UKW Super FM-1
von Ernst Schlemm
Syke, Juni 2009
Da lag es nun vor mir, das UKW-Mischteil. Und sogar eins aus einem Freiburg 100. Irgendwann mal ausgeschlachtet, weggepackt und fast vergessen. Ein echtes
Wirtschaftswunder - Saba-Teil von beispielhaft solider Konstruktion. Aus dem Jahr 1960, mit zwei EC92 und Variometer-Abstimmung, also ohne Drehko, stattdessen
versehen mit Aluminiumkegeln, die zur Abstimmung in die Spulen von Vorkreis, Zwischenkreis und Oszillator eintauchen und damit die Induktivität dieser
Spulen verringern. Die Kegel durch Gewinde feinjustierbar auf einen Glasstab geklebt, der auch nach 47 Jahren noch völlig spielfrei läuft. Mit einem
Empfangsbereich von 87 bis etwa 101 MHz und der richtigen Zwischenfrequenz von 10,7 MHz, kurz:
Mit solch einem Mischteil müsste man mal ein UKW-Radio bauen!
(Es existierte für Exportzwecke sogar eine Variante mit dem modernen UKW Bereich bis 108 MHz! Aber woher nehmen? Und klar ist doch: Über die
Qualität der meisten Programme, sagen wir, ausgestrahlt jenseits der 100 MHz, muß man nicht unbedingt diskutieren!)
Die Suche nach einer geeigneten, "modernen" Röhren - FM-ZF Schaltung gestaltete sich im Internet wider Erwarten schwierig, zum Glück
jedoch erhielt ich von Peter Treytl die Unterlagen eines hochwertigen dreistufigen Zf-Verstärkers mit der sehr kleinen und auch heute noch gut erhältlichen
EF95 (6AK5, 5654). Mit den Reinhöfer-Filtern 45.11 und 45.12 könnte man damit sicher einen sehr kompakten, leistungsfähigen Zf-Verstärker
aufbauen.
Hier aber zunächst die Schaltung des Saba-Mischteils.
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Versuchsaufbau
Um die Eigenschaften eines Zwischenfrequenzverstärkers zu testen, vor allem aber auch, um eine durch mögliche Konstruktionsfehler verursachte
Schwingneigung rechtzeitig zu erkennen und zu beseitigen, ist ein Versuchsaufbau überaus sinnvoll.
So wurde die Mechanik auch erst in Angriff genommen, nachdem der ZF-Verstärker problemlos lief und das Gelingen der Sache von daher abgesichert war.
Mechanik
Mit dem Schaeffer-Programm (Frontplatten-Designer) wurde dann gezeichnet, 1:1 ausgedruckt, die Bauteile darauf gelegt, korrigiert, wieder neu gezeichnet usw., solange,
bis alles passte. Bild 3 zeigt die von Schaeffer hergestellte Chassisplatte mit Ausbrüchen und Bohrungen für das Mischteil, alle Röhren, die Trafos und
die ZF-Filter. Im Vordergrund ist der nötige Platz für die Skalenmechanik.
In Bild 4 sieht man die beiden Frontplatten (die eigentliche Frontplatte und die dahinter liegende Montageplatte) und die Rückwand über Winkelprofile zum
Gehäuse zusammengesetzt. Diese drei Platten sind ebenfalls von Schaeffer, der Rest ist Eigenbau.
In Bild 5 sind Mischteil und Skalenrückwand montiert,
und in Bild 6 und 7 nimmt das Ganze schon Form an. Das etwa in Bildmitte erkennbare schwarze Hauptskalenrad hat einen wirksamen Aussendurchmesser von 53 mm
und ist, wie alle anderen Skalenrädchen auch, aus einem alten Radio.
In die auf 10 mm vergrösserte Zentralbohrung des Hauptrades wurde eine 25 mm lange Hohlachse mit 6 mm Innen- und 10 mm Aussendurchmesser geklebt.
Geführt durch die 6 mm Antriebsachse ist das Hauptrad frei drehbar. Auf der Aussenseite der Hohlachse läuft nun das Drahtseil zum Abstimmhebel des Mischteils,
auf dem Hauptrad selbst das Skalenseil. Zum Durchstimmen des gesamten UKW-Bandes rollt das Hauptrad ziemlich genau einmal ab. Es ergibt sich daraus ein Aktionsweg des Skalenzeigers von etwa 165 mm.
Um etwas feinfühliger abstimmen zu können, wurde die Antriebsachse dort, wo das Skalenseil läuft, auf 4 mm abgedreht. Interessanterweise dreht sich das Hauptrad gegenläufig zur Antriebsachse. Zur Geräuschminderung ist die Hohlachse in Pertinax gelagert.
Links unten sieht man den Skalenzeiger. Ansatzweise ist er auf den Bildern zu erkennen. Der jeweils benötigte Anstellwinkel der Hilfs-Skalenrädchen wurde durch Probieren ermittelt.
Die aus 0,5mm dünnem Aluminium gebogene Skalenrückwand erkennt man in Bild 8 und 9. Später erhält sie noch 10 Bohrungen zur Aufnahme der
Beleuchtungs-LED´s. Die Gesamtbreite der Skala und damit der benötigte Ausschnitt auf der Frontplatte muß natürlich deutlich größer sein, als der
Weg des Skalenzeigers.
Erst hieraus ergibt sich die minimale Gesamtbreite des Gehäuses!
ZF- Verstärker
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Im Datenblatt der EF95 wird der Betrieb bei Ua = Ug2 = 120 V mit einem Katodenwiderstand von 200 Ohm empfohlen. Es ergibt sich dabei ein Ia von 7,5 und ein Ig2 von 2,5 mA.
Bei einer Betriebsspannung Ub von 220 V und Verwendung eines für Anode und Schirmgitter gemeinsamen Arbeitswiderstandes liegt dieser dann bei 10 K. Um die Begrenzerwirkung der letzten Zf-Stufe durch Verringern von Ua und Ug2 zu erhöhen, wurden hier 18 k gewählt.
Die Katodenwiderstände sind nur teilweise überbrückt. Diese Stromgegenkopplung reduziert die auf den vorausgehenden Kreis verstimmend wirkende
Änderung der Eingangskapazität der Röhre. Die Eingangskapazität würde sich ohne unüberbrückten Katodenwiderstand abhängig
vom Anodenstrom relativ stark (einige pF) mit ändern. Bei der ersten Zf-Stufe wäre diese Maßnahme eigentlich nicht nötig, weil die auftretenden Signalstärken noch zu gering sind, um nennenswerte Änderungen des Anodenstroms hervorzurufen.
Die Gesamt- Durchlaßkurve des Zwischenfrequenzverstärkers ist unterkritisch / glockenförmig bei einer 3 dB Bandbreite von 200 kHz bei kleinen Signalstärken. Erreicht wurde diese Durchlaßcharakteristik durch Bedämpfung der Kreise beider 45.11 mit jeweils 33K und durch Abgleich mit einem Wobbler.
Die ZF- Stufen wurden sorgfältig schirmgitterneutralisiert. Ausführliche Informationen hierzu, wie auch zur Begrenzung und zum Abgleich finden sich in Jogis Röhrenbude im UKW Projekt in den Texten:
Abgleich eines FM-ZF-Verstärkers mit Ratiodetektor
Schirmgitterneutralisation
Verstimmungsfreie Begrenzung durch Kompensation der dynamischen Eingangskapazität
Maßnahmen gegen Schwingneigung
In Bild 10 und 11 sieht man den Aufbau der letzten ZF-Stufe im Detail. Um die Schwingneigung des ZF-Verstärkers in den Griff zu bekommen (denn alle drei Stufen arbeiten ja auf derselben Frequenz, bei einem Verstärkungsfaktor von insgesamt etwa 15000 !) wurden neben der Neutralisation der schädlichen Gitter-Anoden-Kapazität der EF95 (Cga = 0,02 pF !) auch eventuelle Verkopplungen der Stufen untereinander über Betriebsspannungs- und Heizleitungen durch LC-Glieder unterbunden.
Dem gleichen Zweck dient das Einfügen eines Trennbleches zwischen Pin 4 und 5, sowie Pin7 und 1 der EF95. Die jeweilige Stufenmasse bildet das Trennblech, das nahe Pin 7 mit dem Chassis verbunden ist, dagegen liegt die Heizungsmasse am anderen Ende der Fassung am Chassis. Der Neutralisationskondensator geht von Pin 6 an Masse und hat
ebenfalls kurze Anschlußdrähte. Ferritperlen stecken auf den (ohnehin schon sehr kurzen) Zuführungsdrähten zu Anode und Gitter.
Unbedingt empfehlenswert in diesem Zusammenhang ist die Verwendung abgeschirmter Röhrenfassungen, evtl. mit zusätzlich aufgesteckten Abschirmhülsen, denn das System der EF95 hat keine interne Schirmung wie beispielsweise die EF80, 85 und 89 oder die EF93 und 94. Die Abschirmhülsen beeinflussen jedoch die Neutralisation, so daß der Wert des Neutralisationskondensators tatsächlich auch davon abhängt, ob man Abschirmhülsen nimmt, oder nicht. Mit Abschirmhülsen liegt er etwa bei 200pF, ohne Abschirmhülsen wurde von mir im fertigen Aufbau 470pF (Scheibenkondensator Typ Kerko-500, Reichelt) als optimaler Wert ermittelt.
Begrenzung
An den Audionkombinationen 47 p / 100 k am Fußpunkt der Gitterkreise entsteht infolge Gittergleichrichtung eine negative Gittergleichspannung, umso negativer, je größer die ZF-Wechselspannung gerade ist. Zusammen mit einer niedrigen Schirmgitter- und Anodengleichspannung führt dieser Schaltungstrick dazu, daß sich die Wechselspannung an der Anode der Begrenzerröhre (letzte EF95) ab einer bestimmten Senderfeldstärke nicht mehr wesentlich ändert. Nahezu alle Sender, bis auf die ganz schwachen, sind gleich laut zu hören. Hinzu kommt noch die Begrenzerwirkung des Ratiodetektors.
Ratiodetektor
Es ist ein symmetrischer Ratiodetektor. Mit P4 wird auf maximale AM-Unterdrückung abgeglichen. Der Kuppenabstand der Ratiokurve liegt bei etwa 320 kHz.
Abstimmanzeige
Zur Erzielung eines definierten Anzeigemaximums liegt das Magische Auge nicht am Minuspol des Ratioelkos, sondern am Fußpunkt des Gitterkreises der letzten
ZF - Röhre. Schwächer einfallende Sender sind, weil die Begrenzerwirkung der letzten ZF - Stufe und die des Ratiodetektors die Anzeige nicht beeinflusst, auch als solche erkennbar.
Die folgenden Bilder zeigen die fertiggestellte Verdrahtung und die Chassisoberseite. Die LED´s sind auf Lochrasterstreifen über der Skala angebracht.
NF
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Der sich dem Ratiodetektor räumlich unmittelbar anschließende EC92 - Katodenfolger verhindert die kapazitive Belastung des hochohmigen Ratiodetektors und
ermöglicht es, die NF über ein längeres Kabel an einen externen Verstärker ohne Höhenverluste auszukoppeln.
Die Gegentaktendstufe mit den beiden EL95 arbeitet in Ultralinearschaltung und liefert etwa 7 W. Vorstufe und Phasendreher teilen sich eine ECC82, End- und Phasenumkehrstufe
sind mit P3 bzw. P2 symmetrierbar. C4 optimiert das Rechteckverhalten. Der Gegenkopplungswiderstand R5 begrenzt die Verstärkung des NF- Teils soweit, daß die lautesten Sprach-
und Musikpassagen bei voll aufgedrehtem Lautstärkeregler noch subjektiv verzerrungsfrei wiedergegeben werden.
Die "gehörrichtige Lautstärkeregelung" mittels Anzapfung an P1 und C1, C2, R1 ergibt eine nicht unangenehme Bassbetonung bei Zimmerlautstärke.
Der NF-Verstärker wird mit den Potis P 3 und P 2 statisch und dynamisch symmetriert. Die Gegenkopplung ist dazu abzulöten, ausserdem müssen die
Werte der Widerstände R 14 und R 15 gleich sein, man sollte hier 1 % - Typen verwenden. Zunächst werden mit P 3 die beiden EL95 auf gleiche Katoden -
Ruheströme eingestellt (gleicher Spannungsabfall über R 14 und R 15 und P 3). Danach wird ein Signal von z.B. 1000 Hz an den NF - Eingang gelegt und mittels P 2
die Signalamplituden nach C 5 und C 6 auf gleiche Werte (Kontrolle durch Oszilloskop) gebracht. Danach wird der Gegenkopplungswiderstand wieder angelötet.
Netzteil
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Das Netzteil ist neben dem Trafo auf einer Platine in einem Kästchen aus Leiterplattenmaterial an der Rückwand des Gehäuses untergebracht und liefert die
Betriebsspannungen 250 V unstabilisiert und 232 V stabilisiert. Hier das Layout und ein Bild des Netzteils und Bilder des fertigen Radios.
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Skaleneichung
Zur Eichung der Skala wurde zunächst ein Streifen Millimeterpapier mit doppelseitigem Klebeband auf der Skalenrückwand befestigt und der Empfangsbereich mit dem Meßsender beginnend bei 87,5 MHz in 0,5 MHz-Schritten abgefahren. Die jeweilige Position des Skalenzeigers wurde mit einem Bleistiftstrich markiert. Schließlich wurden
die Markierungen nach nochmaliger Kontrolle mit einem Zeichenprogramm 1:1 übernommen und auf Fotopapier ausgedruckt. Selbstklebende Klarsichtfolie schützt das empfindliche Fotopapier.
Bezugsquellen
- Aluminiumplatten gefräst: Schaeffer-Apparatebau, www.schaeffer-apparatebau.de
- Alu- Eckprofil GB 19 SA: Fischer Elektronik, www.fischerelektronik.de
- Trafos und ZF-Filter: Reinhöfer-Elektronik, www.roehrentechnik.de
Dank
Für seinen wertvollen Beitrag zum Gelingen des Projektes danke ich Peter Treytl ganz herzlich!
