UKW-FM-Tuner "Sinfonietta"
Mit dem Mischer-Baustein Valvo FD11A
- von Thomas Moppert
Einleitung
Mit diesem Gerät wollte ich die guten Eigenschaften des Valvo-UKW-Mischers FD11A mit einem Röhren-ZF-Verstärker
verbinden.
Der Empfänger ist sehr empfindlich. Bereits bei schwachen Sendern setzt die Begrenzung in den letzten beiden ZF-Stufen
ein. Deshalb ist die Uebertragungsbandbreite des Filterzuges insgesamt gross genug, um einen Stereo-Dekoder, wie beim
UKW-Projekt von Ernst Rössler, anschliessen zu können. Beim hier vorgestellten Gerät habe ich auf den
Stereo-Dekoder verzichtet.
Ob ich an dieser Stelle eine "Warnung" anbringen soll?
So schlicht im Endeffekt das Schaltbild eines FM-ZF-Verstärkers auch aussehen mag, die Tücken liegen im Detail.
Nur zum Spass: Eine Erfahrung zeigt, dass beim Bau von HF-Geräten alles schwingt, nur nicht der Oszillator ...
Im Ernst: Es ist sehr frustrierend, wenn ein mit viel Zeit und Aufwand gebautes Projekt als Wrack im Keller liegt, nur weil
man es nicht zum Funktionieren brachte.
Wer einen eigenen Prüfsender oder besser Wobbelmesssender, ein Oszilloskop bis mindestens 20 MHz mit HF- und
Demodulatortastkopf und einen Frequenzzähler besitzt, wird mit Schwierigkeiten selber zurecht kommen, denn diese
Messgeräte hat er ja nur, weil er sich mit Hochfrequenz beschäftigt.
Anderen möchte ich sehr empfehlen, sich einen "Fachmann" in ihrer Umgebung zu suchen, denn aus eigener
Erfahrung weiss ich, dass Support aus der Ferne kaum zum Ziel führt.
Seit den Anfängen des UKW-Rundfunks hat sich die Situation stark verändert. Es sind viel mehr Stationen auf Sendung
gegangen und der Mindest-Kanalabstand wurde von 300 kHz auf 200 kHz verkleinert.
Die ursprüngliche Kanalbreite hatte aber ihren guten Grund: Wenn bis zu einer oberen Grenzfrequenz von 15 kHz mit einem
Hub von 75 kHz linear übertragen werden soll, beträgt die notwendige Bandbreite 262 kHz...
Mit der Verschmälerung der Kanalbreite hat sich auch das Trennschärfeproblem akzentuiert. Bei modernen
Halbleiter-Empfängern wird die ganze Nah-Selektion zwischen Frontend und ZF-Verstärker angeordnet. Meist werden
keramische oder Quarzfilter eingesetzt, deren Bandbreite und Gruppenlaufzeiten optimiert wurden. Mit der Anordnung der Filter
am Eingang des ZF-Verstärkers ist die Bandbreite von der Feldstärke des einfallenden Senders unabhängig. Der
ZF-Verstärker wird als Begrenzerverstärker ausgeführt, sodass AM-Modulationen (= Störungen!)
unterdrückt werden.
Anders ist es bei Resonanzverstärkern mit Röhren. Nach anfänglich hoher, linearer Verstärkung werden zur
Signalbegrenzung die letzte oder die beiden letzten Stufen mit sogenannten Gitterkombinationen ("Begrenzerkombinationen")
ausgeführt. Der dabei auftretende Gitterstrom bedämpft den entsprechenden Kreis, womit sich dessen Bandbreite
vergrössert. Die Selektion des ZF-Zuges wird also abhängig von der Feldstärke des empfangenen Senders. Dies
ist im Prinzip ein Vorteil, weil so die starken Sender mit grösserer Bandbreite in besserer Qualität und nicht
zuletzt in Stereo empfangen werden können.
Eine gewisse Mindest-Selektion ist aber notwendig. Um sie unabhängig vom Eingangspegel zu erreichen, ist ein Grossteil
der Selektion am Eingang des ZF-Verstärkers, wo also noch nicht begrenzt wird, zu konzentrieren.
Dies kann durch Mehrfachfilter erfolgen, wie sie Grundig (3-fach-Filter) oder Nogoton (4-fach-Filter) verwandten. Einen
anderen Weg ging Fisher; dort wurden nach dem Mischer zwei Stufen linear, also ohne Begrenzerkombinationen betrieben, so
dass eine Bedämpfung der entsprechenden Filter nicht stattfand.
Schaltung des ZF-Verstärkers
(Mit der Maustaste das Schaltbild anklicken, es wird dann in voller Auflösung
dargestellt.)
Röhrenmischer haben eine Durchgangsverstärkung von etwa 1000. Dies ist beim Valvo FD11A-Mischerbaustein nicht der
Fall, er verstärkt "nur" 100-fach.
Um auch mit einer Zimmerantenne eine genügende Empfindlichkeit zu erreichen, habe ich einen 4-stufigen Verstärker
vorgesehen.
Zwangsläufig wird mit dieser zusätzlichen Stufe ein weiteres ZF-Filter benötigt. Dies ermöglicht es, wie
bei Fisher, die ersten zwei Stufen nach dem Mischer als Linearverstärker zu betreiben und so die nötige
Mindest-Selektion zu erreichen.
Die beiden letzten Stufen arbeiten als Begrenzer. Da genügend Verstärkungsreserve vorhanden ist, kann die
Begrenzungsfunktion durch niedrige Schirmgitterspannung weiter gesteigert werden.
Durch die im Schaltbild angegebenen Parallelwiderstände an den Bandfiltern beträgt die -3 dB-Bandbreite des gesamten
Filterzuges vor Einsetzen der Begrenzung 200 kHz.
Die Widerstände bewirken eine leicht unterkritische Kopplung der Bandfilter. Da die beiden letzten Stufen auch bei
schwachen Sendern durch die Begrenzung bedämpft werden, sind hier grössere Widerstände eingesetzt. Die
unterkritische Kopplung begünstigt konstante Gruppenlaufzeiten und somit geringe Phasenverzerrungen.
Ausserdem kann der Abgleich durch die nicht überkritische Kopplung der Filter notfalls ohne Wobbler, auf Maximum der
Amplitude erfolgen.
Der Kuppenabstand der Ratiokurve liegt bei 360 kHz.
Zu den Themen
"Schirmgitterneutralisation" und "Verstimmungsfreie Begrenzung durch
Kompensation der dynamischen Eingangskapazität mittels unüberbrücktem Katodenwiderstand" kann man in
den entsprechenden Artikeln von Ernst Schlemm, Peter Treytl und mir einiges nachlesen.
Anpassung des FD11A
Die Anpassung des FD11-ZF-Ausgangs an den Eingang des ZF-Verstärkers erfolgt mit einem Bandfilter von Oppermann. Dieses
Filter hat eine niederohmige Koppelwicklung.
Experimentell habe ich durch Parallelwiderstände an den Resonanzkreisen des Oppermannfilters sowohl beim Ausgangsfilter
des FD11, als auch beim Oppermannfilter selbst, eine leicht unterkritische Kopplung eingestellt.
Diese Art der Anpassung führt ausserdem dazu, dass das Ausgangssignal des FD11 hochtransformiert wird:
Gratisverstärkung und erst noch ohne Rauschen!
UKW-Mischer Valvo FD11A
Die Beschaltung des Mischteiles und die Bereitstellung der Abstimmspannung zeigt das folgende Schaltbild:
(Mit der Maustaste das Schaltbild anklicken, es wird dann in voller Auflösung
dargestellt.)
(Mit der Maustaste das Schaltbild anklicken, es wird dann in voller Auflösung
dargestellt.)
Der Mischer bietet die Möglichkeit einer internen Regelung, welche bei sehr hohen Einganspegeln die Verstärkung
des Eingangstransistors reduziert. Um diese interne Regelung zu aktivieren, wird PIN 1 mit PIN 7 verbunden. Falls keine
externe Regelung vorgesehen ist, soll die interne Regelung verwendet werden.
Der ZF-Ausgang ist durch die Auskoppelspule niederohmig und potentialfrei.
Aufbauhinweise
Die Verbindung vom FD11 zum Eingang des ZF-Verstärkers soll mit einem möglicht kurzen Koaxkabel erfolgen.
Der räumliche Aufbau ist so zu planen, dass keine HF vom Ausgang des ZF-Verstärkers zu dessen Eingang gelangen
kann.
An jeder Röhrenfassung ist am Zentralröhrchen ein Abschirmblech montiert, welches insbesondere das Steuergitter
von der Anode abschirmt. Das Blech ist der Massebezug der jeweiligen Stufe.
Das Röhrchen wird mit dickem Draht an der Befestigungsschelle der Fassung auf dem Chassis und mit dem masseseitigen
Heizungsanschluss verbunden.
Wie man auf den Bildern sieht, sind die Fassungen mit einem Abschirmzylinder versehen. Da die EF94 eine interne
Systemabschirmung besitzt, ist ein Abschirmbecher nicht notwendig.
Die Heizleitungen und die Anodenspannungen sind für jede einzelne Stufe verblockt und verdrosselt. Als Drosseln habe
ich die bekannten 6-Loch-Ferrit-UKW-Drosseln verwendet.
Stromversorgung
Die Betriebsspannung beträgt 200V. Die Netzteil-Schaltung ist aus Elektor übernommen und stammt von G. Haas.
(Mit der Maustaste das Schaltbild anklicken, es wird dann in voller Auflösung
dargestellt.)
Als Netztrafo kann der Trafo 52.7 UKW von Reinhöfer Electronic zum Einsatz kommen. Die Hochspannung ist mit 205 Volt
etwas zu hoch.
Die Gleichspannung muss dann mit einem externen Widerstand vom Typ "Betonbunker" auf etwa 220V reduziert werden.
Details sind im Schaltbild angegeben.
Der gesamte Anodenstrom beträgt ca. 30mA.
Mit dem Reinhöfertrafo kann man die 5-V-Gleichspannung aus der vorhandenen 7,5V Spannung gewinnen und muss dazu nicht
die Heizspannung verwenden.
Abgleichhinweise für den ZF-Verstärker
Zum Abgleich des ZF-Verstärkers ist der FD11 nicht angeschlossen. Das Signal des Prüfsenders wird über einen
Vorwiderstand an die Koppelspule des Oppermann-Filters eingespeist. Zur Impedanzanpassung sollen Innenwiderstand des
Prüfsenders und Vorwiderstand zusammen einen Wert von etwa 200 Ohm haben.
Der Abgleich eines FM-ZF-Verstärkers ist im entsprechenden Artikel von Ernst Schlemm und mir nachzulesen:
http://www.jogis-roehrenbude.de/
UKW-Projekt/FM-ZF-Abgleich.pdf
Wie oben beschrieben, sind die Filter zusätzlich bedämpft. Die Bandbreite vor Einsetzen der Begrenzung liegt bei
200 kHz und wird natürlich grösser, sobald bei höheren Eingangspegeln zuerst die letzte, danach die zweitletzte
Stufe in die Begrenzung kommen.
Es könnte sein, dass bei einem anderen Aufbau die Filter anders bedämpft werden müssen.
Ebenso ist es denkbar, dass die Schirmgitterneutralisation angepasst werden muss. Beispielsweise dann, wenn Kondensatoren
verwendet werden, welche eine andere induktive Komponente aufweisen und / oder bei anderen Drahtlängen.
Abgleich des FD11A
Nach dem Abgleich des ZF-Verstärkers wird der FD11 angeschlossen.
Zuerst wird, wie im Schaltbild angegeben, die minimale und maximale Abstimmspannung zwischen 3V8 und 28 V festgelegt.
Der Widerstand R1 (3k9) dient der Linearisierung der Spannungs-Kapazitätskurve der Abstimmdioden im FD11. Elko C1 (22uF)
vermindert die störenden Geräusche beim Abstimmen mit dem Wendel-Poti.
Danach wird der Oszillator mit der Spule auf 87,5 und mit dem Trimmer auf 108,0 MHz abgeglichen. Dazu wird der
Zählerausgang (f osz/4), respektive die digitale Frequenzanzeige verwendet. Der Oszillator schwingt 10,7 MHz oberhalb
der Empfangsfrequenz. Falls kein Frequenzzähler zur Verfügung steht, oder wenn keine digitale Frequenzanzeige
vorgesehen ist, kann der Oszillator zur Not auch mit Sendern auf bekannten Frequenzen abgeglichen werden.
Sobald der Oszillator auf die Bandgrenzen abgeglichen ist, können die ZF-Filter auf einer beliebigen
Empfangsfrequenz auf maximale Ausgangsspannung getrimmt werden.
Dazu wird ein Signal von z.B. 100 MHz am Antenneneingang des Tuners eingespeist. Das ZF-Signal wird mit dem Tastkopf des
Oszilloskops mit angeschlossenem Frequenzzähler beispielsweise nach der zweiten ZF-Stufe abgenommen. Der Tuner wird mit
dem Abstimmpoti so eingestellt, dass eine ZF von genau 10,700 MHz am Frequenzzähler abgelesen werden kann. Das
Prüfsendersignal wird nun soweit reduziert, dass der FD11 nicht abgeregelt wird (dies erkennt man daran, dass beim
Verdrehen der Spulenkerne eindeutige Maxima auftreten). Jetzt können die beiden ZF-Kreise des FD11 und der erste Kreis
des Oppermann-Filters auf Maximum getrimmt werden. Die Filter beeinflussen sich gegenseitig, sodass mehrmals wechselseitig
abgeglichen werden muss.
Zum Schluss können die Antennen- und Zwischenkreise bei ca. 90 MHz mit den Spulen und bei ca. 106 MHz mit
den Trimmern auf maximale ZF-Spannung abgeglichen werden. Wie immer, wechselseitig wiederholen, bis keine Verbesserung mehr
zu erreichen ist.
Falls kein Prüfsender bis 100 MHz zur Verfügung steht, kann dieser Teil des Abgleichs mit genügend starken
Sendern auf bekannten Frequenzen erfolgen.
Der Erfolg dieses Projektes und insbesondere die erreichbare Klangqualität, steht und fällt mit dem
Abgleich! Es lohnt sich sehr, sich mit all seinen Teilaspekten zu beschäftigen.
Frequenzdisplay
Zum UKW-Projekt hat Dieter Tepel eine Frequenzanzeige mit Nixie-Röhren entwickelt.
UKW-Projekt/
Nixie-Frequenzanzeige/Zaehler.htm
Die Vorteilung im FD11 wird bereits berücksichtigt, es kann somit direkt angeschlossen werden.
Hier benutze ich ein Display von Ing. Klaus Nathan mit roter LED-Anzeige. Es wurde für Amateurgeräte im
144-MHz-Band entworfen und kann 3 Stellen nach dem Komma anzeigen. Ich habe die letzten beiden Stellen abgedeckt.
Da dieses Display die ungeteilte Oszillatorfrequenz benötigt, muss die Auskopplung vor dem Vorteiler im FD11 erfolgen.
Dazu wird der Vorteiler-Baustein entfernt und ein keramischer Kondensator von 1 nF an das Lötauge des ehemaligen PIN 11
gelötet. An diesen Kondensator kann das Display über ein abgeschirmtes Kabel angeschlossen werden.
Resultate
Wir wohnen hier im Dreiländereck Schweiz, Frankreich, Deutschland. Die Senderdichte ist enorm.
Mit einem drehbaren Dipol, welcher auf dem Empfänger steht, können viele überregionale Stationen, die also
nicht für unser Sendegebiet senden, mit sehr guter Klangqualität empfangen werden. Bei Sendern im 200-kHz Raster
treten keine Trennschärfeprobleme auf.
Bezugsquellen
ZF-Filter und Ratiofilter, 45.11, 45.12 Reinhoefer-Electronic (www.roehrentechnik.de)
Valvo-Mischer FD11A Reinhoefer-Electronic
Röhrenfassungen und Abschirmhülsen Reinhoefer-Elektronic
Netztrafo 52.7 UKW Reinhoefer-Electronic
1. ZF-Filter, "FI 10,7" Oppermann, (www.oppermann-electronic.de)
Frequenzanzeige "LED6-UNI" Ing. Klaus Nathan, (www.KN-electronic.de)
Literatur
"UKW-Projekt" in www.jogis-Roehrenbude.de: UKW-Projekt
Dank
Vielen Dank an Jochen für die viele Arbeit, die es bereitet, einen solchen Betrag für seine Site vorzubereiten!
Guten Empfang wünscht Thomas
Basel, im August 2008
