In dieser Arbeit wird gezeigt, wie man den "KW-Radiobausatz für den Empfang von Radio DARC” von www.box73.de zu einem hochwertigen Gerät für den Empfang eines Kurzwellenbandes ausbauen kann.
DARC-Radio
Stand: 15. Juni 2022, Franz Peter Zantis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bild 1: “Radio DARC”, Frontansicht.
“Radio DARC - Empfänger upgegradet”
Begonnen hat das Projekt bei einem Besuch der Seite www.box73.de . Beim Stöbern fand ich den Bausatz “KW-Radiobausatz für den Empfang von Radio DARC”. Es handelt sich um einen Bausatz für ein echtes analoges Radio (Superhetempfänger). Man kann ein schmales Kurzwellenband (z.B. 5900 bis 6200 kHz) empfangen. Der Bausatz besteht aus einer Platine mit Bauteilen und einer Bauanleitung. Der Empfänger wurde in 1 und in 2 vorgestellt und technisch beschrieben.
Der Aufbau des Empfängers ist dank der hochwertigen Platine unproblematisch. Das “Schwierigste” ist die Bewicklung und Montage der Ferritantenne. Für den Abgleich ist es hilfreich, wenn ein Frequenzzähler oder ein Oszilloskop zur Verfügung steht. Das brachte mich auf die Idee den Empfänger gleich mit einem Frequenzzählmodul auszustatten, so dass die gerade empfangene Frequenz immer deutlich sichtbar ist. Damit ist dann auch der Abgleich nach dem Aufbau leichter. Dann macht es Sinn, alles in ein Gehäuse einzubauen und eine sichere Energieversorgung mit Akkumulatoren vorzusehen. Die Frontplatte des Ergebnisses ist im Bild 1 zu bewundern. Man kann damit Radio DARC hören und manchmal noch andere Sender, wie weiter unten noch gezeigt wird. Über eine an der Frontplatte angebrachte BNC-Buchse lässt sich der eingebaute Frequenzzähler auch für die Messung externer Signale nutzen. Der eigentliche Empfänger ist in den angegebenen Aufsätzen bereits ausreichend beschrieben. Ich beschränke mich auf Details, die man wissen muss um meinen “Upgrade” zu verstehen oder gar nachzubauen.
Energieversorgung
Ursprünglich war eine 9-V-Blockbatterie vorgesehen, um den Empfänger zu versorgen. Diese haben nur eine geringe Kapazität in der Größenordnung von vielleicht 200 mAh. Ich habe deshalb die Versorgung umgestellt auf 6 NiMH Akkus der Baugröße “Mignon” bzw. AA. Diese liefern insgesamt eine Nennspannung von 7,2 V und bieten eine Kapaztiät von 1900 mAh. Damit läuft der Empfänger sehr zuverlässig über lange Zeit. Da man bei Akkumulatoren Tiefentladung unbedingt vermeiden muss, macht deren Einsatz eine Überwachung der Betriebsspannung erforderlich. Dafür habe ich die Schaltung aus 3 “Spannungsüberwachung” eingesetzt. Allerdings eine leicht aktualisierte Version, die auch einen Spannungsregler (U1, LM1117) beinhaltet und somit mit bis zu 20 V betrieben werden kann. Das Schaltbild ist im Bild 2 abgedruckt. Die Platine ist im Bild 3 zu sehen. K8 wird mit der Versorgungsspannung der Empfängerplatine verbunden. Der Widerstand R12 (10 kQ) ist nicht auf der Platine der Spannungsüberwachung und wird extern angeschlossen. Er wird über J3 mit dem Pluspol von K8 verbunden. Die LED D7 und der Widerstand R11 werden ebenfalls frei verdrahtet. D7 habe ich unterhalb des Einschalters an die Frontplatte montiert. Diese Diode leuchtet auf, sobald die untere Schwelle der Akkuspannung unterschritten wird (Entladeschlussspannung). Dies ist dann die Aufforderung für den Anwender, sofort auszuschalten und die Akkus aufzuladen. Die drei LEDs, die sich auf der Platine der Spannungsüberwachung befinden werden nicht benutzt. Vielleicht fallt mir später noch etwas dazu ein.
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Bild 2: Schaltung der Spannungsüberwachung. D7 ist an der Frontplatte montiert.
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Bild 3: Spannungsüberwachung - die Platine in der aktuellen Version.
Das Programm des Mikrocontrollers ist übersichtlich. Der Mikrocontroller arbeitet im Wesentlichen als ADU-Wandler. Dieser liefert knapp 72 mal pro Sekunde einen Wert. Dieser Wert wird dann in einer Endlosschleife mit dem Schwellwert, der stellvertretend für die Entladeschlussspannung steht, verglichen.
Der ADU-Wandler im Mikrocontroller hat eine Auflösung von 16 Bit. Bei einer Spannung von 600 mV an P1.1 (Bild 2) liefert er den maximalen Wert von 2 16 - 1 = 65534. Der Eingangsspannungsteiler besteht aus R12, R1, R19 und R2. Entsprechend dem Teilungsverhältnis liefert der ADU einen Wert von 32734, wenn an J3 (Bild 2) eine Spannung von 6 V anliegt. Bei 6 V ist die Ladeschlussspannung der 6 in Reihe geschalteten Mignonzellen erreicht. Wer einen Akku mit anderer Entladeschlussspannung verwendet, kann den Schwellert nach der folgenden Formel berechnen:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Dabei trägt man für U batt die Entladeschlussspannung ein und erhält den ADUwert, den man im Programm (innerhalb der while-Schleie) eintragen muss (im Listing sind die betreffenden Zeilen Fett abgedruckt).
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Wie bereits erwähnt, habe ich beschlossen direkt eine Frequenzanzeige in mein DARC-Radio einzubauen. Zunächst dachte ich über eine Lösung mit einem OLIMEX-Board MSP430-449STK2 nach. Wegen des Programieraufwandes entschied ich mich dann doch, es mit dem fertigen Frequenzzähler-Modul “PLJ-8LED-E2” aus China zu versuchen. Insgesamt habe ich vier Module bestellt von denen zwei tatsächlich funktionieren. Die Module kamen ohne Bedienungsanleitung etc. Hier war dann "Try and Error" sowie Geduld und Phantasie erforderlich (das Board von OLIMEX wäre vielleicht doch die bessere Lösung gewesen). Das Modul kann angeblich Frequenzen von 100 kHz bis 1 GHz anzeigen. Für meinen Empfänger also eigentlich überdimensioniert - was aber nicht schadet und mich auf die Idee brachte einen Umschalter vorzusehen und eine BNC-Buchse, so dass ich auch externe Signalquellen anschließen und deren Frequenz zählen kann. Die Betriebsspannung ist mit 6 bis 12 V angegeben. Es kann also direkt mit der Versorgungsspannung des Empfängers verbunden werden.
Das Modul stellt zwei Taster zur Verfügung (Bild 4, rechts). Der obere Taster schaltet die verschiedenen Menüebenen sequentiell durch. Änderungen an einem Parameter werden dann inkrementell mit dem unteren Taster vorgenommen. Hat man einen Parameter geändert, wird diese Eingabe durch die obere Taste bestätigt. Das Modul kehrt dann zur Frequenzanzeige zurück. Nacheinander erreicht man so die Menüpunkte und Einstellmöglichkeiten, die in der Tabelle 1 gelistet sind.
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Tabelle 1: Menüpunkte und Einstellmöglichkeiten beim verwendeten Frequenzmessmodul.
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Bild 4: Das verwendete Frequenzmessmodul “PLJ-8LED-E2 ”.
Die Frage war, wo kann ich die Frequenz am Empfänger entnehmen. Aus 2 entnahm ich, dass dies am Messpunkt fo möglich ist (Pin 3 des Empfänger-ICs A4100). Die Messung der Frequenz an diesem Punkt mit Hilfe meines Oszilloskops funktionierte tadellos. Es wird die aktuelle Empfangsfrequenz zuzüglich der Zwischenfrequenz (455 kHz) angezeigt.
Dabei stellte sich heraus, dass der Empfänger sich verstimmt, wenn ich das Zählmodul direkt an den Messpunkt fo anschließe. Außerdem ist der Signalpegel am Punkt fo für das Zählmodul zu klein. Das Signal musste also verstärkt werden. Die von mir dazu entworfene Schaltung ist im Bild 5 zu sehen. Für maximale Entkopplung zwischen Empfänger und Messmodul ist am Eingang eine FET-Stufe (T3) angeordnet. Diese Stufe sorgt für einen hohen Eingangswiderstand bei gleichzeitiger Verstärkung des Signals. Den wesentlichen Beitrag zur Verstärkung erbringt allerdings T2 in Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung. T1 arbeitet als Impedanzwandler und trägt nichts zur Spannungsverstärkung bei. Der Ausgang des Verstärkers (J1) ist dann mit dem Eingang des Messmoduls verbunden. Bei T1 und T2 handelt es sich um Transistoren im TO92- Metallgehäuse, die also leicht zu verbauen sind. Die Transitfrequenz ist im Datenblatt mit 500 MHz angegeben. Es können sicher auch andere, vergleichbare Transistoren verwendet werden.
Ich habe die Schaltung auf einer für Hochfrequenz optimierten Lochrasterplatte aufgebaut (Bild 6). Auf den ersten Blick sieht diese aus wie eine normale Punktraster-Platine. Aber sie wurde speziell für HF-Schaltungen entwickelt und hat daher beidseitig eine durchgehende Massefläche. Diese speziellen Lochrasterplatten habe ich in 5 gefunden. Bei genauem Hinsehen erkennt man, wie die Masse angeschlossen ist. Alle äußeren Lötpunkte sind mit Wärmefallen an Masse gelegt. Dazu kommen Masse-Reihen, die sich alle fünf Reihen wiederholen. Zwischen allen Punkten ist die Masse weitergeführt. So findet man überall auf der Platine einen kurzen Weg zur Masse. Bei HF- Schaltungen ist das wichtig, da z.B. längere Umwege mit zusätzlichen parasitären Induktivitäten einhergehen, die die Schaltungseigenschaften ungeplant beeinflussen.
Die praktische Messung mit einem Signal der Amplitude 80 mVss und der Frequenz 20 MHz, ergab eine Verstärkung von v=12,5. Das deckt sich mit der gemessenen Übertraungsfunktion (Bild 7). Die Messung habe ich mit dem VNA aus 6 durchgeführt. Bei niedrigeren Frequenzen ist die Verstärkung größer. Das Ausgangssignal ist überlagert mit einer Gleichspannung. Das stört nicht, denn das Frequenzmessmodul hat offensichtlich am Eingang einen Kondensator.
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Bild 5: Schaltung des Verstärkers zur Frequenzmessung. J2 wird mit dem Umschalter verbunden. J1 geht zum Eingang des Frequenzzählers.
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- Franz Peter Zantis (Autor), 2022, Radio DARC. Kurzwellenempfänger für Radio DARC, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1286261
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