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Pegelverstärker bis 70 MHz für Frequenzzähler

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Viele Frequenzzählermodule, egal ob Industrieprodukte oder Eigenbau, verlangen am Eingang einen "ordentlichen TTL- Pegel". Für praktische Frequenz. messungen ni somit ein passender Verstärker für die Pegelanpassung vorgeschaltet worden. Der hier beschriebene Pegelverstärker bietet eine hohe Eingangsempfindlichkeit im Frequenzbereich von 1 Hz bis 70 MHz und liefert am Ausgang den Normpegel für TTL-Bausteine. Dabei ist der Eingang des Pegelverstärkers mit mehr als 1 MΩ sehr hochohmig.


Bild 1 - Schaltbild des Pegelverstärker

Schaltungsbeschreibung

Die Eingangsimpedanz des Pegelverstärkers ist durch den FET J310 T1 in der Engangsstufe mit mehr als 1 MΩ sehr hochohmig. Die beiden antiparalle geschallelen Dioden 1N4148 schützen den Eingang vor Übersteuerung. De Transistor  BF506 T2 stelt die erste Verstärkerstufe dar. Das Schaltbild ist im Bild1 dargesteilt.

Einen wesentlichen Anteil zur Signalsaufbereitung bei kleinen Eingangspegeln übeinimmt ein sogenannter Line-Receiver des Herstellers Motorola vom Typ MC10H116 IC1. Er dient üblicherweise zur Aufbereitung schwacher Signalen der digitalen Kommunikationstechnik und ist für Frequenzen bis über 100 MHz spezifiziert.

Der nachgeschaliele Transistor BF506 T3 arbeitet als Schaltstufe. Er könnte bei entsprechender  Dimensionierung bei niedrigen Frequenzen (< 10 MHz) bereits direkt TIL-Pegel am Ausgang lefern, nicht jedoch bei einer Frequenz von 70 MHz! Das Problem ist geeignete Schalttransistoren mit entsprechend hoher Transitfrequenz für die Verarbeitung von TTL-Signalen zu finden. Notwendig sind hier Transistoren mit einer Grenzfrequenz von etwa dem 10- bis 20- fachen der Nutzfrequenz.

Mit steigender Frequenz sinkt die Amplitude des Rechtecksignals an T3 immer mehr ab. Der Komparator LT1016 IC3 schaltet entsprechend seiner mit R15 (Präzisionspoti  22 kΩ) eingestellten Schwellenspannung zwischen Low- und High-Pegel um. Damit ist der gewünschte TTL-Pegel über den gesamten Frequenzbereich von 1 Hz bis hin zu 70 MHz gewährleistet.


Bild 2 - Platinenlayout des Vorverstärkers DJ8ES 051 (nicht maßstäblich)

Aufbauhinweise

Der Pegelverstärker für Frequenzzahler ist auf einer doppelseitig kupferkaschierten Epoxydplatine mit den Abmessungen 40 mm x 80 mm aufgebaut. Das Layout ist in Bild 2 dargestellt. Die Bestückungsseite der Platine ist gleichzeitig Massefläche. Zunächst wird die Platine mit einem 0,8 mm-Bohrer für die Bauelemente bzw. einem 1 mm-Bohrer für die Lötnägel gebohrt. Für die Befestigungslöcher ist ein Durchmesser von 3 mm vorgesehen. Im zweiten Schritt sind alle Bohrungen für Anschlüsse, die keine Masseverbindungen sind, mit einem 2,5 mm Bohrer freizusenken.

Bis auf die beiden integrierten Schaltungen MC10 H116 (IC1) und LT1016 (IC3) wird die Platine in zwangloser Reihenfolge entsprechend dem Bestückungsplan in Bild 3 bestückt und die Bauteile angelötet. Masseverbindungen werden hier beidseitig angelötet; damit "saubere" Masseverhältnisse gegeben sind.

Die beiden noch fehlenden ICs sollten erst nach Prüfung der Betriebsspannung von +5 V am Ausgang des Spannungsreglers 78L05 (IC2) eingesetzt werden.


Bild 3 - Bestückungsplan des Pegelverstärkers bis 70 MHz

1 x MC10H116, Line Receiver-IC, Motorola
1 x IC LT1016, Komparator-IC, Linear Techn.
1 x 78L05, Spannungsregler-IC
1 x J310, FET
2 x BF506, Transistor
2 x 1 N4148, Diode
1 x Elko 10 pF/ 25 V, RM 2,54 mm
2 x Elko 47 MF/ 16 V, RM 2,54 mm
1 x Präzisionspoti 22 kΩ, RM 2,54 mm
1 x Platine DJ8ES 051
5 x Lötnagel 1 mm
1 x Lötfahne 3 mm

Widerstände 1/8 W, RM 10 mm:
1 x 39 Ω
1 x 100 Ω
4 x 150 Ω

6 x 1k2
1 x 10 kΩ
1 x 47 kΩ
1 x 1 MΩ

keramische Kondensatoren, RM 2,54 mm:
1 x 22 pF
8 x 100 nF

Bauteileliste

Inbetriebnahme

Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung ist der Pegelverstärker betriebsbereit. Die Stromaufnahme beträgt ca. 75 mA bei + 12 V-Betriebsspannung.

Zum Abgleich muá lediglich die Schaltschwelle des Komparators LT1016 (IC3) mit dem Präzisionspoti R15 auf den Mittelwert des Spannungspegels am Ausgang von T3 eingestellt werden. Mit einem nachgeschalteten Frequenzzählermodul wird dazu einfach auf maximale Eingangsempfindlichkeit bei maximaler Meáfrequenz abgeglichen. Wer nicht über einen entsprechen den Meßsender verfügt, kann dies auch mit Hilfe eines Oszilloskops durch eine Vergleichsmessung bei kleiner Frequenz tun.

Der Pegelverstärker für Frequenzzähler arbeitet in einem weiten Frequenzbereich von weniger als 1 Hz bis hin zu 70 MHz. Dabei bietet der Ausgang nachfolgenden Stufen immer ein Rechtecksignal mit TTL-Pegel an. Dies läßt sich mit einem Oszilloskop entsprechender Bandbreite darstellen. Uber den Frequenzbereich beträgt die Eingangs- empfindlichkeit hochohmig (> 1 MΩ) bis zu 30 mV. Lediglich nahe der unteren bzw. oberen Grenzfrequenz geht die Empfindlichkeit etwas zurück.

DJ8ES