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Der Exciter - ein nützliches Hilfsmittel zur Ausmessung von Schwingkreisen
#1
Der "Exciter" oder "Schwingungsanfacher"

Verwendung
Bei der Reparatur von Radiogeräten (eigentlich auch von TV-Geräten) gibt es Situationen, bei denen man den Verdacht hat, dass ein Schwingkreis nicht mehr auf die richtige Frequenz abgeglichen ist. Das kann z.B. dadurch eintreten, dass ein Schwingkreiskondensator seinen Wert verändert hat, dass eine Spule auf einem Ferritstab verschoben ist oder beschädigt wurde, oder dass sich ein Spulenkern aus seiner Halterung gelöst hat und irgendwo in der Spule steckt, wie z.B. die Ferritstifte in den berüchtigten PHILIPS Mikrobandfiltern die mit einer winzigen Plastikhülse an der Messing-Verstellschraube hängen.

Es gibt also viele Situationen, in denen man ganz gerne wüsste, ob ein Vorkreis, Oszillatorkreis oder ZF-Filter intakt ist. Nun möchte man ja nicht immer den Schwingkreis zerlegen, um nachzuschauen, ob noch alles i.O. ist. Da ist es nett, wenn man ein Hilfsmittel an der Hand hat, mit dem man, ohne irgendetwas auszubauen, die Anschlüsse des Schwingkreises berührt und auf einem Frequenzmesser direkt die Schwingfrequenz ablesen kann. Hier kommt der EXCITER zum Einsatz, den ich seit ca. 45 Jahren erfolgreich bei der Reparatur von Radiogeräten verwende.

Schaltung
Das Gerätchen besteht ganz simpel aus einem rückgekoppelten Differenzverstärker mit über kreuz gekoppelten Transistoren T1 und T2 mit einem frequenzbestimmenden Element in einem Kopplungspfad...sieht eigentlich ganz ähnlich aus wie ein Multivibrator. Das frequenzbestimmende Element ist der unbekannte Parallelschwingkreis. Im ersten Moment denkt man, dass das ja wohl nicht funktionieren kann, da alles so kurzgeschlossen aussieht. Doch, es funktioniert.

   

Um die Schwingschaltung möglichst wenig zu belasten, wird das Signal über einen dritten, in Kollektorschaltung betrieben Transistor T3 ausgekoppelt - also über einen Emitterfolger. Die ausgekoppelte HF wird über ein Stück Koaxialkabel auf den Eingang eines Frequenzmessers gegeben.

Als Transistoren werden HF-Typen eingesetzt. Da ich keine BF121 hatte, habe ich BF173 genommen.
Semir schrieb:Am besten gehen dafür Transistoren mit BEC Anschlussbild wie der BF194 oder BF199. Wenn man 2 davon spiegelbildlich aneinander klebt brauchen nur alle gegenüberliegenden Beine der zwei Transistoren miteinander verbunden werden schon hat man die Schaltung fertig. Die 2 Emitter liegen dann in der Mitte rechts und links davon jeweils ein Basis-Kollektor Paar. Das lässt sich sehr kompakt aufbauen.

Das Potentiometer R1 wird so eingestellt, dass die Schwingungen gerade so einsetzen. Reduziert man den Wert von R1 weit über den Einsatzpunkt der Schwingungen hinaus, so werden die Schwingungen verzerrt und die Eigenimpedanz der Transistoren führt zu einer sukzessiven Verschiebung  der Schwingungsfrequenz. Das Messergebnis wird also verfälscht. Bei der Benutzung des Gerätes muss man also darauf achten, R1 entsprechend einzuregeln.
Man muss darauf achten, dass das Potentiometer im gemeinsamen Emitterzweig immer so eingestellt wird, dass der EXCITER kurz oberhalb des Schwingungseinsatzes betrieben wird. Verkleinert man den Wert des Potentiometers, so steigt zwar die Schwingungsamplitude an, man kommt aber irgendwann an den Punkt, an dem die Basis-Kollektordioden der beiden Transistoren durchschalten und die Amplitude der Schwingung abschneiden. Das führt, wie Jochen Bauer im RM.org erläutert hat, zu so-genannten Relaxationsschwingen, die wiederum eine Veringerung der Schwingungsfrequenz zur Folge haben. Der EXCITER zeigt dann eine zu niedrige Frequenz an.
Verwendet man den EXCITER zur Bestimmung der Resonanzfrequenz von Bandfiltern, so kann es - abhängig vom Kopplungsfaktor der beiden Schwingkreise - dazu kommen, dass man keine eindeutige Frequenz misst: die angezeigte Frequenz springt zwischen zwei Werten hin und her, die den Höckerfrequenzen des Bandfilters entsprechen. Es handelt sich um das Phänomen des so-genannten Frequenzreissens. Auch über diese Thematik gibt es in RM.org Beitrage von Dietmar Rudolph, Hans M. Knoll und Jochen Bauer.

Das war's schon.

Der Erfinder dieser Schaltung behauptet, damit könne man Parallelschwingkreise bis über 100 MHz zum Schwingen bringen. Habe ich noch nicht versucht. Kommt sicher auch auf die verwendeten Transistoren an. Bei so hohen Frequenzen hätte ich auch Bedenken bezüglich der durch den EXCITER selbst in den Schwingkreis eingebrachten parasitären Impedanzen und des dadurch produzierten Messfehlers. Die höchste Frequenz, für die ich den EXCITER benutze ist die FM ZF von 10,7 MHz. 

Praktischer Aufbau
Die Spannungsversorgung erfolgt über eine 1,5V Batterie oder einen kleinen Akku (bei mir ist's ein NiCd-Akku). Man tut gut daran, die Betriebsspannung direkt an den Transistoren niederinduktiv abzublocken - also mit so einem Scheibenkondensator von 100 nF wie man auf meinen Bildern sieht - ich habe gleich zwei genommen. Doppelt hält besser. Den Tantal Elko 10 µF braucht man vielleicht nicht unbedingt.
Das Ganze habe ich in ein Tastkopfgehäuse eingebaut, das ich mal vor Urzeiten beim blauen C gekauft habe. Da passt alles lässig hinein: Akku, Schaltung und Potentiometer.

   
.jpg   Exciter praktischer Aufbau 2.jpg (Größe: 144,69 KB / Downloads: 1.339)

In das Tastkopfgehäuse habe ich ein Loch für den Potentiometerknopf gebohrt. Die Spannungszufuhr beim Laden des Akkus (über eine Diode 1N4148 oder so etwas ähnliches) erfolgt über eine LEMO-Buchse, ebenso die Auskopplung der HF. Auf der linken Seite schaut die Messspitze und ein kurzes Kabel für die Verbindung mit dem zu messenden Schwingkreis heraus. Für Messungen bei höheren Frequenzen sollte man das Kabel verkürzen, um nicht zu viel parasitäre Induktivität in den Messkreis einzubringen.

Die HF-mäßig heiße Leitung (im Schaltbild der rechte Schwingkreisanschluß) ist ja bei mir bloß die Tastspitze mit der Krokodilklemme. Wenn ich in Geräten messe, nehme ich die Krokodilklemme ab und berühre den Messpunkt nur mit der Tastspitze. Kürzer geht's mechanisch kaum.
Bleibt die Erdleitung, die in der Schaltung mit "0" bezeichnet ist und am Batterie-Pluspol hängt. Die ist in meinem Aufbau mit der durchgehend mit versilbertem Kupfer kaschierten Oberfläche der Leiterplatte verbunden. Die Zuleitung zum unbekannten Schwingkreis erfolgt über die schwarz-gelb geringelte Leitung mit der kleinen Messklemme. Auch nicht so sehr lang.

Also: fehlende Abblockung und lange Leitungen sind unvorteilhaft und können z.B. zu HF-Einstreuungen in die Schaltung und zu Handempfindlichkeit führen.

Innenaufbau:

   
.jpg   Exciter praktischer Aufbau innen vergrößert.jpg (Größe: 224,67 KB / Downloads: 1.351)

Der Aufbau erfolgte auf einer doppelseitig kupfer-kaschierten Leiterplatte. Die Köpfe der Transistoren stecken in der Leiterplatte, die Verdrahtung ist fliegend. Natürlich muss man das nicht alles so gedrängt aufbauen - es ist ja schließlich kein UHF-Tuner - aber ich bin solche Aufbauten gewöhnt, da ich lange Zeit Schaltungen für schnelle Signalaufbereitung entwickelt habe.

Man sieht ein paar Kondensatoren, die in der Schaltung nicht erwähnt sind. Sie dienen zur Abblockung der Betriebsspannung.

   

Auf der Rückseite der Platine sitzt nur das Potentiometer - ein Drehregler, den ich mal irgendwo ausgeschlachtet habe. Es sind auch nur 50 kOhm anstatt 250 kOhm - muss man einfach mal ausprobieren.

Praktischer Einsatz
Abschließend noch ein paar Bilder vom praktischen Einsatz des Gerätes: Resonanzfrequenmessung an einem alten französischen ZF-Filter (ohne Gehäuse), an einem japanischen 455 kHz ZF-Filter und an einem japanischen 10,7 MHz ZF-Filter. Bei den letzten beiden Messungen hatte ich einen 1/10 Prescaler vor dem Eingang des Frequenzmessers. Der grüne Pfeil zeigt jeweils auf das Messobjekt.

           

Nun muss man zu all dem sagen, dass es sich hier um KEIN PRÄSISIONSMESSGERÄT handelt. Die Messung mit dem EXCITER erfolgt ja bei ausgeschaltetem Radio oder TV-Gerät. Die aktiven Bauelemente - Transistoren oder Röhren - sind also nicht in Betrieb! Das hat zur Folge, dass ihre Impedanzen anders sind, als wenn sie vom Betriebsstrom durchflossen werden und dass damit auch die Resonanzfrequenzen der mit ihnen verbundenen Schwingkreise etwas anders liegen als im echten Betriebsfall. Aber eben nur etwas anders. Um grundsätzlich festzustellen, ob ein Schwingkreis noch in Ordnung ist, oder ob sich ein Spulenkern garnicht von der Stelle rührt wenn man an der Verstellschraube dreht, oder ein Folientrimmer seine Kapazität garnicht ändert wenn man ihn verstellt, weil er immer Kurzschluss hat, das sieht man mit dem kleinen Gerätchen sehr schön.

Vorschlag für einen Vorverstärker für Frequenzzähler mit TTL-Eingang (niedrigere Empfindlichkeit)

.png   Vorverstärker.png (Größe: 42,48 KB / Downloads: 44)
Dokumentation

Weitere Beispiele für den Einsatz des minimalistischen rückgekoppelten Differenzverstärkers

       

Es gibt noch viele andere! Den Möglichkeiten sind keine Grenzen gesetzt! Erstaunlich was man mit 2 Transistoren so alles machen kann, oder?

Weiterführende Links
- Platine für den Exciter: Exciter Projekt mit KiCAD
- Beitrag in der Funkschau 1971, Heft 15: Zweipolige Oszillatorschaltungen für Parallel- und Serienresonanz
- Artikel auf Radiomuseum.org: Aufbau und Resonanzverhalten früher ZF-Filter
- Originalthread: Der Exciter - ein nützliches Hilfsmittel zur Ausmessung von Schwingkreisen
- Vorverstärker von DL4YHF: Frequency counter with a PIC and minimum hardware
- Untersuchung von Relaxationsschwingungen in LC-Oszillatoren, von Jochen Bauer (englisch): Relaxation Oscillations In LC-Oscillators
Grüsse aus Karlsruhe,
Harald
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