FM- Abstimmspannungserzeugung mit vorhandenem AM- Radio- Oszillator

[scotty †]

Hallo Leute,
scheinbar besteht doch sehr viel Interesse, AM- Radios ohne viele Änderungen an der Schaltung mit FM nachzurüsten. Ich habe mir dazu auch mal ein paar Gedanken gemacht, wobei ich die Erzeugung der Abstimmspannung für das FM- Empfangsteil unter Zuhilfenahme eines originalen Drekopaketes mittels "Abstimmoszillators" recht genial finde.
Dies hat aber den Nachteil, dass der Drehko schaltungsmäßig irgendwie aus dem geräteeigenen Oszillator "herausgefädelt" werden muß. Da drängte sich mir die Frage auf:
"Warum nehmen wir nicht gleich den Radiooszillator als abstimmbaren Erzeuger der FM- Abstimmspannung?"
Angeregt, das mal in diese Richtung weiter zu verfolgen, wurde ich durch eine alte Schaltung für eine analoge Frequenzanzeige mit einem Drehspulmeßwerk. Nachfolgend habe ich die prinzipiellen Baugruppen eines AM- Radios (gelb hinterlegt) und die Stufen der Abstimmspannungserzeugung (grün hinterlegt) aufgezeichnet.

   

Über einen Kondensator wird die abstimmbare Oszillatorfrequenz eines Empfangsbereiches, z.B. Mittelwelle, ausgekoppelt. Ich nehme mal eine ZF von 450KHz an. Das sind dann rund 1,0MHz bis 2,0MHz. Diese Frequenz führe ich einem Operationsverstärker als Komparator zu, der unabhängig von der Amplitude (Höhe) der Oszi- Sinusschwingung ein Rechtecksignal mit konstanter Amplitude macht. Die Referenzspannung dient dazu, die Schaltschwelle des Komparators grob an die zu erwartende Größe der Oszi- Schwingung anzupassen. Das so erzeugte Rechtecksignal wird mit einem RC- Glied differenziert. Es entstehen Nadelimpulse mit immer gleicher Höhe und Breite, aber entsprechend der Oszi- Eingangsfrequenz variabler Folgehäufigkeit. Die negativ gerichteten Nadeln werden auf ein integrierendes Tiefpaßfilter, mit einem invertierenden Operationsverstärker realisiert, gegeben. Die positiv gerichteten Nadeln brauchen wir nicht, sie werden mit der Diode kurzgeschlossen. Dieser invertierende OPV erzeugt nun aus den mittels Integration durch Nachladung des Kondensators im Gegenkopplungszweig entsprechend der Häufigkeit der "ladenden" Nadelimpulse eine der Oszillatorfrequenz entsprechende positive variable Gleichspannung, die zur Abstimmung des FM- Empfängermodul dient. Mit den beiden Reglern kann der untere und der obere Grenzwert der Abstimmspannung an das verwendete Modul angepaßt werden.

Die Schaltung hätte gegenüber den schon vorgestellten Varianten einige Vorteile:
- Der Oszillator des AM- Radios bleibt unangetastet, dessen hohe Frequenzkonstanz bleibt erhalten
- Schwankungen der Höhe der Oszillatorfrequenz wirken sich in einem großen Bereich nicht auf die Höhe der FM- Abstimmspannung aus
- Es muß lediglich die NF umgeschaltet werden, es werden keine HF führenden Verdrahtungen notwendig.
- Keine Spulen/ Wickelbauelemente
- wenige Bauelemente, selbst der (Doppel-) OPV kann bei den zu erwartenden Frequenzen ein Standart- OPV, wie ein TL082 o.ä. sein.

Die obige Prinzipschaltung ist natürlich nur eine grobes Schema. Den eigentlichen Schaltplan muß ich erst noch entwickeln. Das ist wieder mal eine interessante Herausforderung, wo ich meine grauen Zellen wieder ein bißchen auf Trab bringen kann.

[saarfranzose]

Hallo Scotty,

schön das auch andere ihre Ideen an der FM-Umrüstung mit einbringen :-)


Die Oszillatorspannung ist natürlich sehr empfindlich, ich weis nicht ob sie sich einfach so auskoppeln läßt. Mal sehen was Jacob dazu meint.

[Werner]

Hallo Wolfram,

sehr schöne Idee. Ich finde es immer gut, wenn mal jemand neue Gedanken einbringt.

Die entstehenden Nadelimpulse hinter dem Differenzierglied werden m.E. aber nicht ausreichen, um eine ausreichend hohe Gleichspannung zu erzeugen. Die Schaltung erinnert mich an den LOEWE ST22. Dort hat man es ähnlich gemacht. Allerdings wurden mit den Nadelimpulsen ein FF gesetzt bzw. nach einer Verzögerung rückgesetzt. Dadurch entstand am Ausgang des FF eine frequenzproportionale Rechteckspannung. Diese wurde dann integriert und diente zur Abstimmspannungserzeugung.

Auf eine evtl. Umsetzung deiner Idee bin ich sehr gespannt .... der nächste Winter kommt bestimmt.

[scotty †]

@ Franz Josef,
über einen hinreichend kleinen Kondensator entsprechend hochohmig ausgekoppelt, dürfte das kein Problem sein. Wenn man z.B. den Auskoppelpunkt an der Anode der Oszillatortriode wählt, dann stören ein paar pF auf einen Lastwiderstand von mehr als 100KOhm (OPV- Eingang) den Oszillatorkreis bestimmt nicht. Das wird schon seit langem so bei der Gewinnung der Oszillatorfrequenz für digitale Frequenzanzeigen gemacht und hat sich in vielen kommerziellen, aber auch Amateurempfängern bewährt.

@ Werner,
Die Nadelimpulse (Lade- Nadeln) werden durch die Dimensionierung des Differenzier- RC- Gliedes gerade so breit gewählt, dass sie ungefähr der halben Dauer einer Halbschwingung der höchsten zu erwartenden Oszillatorfrequenz entsprechen. Damit wird sichergestellt, dass die Länge der Impulse über den ganzen Oszillatorfrequenzbereich konstant bleibt und nur die mit der Änderung der Oszillatorfrequenz variierende Häufigkeit der Impulse eine entsprechende Ladung des Integrationskondensators bewirkt. Nur dadurch kann eine der Oszillatorfrequenz proportionale Abstimmspannung entstehen.
Das ist im Prinzip das Gleiche wie bei dem von Dir genannten Gerät, nur dass dort eine sehr schmale Nadel erzeugt wird, die ein Monoflop ansteuert. Das Monoflop bewirkt das gleiche, wie das RC- Glied (das ist im FF ebenfalls als Zeitglied vorhanden). Der Vorteil eines "einzelnen" RC- Gliedes gegenüber einem FF ist das Fehlen von sehr steilen Schaltflanken, die die Logik- IC's fabrizieren. Die können dann schon Störungen in das Radio einstreuen.

[Werner]

OK, Wolfram, du hast dir das schon detailliert überlegt!

Es ist richtig, dass die steilen Nadelimpulse oberwellenhaltig sind und Ärger verursachen können. Wenn ich mich recht entsinne, ist das Ganze bei Loewe in ein Alugehäuse zur Abschirmung verpackt worden.

Vielleicht noch eine kleine Korrektur: Beim ST22 steuern die Nadelimpulse kein Monoflop, sondern - wie ich schrieb - ein FF an. Dieses wird durch zwei NANDs (7400) gebildet.

Wie dem auch sei; es ist ein interessantes Projekt und ich bin auf die Realisierung gespannt. Leider habe ich selbst viel zu wenig Zeit, sonst würde ich mich auch mal daransetzen, aber bei dir ist das ja in den allerbesten Händen. Halte uns bitte auf dem Laufenden.

[DiRu †]

Hallo Wolfram,

hast Du einen V/F Converter in die Überlegungen mit einbezogen?

http://www.digikey.com/catalog/en/partgr...ters/14680

MfG DR

[scotty †]

Werner,
ich habe mir die Schaltung vom ST22, besonders der Baugruppe "F", angeschaut. Die Nadelimpulserzeugung erfolgt hier, wie Du schriebst, mit einem 7400, von dem 2 Gatter kreuzgekoppelt als Flipflop arbeiten. Das stimmt erst mal, aber in Zusammenhang mit der Impulsansteuerung ist dies als Monoflop geschaltet. Das wurde so realisiert: Ein Nadelimpuls aus der Differenzierschaltung setzt das Flipflop über PIN 10. Der gleiche Impuls wird durch eine Verzögerungsleitung verzögert, also das gleiche Verhalten, was in meinem Vorschlag das RC- Glied bewirkt, und setzt das Flipflop automatisch nach der Verzögerungszeit über PIN4 zurück. Damit ist das Gatter- RS- Flipflop als solches zum Monoflop geworden.
Übrigens, die "Delay- Lines", die Verzögerungsleitungen, sind meist nichts anderes, als hintereinander geschaltete RC- oder LC- Glieder.

[J.R.]

Hallo Wolfram,

Ich hatte mein Konzept der Abstimmoszillator-Schaltung als quick & easy- Methode erdacht, die leicht nachzubauen und funktionssicher ist. Die Oszillator Frequenz 100 kHz wurde einerseits gewählt, um einen eher hochohmigen Xc zu erhalten, um den Oszillator nur wenig zu belasten und andererseits, als 1/1000 der 100 MHz UKW- Frequenzen einen möglichst großen Abstand hinsichtlich Oberwellen zu haben, die den Empfang stören könnten.

In Deinem Konzept verwendest Du dagegen Nadelimpulse – das sind Oberwellen pur ! Da musst Du Dich sehr anstrengen, dass diese nicht komplett den UKW-Bereich zumüllen. Ich persönlich würde daher dieses Konzept verwerfen, aber ich will niemanden etwas vorschreiben ! 

Grüße, Jacob

[scotty †]

Hallo DiRu,
ich wollte eigentlich die Schaltung so gestalten, dass sie mit einfach zu beschaffenden Bauteilen auskommt. Solche F/U- Converter sind mit ihrer hochpräzisen Umsetzung an dieser Stelle eigentlich "überqualifiziert", denn ich brauche ja nur eine Abstimmspannung, die proportional zur Stellung des Plattenpaketes des AM- Drehkos ist. Was sich dahinter für eine Frequenz verbirgt, ist in diesem Fall völlig uninteressant. Da die K/M/L- Skaleneinteilung im Interesse der Originalität auch für den UKW- Betrieb genutzt werden soll, muss sich jeder Anwender sowieso selbst die eingestellte UKW- Frequenz "virtuell" der vorhandenen K/M/L- Beschriftung auf der Skala zuordnen.

[Werner]

Wolfram, ich will nicht nerven und/oder rechthaberisch sein.

Die Nadelimpulserzeugung erfolgt hier - wie auch bei deiner Schaltung - mit einem Differenzierglied und Diode; nicht mit dem 7400.

Ein Monoflop wird nach einer festen Zeit zurückgesetzt. Beim ST22 ist diese Rücksetzzeit aber nicht konstant, sondern hängt von der Oszillatorfrequenz ab. Die Rücksetzung erfolgt durch den Reset-Eingang, nicht durch ein zeitbestimmendes Glied. Somit ist es kein Monoflop, sondern ein FF.

Bei Interesse kann ich dir gerne eine detaillierte Beschreibung des Frequenzregelkreises bei ST22 zukommen lassen.

Die Delay-line beim ST22 ist eine 64us-Leitung aus PAL-Farb-TVs - also eine Ultraschallleitung mit Glaskörper. Sie wurde hier eingesetzt, um die hohe Konstanz der Ultraschalllaufzeit auszunutzen; im übrigen war sie billig.

[scotty †]

@ Jacob,

wie sagte schon der Fußball- Kaiser Franz: "Schau mer mol!!!"

[Christoph]

Theoretisch ist es schon richtig, das Nadelimpulse starke Oberwellenanteile haben.
Die Pulsform der Nadelimpulse hängen in diesem Fall allerdings von der Flankensteilheit des Rechtecks ab.
Der hier genannte TL082 hat eine Bandbreite von ca. 4MHz. Die "geringe" Bandbreite sorgt auch für eine geringe Anstiegszeit des Rechtecks, somit wird es vermutlich "nur" nenenswerte Oberwellen bis in den zwei stelligen MHz Bereich geben.
Aus diesem Grund sehe ich schon die Möglichkeit, das ganze unter kontrolle zu bekommen.

[klausw]

Als potentieller Nutzer der hier zu entwickelnden Lösung bin ich schon sehr gespannt.

Der Ansatz, eine möglichst einfach nachzubauende Lösung mittels gängiger, leicht beschaffbarer Bauteile zu realisieren, erzeugt in einem Hobbybastler wie mir großes Interesse.

Gruß
k.

[J.R.]

@ Jacob,

wie sagte schon der Fußball- Kaiser Franz: "Schau mer mol!!!"

gut, ich werde die Entwicklung interessiert verfolgen ! 

Als potentieller Nutzer der hier zu entwickelnden Lösung bin ich schon sehr gespannt.

Der Ansatz, eine möglichst einfach nachzubauende Lösung mittels gängiger, leicht beschaffbarer Bauteile zu realisieren, erzeugt in einem Hobbybastler wie mir großes Interesse.

Gruß
k.

Falls noch nicht bekannt: trifft alles auf diese Lösung zu. 

Grüße, Jacob

[Werner]

Stimmt!

[scotty †]

Gestern Abend hatte ich mal wieder Lust, an der Schaltung für die Abstimmspannungserzeugung und Einbindung eines UKW- FM- Modules (Empfänger) in ein AM- Superhet- Radio weiter zu arbeiten. Zuerst einmal ein paar Kennwerte, die ich in mein gedachtes Pflichtenheft aufgenommen habe:

- Stromversorgung aus dem Heizspannungskreis des Radios. Es soll an 4V- und auch an 6,3V- Wechselspannung funktionieren, egal ob die Heizung einbeinig an Masse liegt, über einen Entbrummer geführt wurde oder vollkommen getrennt von der Gerätemasse ist.
- Nutzung des geräteeigenen AM- Oszillators des LW- oder auch MW- Bereiches
- Wenige preiswerte und möglichst leicht beschaffbare Standartbauelemente
- Keine SMT- Bauelemente
- Leichte Anpassung der Schaltungsparameter wie Abstimmspannungshub und NF- Pegelangleichung an die verschiedensten Mini- FM- Module (Betriebsspannung 5V, 10V oder 12V möglich)
- leichter Rückbau der Änderungen.

Hier der erste konkretere Entwurf.

   

Die Schaltung kann grob in folgende Blöcke unterteilt werden:
1.Stromversorgung
Erfolgt mit einem TRACO DC/DC- Spannungswandler TEN 5-0521 mit vorgeschalteter Brückengleichrichtung aus der Radioheizung. Der gewählte Konverter setzt Eingangsgleichspannungen von 4,5 bis 7,5V in stabilisierte +/- 5V um, kann also sowohl an 4V-, als auch an 6,3V- Heizungen betrieben werden. Dabei ist der Sekundärkreis vom Primärkreis galvanisch getrennt. Prüfspannung 1500V. Ich habe deswegen das teure Ding gewählt, weil es sowohl von der Eingangsspannung variabel ist, als auch die Sekundärspannungen schön stabilisiert.
2. Vorverstärker und Impulsformer
Die Transistorstufe mit T1 ermöglicht die hochohmige Abnahme des Oszillatorsignals und bewirkt durch ihre gewollte Übersteuerung eine Flankenversteilerung des Signals zur Weiterverarbeitung mit CMOS- IC's.
3. Frequenzteiler
Das IC CD4520 (CT1 und CT2) beinhaltet zwei 4- Bit- Binärzähler, mit denen das Signal bei LW durch den Faktor 64 und bei MW durch den Faktor 128 geteilt wird. Das erscheint mir vorteilhaft, da sich die weiter zu verarbeitenden Frequenzen nun im Bereich von ca. 9 bis 16KHz bewegen, und die Gefahr von hochfrequenten Störungen gemildert wird.
4. Monoflop
Zur Erzeugung eines im Tastverhältnis variablen, jedoch frequenzproportionalen Signals für den nachfolgenden integrierenden Tiefpass kommt ein Doppel- Präzisions- Monoflop- IC CD4538 (MF1 und MF2) zum Einsatz. Eigentlich bräuchte ich nur eine Hälfte, aber ein IC kann man schlecht halbieren, also habe ich beide für jeweils einen Wellenbereich mit unterschiedlichen Torzeiten genutzt.
5. Integrierender Tiefpass
Dafür wurden 2 OPV's des 4- fach Operationsverstärker- IC's TL084 (OP2 und OP3) genutzt. OP2 ist ein Treiber, der das Signal, was von den CMOS- Monoflops kommt, nur strommäßig, jedoch nicht spannungsmäßig verstärkt, also schön niederohmig macht. Am Ausgang des OP3 sollte nun eine Abstimmspannung für das FM- Modul zur Verfügung stehen, die sich proportional mit der Oszillatorfrequenz des AM- Radios ändert und damit dem Drehwinkel des Gerätedrehkos entspricht.
6. NF- Anpassungsverstärker
Da das OPV- IC nun mal 4 OPV's enthält, hat OP4 die NF- Pegelanpassung an das Radio zugewiesen gekriegt. OP1 hat Ruhe und dümpelt ohne konkrete Aufgabe so vor sich hin.

Wie Ihr bestimmt bemerkt habt, fehlt noch die Bauelementedimensionierung für den analogen Teil rund um die OPV's. Um die zu konkretisieren, muss ich die ganze Sache erst mal als Versuchsschaltung aufbauen und testen, ob alles so funktioniert, wie ich es will.

Vorläufiger Materialaufwand/Kosten
1 DC/DC- Wandler TRACO TEN 5-0521, das teuerste Teil! Bei Reich... 35,75€
2 CMOS- IC's, Preis zusammen -,52€
1 Transi, 13 Widerstände, 3 Trimmer, 9 Kondis, 1 Elko, zusammen 1,50€

Alles zusammen mit noch ein wenig Kleinkram kommt man trotzdem noch unter 40€ Materialkosten.
Wer eine preiswertere Variante für die Stromversorgung favorisiert, kann auch nicht- stabilisierte Doppel- Wandler nehmen, die schon für unter 8€ zu haben sind. Dann müssen aber auf jeden fall noch kleine dreibeinige Regler die Spannungen nachstabilisieren.
Auf die galvanische Trennung der Stromversorgung sollte aber unter keinen Umständen verzichtet werden, da bei Erdung eines Heizungsbeines, oder bei vorhandenem Entbrummer die ganze Spannungsversorgung nicht mehr funktioniert. Außerdem kann es durch mehrere Erdungspunkte zu Masseschleifen mit allen ihren "Schweinereien" kommen. Wie Ihr bestimmt schon bemerkt habe, hat die ganze Sache, so wie ich sie jetzt skizziert habe, nur einen Masseanschluss und der ist am NF- Ausgang. Die abgeschirmte Leitung zum Radiooszillator wird massemäßig nur an der Zusatzelektronik angeschlossen!

Hier noch der Leiterplattenentwurf der gesamten Elektronik, außer dem Spannungswandler und dem UKW- FM- Modul

   

Der Platzbedarf auf der Leiterplatte ist zur Zeit 83x33mm.
Wird fortgesetzt.

[Uli]

Aus Kostenüberlegungen: Ist der Aufwand mit einem mini-Trafo, Siebung + Spannungsregler für ein ähnliches Ergebnis viel größer? Viel billiger müsste es m.E. sein.
Ich denke jetzt z.B. an Andreas, 200 Radios x 40€... aua

[scotty †]

Klar Uli,
das ist viel billiger. Aber für viele hier scheint es sehr verführerisch, den FM- Zusatz mit einer im Gerät vorhandenen Spannung zu betreiben. Deswegen hatte ich die Schaltung erst mal dafür ausgelegt. Hier die Netzvariante mit kleinem Printtrafo.

   

Natürlich verringern sich die Materialkosten enorm. Für die Stromversorgung inklusive Trafo werden es ca. 6€ sein, also insgesamt etwa 10€.

[Siemens78]

Wenn die Leistungsaufnahme der an der Röhrenheizspannung zu betreibenden Schaltung(en) nicht zu hoch ist, könnte man vielleicht zwei Miniatur-Trafos Rücken an Rücken schalten. Zum Beispiel 6V->230V-230V->6V oder ...->9V. Ist nur so eine Idee...

[Franz Bernhard]

Hallo Wolfram,

ich vermisse noch die Antenne für das FM Modul in deiner Schaltung. Kommt die übliche Dipolantenne rein, die wir von den alten Radios kennen, oder wird was kleineres vorgesehen?