Das UKW Projekt

Wenig Phasenrauschen - Gegentakt Eingangsteil mit ECC91 / 6J6

2008-08-07T10:01:00.013+02:00

Die UKW FM ZF mit EF89 2x 6BN6 und EF91

2007-10-26T10:59:00.012+02:00

Darius UKW Tuner Schaltung und Bilder
Beschreibung des EC900 EF95 Eingangs- und Mischteils
Ein paar Worte zum Ratiodetektor
Röhren Stereodekoder Einführung mit Beispiel
Die UKW FM ZF mit EF89 2x 6BN6 und EF91
Wenig Phasenrauschen - Gegentakt Eingangsteil mit ECC91/6J6

Beim Bau einer FM Röhren ZF sind die Radios aus den 50ger und 60ger Jahren kein geeignetes Vorbild. Die ZF Stufen dieser Radios können nur unzureichend für die speziellen Anforderungen, die eine FM ZF erfordert, eingerichtet werden da sie auch die AM ZF verarbeiten können müssen. In einer AM ZF können Selektion und Verstärkung über mehrere Stufen hinweg erfolgen. Allerdings hat man auch hier erkannt, dass eine Selektion die unmittelbar hinter der Mischstufe erfolgt, der Königsweg ist. In einem guten FM Empfänger erfolgen Selektion und Begrenzung immer hintereinander in der Reihenfolge: Filter-Begrenzer-Demodulator.
Die Selektion hat ausschliesslich durch das Filter zu erfolgen, keinesfalls in den Begrenzerstufen oder gar im Demodulator. Der Demodulator ist so breitbandig auszulegen, dass mindestens der Filterdurchlassbereich im linearen Teil der Demodulator S- Kurve liegt. Zum Aufbau einer Begrenzerstufe muss man die Röhren dazu bringen das Eingangssignal zu begrenzen. Nun sind Röhren allgemein für ihre Fähigkeit bekannt besonders linear zu verstärken. Entsprechend schwierig ist es darum mit den üblichen Verstärkerröhren Begrenzer zu bauen. Deshalb gibt es speziell für diesen Zweck die gated beam tube (6BN6). Informationen zur 6BN6 könnt Ihr von da downloaden. Beim üblicherweise verwendeten Pentodenbegrenzer wird eine steile Pentode mit niedriger g2 Spannung betrieben. Das g1 wird wie beim Audion über eine RC- Kombination angeschlossen. So wird eine Klemmung an der g-k Diode erreicht. Durch die hohe Steilheit und die niedrige g2 Spannung sperrt die Röhre bereits bei geringer negativer Gitterspannung. Der lineare Aussteuerungsbereich ist also nur klein. So sollen Amplitudenschwankungen begrenzt werden.

Die Begrenzung nach "unten" ist nicht so stark wie nach "oben" weil der Kennlinienknick nicht scharf ist. Dies versucht man durch eine zweite Stufe auszugleichen. Die Spannung am Gitterkondensator muss wie beim Audion der Amplitudenmodulation folgen können. Dies ist bei schnellem Wechsel von grossen auf kleine Signalamplituden schwer möglich, da der Widerstand den Kondensator nicht unendlich schnell entladen kann. Es kommt dann zu Empfangsaussetzern. Anders bei der 6BN6, ihr Gitterkreis ist zeitkonstantenfrei.

Ein nicht beachteter Aspekt beim Pentodenbegrenzer ist, das der kleine lineare Bereich in der Hauptsache die oberen Spitzen der Signalschwingung erfasst. Im linearen Bereich "sieht" die Pentode nur trapezförmige Ausschnitte aus dem sinusförmigen ZF- Signal. Die Fläche dieser Trapeze wird mit grösserer ZF- Amplitude kleiner. Das hat zur Folge, das die Anodenstrompulse Pulsweitenmoduliert werden. Diese PWM wird im folgenden Kreis in AM umgewandelt. Man braucht also theoretisch unendlich viele Pentodenbegrenzer um ein AM- freies Signal zu erhalten.
Bei der 6BN6 wird die Katodenspannung so eingestellt, dass eine vom Tastgrad symmetrische Begrenzung stattfindet. Die 6BN6 gated beam tube ist der Schlüssel zu erstklassigen FM- ZF- Begrenzerstufen und somit eine der wichtigsten Röhrenentwicklungen im Bereich der FM-Radiotechnik.
Hier beschreibe ich die FM ZF mit der 6BN6 aus diesem Empfänger genauer. An der Anode der selbstschwingenden Mischstufe mit der EF95 ist ein Koppelfilter mit drei Kreisen angeschlossen.

Nach einer Verstärkerstufe mit der EF89 folgt ein zweikreisiges Koppelfilter. Beide Filter dienen der Selektion des Frequenzbandes. Die gemischt induktive und kapazitive Kopplung ermöglicht es die Filterflanken exakt spiegelsymmetrisch zur Mittenfrequenz (10,7MHz) abzugleichen. Die ZF Verstärkerstufe mit der EF89 arbeitet linear. Über die Schirmgitterspannung wird die Maximale Verstärkung dieser Stufe eingestellt. Überschreitet der Spitzenwert der ZF am Gitter den Wert der Katodenvorspannung, wird durch Klemmung am g1 eine verzögerte Regelspannung für die EC900 im Tuner erzeugt. Die EF89 ist über das Schirmgitter neutralisiert. An das zweikreisige Koppelfilter schliesst sich ein zweistufiger Begrenzer mit den gated beam tubes 6BN6 an.

Ihre Steuergitter liegen gleichstrommässig über die Kreisinduktivitäten unmittelbar an Masse. Das Koppelfilter zwischen den gated beam tubes ist sehr breitbandig und trägt nicht zur Selektion bei, ist also kein Bandfilter. Es dient nur zur Kopplung der Begrenzerstufen. Damit die Begrenzung symmetrisch zur Nulllinie erfolgt, sind die Katodenwiderstände der 6BN6 Begrenzerstufen einzeln einstellbar. Nach der zweiten Begrenzerstufe folgt noch eine Verstärkerstufe mit der EF91 um genügend ZF Leistung für den Ratiodetektor zu bekommen. Diese Stufe ist kpazitiv an die Anode der 6BN6 gekoppelt. Die 6BN6 erhält eine breitbandige Parallelspeisung mit Resonanzdrossel (RFC). Die Verstärkung der EF89 wird so eingestellt, dass die Begrenzer ab einer Antennenspannung von 50dBµV sicher begrenzen. Die Einstellung der symmetrischen Begrenzung erfolgt mit den Einstellern an den Katodenwiderständen der 6BN6 ohne Signal auf maximales Rauschen.

Diese Einstellung ist für ein perfektes Arbeiten der Begrenzer sehr wichtig. Beim Röhrenwechsel ist sie zwingend erforderlich. Die gated beam tubes 6BN6 sind empfindlich gegen Magnetfelder vom Netzteil. Deshalb sind sie mit dickwandigem Eisen gegen Magnetfelder geschirmt.

Glossar:

Koppelfilter ist ein Bandfilter dessen Bandbreite durch den Kopplungsgrad der auf die gleiche Resonanzfrequenz eingestellten Einzelkreise bestimmt wird. Beachte: Kapazitive Kopplung hat Hochpasswirkung, induktive Kopplung Tiefpasswirkung. Eine zusätzliche kapazitive Kopplung kann je nach Phasenlage die Kopplung entweder fester oder loser machen. Im Gegensatz dazu wird beim Verstimmungsfilter der Durchlassbereich durch gegeneinander verstimmte (Einzel-) Kreise bestimmt.

Demodulator S-Kurve Ergibt sich beim Wobbeln des Demodulators. Zeichnet man die Ausgangsspannung des FM Demodulators, hier Ratiodetektor, als Funktion der Frequenz bei linearer Teilung auf, ergibt sich etwa ein liegendes S. Auf dem Mittelpunkt der Strecke zwischen den beiden Bögen liegt die Mittenfrequenz. Zur richtigen Abstimmung dient die Mittenanzeige am Empfänger.

Letzte Bearbeitung am 1.Oktober 2008

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Röhren-Stereodecoder Einführung mit Beispiel

2007-10-18T10:05:00.031+02:00

Darius UKW Tuner Schaltung und Bilder
Beschreibung des EC900 EF95 Eingangs- und Mischteils
Ein paar Worte zum Ratiodetektor
Röhren Stereodekoder Einführung mit Beispiel
Die UKW FM ZF mit EF89 2x 6BN6 und EF91
Wenig Phasenrauschen - Gegentakt Eingangsteil mit ECC91/6J6

Ein Stereodecoder mit Röhren ist natürlich ein "Muss" bei einem Röhren UKW Projekt. Grundsätzlich lassen sich die Stereodecoder in zwei Gruppen einteilen.
1.Gruppe: Am häufigsten sind die Schalt- oder Multiplexdecoder. Bei diesen wird das Ausgangssignal vom FM Demodulator auf einen Demultiplexer gegeben. Das Ausgangssignal des UKW FM Demodulators wird als Stereo Multiplex Signal bezeichnet.
Mit einer Taktfrequenz von 38KHz wird dieses Multiplexsignal (kurz: MPX-Signal) dann im richtigen Moment auf den linken bzw. rechten Kanal geschaltet.
2.Gruppe: Wesentlich seltener (RT50) bis gar nicht vorhanden sind die Mischdecoder wie die hier im Blog vorgestellten. Sie arbeiten rein analog wie man es vom Superhet her kennt. Ein Filter am Eingang filtert das trägerfrequente Stereo Differenzsignal aus dem MPX-Signal vom FM Demodulator heraus. In einem Produktdetektor demoduliert man nun mit Hilfe von 38KHz das trägerfrequente Differenzsignal. In einer (Widerstands-) Matrix gewinnt man durch Überlagerung des niederfrequenten Differenzsignals mit dem Summensignal dann den linken und rechten Kanal. Für solche analogen Aufgabenstellungen sind Röhren natürlich prädestiniert.

Als Einführung in diese Technik ist das hier gezeigte Modell 1990 bestens geeignet.
Bei allen mir bekannten Stereodecodern muss man die 38KHz mit Hilfe des 19KHz Pilottones gewinnen. Das geht am einfachsten mit einem Pilottonverdoppler bis hin zu PLL Systemen mit Johnson Teiler.
Bei Multiplexdecodern (1.Gruppe) besteht der Demultiplexer am einfachsten aus Schalt- Dioden. Nahezu alle diskreten Multiplexdecoder arbeiten so. Wird bei einem solchen Stereodecoder die Schaltfrequenz mit einer (Pilottonverdoppler) Röhre erzeugt, dann geht das in Hifi Kreisen schon als Röhren Stereodecoder durch. (Link, Link, Link)
Beim Mischdecoder (2.Gruppe) wird mit einen Tiefpass das Summensignal also das mono Signal, abgetrennt. Dann gelangt es zur Matrix. Diese Stufen sind in Teil 1 des Schaltbildes unten zu sehen. Der Tiefpass besteht aus L1 C1 R2. (C2 ist ein Koppelkondensator. Das Gitter der folgenden Verstärkerstufe liegt nicht auf Massepotential.) R3 und R4 bilden mit C3 die Deemphasis für das Summensignal. Die Deemphasis erfolgt beim Modell 1990 also vor der Matrix. Die Deemphasis für das Differenzsignal findet vor dem Mischer, also trägerfrequent, statt. Dazu später mehr. Mit VR1 kann der Pegel des Summensignals eingestellt werden.

Der 2. Schaltungsteil zeigt die Pilottonaufbereitung und 38KHz Trägerrückgewinnung. Das MPX Signal durchläuft einen Hochpass aus C8 L2. Über R14 gelangt es auf einen 19KHz Schwingkreis L3 C9 VC1 der den 19KHz Pilotton herausfiltert. R14 bestimmt die Güte dieses Kreises. Über den Koppelkondensator C10 gelangt der Pilotton auf das Gitter der ECC83. Die Gittervorspannung erzeugt sich durch den Anlaufstrom. So stellt sich eine von der Pilottonamplitude abhängige Gittervorspannung ein, die die Triode in der Verstärkung regelt. Amplitudenschwankungen des Pilottones werden so einigermassen ausgeglichen. Um die Rückwirkung der Gitter- Anodenkapazität zu kompensieren, ist der Neutralisationskondensator Cn angebracht. Die Katodynstufe und der push push Verdoppler wurden nachgerüstet und sind ein Tribut an das nicht kompatible Radio Daten System RDS. (Statt BAT... kann man auch eine Röhre verwenden.) Diese Art der Verdopplung hat gegenüber der sonnst üblichen Aussiebung der Oberwelle den Vorteil, dass keine 19KHz Reste mehr im 38KHz Träger enthalten sind. So wird vermieden, dass die dritte Oberwelle des Pilottones das RDS Signal in den Hörbereich mischt. An die Anode des Triodensystems der ECH81 ist der 38KHz Schwingkreis über C14 lose angekoppelt. Die lose Kopplung der Kreise über R14 bzw. C14 ermöglicht es nicht nur die Kreise auf maximum einzustellen, sonden auch die Phasenlage des 38KHz Trägers zum trägerfrequenten Differenzsignal richtig abzugleichen. An R25 liegt der Träger mit der, für eine multiplikative Mischung mit der ECH81, erforderlichen Amplitude an. Durch die Klemmung an g3 der ECH entsteht eine negative Richtspannung die vom Magischen Fächer EM71 angezeigt wird.

Nachdem nun der 38KHz Träger zurückgewonnen ist, kann mit dem Produktdetektor in Schaltungsteil 3 unten, das L-R bzw. R-L Signal für die Matrix gewonnen werden. Der Schwingkreis aus L5 C18 C19 ist auf 38KHz abgestimmt und filtert das trägerfrequente Differenzsignal heraus. R27 bestimmt die Güte des Kreises. Die Kreisgüte wird so eingestellt, dass sich im demodulierten Signal die erforderliche Deemphasis ergibt. Vorteil dieser trägerfrequenten Deemphasis ist, dass Störsignale die weitab von den 38KHz liegen vor dem Mischer stark abgeschwächt werden. Das minimiert unerwünschte Mischprodukte. Über C20 gelangt das trägerfequente Differenzsignal mit Deemphasis auf das g1 der Mischhexode. Ihre Gittervorspannung erzeugt sich beim Modell 1990 durch den Anlaufstrom. Dies bewirkt einen extremeren Stereoeffekt ohne die Basisbreite insgesammt zu erhöhen.

Mit diesem Grundwissen, welches die oben beschriebene Schaltung sammt Erklärung vermittelt, ist die Funktionsweise aller Röhren Stereodecoder diesen Typs klar. In einem weiteren Blog werde ich, darauf basierend, auch diesen Stereodecoder erklären.

Glossar
Stereodecoder: Er decodiert aus dem Signal vom FM Demodulator den linken und rechten Kanal.
Trägerfrequenztechnik: Übertragung mehrerer zusätzlicher "Nachrichten" mit Hilfe von Unterträgern in einem "Nachrichten" Kanal. Hier: Zusätzlich zum Summensignal (Mono=L+R) das Differenzsignal linker minus rechter Kanal (L-R) auf einem 38KHz Hilfsträger in Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger (DSB). Hört man das Signal direkt ab, nimmt man nur das Summensignal (L+R) war. Das trägerfrequente Differenzsignal liegt ja im Ultraschallbereich.
Stereo Multiplex Signal: Zwischen dem linken Kanal (L) und dem rechten Kanal (R) wird mit einer Überhörfrequenz von 38KHz hin und her geschaltet. Hört man dieses Multiplex Signal direkt ab, nimmt man nur das Summensignal (L+R) war. Man hört also mono weil die Umschaltung so schnell erfolgt, dass das Ohr den Schaltvorgang nicht differenzieren kann. Ein Demultiplexer der Synchron zum Multiplexer arbeitet, kann wieder in linken und rechten Kanal aufteilen. Beim Multiplexen vom linken und rechten Kanal entsteht das gleiche Spektrum wie beim Mischen des Differenzsignals auf einen Hilfsträger in DSB. Deshalb können Sender und Empfängerseitig beide Verfahren angewendet werden.
Johnson Teiler: Ein Flip-Flop Frequenzteiler der an seinen Ausgängen um 90 Grad phasenverschobene Signale liefert. So kann in einem PLL System mit XOR phasenvergleich ein mit der Referenzfrequenz (hier der Pilotton) in Phase liegendes Signal erzeugt werden.(Beispielsweise beim Stereodecoder TA7342P und anderen IC's)
22.10.2008

The english translation under construction.

A valve based stereo decoder is a must in a valve VHF FM tuner project. There are two kinds of stereo multiplex decoders one is time division and the other is frequency division. Time division multiplex is most commonly used. This blog explains a valve based frequency division multiplex decoder.
In the time division topology the output signal of the FM demodulator (stereo multiplex signal, MPX) goes to a 1-to-2 demultiplexer. A clock frequency of 38KHz is generated in the decoder and switches the MPX signal to produce the left and right audio signal.
The frequency division topology is seldom seen stereo decoders. They are analogue and work in the way like a superhet receiver does. A filter at the input filters the subcarrier modulated left minus right signal (DSB L-R ) from the MPX signal. This signal is input to a product detector. This product detector mixes the DSB L-R subcarrier with the 38KHz carrier frequency generated in the decoder. L-R is output of the detector. In a (resistor) matrix the mono signal L+R is superimposed with the L-R signal to get left and right audio output. For analogue tasks like this valves are predestined.

The Model 1990 shown in this blog is an excellent introduction in this topology. As far as I know all kinds of stereo decoders get their 38KHz carrier from the 19KHz pilot sound. 38KHz is generated easily by doubling the pilot sound up to more complex systems using a Johnson divider.
In time division stereo decoders the demultiplexer is most easily made of switching diodes. Most of the discrete time division decoders work this way. If the clock frequency is generated by a valve some hifi enthusiasts are calling it a valve stereo decoder. (Link, Link, Link)

In frequency division stereo decoders a low pass filter separates the mono signal (L+R) from the MPX signal and is input to a stereo matrix. These stages are shown in part one of the schematic below. The low pass consists of L1 C1 R2. C2 is a coupling cap, note that the grid of the ECC82 is not at ground potential. R3 R4 and C3 are making the de-emphasis for the (L+R) signal. VR1 makes the L-R level adjustable. In the Model 1990 the L+R de-emphasis is at the input of the matrix. The de-emphasis for the L-R signal is made at the sub carrier frequency at the input of the L-R mixer. Later more about this. The cathodyne stage makes L-R and L+R. These components are input to the stereo matrix.

continued...
21.Mai 2008

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Ein paar Worte zum Ratiodetektor

2007-10-17T09:32:00.005+02:00

Beschreibung zum EC900 / EF95 Tuner

2007-10-16T19:26:00.002+02:00

Darius UKW Tuner

2007-10-15T09:06:00.004+02:00

english
Darius UKW Tuner Schaltung und Bilder
Beschreibung des EC900 EF95 Eingangs- und Mischteils
Ein paar Worte zum Ratiodetektor
Röhren Stereodekoder Einführung mit Beispiel
Die UKW FM ZF mit EF89 2x 6BN6 und EF91
Wenig Phasenrauschen - Gegentakt Eingangsteil mit ECC91/6J6

Vorwort:
Anfang der 90ger Jahre habe ich mein UKW Projekt gestartet.
Dieser UKW Röhren Tuner besitzt u.A. eine ZF mit 6BN6 gated beam tubes, einen Stereodecoder mit Mischhexoden und vielen anderen "Spezialitäten".
Nun bietet blogger mir die Möglichkeit selbst Schaltungen und Apparate vorzustellen ohne dabei auf ein Forum angewiesen zu sein. -Vielen Dank!-

Schaltung Teil 1
Schaltung Teil 2
Schaltung Teil 3

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