Ugly Construction für HF-Versuchsaufbauten Drucken E-Mail
Dienstag, den 23. Juni 2009 um 11:36 Uhr

Ugly Construction am Beispiel eine UKW-Oszillators

Der Selbstbau von Hochfrequenz-Schaltungen wird oft zum Fiasko, wenn man nicht auf ein eindeutiges Massepotential und kurze Verbindungen achtet. Oszillatoren schwingen dann nicht und was keinesfalls schwingen darf, erzeugt wilde Schwingungen. Die hier beschriebene Methode jedoch garantiert fast schon den Bastelerfolg bis hin in den 2m- und 70cm- Bereich. Und das bei geringem Aufwand.

Ugly Construction - Was ist das? Ugly Construction, ein Begriff, der sich in den USA etabliert hat, bedeutet hässliche Konstruktion und steht für eine Aufbauweise, die kürzeste Verbindungen und eindeutige Masseverhältnisse ermöglicht. Schaltungen, die auf diese Weise aufgebaut wurden, sind zwar keine Augenweide, besitzen dafür aber hervorragende Hochfrequenz-Eigenschaften. Nachfolgendes Bild zeigt einen UKW-Oszillator, der nach dieser Methode aufgebaut wurde.

Ugly Construction
Ugly Construction eines UKW-Oszillators

Gerade bei Hochfrequenz-Schaltungen können die Eigeninduktivitäten von kurzen Drahtstücken die Schaltungs-Eigenschaften radikal verändern. Eine funktionierende Masseverbindung kann deshalb nicht durch Verdrahten erlangt werden. Viel besser ist eine durchgehende Massefläche, wie wir sie bei gewöhnlichen, kupferkaschierten Leiterplatten-Material vorfinden.

Wie erzeugt man die Lötstützpunkte? Ein Problem sind bei dieser Aufbau-Mehtode die fehlenden Lötstützpunkte. Behelfen kann man sich, indem man dafür hochohmige Widerstände ab 1 etwa Mega-Ohm verwendet. Stromversorgungsleitungen können mit Keramikkondensatoren mechanisch fixiert und gleichzeitig abgeblockt werden. Liebhaber des Manhatten-Stils kleben kleine Leiterplattenstücke auf die Massefläche. Erlaubt ist eigentlich alles, was funktioniert.

Mikrofonie vermeiden: Wichtig ist, dass man für eine ausreichende mechanische Stabilität sorgt. Andernfalls tritt der unangenhme Effekt der Mikrofonie auf. Werden zum Beispiel die mechanischen Abmessungen einer Oszillatorspule durch Vibration verändert, macht sich dies als Frequenzmodulation hörbar bemerkbar. Der in der Abbildung gezeigte Draht hat sich als zu dünn erwiesen.

Lötstützpunktfräser im Eigenbau Nachfolgendes Bild zeigt einen Lötstützpunktfräser, den man in wenigen Minuten aus einer abgesägten 6mm-Achse herstellen kann. Sie muss aus Stahl sein. Aluminium ist zu weich.

Lötstützpunktfräser
Lötstützpunktfräser für die Lötinseltechnik. Alternativ geht auch ein modifizierter Holzbohrer.

Zuerst bohrt man in die Achse ein wenige mm tiefes Loch. Dann feilt man mit einer Dreikant-Feile noch ein paar Zähne hinein und fertig ist der Fräser. Bei hoher Drehzahl kann man mit einer Ständerbohrmaschine die Lötstützpunke erzeugen. Gefräst werden kann je nach Bedarf während der Aufbauphase, selbst wenn bereits Bauteile auf die Massefläche gelötet wurden. Andere Methode: Man nimmt einen Holzbohrer von10 mm Durchmesser und schlägt den störenden Mitteldorn mit einem Hammerschlag ab (mehr unter Lötinseltechnik).

WeitereTipps zum Aufbau: Mit rostfreier Stahlwolle reinigen Sie bequem die Kupferoberfläche. Abschirmungen realisieren Sie, wenn Sie Leiterplattenmaterial hochkant auf die Massefläche löten. Spulen können auf der Rückseite der Leiterplatte befestigt werden. Die Kupferfläche schirmt dann das elektrische Feld ab. Alte Sardinenbüchsen finden als Abschirmbecher Verwendung. Die Büchse wird mit 2 Schrauben einfach auf die Leiterplatte gedrückt. Dazu werden die Schrauben durch Bohrlöcher im Boden der Sardinenbüchse und der Leiterplatte geführt. Die Kupferfläche der Ugly Construction dient dann als Deckel. Freitragende Spulen sollten aus mindestens 0.9 mm dicken Kupferdraht bestehen, um Mikrofonie zu vermeiden. Gehen Sie mit den Widerständen behutsam um und verbiegen Sie die Anschlussdrähte vorsichtig. Kleine mechanische Defekte in Kohleschichtwiderständen können Rauschquellen darstellen.

Für "Profis" scheinen einige Tipps skuril wirken oder gar an Pfusch erinnern. Bedenken Sie aber, dass es sich hier um Versuchsaufbauten handelt oder um Einzelanfertigen, die sich nicht nach den Erfordernissen einer kostengünstigen und automatisierten Massenproduktion richten müssen.

Die Abmessungen der Spule: Die freitragende Spule hat einen Innendurchmesser von 7,5 mm, ist etwa 8 mm lang und hat etwa 5 Windungen. Die Lage der Anzapfung ergibt sich aus dem Bild. Der Draht sollte mindestdens einen Durchmesser von 0,9 mm besitzen, da sonst Mikrofonie auftritt.

Die Schaltung des UKW-Oszillators mit PSpice simuliet: Bevor die Schaltung (siehe nachfolgende Abbildung) als Ugly Construction aufgebaut wurde, ist sie mit Pspice simuliert worden. Dabei zeigte das elektrische Verhalten des realen Aufbaus eine erstaunliche Übereinstimmung zur Simulation. Dies spricht für Ugly Construction, denn in der hier vorgenommen Simulation wurden die parasitären kapazitiven und induktiven Einflüsse in keinster Weise berücksichtigt. Anmerkung: Rz in der Simulation ist der Ersatzwiderstand für die Güte des Schwingkreises. Ein Kopplungsfaktor von 0.25 entspricht in etwa einer Spulenanzapfung.

UKW-Schaltung mit MicroSim Schematics gezeichnet
Schaltung des UKW-Oszillators in PSpice Schematics. (Download ukwosz.zip). Die im Zip-File befindliche SCH-Datei läuft auch nach einer Umwandlung unter Capture/PSpcie.

Nachfolgend das Simulationsprofil für die Transientenanalyse:

Simulationsprofil für die Transientenanalyse
Simulationsprofil für den UKW-Oszillator, der bei etwa 100 MHz schwingt. Step Ceiling - die maximale Rechenschrittweite - muss sehr klein gewählt werden. Um den gesamten Einschwingvorgang beobachten zu können, endet die Simulation erst nach 25 us. Die Folge der langen Simulationszeit ist ein großes DAT-File, in der die von PSpice berechneten Werte abgespeichert sind. Damit der Oszillator anschwingen kann, muss die Arbeitspunktanalyse mit "Skip initial transient solution" abgeschaltet sein.

Einschwingvorgang
Transientenanalyse des des UKW-Oszillators. Zu sehen ist der Anschwingvorgang. Die einzelnen Schwingungszüge verschmelzen zu einer grünen Fläche. Ein Zoom würde die Details zeigen.
Geeignet ist der kleine UKW-Oszillator als Prüfsender oder zur Speisung eines Mischers. Man kann ihn mit einer Kapazitätsdiode ergänzen, um die Frequenz abzustimmen.

Die Schaltung wurde mit Hilfe der CD-ROM "E1-Das interaktive Elektronikprogramm" simuliert. Die CD-ROM enthält auch ein Programm zur Spulenberechnung. Wer den Oszillator simulieren möchte, kann die Schaltung als SCH-Datei hier herunterladen (ca. 2 kByte).

Downloads:
Download des UKW-Oszillators als SCH-Datei für die PSpice-Simulation (ca. 2 kByte) mit Schematics (Vers. 8.0)
Download des UKW-Oszillators als Capture-Projekt für PSpice 9.x und 10.x (ca. 35 KByte)

Zuletzt aktualisiert am Samstag, den 07. März 2015 um 07:58 Uhr
 

3. Februar 2017

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