Amateurfunk
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Amateurfunk Anfängerprojekt, Audion für 80 m und 40 m (49 m) HARALD KUNTER - DF9YM Überarbeitet und ergänzt von Michael Höller-DL7MIC Ziel der Überlegungen war, eine Schaltung und ein Aufbaukonzept zu entwerfen, das auch Laien, vor allem jüngere, zum Selbstbau ermutigt. Zugleich sollten alle Teile im Elektronikladen um die Ecke oder im Versand erhältlich sein. Herausgekommen ist ein kleiner preiswerter Kurzwellenempfänger, der weder Drehkondensatoren noch Spulenkörper benötigt, erstaunlich empfindlich ist und schon mehrfach von jüngeren Schülern mit Erfolg nachgebaut wurde. Um mit geringem Materialeinsatz und ohne sonderlichen Abgleichaufwand Erfolg zu erzielen, bietet sich also immer noch ein Geradeausempfänger nach dem Audionprinzip an. Man kann damit sowohl Telegrafie- wie Einseitenbandsignale, bei Bedarf aber auch die amplitudenmodulierten von KW-Rundfunksendern empfangen. Stromlaufplan im Überblick Die nächste Seite zeigt den Stromlaufplan. Über eine geringe Kapazität von 3,3 pF (bei etwas längeren Antennen 2,2 pF) gelangt das Antennensignal auf zwei umschaltbare Schwingkreise für das 80 m und das 40 m Band. Sie bestehen lediglich aus einer HF-Drossel sowie einem Folien-Trimmkondensator. Ein Kapazitätsdiodenpaar BB 204 oder BB 304 dient der Einstellung der Resonanzfrequenz. Das durch den jeweils wirksamen Schwingkreis herausgefilterte Antennensignal wird durch einen Dual-Gate-Mosfet Transistor BF 961 (oder BF 981) verstärkt und gelangt über 33 pF an die Basis des ersten BC 548 Transistors (Q 1). Damit kommen wir zum Kernpunkt der Schaltung: Um ein SSB-Signal (Einseitenband-Signal) demodulieren zu können, muß der im Sender unterdrückte Träger im Empfänger wieder hinzugefügt werden. Ähnlich verhält es sich mit einem CW-Signal (Telegrafie), das erst durch Überlagerung mit einem zweiten, um die gewünschte Niederfrequenz benachbarten Dauersignal, lesbar wird. Am einfachsten geschieht dies, indem der BF 961 zum Schwingen angeregt wird und so etwas wie eine selbstschwingende Mischstufe entsteht. Dazu dient ein Signal, das mit gleicher Phasenlage auf den Eingang des BF 961 zurück gelangt. Dieses Signal liefert der BC 548. War das Signal durch den BF 961 um 180 Grad gedreht worden, dreht es der BC 548 noch einmal um diesen Betrag; ein 1 pF Kondensator koppelt es phasengleich auf das Gate 1 des BF 961 zurück. Die Verstärkung im Rückkopplungszweig läßt sich mittels des 2,2 kΩ Potentiometers im Emitterkreis des ersten BC 548 variieren, so daß man über den Schwingungseinsatzpunkt "hinwegfahren" kann. In sehr seltenen Fällen kann die Rückkopplung infolge ungünstiger Bauelementetoleranzen zu stark sein. In einem solchen Fall muß der Drainwiderstand R11 von 270 Ω verringert werden, z.B. auf 180 Ω. Neben der Erzeugung des fehlenden Trägers bewirkt die Rückkopplung eine Entdämpfung des Schwingkreises, so daß selbst mit preiswerten HF-Drosseln eine sehr spitze und schmale Resonanzkurve und somit gute Trennschärfe erreichbar ist. Durch die Mischung des Eingangssignals mit dem selbst erzeugten Signal entsteht als Mischprodukt das Niederfrequenzsignal, das im Transistor weiter verstärkt und anschließend über einen Tiefpaß aus zwei Kondensatoren von je 47 nF und einem 5,6 kΩ Widerstand der nächsten NF-Verstärkerstufe mit dem Transistor Q2 zugeführt wird. Ein Gegenkopplungskondensator von 560 pF sorgt dort zusätzlich für eine weitere Unterdrückung der höheren Frequenzen, was den Rauschanteil des Signals reduziert. Abschließend folgt als NF-Endstufe der bekannte Schaltkreis LM 386. Schaltungseinzelheiten Erstaunlich ist, daß selbst bei einer Ankopplung über nur 2,2 pF stärkere Signale den Empfänger übersteuem können. Deshalb wurde eine einstellbare Abschwächung des Antennensignals mit einem 1 kΩ Potentiometer vorgesehen. Ein weiteres Potentiometer von 10 kΩ dient der Sendereinstellung. Je nach dessen Stellung erhalten die Kapazitätsdioden eine Spannung zwischen 0 und 5 V (je höher die Spannung an der Kapazitätsdiode, desto geringer die Kapazität und desto höher die Resonanzfrequenz). Ein in Reihe geschaltetes 1 kΩ Potentiometer ermöglicht eine feinfühligere Spannungsänderung und damit eine Senderfeineinstellung. Während die Spannungsänderung von 0 bis 5 V beim 80 m Schwingkreis eine Frequenzänderung von etwa 350 kHz bewirkt und eine volle Potentiometerdrehung von 270 Grad somit genau das 80-mBand erfaßt, würde dieselbe Spannungsänderung beim 40 m Schwingkreis statt der benötigten 100 kHz etwa 800 kHz Abstimmbereich ergeben. Deshalb kann beim Einschalten des 40 m Bandes ein 15 kΩ Widerstand in Reihe zudem 10 kΩ Potentiometer geschaltet werden. Dadurch beträgt die Spannungsänderung nur noch 3,2 bis 5 V, was einer Frequenzänderung von etwa 150 kHz entspricht. Eine Besonderheit der Schaltung ist das 1 kΩ Trimmpotentiometer R6 in Sourceleitung des MOSFET. Je nach Aufbau der Schaltung und den Bauteiletoleranzen kann es (selten!) vorkommen, daß in dieser Mischstufe wilde Schwingungen entstehen, die sich durch mörderisches Kreischen oder Pfeifen bemerkbar machen. Dann drehe man das Trimmpotentiometer (aus der normalen Mittelstellung) nach rechts, um den Sourcewiderstand zu verringern. Hier gilt es, ggf. ein wenig zu experimentieren. Ein weiteres Bauteil, das zu wilden Schwingungen neigt, ist der LM 386, der über eine Diode und einen 470 pF Kondensator von der Plusleitung entkoppelt ist. Die Diode verhindert gleichzeitig die Zerstörung des IC infolge einer versehentlich falsch gepolten Betriebsspannung. Aufbau Alle Einzelheiten des Aufbaus, einschließlich der Anschlüsse der Potentiometer, des Umschalters, der Kopfhörerbuchse usw., sind der Aufbauzeichnung (nächste Seite) zu entnehmen. Zuerst sollte man mit den Widerständen , Drahtbrücken, HF-Drosseln und allen anderen flachen Bauteilen anfangen (Bild 1). Danach werden dann die größeren Bauteile wie Trimmkondensatoren, Transistoren, Elkos und zuletzt die Potis eingebaut. Die Gehäuse der Potentiometer werden mit einem blanken Draht untereinander und mit Masse verbunden. Für das IC empfiehlt sich eine Fassung. Während des Einlötens sollten vor allem Anfänger die gerade eingelöteten Teile in der Stückliste markieren. So wird schnell deutlich, ob ein Teil fehlt. Hat man zum Schluß noch einmal die Lage der Transistoren, des IC und nicht zuletzt die Polung der Elektroytkondensatoren (ein beliebter Fehler) überprüft, kann's losgehen. Bild 1: Aufbaubeginn mit Widerständen Bild 2: Einbaulage des BF 961 Bestückungsplan Verkabelungsplan Bild 3: Der fertige Aufbau. Der 120pF Kondensator ist hier im Bild als SMD Bauteil auf der Unterseite der Platine verlötet. Bild 4: Auf die Einbaulage des 78L05 ( oben in der Mitte) muß geachtet werden Inbetriebnahme Vorweg ist zu bemerken, daß Audion- und Direktmischempfänger aufgrund ihrer hohen NF-Verstärkung sehr empfindlich mit Brummen auf Magnetfeldeinstreuungen und andere Störfelder reagieren - vor allem, wenn sie frei ohne Metallgehäuse "herumstehen". So verursachen große Netzgeräte am Meßplatz, der Fernseher im Nebenraum oder die Leuchtstofflampe ggf. Störungen. Billige Netzgeräte können durch die von ihnen gelieferte nicht so gut gesiebte Betriebsspannung ebenfalls zum Brummen führen. Am saubersten sind die Signale bei Akkumulator- bzw. Batteriebetrieb und wenn der Empfänger mit einer Erde (Heizung/Wasserleitung usw.) verbunden ist. Bei der Inbetriebnahme sollte das Trimmpotentiometer von 1 kΩ in der Sourceleitung zunächst in Mittelstellung stehen, ebenso die beiden Trimmkondensatoren der Schwingkreise sowie die Potentiometer zur Sendereinstellung. Das Rückkopplungspotentiometer ist anfangs nach links und das NF-Potentiometer nach rechts zu drehen. Bei Berührung des Drainanschlusses des BF 961 mit dem Finger müßte nun im Lautsprecher ein leises Brummen zu hören sein. Wird anschließend das Rückkopplungspotentiometer behutsam nach rechts gedreht, zeigt plötzlich lautes Rauschen an, daß die Schwingungen eingesetzt haben. Nun muß man nur noch die Frequenzbereiche einstellen. Am einfachsten gelingt das mit einem Meßsender. Zunächst wird das Potentiometer für die Sendergrobeinstellung nach rechts und das Rückkopplungspotentiometer gerade soweit aufgedreht, daß die Audionstufe schwingt. Dann verstellt man den Meßsender, bis ein lautes Pfeifen den Empfang der gegenwärtigen Meßsenderfrequenz anzeigt. Durch Verdrehen des jeweiligen Trimmers werden dann die Schwingkreise so eingestellt, daß der Empfang bei Rechtsanschlag der Grobeinstellung im 80 m Band auf etwa 3,82 MHz bzw. im 40 m Band auf etwa 7,12 MHz erfolgt. Was aber tun, wenn weder ein Meßsender zur Hand, noch ein hilfsbereiter Funkamateur in der Nähe ist? Zum Glück stellt unser Gerät, sobald wir die Rückkopplung anziehen und ein Stückchen Draht als Antenne verwenden, selbst einen kleinen Sender dar. Zum Abgleicht genügt deshalb ein Rundfunkempfänger mit einem Kurzwellenbereich, dessen Antenne wir mit unserem Empfänger verbinden. Nachdem am Anfang des 41 m Bandes (7,1 MHz) eine Rundfunkstation eingestellt ist, drehen wir den Trimmer des 40 m Schwingkreises, bis unser Signal sich durch ein Überlagerungspfeifen mit dem Sender im 41 m Band bemerkbar macht. Und schon sind wir in der Nähe unseres gesuchten Frequenzbandes. Das funktioniert auch im 80 m Band, nur stellen wir hier die Sendergrobeinstellung unseres Empfängers etwas weiter nach links, um dann im Rundfunkgerät auf der Frequenz 7,2 MHz die Oberwelle von 3,6 MHz (2 x 3,6 MHz = 7,2 MHz) empfangen zu können. Stückliste Bauteil Bauteil Nr. Wert R 19 10 Ω R 11 R 18 R 12 R 15 Widerstand ¼ Watt R 13 R 17 R7 R8 R9 R 10 R 14 R 16 Kondensator RM 5mm ElektrolytKondensator RM 5mm Aufdruck braun-schw.schw. rot-viol.270 Ω braun braun-grün1,5 kΩ rot grün-blau-rot 5,6 kΩ braun-schw.orange 15 kΩ braun-grünorange 22 kΩ rot-rot-orange 10 kΩ 560 kΩ grün-blaugelb C 10 1 pF 1 C3 2,2 pF 2,2 C4 3,3 pF 3,3 C8 33 pF 330 C6 120 pF 121 C 14 560 pF 561 C 12 C 13 C 21 47 nF 47n oder 473 100 nF 104 C5 C7 C9 C 11 C 22 C 15 C 18 C 17 C 20 C 16 C 19 10 µF 100 µF 470 µF Schaltzeichen Bild Kontr. 1 Kontr. 2 Folientrimmer C1 C2 60 pF Trimmpotentiometer R6 1 kΩ R 20 200 kΩ R1 R2 1 kΩ lin. R4 2,2 kΩ lin R3 10 kΩ lin R5 4,7 kΩ log. L1 4,7 µH gelbviollettgold L2 15 µH braungrünschwarz Potentiometer 6 mm Achse HF-Drossel Farbe schwarz BF 961 Dual-GateMosfet Transistor T1 oder BF 981 NPNTransistor Q1 Q2 BC 548 Spannungsregler IC 1 78L05 C 548 BB30 4 oder BB20 4 Kapazitätsdiode C-Diode Diode D1 NFVerstärker IC 2 LM 386 IC-Fassung für IC 2 8-pol. Lautsprecher SP 1 8Ω 3,5 mm Stereo Klinkenbuchse X1 X3 3,5 mm Bananenbuchse BU 1 BU 2 BU 3 4 mm Drehschalter S1 3x4 Stell. Schalterknopf für S1 Drehknopf klein für R 1, R 2, R 4, R5 für 6 mm Achse für 6mm Achse für 6 mm Achse Drehknopf groß Batterieclip für 9V-Block Platine für R 3 1N 4001 rot + schwarz 150 x 65 mm Tips Warum nicht hin und wieder auch mal Radio hören? Man kann abends sogar mit nur einem Stück Draht viele Rundfunkstationen des 49-m-Bandes hören. Weil hier der Überlagerungston mit der Trägerfrequenz des Rundfunksenders stören würde, muß man die Rückkopplung eine Kleinigkeit vor den Schwingungseinsatz stellen. Die Audionschaltung wirkt dann als empfindlicher und verhältnismäßig trennscharfer AM-Demodulator. Auch das 20-m-Amateurband (oder das 22-rn-Rundfunkband) läßt sich empfangen. Hierzu ist nur die 4,7 µH Drossel durch 1,5 µH zu ersetzen. Viele Funkamateure bevorzugen Kopfhörerempfang, da sich so äußere akustische Einflüsse weniger bemerkbar machen und man selbst auch seine Umgebung nicht belästigt. Dabei stört evtl. das durch die große NF-Verstärkung des LM 386 mit verursachte Rauschen. Um die Verstärkung zu verringern, muß in Reihe zu dem 10 µF Kondensator zwischen Pin 1 und Pin 8 ein Widerstand von 1 kΩ geschaltet werden. Entfernt man den Kondensator ganz und läßt die Verbindung offen, sinkt die Verstärkung des LM 386 noch weiter. Möchte man dagegen die Empfindlichkeit des Geräts erhöhen, kann man den 100 nF Sourcekondensator durch einen Elektrolytkondensator von 1 µF ersetzen (minus an Masse, plus an Source). Ansonsten kann ein ganz normaler Kopfhörer mit 3,5 mm Stereoklinke verwendet werden ( z.B. vom Walkman). Beim Verbinden des Kopfhörers schaltet sich der eingebaute Lautsprecher im Empfänger ab. Verbindet man den Soundkartenaugang des Empfängers mit einem PC ( Mikrofon- oder Line-in), sollte man auch ein Kabel mit 3,5mm Stereoklinke verwenden und den Pegel mit dem Trimmer R 20 ( 200 KΩ) so einstellen, daß der Soundkarteneingang nicht übersteuert. Für die Feineinstellung kann und sollte softwareseitig eine gewisse Reserve bleiben. Bedienung Die Bedienung des Empfängers setzt ein wenig Fingerspitzengefühl und Übung voraus. Bei jeder Stationssuche sollte der „FeinRegler“ für die Frequenz in Mittelstellung stehen und der Regler für die Rückkopplung soweit nach rechts gedreht werden, bis das Rauschen zunimmt (Schwingungseinsatz). Jetzt kann mit dem Frequenzregler ein Sender grob abgestimmt werden. Bei Einseitenbandsignalen (SSB) hört man zunächt entweder ein „ Micky-Mouse Gequake“ oder ein unverständliches Grummeln. Jetzt kann mit dem Fein-Regler auf maximale Verständlichkeit abgestimmt werden. Bei sehr starken Stationen (vor allem in den Abendstunden) muß man evtl. die Rückkopplung etwas zurückdrehen oder den Dämfungsregler zum Abschwächen der starken Signale einsetzen. Die Regler haben einen gewissen Einfluß aufeinander; so ändert sich die Frequenz auch leicht wenn man den Dämpfungsregler oder auch den Rückkopplungsregler verstellt. Mit ein wenig Übung hat man das aber schnell raus. Dafür erhält man einen sehr empfindlichen und relativ trennscharfen Empfänger Bei Telegrafiesignalen (morsen, CW) stellt man auf eine angenehme Tonhöhe von ca. 600 bis 1000 Hertz ein. Mit einem Programm wie CwGet können dann mittels Soundkarte und PC die Telegrafiesignale „lesbar“ gemacht werden, vorrausgesetzt die Zeichen werden normgerecht gegeben. Dazu ist einfach der Empfänger über ein handelsübliches 3,5mm Stereo-Klinkenkabel mit dem Mikrofon- oder Line-in-Eingang der Computersoundkarte zu verbinden. Jetzt muß nur noch der Pegel mit dem Pegelregler der Soundkartensoftware und / oder mit dem Lautstärkeregler des Empfängers angepaßt werden. Screenshot CwGet: Hier ist eines von 3 Signalen ausgewählt (roter Strich oben)
