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Wie mit einfachsten Mitteln ein qualitativ guter, in weiten Bereichen einstellbarer Miniatur-Prüfsender aufgebaut werden kann, wird in diesem Artikel, der aus dem ELV journal 39 stammt, beschrieben. Ich habe den Artikel um einige Hinweise ergänzt. Dieser Miniatur-UKW-Pruefsender stellt einen besonders einfachen Einstieg dar. Alle Teile sind einfach zu beschaffen und billig. Der Sender muß nicht unbedingt auf einer geätzten Platine aufgebaut werden, sondern notfalls auch auf einer 2.54-mm-Lötpunktraster-Experimentierplatine. Die Beschreibung zum Sender ist sehr ausführlich, so daß der Aufbau des Senders auch dann klappen sollte, wenn man bisher mit Löten oder dem Zusammenbau von UKW-Sendern keine Erfahrungen hat. Wenn die Schaltung - wie unten beschrieben - mit einer Antenne ausgestattet wird können Entfernungen von gut 500 Metern überbrückt werden, wenn der Sender auf einem Dachboden positioniert wird. Ohne Antenne im Erdgeschoß liegt die Reichweite bei ungefähr 30 Metern.
Allgemeines In der Rundfunktechnik werden Prüfsender zum Testen von Empfangsteilen eingesetzt. Können diese Prüfsender, wie der hier vorgestellte, frequenzmoduliert werden, so ist darüber hinaus auch die Überprüfung von FM-Demodulatoren möglich, wie sie in den UKW-Empfangsteilen enthalten sind. Wesentliche Forderungen an einen Prüfsender für UKW-Empfangsteile sind u. a.: - ausreichend großer Abstimmbereich
Aus vorstehenden Forderungen ist für den interessierten Elektroniker leicht zu ersehen, daß es sich um einen vollwertigen UKW-Sender mit kleiner Ausgangsleistung handelt. Manch einer mag nun vielleicht einwenden, daß diese kleine Schaltung auch als sogenannter "Minispion" eingesetzt werden könnte. Dies ist grundsätzlich zwar möglich (die Reichweite liegt je nach Senderstandort bei ca. 100 bis 500 Metern wenn eine Antenne verwendet wird), jedoch ist das Betreiben von sogenannten "Minispionen" in der BRD verboten. Wir weisen daher in diesem Zusammenhang ausdrücklich auf die Bestimmungen der Deutschen Bundespost hin, in denen ein entsprechendes Verbot enthalten ist. Zur Schaltung Die für diesen kleinen und einfach aufzubauenden UKW-Prüfsender
erforderlichen Bauelemente werden sicherlich viele Hobby-Elektroniker bereits
besitzen. Der Aufbau wird ausschließlich mit leicht zu beschaffenden
handelsüblichen Bauteilen vorgenommen. Selbst auf den Einsatz eines
Spulenkörpers sowie eines speziellen HF-Transistors konnte verzichtet
werden.
Der eigentliche Sender ist mit dem Transistor T3 des Typs BC 548 mit Zusatzbeschaltung aufgebaut, wobei mit den Widerständen R6 bis R8 der Gleichspannungsarbeitspunkt des Sendetransistors T3 festgelegt wird. Der im Kollektorkreis von T3 fließende Strom liegt bei ca. 1,3 mA. Die Kondensatoren C4 und C5 legen die Basis des Sendetransistors T3 hochfrequenzmäßig auf ein festes Potential, wodurch T3 in Basisschaltung arbeitet, obwohl es sich gleichspannungs- bzw. niederfrequenzmäßig um eine Emitterschaltung handelt. Dies resultiert aus der Tatsache, daß nur für sehr hohe Frequenzen (Sendefrequenz) die Kondensatoren C4 und C5 einen Kurzschluß darstellen und somit die Basis von T3 "festhalten". Der eigentliche Schwingkreis zur Bestimmung der Sendefrequenz wird durch den Trimmer C6 sowie die Spule L1 dargestellt. Mit C6 ist die Sendefrequenz im Bereich von ca. 70 MHz bis 140 MHz einstellbar. Die Spule L1 ist auf höchst einfache Weise aus einem Stückchen Silberschaltdraht leicht selbst herzustellen. Falls Silberschaltdraht nicht zu bekommen ist, kann normaler Kupferdraht verwendet werden. Näheres zur Spule unter dem Kapitel "Zum Nachbau". Mit dem Kondensator C7 wird ein Teil der Hochfrequenz zurückgekoppelt, damit die Sendestufe einwandfrei schwingen kann. Als Antenne wird, sofern überhaupt erforderlich, ein ca. 70 cm langes Stück isolierte Kupferleitung (flexibel oder massiv) verwendet und mit einem Ende an den Schaltpunkt "h" angelötet. Zur Frequenzmodulation der Sendestufe wird das NF-Signal an der Basis des Sendetransistors T3 eingespeist. Damit sich eine ausreichende Empfindlichkeit auch zum Anschluß eines Mikrofons ergibt, ist ein Vorverstärker erforderlich. Mit T1 und T2 wurde ein hochempfindlicher NF-Verstärker aufgebaut, der in Verbindung mit dem Elektret-Kondensatormikrofon auch bei sehr geringen Lautstärken eine gute Modulation der Sendestufe gewährleistet. Damit auch bei normaler Lautstärke keine Übersteuerung auftritt, kann mit dem Trimmer R5 der Modulationsgrad, d. h. die Lautstärke, in weiten Bereichen eingestellt werden. Die Funktionsweise des NF-Vorverstärkers ist wie folgt: Das vom Mikrofon kommende, sehr kleine NF-Signal gelangt über den Kondensator C1 auf die Basis des ersten Verstärkertransistors T1. Der Gleichspannungsarbeitspunkt wird mit den Widerständen R1 und R2 vorgegeben. R4 dient zur Festlegung des im Kollektorkreis von T1 fließenden Gleichstromes, der im vorliegenden Fall zwischen 0,4 und 0,5 mA liegt. Zur Erzielung einer möglichst hohen Wechselspannungsverstärkung wird für den Bereich der zu übertragenden NF-Frequenzen der Emitterwiderstand R4 mit dem Elko C2 überbrückt. Dadurch ergibt sich eine höhere Verstärkung im oberen Frequenzbereich und somit eine bessere Verständlichkeit von Sprachsignalen. Außerdem wird die Gefahr der Übermodulation durch energiereiche Störungen wie Trittschall, Türenschlagen, Windgeräusche und ähnliches reduziert. Am Kollektor von T1 steht das ca. 500fach verstärkte NF-Signal an, das anschließend auf die Basis des als Emitterfolger geschalteten Transistors T2 gelangt. Am Emitter von T2 finden wir dieses Signal entkoppelt in gepufferter Form wieder. Mit dem Trimmer R5 kann eine Einstellung der Lautstärke, d. h. des Modulationsgrades, vorgenommen werden. Über C3 erfolgt die Einspeisung des NF-Signales auf die Basis des Sendetransistors T3. Soll als NF-Quelle ein Gerät mit LINE-Ausgang verwendet werden (Mischpult, Walkman, o.ä.), kann die Bestückung des Vorverstärkers entfallen. Der Ausgang der Signalquelle wird dann direkt an das obere Ende des Trimmpotis R5 angeschlossen. Allerdings klingt die Modulation in diesem Fall etwas "dumpf", da jeder UKW-Empfänger eine sogenannte Deemphasis enthält mit der das bei der Übertragung entstehende Rauschen (und damit auch die hohen Töne) abgeschwächt wird. Um diesen Effekt auszugleichen müßte das zu modulierende Signal, bevor es in den Eingang des Senders gelangt, eine Preemphasis durchlaufen, die die Abschwächung der hohen Frequenzen ausgleicht. Auf jeden Fall muß zum Einspeisen des NF-Signals abgeschirmte Leitung verwendet werden. Zum Nachbau Es finden ausschließlich handelsübliche Standard-Bauelemente Verwendung, die zudem einfach in der Handhabung sind und ohne besondere zusätzliche Maßnahmen, wie sie z. B. bei CMOS-Bausteinen üblich sind, eingebaut werden können. Nach dem Ätzen und dem Bohren der Bestückungslöcher wird
die kleine Platine in gewohnter Weise zunächst mit den passiven Bauelementen
(Widerstände und Kondensatoren) bestückt. Bei den drei Elkos
C1, C2 und C3
ist auf die richtige Polarität zu achten.
Im Schaltbild ist der positive Spannungsanschluß der Elkos mit einem kleinen "+" markiert, während auf dem
Auch beim Anschluß des Elektret-Kondensatormikrofones ist auf die Polarität zu achten: Das Tonsignal des Mikrofons wird über dessen abgeschirmte Leitung mit dem Eingang des Vorverstärkers verbunden. Die Schirmung wird mit Masse (Punkt "d") und der Mittelleiter in der Schirmung muß mit Punkt "e" verbunden werden. Die Betriebsspannung des Mikrofons wird meist über eine gelbe Zuleitung geführt und ist mit Punkt "c" zu verbinden. Es gibt auch Mikrofone, bei denen diese dritte Zuleitung für die Betriebsspannung fehlt. Dann wird, wie in nebenstehender Schaltung dargestellt, noch ein zusätzlicher Widerstand R9 benötigt, über den das Mikrofon mit Betriebsspannung zu versorgen ist: Die Schirmung und der Mittelleiter werden wie gehabt mit Punkt "d" und "e" verbunden, aber zusätzlich wird ein Widerstand von ungefähr 10 kOhm zwischen Punkt "c" und "e" gelötet. Es folgen die aktiven Bauelemente, d. h. in unserem Fall die drei Transistoren T1, T2 und T3. Es können auch andere Transistoren (Vergleichstypen) eingesetzt werden, die allerdings für höhere Frequenzen geeignet sein müssen, da T3 immerhin im Bereich von 100 MHz arbeitet. Die Anschlußbelegung der Transistoren ist neben C4 abgebildet. Die Spule L1 wird aus einem 10 cm langen Stück Silberschaltdraht auf einfache Weise selbst hergestellt. Da der Spuleninnendurchmesser 3 mm beträgt, werden die erforderlichen 7 Windungen direkt nebeneinanderliegend, auf einen 3 mm Bohrer aufgewickelt. Eine "normale" Kugelschreibermine würde sich für den Wickelvorgang ebenfalls eignen, da auch sie im allgemeinen einen Durchmesser von 3 mm aufweist. Am Spulenanfang und am Spulenende bleiben jeweils einige Millimeter Silberschaltdraht übrig, damit die Spule in die dafür vorgesehenen Bohrungen auf die Leiterplatte gesteckt und verlötet werden kann. Vorher ist jedoch die aus 7 Windungen bestehende Spule vom Bohrer bzw. von der Kugelschreibermine zu lösen, um sie anschließend vorsichtig auf die erforderliche Spulenlänge von 15 mm auseinander zu ziehen. Dies entspricht genau dem Lochabstand der Spulenanschlußpunkte "f" und "g" auf der Leiterplatte. Durch diese beiden Bohrungen werden die Enden der Spule L1 soweit hindurchgesteckt, daß die Spule direkt auf der Leiterplatte aufliegt. Nachdem die entsprechenden Punkte verlötet wurden, können evtl. überstehende Drahtstückchen abgeschnitten werden. Ca. 3 mm vom Spulenanschlußpunkt "f" entfernt befindet sich der Spulenanschlußpunkt "h". Durch die entsprechende Bohrung in der Platine ist ein ca. 5 mm langes Stückchen Silberdraht einzustecken, das zum einen auf der Platinenunterseite und zum anderen an der zweiten Windung der Spule L1 festgelötet wird. An diesen Anschluß wird später eine evtl. verwendete Antenne angelötet, die aus einem ca. 70 cm langen isolierten Leitungsabschnitt besteht. Für den Erstabgleich muß der Sender auf jeden Fall ohne Antenne betrieben werden, da diese aus dem Schwingkreis soviel Energie entziehen könnte, daß der Sender nicht anschwingt. Der Batterieclip zum Anschluß der Schaltung an eine 9 V-Blockbatterie wird an die Platinenanschlußpunkte "a" (Pluspol) und "b" (Minuspol) angelötet. Statt der Batterie kann natürlich auch ein Netzteil verwendet werden. Allerdings ist unbedingt darauf zu achten, daß eine stabilisierte Spannungsquelle verwendet wird. Sonst wird die Modulation des Senders durch ein starkes Brummen übertönt und/oder die Frequenz des Senders ändert sich bei Zuschalten eines weiteren Verbrauchers an das Netzteil. Zu beachten ist auch, daß der Sender nicht zu nahe beim Netzteil liegt, damit kein Netzbrummen oder das vom Transformator ausgestrahlte magnetische Feld in den Prüfsender einstreut. Sollte es, insbesondere bei Verwendung einer Sendeantenne, trotzdem brummen, muß das Netzteil durch UKW-Drosseln HF-mäßig abgeblockt werden. Inbetriebnahme Nachdem die Bestückung der Platine nochmals sorgfältig kontrolliert wurde, kann die Schaltung mit Strom versorgt werden. Falls möglich, legt man zur ersten Inbetriebnahme in die Versorgungsspannungszuleitung ein Amperemeter, das bei korrektem Betrieb einen Strom von ca. 3 mA anzeigen sollte. Im Schaltbild sind die Potentiale einiger Meßpunkte angegeben, die mit einem Voltmeter kontrolliert werden können. Am positiven Anschluß des Elkos C3 sollte zum Beispiel in etwa die halbe Betriebsspannung zu messen sein. Mit dem Trimmer R5 kann der Modulationsgrad, d. h. die Lautstärke, in weiten Grenzen eingestellt werden. Für den jetzt folgenden Abgleich der Sendefrequenz wird R5 auf volle Verstärkung eingestellt, d. h. auf Linksanschlag gedreht (entgegen dem Uhrzeigersinn). Zur Einstellung der Sendefrequenz wird ein UKW-Empfänger direkt
neben das Mikrofon des Prüfsenders gestellt, wobei der Lautstärkeregler
etwas weiter als üblich aufgedreht werden sollte. Auf der Skala des
UKW-Empfängers wird anschließend diejenige Frequenz eingestellt,
Wenn statt des Mikrofons ein Walkman oder ein Mischpult an den Sender angeschlossen wurde sollte zum Abstimmen der Sendefrequenz erstmal kein NF-Signal auf den Sender gegeben werden, da es sonst leicht zu einer Übersteuerung kommen kann. Der Trimmer C6 wird dann solange gedreht bis im UKW-Empfänger Stille zu hoeren ist. Erst dann kann ein NF-Signal aufgeschaltet und mit R5 der Modulationsgrad eingestellt werden. Falls die Reichweite des Senders nur wenige Meter oder Zentimenter beträgt, wurde sicher auf eine Neben- oder Oberwelle abgeglichen. In diesem Fall muß die Abstimmung wiederholt werden. Idealerweise benutzt man für die Einstellung der Frequenz einen Kunststoffschraubendreher, denn dieser beeinflußt nicht den Kapazitätswert des Trimmkondensators und bewirkt somit keine Frequenzänderung. Alle Teile wie Batterie, Mikrofon, Antenne und Zuleitungen sollten vorher fixiert werden, da es sonst alleine durch Lageänderungen zu Frequenzverschiebungen kommt. Die Sendespule besitzt, wenn sie so wie angegeben hergestellt wird, einen relativ niedrigen Induktivitätswert. Dadurch muß der Trimmer C6 weit eingedreht werden, um das UKW-Band zu überstreichen. Als positiver Nebeneffekt verringert sich jedoch die Wahrscheinlichkeit auf eine Oberwelle abzugleichen. Um sicher auch das untere UKW-Band zu erreichen, sollte die Spulenlänge durch Zusammendrücken auf 10 bis 12 mm verringert und kein Silberschaltdraht dünner als 0,8 mm verwendet werden. Alternativ wird die Spule aus 8 Windungen gewickelt. Sollte sich der Sender nicht oder nur auf eine Nebenwelle abstimmen lassen, kann man testweise die Anzahl der Spulenwindungen reduzieren oder erhöhen. Eventuell reicht auch schon ein Zusammendrücken oder Auseinanderziehen der Spule aus. Durch Zusammendrücken wird die Sendefrequenz niedriger, durch Auseinanderziehen höher. Wenn statt des in der Stückliste aufgeführten Trimmkondensators nur ein Trimmer mit sehr geringem Einstellbereich (z.B. 3,5 - 22 pF) erhältlich ist, sollte man die Spule sicherheitshalber mit einer zusätzlichen Windung ausstatten. Alternativ könnte man parallel zum Trimmer einen keramischen 10 pF Kondensator löten. Schwingt der Sender überhaupt nicht, kann das an zu großer Leistungsentnahme durch die Antenne liegen. In diesem Fall die Antenne kürzen, ganz entfernen oder über einen kleinen Kondensator (z.B. 22 pF) die Ankopplung verringern. Versuche haben gezeigt, daß der Basiswiderstand R6 einen großen Einfluß auf die Sendeleitung und das Anschwingverhalten hat. Durch Verkleinern dieses Widerstandes auf 2,7 kOhm arbeitet der Sender deutlich sicherer und leistungsstärker. In der Stückliste ist deshalb R6' aufgeführt, der R6 ersetzen sollte. Allerdings steigt durch diese Modifikation die Stromaufnahme des Senders. Höhere Leistung ließe sich auch durch Verkleinern von C7 erreichen. Allerdings auf Kosten der Anschwingsicherheit. Eine Verkleinerung des Emitterwiderstandes R8 bringt kaum Leistungssteigerung. Mit R6' schwingt der Sender ohne Antenne ab zirka 3,5 Volt Betriebsspannung und unterhalb von ungefähr 3 Volt setzt die Schwingung aus. Mit Antenne sind es rund 4,0 und 3,8 Volt. Durch eine niedrige Betriebsspannung wird allerdings auch der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers verringert. Deshalb wird die Modulation "dumpfer", was aber durch verkleinern von C2 ausgeglichen werden kann. Für eine Miniaturisierung des Senders können die Trimmer R5 und C6 durch einen Festwiderstand, bzw.
Festkondensator ersetzt werden. Für R5 wird ein 10 kOhm Widerstand verwendet und C3 mit
Eine Miniendstufe für den Prüfsender in guter MacGyver-Qualität (sprich: aus Bastel-Kram)
zeigt das nebenstehende Bild. Verwendung findet der Allerwelts-PNP-Transistor
BC 558 B. Der Vorteil dieser Endstufe liegt in einer erhöhten Ausgangsleistung
und der besseren Entkopplung der Sendeantenne vom Schwingkreis des Prüfsenders.
Abschließend wollen wir nochmals auf die Einhaltung der postalischen Bestimmungen hinweisen und darauf, daß bei unsachgemäßem Einsatz dieses Miniatur-Prüfsenders Störungen des Rundfunkempfangs bzw. anderer Frequenzen möglich sind. Wir bitten unsere Leser, dies unbedingt zu berücksichtigen, denn auch Sie möchten sicherlich einen ungestörten Empfang mit Ihrer HiFi-Anlage genießen.
Stückliste Transistoren T1, T2 und T3 .... BC 548 B (A und C wurden nicht getestet) Kondensatoren C1, C2 und C3 .... 1 µF Elko, mindestens 9 Volt
Widerstände R1 ............... 1 MOhm
Spule L1 ............... 7 bis 8 Windungen mit 3 mm Innendurchmesser und
Sonstiges Platine (z.B. 2.54-mm-Lötpunktraster-Experimentierplatine)
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Elkogehäuse üblicherweise der negative Anschluß mit einem "-" gekennzeichnet wurde.
Auf dem Gehäuse ist auch die Spannungsfestigkeit in Volt angegeben. Sie muß mindestens
9 V betragen.
auf der später der Prüfsender arbeiten soll. Nun kann durch langsames
Verdrehen des Trimmers C6 die Sendefrequenz des Prüfsenders verändert
werden. In dem Moment, in dem der Prüfsender genau auf der Frequenz
schwingt, auf die der danebenstehende UKW-Empfänger eingestellt wurde,
ertönt aus diesem ein lautes Pfeifsignal. Dies resultiert aus der
Tatsache, daß sich eine Rückkopplung vom UKW-Empfänger
mit nachgeschaltetem Verstärker und Lautsprecher, über das Mikrofon
des Prüfsenders, die Sendestufe und zurück über die HF auf
den UKW-Empfänger ergibt. Ein lautes Pfeifen ist das Resultat. Bringt
man den Empfänger in eine ausreichende Entfernung zum Sender, kann
der Lautsprecher nicht mehr auf das Sendemikrofon zurückwirken und
das Pfeifen verstummt.
dessen oberen Ende verbunden. Dadurch wird die maximale Sprachempfindlichkeit erreicht.
C6 sollte erfahrungsgemäß durch einen 27 bis 39 pF Kondensator ersetzt
und die Sendefrequenz durch Stauchen oder Strecken der Spule eingestellt werden.
Sehr interessant sind auch Festinduktivitäten in Widerstandsform.
Diese werden ab 0.1 µH, also 100 nH hergestellt. Damit schwingt der Sender bei
einem C6 von rund 27 pF im UKW-Band. Nachteilig an dieser Methode ist allerdings, daß
es keinen Ansatzpunkt zum Verändern der Sendefrequenz gibt. Es sei denn, man verwendet den Gimmick-Kondensator
von Harry Lythall, bestehend aus zwei verdrillten isolierten Drahtenden.
Von entscheidender Bedeutung ist der Aufbau des
Senders. Alle Kondensatorangaben beziehen sich auf einen Aufbau bei minimaler Größe.
Der Basis-Kollektor-Widerstand sollte so gewählt werden, daß
am Kollektor eine Spannung von ungefähr 4 Volt gemessen werden kann.
Die Punkte "a", "b" und "h" werden mit den gleichnamigen Punkten des Prüfsenders
verbunden. In der Nähe der Endstufe ist die Betriebsspannung mit einem
keramischen 100 nF Kondensator zu entkoppeln. Der Wert des 47 pF Kondensators
an der Basis ist etwas kritisch: Durch vergrößern dieses Kondensators
wird dem Prüfsender mehr Leistung entzogen, wodurch sich die Ausgangsleistung
erhöht, aber die Anschwingsicherheit verringert. Im Experiment hat
sich der angegebene Wert als ideal herausgestellt. Bei niedriger Betriebsspannung
ist der Leistungsgewinn durch die Endstufe am größten und macht
sich bei 6 Volt mit einer fast vierfachen Reichweite im Nahbereich bemerkbar. Bei
15 Volt liegt der Reichweitengewinn bei nur 50%.