Nachfolgend einige Vorüberlegungen zu einem kleinen AM-Prüfsender für Mittelwelle. Die fermeldetechnischen Bestimmungen für das Betreiben von Prüfsendern sind von Land zu Land verschieden und entsprechend zu beachten. Was in den USA zum Beispiel noch erlaubt ist, ist in Deutschland verboten. Diese Schaltung müsste in einem abgeschirmten Gehäuse betrieben werden und mit einen Dämpfungsglied via einem abgeschirmten Kabel direkt mit dem Antenneneingang eines Radios verbunden werden.
Es handelt sich um einen Clapp-Oszillator mit nachgeschalteter Pufferstufe, der dann ein Differenzverstärker folgt, mit welcher die Amplitudenmodulation (AM) ausgeführt wird. Um den Nachbau zu vereinfachen, werden nur zwei Festinduktivitäten benötigt. Das Wickeln von Spulen entfällt. Ein Abgleich des Oszillatorkreises und des Ausgangsskreises ist nicht unbeding notwendig, kann aber mit Trimmkondensatoren erfolgen. Es kommen nur Kleinleistungs-Transistoren zum Einsatz. Fast jeder NPN-Typ auf Siliziumbasis müsste funktionieren. Von HF-Transistoren sollte man Abstand nehmen. Sie sind nicht notwendig und vergrößern nur die Gefahr einer Schwingneigung auf UKW und anderen Frequenzen.
Zuerst wurde die Schaltung nur simuliert. Aus alter Gewohnheit kam dafür PSpice 9.2 zum Einsatz. Für die Simulation eines Oszillators bei gleichzeitiger Darstellung der Amplitudenmodulation müssen mindestens 10 Punkte pro Periode berechnet werden. Wegen des Anschwingverhaltens des Oszillators müssen sehr viele Schwingungsperioden dargestellt werden. Die Simulation ist also sehr rechenintensiv. Bei der Schaltungsoptimierung ging es mir darum ein oberwellenfreies und klirrarmes AM-Signal zu erzeugen, wobei der Träger frei von FM-Anteilen ist und ausreichend frequenzstabil. Trotzdem sollte die Schaltung einfach sein und ohne Spezial-ICs auskommen.
Schaltbild. Für eine Großdarstellung auf das Bild klicken. Der Oszillator schwingt bei etwa 1 MHz. Der Gesamtstromverbrauch liegt bei etwa 40 mA.
Erklärungen zum Schaltbild: R6 und R17 sorgen in der Simulation dafür, dass mit einer Spulengüte von etwa 60 gerechnet wird. R16 ist der Innenwiderstand der NF-Quelle. Das Ausgangssignal kann über einen Koppelkondensator am Kollektor von Q abgegriffen werden. Keinesfalls darf dort ein Antennendraht angebracht werden, da man dann einen kleinen illegalen AM-Sender betreiben würde. Eventuell notwendige Abblockkondensatoren für die Spannungsversorgung wurden nicht eingezeichnet.
AM-Signal am Kollektor von Q4. Der Träger schwingt etwa bei 1 MHz und wurde mit für die Simulation mit 10 kHz Sinus moduliert. Simulationseinstellungen: Run to time: 30000us; Start saving data after: 1200us; Maximum step size 0.01us; SKIPBP.
FFT-Analyse des mit 10 kHz amplitudenmodulierten Ausgangssignals. Die erste Oberwelle des Trägers war übrigens fast nich zu erkennen.
Die HF-Spannung am Emitter des Q2.
HF-Ausgangsspannung am Kollektor von Q4.
Die simulierten Ströme und Spannungen im Arbeitspunkt Für eine lesbare Großdarstellung auf das Bild klicken.
Anregungen habe ich mir auf folgenden Seiten geholt:
– http://www.geojohn.org/Radios/MyRadios/AMXmitr/AMXmtr.html#tech –
– http://www.sm0vpo.com/blocks/osc7m00.htm –
2. Entwurf: Mit dem ersten Entwurf war ich doch nicht so zufrieden und deshalb entwickelte eine weitere Schaltung:
2. Entwurf. Sowohl der Träger als auch die Modulation sind sauber. Jedenfalls in der Simulation. Nachtrag: C7 muss auf 10 uF erhöht werden, damit die Bässe nicht verzerrt klingen.
Die beiden Spulen wurden mit ihren Ersatzschaltbildern eingezeichnet. Die beiden 5-Ohm-Widerstände und die beiden 5-pF-Kondensatoren sind Teil des Ersatzschaltbildes der Spulen. R10 dämpft die Spule, wodurch das Ausgangssignal sauberer wird. Das Oszillatorsignal wurde auf 20 bis 30 mV abgesenkt.
Und nun folgt die Umsetzung in die Praxis:
Aufbau in der bewährten Manhattan-Style-Technik.
Das Schaltbild entspricht fast der Simulation. R4 musst auf 3 kOhm abgesenkt werden, damit der Oszillator schwingt. R19 habe ich auf 20 Ohm erhöht. Ansonsten habe ich noch ein paar Abblockkondensatoren eingefügt. Die Schaltung schwingt etwa bei 1300 kHz. Q1, Q2 und Q5 sind Transistoren aus der Schrottkiste mit einem B von etwa 300, Q3 und Q4 sind zwei gepaarte BC550C mit einem B=500. Die Betriebsspannung liegt bei 11 Volt aus einem alten Bleigel-Akku. Brumm war in einm Radio nicht zu hören. Weitere Experimente mit einem Steckernetzteil stehen noch aus.
Oben das NF-Eingangssignal, unten die modulierte HF. Beide Kanäle stehen auf 0,5 Volt / Einteilung. Die Tastköpfe sind auf 1:1 gestellt. Das Signal klingt sehr sauber in einem Mittelwellenradio.
Der HF-Träger sieht auch sauber aus. Die Zeitbasis steht auf 0,5 us/Einteilung.
Das AM-Spektrum bei Musikwiedergabe mit einem USB-Stick und einem Up-Converter aufgenommen.
Test des AM-Modulators an verschiedenen Empfängern.
Wie geht es weiter? Die Ausgangsspannung reicht aus, um den Modulator direkt mit dem Antenneneingang des Radios zu verbinden. Ich will noch ausgangsseitig eine Pufferstufe einbauen, denn die Modulation ist etwas von der Last abhängig. Eingangsseitig fehlt noch ein kleiner Verstärker für die NF und ein Poti für den Pegel. Das Signal aus einem CD-Player war zu stark und das aus meinem Tablet-PC viel zu schwach. Bis jetzt betreibe ich die Schaltung über einen Bleigelakku, der altersschwach sein darf, da der Verbrauch nur bei ein paar mA liegt. Eine Dynamikkompression der Eingangs-NF ist auch noch in Planung. Die Betriebsspannung sollte stabilisiert sein, denn wenn die Akkuspannung sinkt, läuft der Sender etwas weg. Da ist also noch einiges zu machen.
Nachtrag: Damit die Bässe nicht verzerrt klingen, habe ich im 2. Entwurf C7 von 220 nF auf 10 uF erhöht.
Der AM-Modulator in der Manhattan-Style-Technik aufgebaut. Oben sind zwei Cinch-Buchsen für den Anschluss eines Stereokabels angebracht. Die beiden Stereokanäle werden über Vorwiderstände von etwa 1 kOhm zu einem Monosignal zusammengeführt.