Einfacher Mittelwellen-Modulator
von Stefan Klaus
Hier
möchte ich einen 1-Transistor-Modulator vorstellen. Bei der Entwicklung
des Oszillators war es mir wichtig, dass die Schaltung einerseits sehr
einfach aufzubauen ist, andrerseits brauchbare Qualität liefert. Es
gibt viele Schaltungen mit Quarzoszillatoren (oftmals TTL) oder
Resonatoren, diese sind aber oft an eine feste Frequenz (1 MHz ist
üblich) gebunden, oder schwer zu beschaffen (Resonatoren). Also wollte
ich eine Schaltung entwickeln, welche mit leicht beschaffbaren Teilen
arbeitet, eine in grenzen individuell einstellbare Frequenz besitzt und
dennoch sehr unaufwändig ist.
Die Schaltung wurde von der kürzlich im Labortagebuch
vorgestellten 1 Transistor supereinfach Oszillator Schaltung
inspiriert. Dieser Oszillator wurde verwendet, und zu einem Modulator
umgebaut. Üblicherweise gibt es bei 1-Transistor-Schaltungen Probleme
mit unerwünschter Frequenzmodulation. Diese entsteht, da der Transistor
intern parasitäre Kapazitäten hat, welche sich ähnlich verhalten wie
eine Kapazitätsdiode. Besonders NF-Transistoren, wie der hier
verwendete BC548B besitzen im Vergleich zu einem "echten" HF Transistor
wie dem BF199 höhere Kapazitäten, also tritt der Effekt noch stärker
auf.
Zwischen Basis und Emitter befindet sich also eine
Kapazität, die man durch Anlegen einer Spannung geringfügig ändern
kann. Bei der hier gezeigten Schaltung wird diese Spannung durch Ändern
der Versorgungsspannung geändert. Normalerweise würde dies zu einer
unerwünschten Frequenzmodulation führen, doch hier wurden relativ
"große" und somit für diese Frequenzen relativ niederohmige
Kondensatoren verwendet. Dadurch wird der unerwünschte Effekt der
Frequenzmodulation so weit verringert, das der Modulator brauchbar mit
verschiedenen Radios empfangen werden kann.
Der Modulator sendet
rein induktiv (über die Festinduktivität) und die Reichweite ist sehr
gering. Dadurch ist er theoretisch ohne Lizenz betreibbar, da die
Feldstärke aufgrund der geringen Reichweite wohl unter den erlaubten
-15 dBµA im Abstand 10 m liegen dürfte. Dennoch geschieht der Nachbau
auf eigene Gefahr. Soll ein Röhrenradio direkt mit dem Gerät verbunden
werden, kann die HF am Kollektor des Transistors übe einen
Koppelkondensator von 22 pF abgegriffen werden. Der Masseanschluss des
Radios wird über einen 10 nF/500 V Keramikkondensator mit Masse der
Schaltung verbunden, der 10 -nF-Kondensator sorgt dafür, das bei
Allstromgeräten (deren direkter Anschluss an diesen Modulator wenn
möglich vermieden werden soll) im Fehlerfall keine gefährlichen
Ausgleichströme entstehen oder Spannung an der Audioquelle anliegt.
Der
Modulator wurde eher dafür gebaut, um neuere - vor allem portable -
Transistorradios, welche nur - oder auch - über Mittelwellenempfang
verfügen, mit der eigenen Musik zu bespielen. Die Reichweite beträgt
hierbei effektiv in etwa 15 cm. Der Modulator wird in der Nähe des
Radios platziert.
Zur Schaltung: Die Leuchtdiode hat hier zwei
Funktionen. Zum einen zeigt sie den Betrieb des Modulators an, zum
anderen stellt sie eine in Grenzen stabilisierte Versorgungsspannung
für den Modulator bereit. Sinkt die Batteriespannung um bis zu 2 V,
kann die LED die Spannung konstant genug halten, sodass keine
nennenswerten Effekte auftreten, die Schaltung arbeitet dennoch weiter.
Durch den 22-k-Widerstand zwischen LED und Oszillator wird die
Betriebsspannung reduziert. Fügt man nun am Knotenpunkt zwischen dem 22
k -Widerstand, und dem 1,8-k-Widerstand ein NF Signal hinzu, variiert
dieses die Sendeleistung (AM Modulation). Anstelle der
100-µH-Induktivität, und des Kondensators C4* kann auch eine
verstellbare Spule verwendet werden, oder anstelle von C4* ein
Trimmkondensator. Dann kann die Frequenz individuell eingestellt
werden, in der vorherliegenden Schaltung ist diese jedoch fest, und
wird durch den Parallelkondensator C4* bestimmt Der Sender schwingt
zwischen 700 und 800Khz, eine genaue Frequenzangabe möchte ich hier
nicht machen, da die Frequenz aufgrund von Bauteiletoleranzen durchaus
von Aufbau zu Aufbau variiren kann. Anstelle des BC548 müsste ein
beliebiger Kleinsignaltransistor verwendbar sein, wie der BC238, BC547
usw. usf. Getestet habe ich dies jedoch nicht. Für Langwelle kann man
die Spule vergrößern, Werte um 680µH könnten hier funktionieren, dies
habe ich ebenfalls nicht getestet. Der Parallelkondensator C4* kann bis
zu 220 pF groß sein, größere Werte würde ich nicht empfehlen.
Stückliste:
Bauelemente elektronisch - 3,3 µF sollte 1,5 µF sein
Bauteile mechanisch - mit vorbearbeiteter Platine
Chinchbuchsen bearbeitet, 2 Pins abgeschnitten
Schaltung fertig aufgebaut
Drehkondensator und Spule als Alternative für L1 und C4*
Nachtrag: Modulierter Colpitts-Oszillator
von Heinz D.
Durch
Umzeichnen sieht man den Colpits-Oszillator. An seinem Kollektor herrscht eine
mittlere Spannung von 560mV (=Ube), die nicht unterschritten werden soll.
Erhöht man R4 auf 10k, dann wird aus der Spannungssteuerung (rot) eine
Stromsteuerung (blau), Ic=IR2+IR4. Dadurch reißt die Schwingung nicht so
schnell ab (robuster). R3 kann entfallen. Das Verringern von C3/C5 zugunsten
von C4 ist nicht notwendig, erhöht jedoch die Amplitude etwas und damit die
Robustheit. Bei Versuchen die Amplitude durch die Kollektorspannung zu
stabilisieren ist mir die Schwingung immer wieder abgerissen, bis ich auf die
Lösung mit der Stromsteuerung kam.
Viel Spaß mit der NFC (Nah-Feld-Communication). Übrigens arbeitet der Sender
mit einer Mignonzelle 1,1V bis 1,75V tadellos (ggf. R2 anpassen, ~40uA) und
sendet mit max. ~560 mV * 40 µA = 22 µW.
AM-Modulator mit 1,5 V von B. Kainka
Die
Schaltung hat mich so fasziniert, dass ich einen eigenen kleinen
Modulator bauen musste, der mit einer 1,5-V-Zelle auskommen
sollte. Als Sendespule dient eine Entstördrossel mit 10 µH aus einem
Schaltnetzteil. Damit ergibt sich ein sehr kleines L/C-Verhältnis mit
der Hoffnung, dass die Transistor-Kapazitäten sich wenig auswirken. Der
Modulator sendet bei ca. 750 kHz.
Die
Sendeleistung ist voll ausreichend. Ich konnte erfolgreich den
Deutschlandfunk über DAB wieder auf Mittelwelle ansiedeln und das
Signal sowohl mit einem Röhrenradio als auch mit einem Transistorradio
empfangen. Allerdings darf man die Modulation nur schwach
aufdrehen. Und es ist doch noch ein erheblicher FM-Anteil zu erkennen.
Möglicherweise habe ich mit dem LC-Verhältnis übertreiben, worunter die
Schwingkreisgüte leidet.
Veränderte Dimensionierung von Bernd Schulte-Eversum, DG2DCY
Sie
Schaltung des AM-Modulators mit 1,5 V habe ich simuliert und im Nachbau
bestätigt. Ich habe es umdimensioniert und das Ergebnis als Vergleich
eingefügt. Die neue Variante hat einen höheren Blindstrom im
Schwingkreis, was sich als höhere Empfangsfeldstärke beim Testempfänger
bemerkbar machte.
Bei
den Transistortypen BC546 und BC846 haben den gleichen Chip nur
unterschiedliche Gehäuse. Was in den Datenblättern nicht immer zu
finden ist, ist die Tarnsitfrequenz häufig über 500 MHz beträgt. Der
Grund ist das die Kristallgröße inszwischen stark geschrumpft ist. Ich
habe damit schon Oszillatoren in der Basisschaltung bis 380 MHz
aufgebaut. Somit lässt es damit auch ein UKW Audion aufbauen.
Zur FM-Modulation
Die
Wechselspannungsquelle habe ich in der Simulation durch eine
Gleichspannungsquelle ersetzt, den Koppelkondensator kurzgeschlossen und die
Bauteilwerte bei L=10 uH und C=2.7 nF belassen. Die Gleichspannungsquelle habe
ich zwischen 0V und 3V geschaltet und daraus die Frequenzen 806 kHz und 793 kHz
ermittelt. Daraus ergibt eine Frequenzdifferenz von 13 kHz und eine
rechnerische Kapazitätsdifferenz von 126 pF. Es ist ein 50V-Transistor somit
sind diese Sperrschichtkapazitäten in dieser Größenordnung bei Uce= 1.5-V auch
plausibel. Bei ca. 12-V habe ich in einer anderen Anwendung eine Größenordnung
von 10-pF bis 20-pF mal ermittelt. Bei dieser besagten Anwendung hatte man bei
einer leitungsgebundenen Störstrahlungsmessung einen "Sender" bei 175
MHz gemessen. Bei einem anderen Transistorhersteller fiel dies nicht auf aber
je nach Zusammensetzung der parasitären Bauteile trotzdem möglich. Auf
intensive Nachfrage bei den Herstellern haben sie zugegeben, dass die
Transitfrequenz >= 500 MHz sein kann. In den Datenblättern wird nur die
minimale Transitfrequenz garantiert, vielleicht auch die typische Frequenz, was
nicht viel zu bedeuten hat. Deswegen steht heutzutage nicht mehr alles in den
Datenblättern. Mit der Dimensionierung L= 0.5 uH und C=56 nF macht die
Kapazitätsdifferenz sich nicht mehr bemerkbar, also keine FM-Modulation mehr.
Den FM-Anteil verringern von Stefan Klaus
Ich
habe die 1,5V-Schaltung 1:1 nachgebaut und kann bestätigen, dass sie
viel FM erzeugt. Allerdings habe ich auch den Wert bei der Spule
verkleinert, und auch den oberen 470 Ohm verkleinert, sowie einen
Abblock-C für die HF eingebaut, und siehe da, die Schaltung
funktionierte nun wie sie sollte, man konnte keine "stille
Stelle" im Radio eindrehen, wie es für brauchbare AM üblich ist.
Allerdings ist das sehr frequenzabhängig. Mit dem einen Widerstand
funktioniert es z.B. bei 1 MHz gut, bei anderen Frequenzen verzerrt die
Modulation, oder es tritt wieder FM auf, daher ist es das Beste,
mit dem Widerstand zu experimentieren.
AM-Modulator mit RC-Oszillator von Stefan Klaus
Ausgangspunkt war die folgende Schaltung aus der Bastelecke:
Was mir an der Schaltung gefiel:
-> Geringe Stromaufnahme
-> Frequenzstabil
-> Poti zum Justieren des Arbeitspunktes
Meine Kritikpunkte sind allerdings
-> Resonator extrem schwer zu beschaffen, 1Mhz-Quarze mittlerweile auch selten
-> Fehlender HF-Abblock C gegen Masse beim Modulator T
-> Wenn man die "Resonanz" der Spule erwischt kann es zu Verzerrungen kommen - man muss Poti nachjustieren
-> Poti und Trimmer-C für Einsteiger eventuell schwer.
-> Modulator ist in Kollektorschaltung. Sehr hochohmig, hoher NF Pegel notwendig für gute Modulation
Also
habe ich getüftelt, und die folgende Schaltung ist herausgekommen. Ich
habe die Klasse C Endstufe gelassen. Das Poti habe ich
rausoptimiert, und durch einen Spannungsteiler ersetzt, da der
Modulator T in Kollektorschaltung ja der Basisspannung folgt, und UB:2
üblich ist an der Endstufe.
Die
Schaltung mit den 2x 1k in Reihe (R9 und R10) bewirkt folgendes - R9
und C9 bewirken einen NF Tiefpass, der höhere Frequenzen abschwächt, so
stört der Modulator weniger auf Nachbarkanäle. R9 ermöglicht den
Anschluss einer Spule. Eine Festinduktivität kann zu R9 parallel
geschaltet werden (zum Beispiel 470 µH). Dann sendet der Sender wieder
induktiv in in der Nähe befindliche Radios. Der 1k (R10) bedämpft dabei
den Schwingkreis, man kann also einen parallel Kondensator hinzufügen,
zur Spule, und sie auf Resonanz bringen, jedoch durch den niedrigen
parallel R ist die Resonanz sehr "unscharf" wenn man es so nennen
möchte. Dafür bleibt die Last mehr oder weniger konstant und es treten
keine Verzerrungen auf. Entfernt man R10 testweise ist der
Resonanzpunkt viel schärfer, und auch die Sendereichweite ist besser,
jedoch kommt es zu leichten Verzerrungen.
Der
RC Oszillator funktioniert recht frequenzstabil, und die Tonqualität
des Modulators empfinde ich als gut - vor allem lässt er sich sehr laut
modulieren (bei meinen Tests so laut wie eine normale Radiostation).
Die Sendefrequenz liegt irgendwo zwischen 600 und 750 kHz. Bei
sinkender Batteriespannung verstellt sich die Frequenz etwas, die
Modulation bleibt aber gut. Durch den NF Vorverstärker (T4)
können auch normale Audioquellen mit Kopfhörerausgang sehr laute
Modulation bei mittlerer eingestellter Lautstärke erzeugen.
