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Bau und Inbetriebnahme des 0‐v‐1 Empfängers Jan Koppatscheck, R10b Heinrich Andresen Schule Sterup Betreuungslehrkraft: Herr Schmidt Seite 1
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Inhaltsverzeichnis 1 Die Idee S. 3 2 Hintergrund S. 3 2.1 Der 0‐v‐1, Bedeutung des Namens
S. 3 2.2 Geschichte des Radios
S. 3‐4
3 Funktion S. 4 3.1 Wie es von dem Signal aus der Antenne (Radiowelle) zur S. 4 Sprache (Schallwelle) aus dem Radio kommt 3.2 Verstärkung des Signals durch Rückkopplung
S. 4 4 Planung S. 5 4.1 Allgemeine Planung S. 5‐6
5 Die Bauteile S. 6 5.1 Das Chassis S. 6‐7
5.2.1 Die Widerstand S. 7 5.2.2 Der Kondensator S. 7 5.2.3 Die Spule S. 8 6 Werkzeuge
S. 8
7 Fazit S. 8 8 Danksagung S. 9 9 Literaturverzeichnis S. 9 10 Anhang S. 10
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Bau und Inbetriebnahme des 0‐v‐1 Empfängers 1. Die Idee Am Anfang des 10. Schuljahres wurde uns gesagt, dass wir uns Gedanken über das Thema unserer Abschlussarbeit machen sollten. Zu dem Zeitpunkt wusste ich schon, dass ich auf jeden Fall ein Projekt machen möchte, dass das Thema Elektronik behandelt. Es sollte etwas Besonderes sein, was noch niemand anderes gemacht hat. Entschieden habe ich mich für einen Kurzwellenempfänger mit Röhrentechnik. Dieses Projekt habe ich gewählt, weil mein Hobby der Amateurfunk ist und ich schon immer gerne mal einen eigenen Empfänger bauen wollte. Ulrich Müller, Ulli, habe ich gefragt ob er mir dabei helfen kann, denn er ist Diplom Ingenieur für Nachrichten‐ und Kommunikationselektronik und auch Amateurfunker. Er schlug mir den 0‐v‐1 Empfänger vor, ein sogenanntes Kurzwellenaudion mit Röhrentechnik zum Empfang von Amateurfunk und Radio. 2. Hintergrund 2.1 Der 0‐v‐1, Bedeutung des Namens 0‐v‐1 ist nicht nur der Name von meinem Kurzwellenempfänger, sondern sagt auch etwas über den Aufbau aus. Die erste Zahl (0) ist die Anzahl von HF Verstärker Stufen (Eine Schaltung die das Empfangene Signal verstärkt). Das v steht dafür, dass es ein Gradeausempfänger ist, ein Audion (Die Bearbeitung und Gleichrichtung der Radiowelle [siehe Seite 2] wird mit einer Röhre erledigt). Die letzte Zahl (1) steht für die Anzahl der Audio Verstärker. 2.2 Geschichte des Radios In Jahr 1879 wurde der erste Detektorempfänger gebaut, dieser arbeitete noch mit einem einfachen Kristall, wie er in der Natur vorkommt, um den wichtigsten Teil beim Empfangen zu erledigen, die Gleichrichtung der Radiowellen [siehe Seite 2]. Später wurden dafür spezielle Detektorkristalle hergestellt. Detektorempfänger funktionierten hauptsächlich nur in der Nähe des Senders, da sie sehr empfangsschwach waren. Zuerst wurden Detektorempfänger für das Militär und für den Seefunk (z.B. Titanic) eingesetzt. Heute sind Detektorempfänger recht simpel zu bauen und funktionieren zuverlässiger als damals. Seite 3
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1905 wurde anstatt einer Kristalldiode eine Röhre zur Gleichrichtung der HF benutzt. Diese Art von Empfänger wird als Audion bezeichnet. Das Audion war der erste gängige Radio‐Typ und in den 1930er Jahren, als der Rundfunk in Deutschland begann, sehr verbreitet. Einer der bekanntesten Rundfunkempfänger nach dem Prinzip des 0‐v‐1 ist der 1933 erschienene Volksempfänger, Modell VE 301. 3 Funktion 3.1 Wie es von dem Signal aus der Antenne (Radiowelle) zur Sprache (Schallwelle) aus dem Radio kommt Abb. 1 Eine Radiowelle (rot) – Das Signal aus der Antenne Wenn eine Radiowelle auf eine Antenne trifft, wird sie zu einem elektrischen Signal, wie man es auf Abb. 1 sieht. Um die Radiowellen wieder in Sprache zurück zu wandeln, muss das Signal noch bearbeitet werden. Zuerst werden alle elektrischen Wellen auf der negativen Hälfte der Y‐Achse abgeschnitten, das sogenannte Gleichrichten. Dies geschieht in der Röhre, das Herzstück von meinem Empfänger. Wenn man nun alle Spitzen der restlichen Wellen verbindet, hat man ein brauchbares Signal, die grün markierte Welle. Diesen Vorgang nennt man das Glätten. Die grüne Welle ist eine hörbare Schallwelle, wie sie aus der Röhre (dem Glaskolben mit Elektroden drin) als elektrische Spannung austritt. 3.2 Verstärkung des Signals durch die Rückkopplung Bevor die letzten Reste der Radiowelle aus der entstandenen Schallwelle gefiltert werden, wird das Signal nochmal zurück in die Röhre geführt. Dieses Verfahren nennt sich das Rückkoppeln. Durch das Rückkoppeln wird das Signal um ein 10.000‐faches verstärkt. Wiederum erhöht sich auch die Trennschärfe, d. h. wenn ein anderer Sender nah neben dem Signal liegt, das man empfangen will, wird das gewünschte Signal weniger beeinflusst und ist besser hörbar. Seite 4
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4 Planung 4.1 Allgemeine Planung Nach einem kurzen Gespräch mit der Rektorin wurde mir das Projekt als Einzelarbeit genehmigt. Leider habe ich keinen Partner gefunden, der sich besonders gut mit Elektronik auskennt. Als ich mich mit Ulli getroffen hatte, gab er mir einen Karton mit einigen Bauteilen und viele Bücher, die Grundlage für den 0‐v‐1. Leider verstand ich nicht alles aus den Büchern, deshalb traf ich mich mit einigen bekannten Amateurfunkern, da Ulli in Marburg wohnt und selten hier ist. Bei den Treffen bekam ich weitere Bücher geliehen, in denen das recht komplizierte Prinzip des Empfängers erklärt wurde. So konnte ich anhand drei verschiedener Bücher mir das Prinzip doch sehr einfach erklären. Zuerst war wichtig, dass ich einen Schaltplan finde, nachdem ich den 0‐v‐1 bauen möchte. Er soll gut funktionieren und trotzdem einfach in die Tat umzusetzen sein. Ich habe mich für einen aus meinen Büchern entschieden, der sehr überschaubar ist. Genommen von diesem Schaltplan habe ich aber nur den Empfängerteil (rot). Die Schaltung für das Hochspannungsnetzteil habe ich selbst entworfen und den Schaltplan für den Audioverstärker habe ich aus dem Datenblatt von der dafür vorgesehenen Röhre genommen und ein wenig gekürzt. Wichtig für meinen Empfänger ist, dass ich ein Hochspannungstravo habe, der ca. 250 Volt und 6,3 Volt liefert. Leider hatte Ulli und niemand anderes ein solchen. Zufällig hatte ich noch einen sogenannten „Transverter“ in meiner Werkstatt zum Ausschlachten. Dieser hatte zwei Röhren verbaut. Nach einer guten halben Stunde hielt ich dann den recht großen Travo in der Hand. Der Travo ist ein wenig groß für meinen kleinen Empfänger, aber es ist zum Glück kein Problem, wenn der Travo zu groß ist. Anfangs habe ich eine grobe Zeichnung erstellt, wo die Bauteile nebeneinander angeordnet werden. Dabei ist drauf zu achten, dass die Bauteile wie die Steckspule und der Netztravo nicht zu nah zusammenliegen, sonst beeinflussen sich die Bauteile vielleicht gegenseitig. Das kann den Empfang stark beeinflussen. Andere dürfen wiederum nicht zu nah zusammenliegen. Als die erste Zeichnung fertig war, begann ich damit die größeren Seite 5
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Bauteile wie die Travos und Lötleisten auf ein Aluminiumblech zu legen, um den dafür benötigten Platz auszumessen. Dadurch konnte ich die Maße für das Chassis festlegen. Ein Problem war nur dass ich keine Abkantbank für das Aluminiumblech habe. Nach einiger Zeit konnte mir ein Freund das Chassis biegen. Innerhalb einer Woche lag das fertige Chassis bei mir. Ein weiteres Problem waren die Befestigungslöcher in das Blech zu bohren. Denn ich habe keine Stand‐Bohrmaschine und kenne auch niemanden, der eine hat. Deshalb habe ich die Befestigungslöcher in der Schule gebohrt. Vorher musste ich alle Löcher und Bauteile auf dem Blech einzeichnen. Dabei musste ständig auf korrekte Abstände zwischen den Löchern und Bauteilen geachtet werden. Löcher über 10mm hat mir mein Vater gebohrt, da er in seiner Firma so große Bohrer hat. 5 Die Bauteile 5.1 Das Chassis Der Empfänger wird nicht wie jede andere Schaltung in ein Plastikgehäuse gebaut, sondern in ein Chassis (dem Gehäuse) aus Aluminiumblech. Der Grund für dieses aufwendige Gehäuse ist, dass der Empfänger möglichst gut von Störquellen abgeschirmt sein muss, sonst hört man jedes Handy. Effekte wie das Summen in PC Lautsprechern, wenn ein Handy zu nahe kommt, treten bei einem Röhrenempfänger noch schneller auf und das wird durch das Aluminium‐Chassis verhindert. Wichtig ist auch, dass das Chassis aus einem elektrisch leitendem Stoff ist und nicht aus einem anderen Material. Da Aluminium elektrisch leitend ist, schirmt es Störungen ab, Plastik kann das nicht. 5.2 Elektrische Bauteile In der Regel werden Schaltungen mit Röhren nicht auf Platinen konstruiert, sondern mit sogenannten Lötleisten. Das wird in erster Linie aus praktischen Gründen gemacht, aber ist auch aus technischer Sicht besser, weil die Bauteile dann nicht eng nebeneinander sind und alles etwas übersichtlicher bleibt. Um die Schaltungen auf Lötleisten konstruieren zu können, ist es besser vorher zu zeichnen, wo welche Bauteile hin sollen und wie sie verdrahtet werden müssen. Dabei muss auf kurze Verbindungen geachtet werden. Pro Konstruktionsplan benötigte ich jeweils ca. 2 Stunden, bis er perfekt war. Seite 6
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Da es bei der Röhrentechnik zu Spannungen bis 300 Volt kommen kann, benötigte ich für den Bau recht robuste und spannungsfeste Bauteile. Diese und auch die Röhren habe ich hauptsächlich von Ulli, aber auch von anderen Leuten bekommen. Kleinere Bauteile wie Widerstände gibt es in großen Mengen in dem Clubheim von meinem Amateurfunkclub in Süderbrarup. Dadurch musste ich mir keine teuren elektronischen Bauteile kaufen, was mir hohe Kosten ersparte. Einige Bauteile Eine große Sammlung von verschiedenen Bauteilen in dem Clubheim 5.2.1 Der Widerstand Ein Widerstand dient zur Senkung eines Stroms oder einer Spannung. Widerstände gibt es in vielen Formen, einige sind nur 3mm groß, wobei Hochleistungswiderständer bis zu 10kg wiegen können und mehr. Widerständer haben einen Wert der in Ohm (Ω) gemessen wird. Je höher der Wert eines Widerstandes ist, umso stärker wird ein Strom oder eine Spannung gebremst und in Wärme umgewandelt. Obwohl ein Widerstand ein sehr einfaches Bauelement ist, ist er sehr vielseitig einsetzbar. 5.2.2 Der Kondensator Der Kondensator wir verwendet um Spannungen zu speichern oder zu glätten, d. h. eine nicht Spannung bleibt konstant auf z. B. 5 Volt anstatt ständig um 2 V zu schwanken. Kondensatoren können auch für Filter oder zum Übertragen von Signalen verwendet werden.
Die Kapazität (das Speichervolumen) Kondensators wird in Farad (F) gemessen. Seite 7
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eines 5.2.3 Die Spule Die Spule ist meiner Meinung nach eines der kompliziertesten elektronischen Bauteile. Sie ist sehr vielseitig einsetzbar. So ist sie in Travos und Lautsprechern zu finden, wird aber hauptsächlich zur Signalverarbeitung, Störunterdrückung und Stromstabilisierung benutzt. [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Spule_(Elektrotechnik)] Die Stärke einer Spule wird in Henry (H) gemessen. 6 Werkzeuge Um die elektronischen Bauteile miteinander zu verbinden, werden sie miteinander mit Lötzinn verschmolzen. Der Lötkolben sollte recht heiß sein, um die 400°C und die Temperatur sollte man auch regeln können. Normal lötet man bei ca. 280°C, wenn es schnell gehen muss und man keine besonders empfindlichen Bauteile verwendet, kann man aber auch mit bis zu 400°C löten ohne Bedenken. Unverzichtbar sind auch die Spitzzange, Pinzette und der Seitenschneider, da alle Drähte von Widerständen und Kondensatoren gekürzt und gebogen werden müssen. Wenn die Drähte sehr kurz sind kann man sich schnell die Finger beim Löten verbrennen, dagegen hilft eine Pinzette. 7 Fazit Ich finde, der Bau von einem 0‐v‐1 Empfänger ist nicht für jeden etwas, da man einige Kenntnisse in der Funktechnik für den Bau benötigt. Teilweise kann es auch schwierig werden, die richtigen Bauteile wie z. B. Röhren zu finden. Gelernt habe ich viel über die Entstehung und den Empfang von Radiowellen. Als nächstes möchte ich mir deshalb gerne einen eigenen Kurzwellensender bauen. Zum Schluss kann ich sagen, dass es jedes Mal Spaß macht, wenn man etwas gebaut hat, es einschaltet und es funktioniert. Ich hoffe, dass bei dem weiteren Bau mir dies noch oft passieren wird und nichts Unerwartetes geschieht. Seite 8
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8 Danksagung Ein Besonderer Dank für die Unterstützung meines Projekts geht an: Ulrich Müller, Ulli ‐ Für die materielle Unterstützung und die Informationen Wolfgang Kraack ‐ Für die Unterstützung beim Bau des Chassis Martin Koppatscheck ‐ Für das Bohren der größeren Befestigungslöcher und an diverse Amateurfunker aus meinem Verein ‐ Für allgemeine Unterstützung 9 Literaturverzeichnis • Der Kurzwellenamateur, Karl Schultheiss Der Schaltplan • Amateurfunk Handbuch, Werner W. Diefenbach Allgemein Informationen zum Empfang, dem Funktionsprinzip und zu der Elektronik • Amateurfunk, Karl‐Heinz Schubert Informationen zu dem Netzteil und dem Funktionsprinzip • Das große Radio Bastelbuch, Karl Heinz Schubert Informationen über das Netzteil Seite 9
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10 Anhang Der Schaltplan von meinem Empfänger, rot markiert Die Skizze für die Konstruktion auf Lötleisten Seite 10
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Die groben Skizzen von den Bohrplänen Seite 11
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Die ersten Bauteile Erster theoretischer Aufbau Seite 12
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Das Gewinde für den Trafo wird geschnitten zum Befestigen Die riesige Auswahl an Bauteilen im Clubheim Seite 13
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Das Grundgerüst von dem Chassis Die Frontplatte Seite 14
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Die Spannungen werden geprüft Unten: Die Bauteile werden eingebaut Seite 15
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Ein Teil der Montage habe ich im Clubheim erledigt Das Netzteil und der Audioverstärker sind fertig Seite 16
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