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Jochen Bauer ![]()
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D Articles: 126 Schem.: 0 Pict.: 0 25.Dec.14 23:16 Count of Thanks: 13 |
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Das Prinzip der Amplitudenmodulation mit Analogmultiplexern, welches hier beschrieben ist und im "Een PLL Gestuurde AM Microzender" angewendet wird (siehe dazu hier) bietet eine gute Ausgangsbasis für einen weiteren einfachen AM Modulator mit LC Oszillator und folgenden Eigenschaften:
Das Grundprinzip ist relativ einfach: Es wird eine NF Vorstufe mit dem Operationsverstärker LM358 und ein Amplitudenmodulator mit dem Analogmultiplexer CD4053 verwendet. Dieser Teil ist sehr ähnlich dem "Een PLL Gestuurde AM Microzender". Als Oszillator zur Ansteuerung des Multiplexers kommt ein Hartley Oszillator mit einem BC547C bipolar-Transistor zum Einsatz. Das Hartley Oszillator-Prinzip bietet sich an, da die Frequenzeinstellung kapazitiv über einen Drehkondensator erfolgt. Zur Unterdrückung der bei dieser Modulationsmethode erzeugten Oberwellen kommt im Ausgangskreis wieder ein LC Filter zum Einsatz, das über einen Doppel-Drehkondensator auf die selbe Grundfrequenz wie der Oszillator abgestimmt wird. Eine separate Einstellung des Ausgangsfilters entfällt daher und es ergibt sich eine Ein-Knopf Frequenzeinstellung. Die Ausgangsstufe mit niedriger Impedanz wird durch einen Emitterfolger, wiederum mit einem BC547C, realisiert. Ein Rechtecksignal mit der Oszillatorfrequenz zur Ansteuerung eines Frequenzanzeige-Moduls wird auf folgende Weise bereitgestellt: Der CD4053 besitzt insgesamt drei von einander unabhängige Analogmultiplexer. Einer dieser Multiplexer wird verwendet, um die positive Betriebsgleichspannung mit der Oszillatorfrequenz zu "zerhacken". Das entstehende Rechtecksignal zwischen 0V und der Betriebsgleichspannung kann bei passender Betriebsspannung von den meisten fertigen Frequenzanzeige-Modulen verarbeitet werden. Das folgende Bild zeigt den Schaltplan, eine PDF Version davon findet sich im Anhang. Im folgenden Bild ist der Testaufbau auf dem Steckbrett zu sehen.
An dieser Stelle sollen noch einige weitere Erläuterungen zur Schaltung gegeben werden. Der Dieses Oszillatorsignal treibt die Schalteingänge der Multiplexer A und B des CD4053. Sehen wir uns Die Amplitudenmodulation des NF-Signals erfolgt am Multiplexer A durch Umschalten des Ausgangs (Pin 14) zwischen dem NF-Signal an Pin 13 und 0V an Pin 12. Dazu muss das NF Signal an Pin 13 vorher mit einem Gleichspannungsanteil versehen werden, so dass es stets über 0V liegt. Dies wird durch die Schaltung um den Operationsverstärker LM358 bewerkstelligt. Zum Erreichen einer Modulationstiefe von 100% muss das NF Signal bei Maximalausschlag gerade 0V erreichen. Ein entsprechendes NF Signal (400Hz Dreieck) an Pin 13 des CD4053 (bzw. Ausgang Pin 1 des LM358) ist im folgenden Oszilloskopbild gezeigt. Daraus resultiert das folgende amplitudenmodulierte HF-Ausgangssignal am Multiplexer A (Pin 14): Aus diesem "rohen" rechteckförmigen HF-Ausgangssignal müssen nun der Gleichspannungsanteil, der NF Anteil und die Oberwellen des rechteckförmigen HF-Signals weg gefiltert werden. Dies wird durch einen mit der anderen Hälfte des Doppeldrehkondensators im Gleichlauf zum Oszillatorkreis abgestimmten LC Ausgangskreis mit der Spule L3 bewerkstelligt. Der 8.2kΩ Widerstand am Ausgang des Multiplexers A (Pin 14) bildet dabei einen Spannungsteiler mit dem Ausgangskreis. Im Resonanzfall ist der (i.A. komplexe) Widerstand des Ausgangskreises gleich dessen Reihenverlustwiderstand Rp, der vom Gütefaktor der Spule für die jeweilige Frequenz und vom L/C Verhältnis im Kreis abhängt. Um die Ausgangsspannung am Kreis über den gesamten Frequenzbereich ungefähr konstant zu halten, muss der Reihenverlustwiderstand Rp wesentlich größer als 8.2kΩ sein. Dies ist ab einem Gütefaktor der Spule L3 von Q=80 bei den gegebenen L/C Verhältnissen (L=320µH, Cv=320pF max.) in guter Näherung erfüllt und die Schwankung der Ausgangsamplitude über den kompletten Frequenzbereich von 500kHz bis 1800kHz liegt bei ca. 5%. Offensichtlich muss also der Widerstand am Ausgang des Multiplexers A (Pin 14) relativ gering sein Um nun das amplitudenmodulierte HF-Ausgangssignal mit niedriger Ausgangsimpedanz zur Verfügung Offensichtlich wird wie gefordert eine Modulationstiefe von nahe 100% bei sehr guter Linearität erreicht. Die HF-Ausgangsamplitude liegt unmoduliert bei 4Vpp und zwischen 0Vpp und 8Vpp bei 100% Modulationstiefe. Die Änderung der HF-Ausgangsamplitude über den Frequenzbereich von 500kHz bis 1800 kHz liegt, wie bereits erwähnt, bei ca. 5%.
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Rudolf Drabek ![]() Schem.: 1 Pict.: 74 29.Dec.14 17:07 Count of Thanks: 13 |
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Die Idee und Realisierung gefällt mir ausgezeichnet. Haben sie den Gleichlauf nachgemessen. Es ist ja so, dass je höher die Rückkopplung gewählt wird umso tiefer ist i.a. die Oszillatorfrequenz. Die Betriebsgüte des Mitlauffilters ist aber ohnehin niedrig gewählt, sodass meine Frage eher akademisch ist. Eine andere Methode ist es, im Forum öfters zu finden, die Trägerfrquenz schon oberwellenarm zu gestalten. mfg und Prosit 2015 R.Drabek |
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Jochen Bauer ![]()
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D Articles: 126 Schem.: 0 Pict.: 0 30.Dec.14 11:57 Count of Thanks: 11 |
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Hallo Herr Drabek Mit etwas Abgleicharbeit lässt sich trotz der leichten Abweichung der Oszillatorfrequenz von der Mittlerweile wurde der Prototyp vom reinen Steckbrettaufbau teilweise auf Lochrasterplatinen umgezogen: Modulator und Oszillator befinden sich schon auf einer Lochrasterplatine, der Ausgangskreis ist noch Die Messung des Gleichlaufs zwischen Oszillator und Ausgangskreis wird wie folgt durchgeführt: Am Der Abgleich erfolgt dabei nach folgender Strategie: Zunächst wird bei voll eingedrehtem Drehkondensator (ca. 320pF) die Untergrenze der Oszillatorfrequenz mit Hilfe von L1+L2 eingestellt.
Die Abweichungen vom Gleichlauf liegen völlig unproblematisch innerhalb der Bandbreite des
Gruß Jochen Bauer
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Jochen Bauer ![]()
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D Articles: 126 Schem.: 0 Pict.: 0 01.Jan.15 13:39 Count of Thanks: 13 |
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Die Schaltung wurde mittlerweile vollständig auf Lochrasterplatinen umgezogen und zusammen mit Links vom Drehkondensator ist der Oszillator zu sehen, rechts vom Drehkondensator befindet sich der Ausgangskreis. NF Eingang und Modulator liegen hinter dem Drehkondensator. Der Abgleich wurde nun wiederum gemäß der in Post #3 beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt.
Versorgung mit NF Line Pegel: In den meisten Fällen wird der NF Eingang des Modulators mit einem Audiosignal mit Line Pegel Die Modulationstiefe des HF Signals hängt von der Aussteuerung des Operationsverstärkers, der auf Um eine Einstellung der Modulationstiefe zwischen 0 und 100% bei Line Pegel zu ermöglichen, kann Zunächst wird der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers von derzeit 4.1 auf ca. 9.3 erhöht, Die beschriebenen Änderungen finden sich in einem aktualisierten Schaltplan im Anhang. Auch die
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D Articles: 126 Schem.: 0 Pict.: 0 03.Jan.15 13:32 Count of Thanks: 11 |
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An dieser Stelle sollen nun einige Messergebnisse zur Unterdrückung der bei der Modulation eines Rechteckträgers entstehenden Oberwellen (zweite und höhere Harmonische) durch den Ausgangskreis vorgestellt werden. Zunächst aber einige Überlegungen zur Anforderung an die Oberwellenfreiheit des Ausgangssignals: Wie hier gezeigt, entsteht bei der Amplitudenmodulation eines Trägers mit Oberwellen auf jeder der Auch für den vorliegenden Modulator, der im Gegensatz zu einem Sender lediglich zur lokalen Einkopplung eines Signals in einen Empfänger (induktiv, kapazitiv oder direkt über eine Dummy-Antenne) zu Test- und Vorführzwecken dient, ist eine ausreichende Unterdrückung der Oberwellen Zunächst soll der Modulator bei sinnvoller Signalstärke nur einmal auf der Grundfrequenz und nicht zusätzlich auf den Frequenzen der Oberwellen im Empfänger erscheinen und dort ggf. zu Interferenzen mit von außen einfallenden Sendern führen. Aufgrund der Ausdehnung des MW-Bereiches bis 1720kHz (Nordamerika) liegt bei einer Grundfrequenz des Modulators von z.B. 570kHz die erste und zweite Oberwelle mit 1140kHz bzw. 1710kHz noch im MW-Bereich. Das folgende Bild zeigt das Spektrogramm am Ausgang des Modulators für eine Grundfrequenz von eben 570kHz. Die Amplitude der Grundfrequenz ist als 0dB Referenzpunkt am oberen Ende der Vertikalskala gesetzt. Aus dem Spektrogramm ist ablesbar, dass die erste Oberwelle (1140kHz) ca. -40dB und die zweite Oberwelle (1710kHz) ca. -38dB schwächer als die Grundschwingung ist. Wird die Grundfrequenz weiter erhöht, so wird zwar (wie aus den Tabellen in Posts #3 und #4) ersichtlich) der Gütefaktor des Ausgangskreises erniedrigt und die Unterdrückung der Oberwellen damit verschlechtert, allerdings wird auch gleichzeitig die zweite Oberwelle aus dem Empfangsbereich nach oben heraus geschoben und es muss nur noch die erste Oberwelle betrachtet werden. Dies ist im folgenden für eine Grundfrequenz von 850kHz getan worden, bei der die erste Oberwelle von 1700kHz noch knapp im Nordamerikanischen MW-Bereich liegt. Wie aus dem Spektrum ersichtlich, ist die erste Oberwelle von 1700kHz ca. -37dB schwächer als die Grundschwingung. Neben der Vermeidung von weiteren Empfangsfrequenzen im Empfänger muss aber auch eine Betrachtung über die ungewollte Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen bei höheren Frequenzen durchgeführt werden. Im MW-Bereich mit einer Wellenlänge von grob 200m bis 600m sind die Abmessungen der zur lokalen Einkopplung des Signals in den Empfänger verwendeten Vorrichtungen (z.B. Induktionsschleife, kurzer Draht, Leitungen einer Dummy-Antenne) viel zu kurz um eine in irgend einer Weise relevante Strahlungsleistung zu erreichen. Bei höheren Oberwellen mit Wellenlängen, bei denen die Abmessungen in den Bereich von lambda/10 kommen ändert sich dies allerdings. Gehen wir z.B. von Abmessungen der Vorrichtungen zur lokalen Einkopplung in der Größenordnung von 2m aus, so müssen wir uns um Frequenzen von 15MHz und höher Gedanken machen. Um hier eine Untergrenze für die Unterdrückung der Oberwellen in diesem Frequenzbereich zu erhalten, setzen wir die Grundfrequenz mit 1700kHz nahe an das obere Ende des MW-Bereiches und zeichnen das Spektrum bis 25Mhz auf: Offensichtlich haben wir im im kritischen Bereich ab ca. 15Mhz lediglich Oberwellen, die mindestens ca. -46dB schwächer als die Grundschwingung sind.
This article was edited 03.Jan.15 20:59 by Jochen Bauer . |
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Gerhard Heigl ![]()
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A Articles: 931 Schem.: 762 Pict.: 1353 06.Jan.15 11:04 Count of Thanks: 11 |
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Nun habe ich diesen interessanten MW-Modulator nachgebaut. Die erste Version am Steckbrett. Durch die langen Leitungen und den parasitären Kapazitäten die dadurch auftreten, konnte ich die 1,7MHz nicht erreichen. Als Spulen verwendete ich käufliche Festinduktivitäten, das funktioniert insofern nicht weil es unbedingt notwendig ist, dass die Spulen abgleichbar sind. In Ermangelung geeigneter Spulen habe ich versucht die kleinen japanischen ZF-Filter wie sie in den MW- Portables der 60er Jahre eingebaut wurden, zu verwenden. Mit Hilfe eines Induktivitätsmessgerätes habe ich geeignete gefunden. Eingebaute Kondensatoren habe ich entfernt. Ein Layout wurde gezeichnet und ein Prototyp nach dieser Methode gefertigt. Der Print hat eine Grösse von 61 x 40mm. Er wurde absichtlich klein gehalten damit die schädlichen Kapazitäten auch klein bleiben. Da Resonatoren für den MW-Bereich schwer zu bekommen sind, stellt sich die Frage ob z.B. ein noch leicht erhältlicher 455kHz-Resonator verwendet werden kann und der Filterkreis auf seine erste Oberwelle (910kHz) abgeglichen wird. Kann das funktionieren? Attachments:
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Jochen Bauer ![]()
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D Articles: 126 Schem.: 0 Pict.: 0 18.Jan.15 12:58 Count of Thanks: 13 |
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Zunächst einmal Danke an Herrn Heigl für den Nachbau mit einem TLC251 Single Op-Amp und die Es wurde zunächst ein fertiges Frequenzzählermodul eines Anbieters aus dem Asiatischen Raum Weiterhin wurde die Betriebsspannung von 9V auf 12V erhöht. Damit lässt sich durch eine entsprechende Anpassung der Arbeitspunkte des Op-Amp im Niederfrequenzteil sowie des Emitterfolgers am Ausgang eine maximale HF Ausgangsspannung bei 100% Modulation von 8.8Vpp an einer Last von bis zu 2.2kΩ ohne sichtbare Verzerrungen erzeugen. Ohne Modulation ist die HF Ausgangsspannung daher konstant 4.4Vpp, was bei 2.2kΩ Last einem HF-Ausgangsstrom von 1mA Amplitude entspricht. Damit kann nun bequem eine Spule (mit Ferritkern oder als Rahmen) zur induktiven Einkopplung des Signals in einen Empfänger aperiodisch betrieben werden. Im Bild oben ist eine Ferritstabspule mit L=120µH zu sehen. Der HF-Strom durch diese Spule wird durch einen 2.2kΩ Widerstand in Serie begrenzt. Die Reichweite bei einem Taschenempfänger mit eingebauter Ferritantenne beträgt ca. 1-2m. Auf der NF Seite wurde der Tatsache Rechnung getragen, dass die meisten Audio-Quellen (Line- oder Zur Einstellung der Verstärkung und damit des Modulationsgrades ist eine optische Aussteuerungsanzeige meistens hilfreich. Diese wird mit dem zweiten Op-Amps im LM358 IC, einem NE555 Timer IC und einer LED realisiert. Der Op-Amp ist dabei als Komparator geschaltet, der die zur Modulation verwendete NF Ausgangsspannung an Pin 1 des ersten Op-Amps mit einer Referenzspannung am invertierenden Eingang vergleicht. Sinkt die Ausgangsspannung unter die Referenzspannung ab, so fällt die Ausgangsspannung dieses Komparators von ca. +12V auf ca. 0V ab. Dieses Triggersignal wird dem im monostabilen Modus betriebenen NE555 Timer zugeführt der daraufhin den Ausgang (Pin 3) für 0.1s (gegeben durch den 100kΩ Widerstand und den 1µF Kondensator) auf eine Spannung nahe an +12V legt und die LED aufleuchten lässt. In der vorliegenden Schaltung ist die Referenzspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers auf 1.1V gesetzt. Da der Arbeitspunkt des NF Summationsverstärkers auf 4.4V gesetzt ist, spricht die Anzeige gerade noch nicht an, wenn die NF Modulationsspannung sich im Bereich zwischen 1.1V bis 7.7V bewegt. Dies entspricht einem Modulationsgrad des HF-Ausgangssignals von 1 - 1.1/7.7 = 85%. Vom mechanischen Aufbau her wurde noch eine Metallabschirmung zwischen Oszillatorkreis und Edit 14.2.2015: Wie Herrn Georg Beckmann richtigerweise aufgefallen ist, fehlt im Schaltplan die Stromversorgung für den Emitterfolger am Ausgang. Weiterhin wurde der Widerstand vor dem Ausgangsfilter von 12kΩ auf 22kΩ erhöht. Damit ergibt sich eine verbesserte Unterdrückung der Oberwellen bei praktisch gleichbleibender Amplitudenkonstanz.
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This article was edited 14.Feb.15 16:03 by Jochen Bauer . |
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Jochen Bauer ![]()
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D Articles: 126 Schem.: 0 Pict.: 0 14.Feb.15 16:11 Count of Thanks: 15 |
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Nachfolgend der korrigierte Schaltplan. Siehe Edit zum vorherigen Post. Attachments:
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Stefan Heimers ![]() Schem.: 2 Pict.: 119 01.Mar.15 11:54 Count of Thanks: 14 |
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Ich habe mich von der Idee mit dem 4053-Modulator inspirieren lassen, dachte aber, wenn man schon drei Schalter zur Verfügung hat kann man damit auch noch gleich den Oszillator aufbauen. Und tatsächlich, ein Experiment zeigt, es funktioniert. Achtung: Die Schaltung ist nicht für den Einsatz im Alltag geeignet, es fehlt ein Bandpassfilter am Ausgang, das heisst es werden viele Störsignale produziert.
Achtung2: Die Versorgungsspannungen am IC sind nicht eingezeichnet, die werden aber selbstverständlch auch benötigt. Pin 8: Masse, Pin 16: 5V. Getestet habe ich die Schaltung mit dem MC14053BCP, ein CD4053 oder 74HC4053 sollte aber ebenso funktionieren. |