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DL4YHF > VLF 07.09.97 19:30l 235 Lines 10736 Bytes #-10536 (0) @ DL
BID : 079757DB0EAM
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Subj: LF-TX (Beschreibung)
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LF-Sender-Funktionsbeschreibung
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(LF_INFO2.TXT) DL4YHF 9/97
In dieser Datei wird die Funktion des LF-Senders genauer beschrieben.
Sie setzt die "LF-Sender-Kurzbeschreibung" (LF_INFO1.TXT) fort.
Zur besseren Verständnis sollte der Schaltplan des LF-Sender (LVTX_SCH.GIF)
schon vorliegen. Die in diesem Text verwendeten Bauteilnamen beziehen sich
auf den Schaltplan vom 4.9.97.
Die Bauteilnummern im Schaltplan sind ***nicht*** fortlaufend numeriert,
weil einzelne Schaltungsteile (z.B. Semi-BK) aus alten Projekten "recycelt"
wurden.
Anschlüsse
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Die "dicken" runden Kringel im Schaltplan sind die Anschlußpunkte (Lötstifte).
Übersicht:
W1, W1G: Spannungsversorgung (12 bis 15 Volt DC)
W2, W2G: Morsetaste
W3, W3G: "Antenne" (genauer: Ausgang zum Antennenanpaßnetzwerk)
W4, W4G: (Ausgang) zum Empfängereingang
W5: (Ausgang) führt +12V solange die Semi-BK-Sendezeit aktiv ist,
dient unter anderem zum Passiv-Schalten des Empfängers
W6: (Ausgang) zum Ansteuern eines Frequenzzählers oder einer PLL.
W7: (Ausgang) Rücklauf-Anzeige (SWR - Drehspulinstrument)
W8: (Ausgang) Vorlauf-Anzeige (SWR - Drehspulinstrument)
W9: Masseanschluß für Drehspulinstrument
Frequenzerzeugung
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Die Sendefrequenz wird durch Teilen einer Frequenz von ca. 2.2 MHz
durch 16 erzeugt.
Dadurch wird eine gute Frequenzstabilität erreicht, weil der Oszillator
von der Sendefrequenz nicht beeinflußt werden kann. Außerdem wird die
Oszillatordrift auch durch 16 geteilt (driftet der Ozillator z.B.
um 100 Hz, so ändert sich die Endfrequenz nur um ca. 6 Hz).
Das Herz der Schaltung bildet ein Standard-CMOS-Baustein Typ 4060, der
hier für den Oszillator und den Frequenzteiler verwendet wird. Von den
14 Teilerstufen werden hier allerdings nur vier verwendet.
Sendertastung mit Pulsweitenmodulation
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Für ein brauchbares Ausgangsspektrum erwies sich das einfache "Ein-/Aus-
schalten" der HF als ungeeignet. Die Tastflanken waren viel zu steil
und führten zu "Klicks". Die Modulation der Ausgangsleistung über die
Amplitude der Gate-Spannung der PA führt zu großen Verlusten im PA-Tran-
sistor.
Recht brauchbar ist die Leistungs-Steuerung über das Tastverhältnis
der Steuerspannung. Sie funktioniert folgendermaßen:
Das 137 kHz-Rechtecksignal aus dem Frequenzteiler (4060) wird über ein
Differenzierglied aus festen C und variablen R (Kollektor von Q1)
geleitet. Die dadurch entstehenden Impulse mit "variabler Breite"
werden durch den Schmitt-Trigger IC2 (4093) wieder zu "steilen" Recht-
ecken gemacht. Drei Gatter aus dem 4093 verstärken dies Signal für die
Treiberstufe (komplementäre Gegentakt-Endstufe mit Q4 und Q5).
Das Signal am Ausgang der Treiberstufe hat ein variablen Impuls-/Pausen-
verhältnis: kleine Leistung : kurzer Impuls, lange Pause ;
maximale Leistung : Impulsdauer = Pausendauer (1:1)
Diese Art der "Amplitudenmodulation" hat leider auch einen Haken:
Speziell bei kleinen Ausgansleistung entstehen starke Oberwellen, genauer:
das Verhältnis der Amlitude der Oberwellen (n*137 kHz)
zur Amplitude der Grundschwingung (137 kHz) ist recht mies (d.h. hoch),
dies erfordert eine gute Filterung !
Endstufe, Transformation, Filter
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Die Endstufe mit Q2 arbeitet im Schalterbetrieb. Am Drain (Pin 2) sollte
eine Spannung von ca. 24 Vss ohne größere Überschwinger zu messen sein.
Die bifillar gewickelte "Drain-Drossel" L2 dient zum Zuführen des Drain-
Gleichstroms (max. ca. 3 Ampere) und zum "Begrenzen" der Drainspannung
nach dem Abschalten des Drainstroms. Dazu dient die Schottky-Diode D6
(SB 560 oder ähnliche Typen mit "dicken Beinen"):
Diode D6 wird leitend, wenn die Drainspannung über 24(!) V steigt und
"schaufelt" die überschüssige in L2 gespeicherte Energie zurück in die
Betriebsspannungsversorgung (dies ist viel effektiver, als den Transistor
mit einer Z-Diode zu schützen).
Das Rechtecksignal vom Drain wird mit dem Serienresonanzkreis L3 (13æH)
und C11,C12 (zusammen etwa 98 nF) von etwa 2.7 Ohm auf 50 Ohm "schmal-
bandig" hochtransformiert. Dabei liegen über C11 und C12 etwa 35 Veff,
d.h. es fließen Blindströme im Bereich von 3 Ampere (bei 137 kHz).
(Anmerkung: das müssen Folien-Cs im Bereich von xx nF erst mal verkraften,
ohne warm zu werden. Ich hatte bis jetzt ziemliche Probleme
welche zu finden ! Ähnliches gilt für C10..C17)
Am "heißen" Ende von C12 hat die Spannung dann schon annähernd Sinusform,
weil ja nur die Grundschwingung (137 kHz) hochtransformiert werden.
Für alle Oberschwingungen stellt L3+C11+C12 schon einen ganz guten Tief-
paß dar.
Nach der Transformation folgt das Sende-/Empfangs-Umschalt-Relais. Ich
habe dafür ein altes Exemplar aus der Bastelkiste verwendet
(Typ "KACO W4" mit einem 230V - Umschaltkontakt).
Anschließend folgt ein PI-Filter ohne Transformation, welches für den
Empfänger als schmalbandiges Eingangsfilter verwendet wird. Es besteht
aus C13+C14 (zusammen idealerweise 78 nF), L4 (32 æH) und (C15,16,17)
(zusammen ca. 77 nF nach Masse). Der antennenseitige Kondensator
(C15+C16,C17) dient auch als kapazitiver Spannungsteiler für die SWR-
Messung.
SWR-Messung
-----------
Die SWR-Meß-Schaltung (rund um L5) mißt im Prinzip die Ausgangsspannung
und den Ausgangsstrom und verknüpft diese Größen unter der Berücksich-
tigung des Phasenwinkels (nach dem gleichen Prinzip arbeiten z.B. auch
die SWR-Meter in den kleinen MFG-Tunern, diese sind für den LW-Bereich
leider völlig ungeeignet).
L5 dient als "Stromwandler" mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:12
(die Primärwicklung ist der "durchgesteckte" dicke Draht). L5 wurde beim
Prototypen auf einem weiß ummantelten Ringkern mit ca. 15 mm Außendurch-
messer gewickelt. Der (gemessene) AL-Wert dieser Spule beträgt 2 æH
(pro Windung; also eine recht große, verlustreiche Permeabitiät.
Dies ist allerdings nicht so tragisch, weil L5 kaum durchflutet wird).
Über R11 fällt eine dem Ausgangsstrom entsprechende Spannung ab. Durch
die phasenrichtige Verkettung mit einem Teil der Ausgangsspannung liegt
an D3 der "Rücklauf" und an D2 der "Vorlauf". Poti R10 muß so eingestellt
werden, daß der angezeigte Rücklauf bei Belastung des Senders mit 50 Ohm
mininal wird. Die Potis R16 und R18 dienen zur Einstellung des Vollaus-
schlags der Drehspulinstrumente für die SWR-Anzeige. Geeignet sind die
weit verbreiteten "0.1 mA" - Typen vom Flohmarkt.
Die Rücklauf-Spannung wird über R14 auf den Pulsweitenmodulator zurück-
geführt und dient zur Leistungsbegrenzung bei schlechtem SWR. Mit dem
Poti R12 wird eingestellt, wie "kritisch" die Regelung auf schlechtes
SWR reagieren soll (für den MOSFET ist es nicht sehr gesund, wenn der
Sender ca. 4 Ampere an 13 Volt zieht aber keine HF-Leistung abgibt !!).
Die Mittelstellung von R12 ist ganz brauchbar. Bei korrekter Einstellung
von SWR-Meßschaltung UND R12 geht die Stromaufnahme bei offenem Sender-
Ausgang ODER kurzgeschlossenem Senderausgang auf ca. 1 Ampere zurück.
Die maximale Stromaufnahme von knapp über 3 A wird nur bei korrekter
Antennenanpassung erreicht
Diese Eigenschaft eignet sich hervorragend von derzeit ('97) leider nur
theoretisch durchführbaren TX-Experimenten, mal abgesehen von einer
Station in ganz DL (hallo Peter !).
Hinweise zu speziellen Bauteilen
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BR1..BR4:
Dies sind kurze Drahtbrücken, die nur für das Layout des Prototypen
nötig waren.
C3, L1:
Als frequenzbestimmende Spule (L1) wurde ein undefinierbarer "Blechwürfel"
mit ca. 200 Mikrohenry aus einem "Bastel-Sortiment" (..) der Fa. Pollin
verwendet.
Mit etwas bastlerischem Geschick läßt sich wohl auch ein ZF-Bandfilter
mit Abgleichkern (z.B. aus Fernseh-Ton-ZF) dazu verwenden.
C1 muß dann experimentell ermittelt werden, evtl. einen Folientrimmer ver-
wenden !
Beim Mustergerät des Verfassers stehen an C1 und C2 fast 8 Vss
mit annähernder Sinusform. Ist die Amplitude viel kleiner oder setzt keine
Schwingung ein, so müssen C1 und C2 verkleinert werden (z.B. auf je 100pF).
C10..C17:
Folienkondensatoren mit hoher HF-Belastbarkeit. Die üblichen "Block-
Folien-Kondensatoren" sind leider nicht geeignet. Siehe Hinweise
bei der Filter-Beschreibung und am Ende dieser Datei.
L2 (Drain-Drossel und Spannungsbegrenzung):
2*20 Windungen "bifillar" auf einem Ferritstab gewickelt.
Draht: Kuperlackdraht, 1mm Kupfer-Durchmesser.
Ferritstab: Aus Mittelwellenradio, ca. 50 mm lang, ca. 10 mm Durchmesser.
Vor dem Bewickeln wird der Stab mit 2 Schichten Tesa-Krepp "umklebt",
um etwas Abstand zwischen Kupferlackdraht und Ferritmaterial zu erzielen.
Der Ferritstab wird vertikal (d.h. "auf der Platine stehend") montiert !
L3 (Transformation PA auf 50 Ohm):
13 uH.
Beim Prototyp 18 Windungen Kupferlackdraht (1mm CU-Durchmesser)
auf einem Plastikrohr mit 40 mm Durchmesser (aus dem Baumarkt).
Das PVC-Rohr steht "senkrecht" auf der Platine und ist ca. 45 mm lang.
Die Wicklungen liegen einlagig dicht beieinander
(ca. 20 mm Wicklungslänge auf dem 45 mm langen Plastikrohr).
Dickerer Draht wäre besser ! (dann sind leider auch mehr Windungen nötig)
L4 (PI-Filter 50 Ohm -> 50 Ohm):
32 uH.
Drahttyp und Spulenkörper wie L3, allerdings 33 Windungen.
Auch hier gilt: dickerer Draht wäre besser !
L5 (SWR-Meter):
zweimal 0.5 mm starken Kuperlackdraht verdrillen. Von diesem "2er-Bündel)
12 Windungen gleichmäßig auf dem Ringkern verteilen.
Die Primärwicklung (im Symbol dick gezeichnet) besteht aus 1mm starken
Kuperlackdraht. Sie wird nur einmal "durchgesteckt".
Kern: 15 mm Außendurchmesser, plastik-beschichtet,
AL-Wert ca. 2 æH pro Windung.
R5, C8,C9, D8,D9:
nur bestücken wenn der Steueroszillator im Sende/Empfangsbetrieb auf
unterschiedlichen Frequenzen arbeiten muß. Den Trimmer C8 könnte man
auch als "XIT" (Frequenzverstimmung beim Senden) bezeichnen.
So, das war's erstmal. Wie bereits erwähnt, macht die Beschaffung der
Kondensatoren C10..C17 noch Probleme.
Sollte jemand eine gute Quelle dafür haben, würde ich mich über eine
Nachricht an DL4YHF@DB0EAM sehr dankbar.
Wenn die Beschaffung der Sonderbauteile gelöst ist, wird das
Platinenlayout überarbeitet und in der Rubrik "VLF" eingespielt
(hoffentlich von dem 1.1.98).
73 von Wolfgang, DL4YHF.
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