit Ausnahme der beiden 47-nF-Kondensatoren beim Tast-Eingang: RM 7,5 oder 5; sowie des Integrationskondensators Ci, für den max. 15 mm zur Verfügung stehen. | |
Besondere Hinweise
Die Baugruppe ist für eine Betriebsspannung von 12 V ausgelegt, sie funktioniert zwischen etwa 9 V und 30 V. Bei Betrieb mit 20 bis 30 V sollten die Widerstände vor den Basisanschlüssen der Schalttransistoren von 1,5 kΩ auf 3,3 bis 3,9 kΩ vergrößert werden, um den LM324 nicht zu überlasten.
Als S/E-Taste eignen sich alle Bauarten, von der Rechner-Eingabetaste bis zum "Klingelknopf", da die Schaltung gegen Kontaktprellen unempfindlich ist. Es lassen sich mehrere S/E-Tasten parallel an die Baugruppe anschließen. Somit kann die S/E-Umschaltung nicht nur am Sender selbst, sondern auch wahlweise vom Mikrofon, von der TV-Kamera oder vom Fernschreiber aus erfolgen.
Das unbeabsichtigte Einschalten des Senders, z.B. bei Tests an Empfangs-Vorverstärkern oder während der Vorheizzeit einer Senderöhre läßt sich durch Blockieren der Spannung UB1 (nur UB1!) verhindern.
Die gesamte Schaltung ist durch den Einsatz verhältnismäßig langsamer OPV's sowie Schalttransistoren mit niedriger Grenzfrequenz recht unempfindlich gegenüber Störimpulsen und HF-Einstrahlung. Trotzdem kann es nicht schaden, wenigstens die Leitung von der S/E-Taste über einen Durchführungskondensator (bis max. 5 nF) in das Innere des Weißblechgehäuses zu führen.
Inbetriebnahme
Die Baugruppe wird an die Betriebsspannung der Sende-Empfangsanlage angeschlossen.
Beim Einschalten ist immer Stufe 1 durchgeschaltet, die Anlage steht also auf Empfang. Durch Tastendruck erfolgt Umschaltung auf "Senden", wobei nacheinander folgende Vorgänge ablaufen:
Zunächst schaltet die Stufe 1 aus, danach schalten die Stufen 2, 3 und 4 der Reihe nach ein.
Durch erneuten Tastendruck erfolgt die Rückschaltung auf Empfang:
Zunächst schalten die Stufen 4, 3 und 2 der Reihe nach aus, danach schaltet die Stufe 1 ein.
Der zeitliche Abstand zwischen 2 Schaltstufen ist durch die Werte des Integrationsgliedes Ri, Ci in weiten Grenzen wählbar und läßt sich durch folgende Beziehung berechnen:
Zeit (von Stufe zu Stufe): T [ms] = 1,4 × R [kΩ] × C [µF]
Übliche Antennenrelais (Koaxrelais) brauchen vom Anlegen der Erregerspannung bis zum Schließen des Kontaktes zwischen Sender- und Antennenanschluß etwa 10 bis 20 ms, in ungünstigen Fällen auch 30 ms.
Die Schaltzeiten kleiner Reedrelais liegen zwischen 0,2 und 1 ms und brauchen hier nicht berücksichtigt zu werden, während bei Leistungsrelais in Kamm- und Flachbauweise mit 5 bis 10 ms Schaltzeit zu rechnen ist.
Mit den in Bild 1 angegebenen Werten (100 kΩ/0,47 µF) ergeben sich ca. 66 ms bis zum Schalten der jeweils nächsten Stufe, was für die meisten Anwendungsfälle mehr als ausreicht. Zu bemerken ist noch, daß wegen der besonders stabilen Empfangsstellung der gesamte Schaltvorgang, vom Drücken der Taste bis zum Einschalten der vierten Stufe, 5 T, im genannten Fall also 1/3 s dauert.
DJ4LB, Günter Sattler.
Hinweise - Verbesserungen - Änderungen
Änderung für PTT-Betrieb
Bei der beschriebenen Steuerschaltung erfolgt im Original das Umschalten von Empfang auf Senden durch kurzes Drücken der S/E-Taste und das Zurückschalten von Senden auf Empfang durch nochmaliges kurzes Drücken derselben Taste.
Ist PTT (push to talk)-Betrieb gewünscht (also Senden, solange man die PTT-Taste drückt, Empfang, solange man die Taste losläßt), so verdrahtet man die Steuerschaltung wie folgt:
Den 47-nF-Kondensator an der Taste und die beiden 4,7-nF-Kondensatoren an Pin 13/I1 nicht einbauen, Tasten-Eingang mit Pin 13/I1 verbinden - fertig.
Der 47-MΩ-Widerstand von der Taste nach +U muß eingebaut sein, um die bistabile Funktion des Flipflop zu gewährleisten, die übrigen passiven Bauteile, die im Schaltbild zwischen dem 47-nF-Kondensator und den beiden 4,7-nF-Kondensatoren gezeichnet sind, können entfallen, falls die Baugruppe ausschließlich für PTT-Betrieb verwendet werden soll.
DJ4LB, Günter Sattler.