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Designverbesserungen im Grundig Retro Heinzelmann
#1
Das Jubiläumsradio von Grundig hat so seine Schwachpunkte. Allen voran ein kritisches Netzteil, bei dem der Längstransistor Q206 allein durch das Einschwingverhalten der Schaltung von Spannungsspitzen zerstört werden kann. Mein eigenes Exemplar war von diesem Fehler auch betroffen. Der Transistor 8050 ist zwar gut erhältlich, es wäre aber erstrebenswert eine Lösung zu finden die den Fehler dauerhaft abstellt. In meinem Fall bildete sich eine Mailrunde und gemeinsam wurde eine Lösung erarbeitet. Ich konnte fachlich am wenigsten dazu beitragen. Meine Arbeit beschränkte sich hauptsächlich darauf Messergebnisse zu liefern und die Schaltung in der Praxis zu testen. Letztendlich erklärte ich mich auch bereit diesen zusammenfassenden Bericht für die Allgemeinheit zu schreiben. Dazu zitiere ich im Wesentlichen aus unserem mailverkehr.

Um die Problematik zu verstehen möchte ich erst mal die Schaltung beschreiben, die es zu ersetzen gilt. Wir haben eine Schaltstufe mit den Transistoren Q205 und Q204. Der Schalter des Kombipoti liefert beim Einschalten ein Massepotential einmal für diese Schaltstufe die das Radio einschaltet und andererseits für den Lautsprecher (letzteres verhindert störende Geräusche beim Ausschalten). Netztrafo und Gleichrichter sind also bei eingestecktem Netzstecker immer in Betrieb.

Trafo und Gleichrichter liefern ca. 15V. Der schon erwähnte Längstransistor Q206 stabilisiert diese auf ca. 10V. Auf dem Schaltplan im Bereich der CMOS-Schalter ist auf dieser Leitung zwar 12V angegeben, aber diese Angabe stimmt nicht.

Eine Lösung der Zerstörungsproblematik wurde auch schon an anderer Stelle publiziert. Erwähnt wurde ein Artikel in der Funkgeschichte im Jahre 2005. Dort wurde die Schaltstufe mit Q205 ersetzt durch einen Darlington. Darlingtons kann man jedoch schaltungsbedingt nicht in die Sättigung treiben, sind also keine guten Schalter.

Die Aufgabenstellung war mit Standardbauteilen eine Ersatzschaltung für das Netzteil auszudenken. Das NF-IC LA4558 wird im Original von der unstabilisierten Spannung, also mit 15V, versorgt. Damit ist der Baustein außerhalb seiner Spezifikation. Im neuen design soll seine Spannungsversorgung deshalb auf die stabilisierte 10V-Seite wandern.

Für das Ein/Aus-Schalten könnte man natürlich auch einen der schaltbaren, vierbeinigen Längsregler Typ KA78R12 nehmen, aber die sind eben nicht Standard und vermutlich auch nicht in 10V verfügbar.

Das Konzept sieht nun einen Standard-PNP (BD136 o. BD138 o. BD140) und einen einstellbaren Längsregler LM317 vor.

   

T1 muss kein Typ mit einer selektierten Stromverstärkung sein. R2 wurde für einen kräftigen Basisstrom vorgesehen. Der Schaltkontakt am Lautstärkepotentiometer schafft diesen Strom mühelos. Damit ist T1 in Sättigung und muss nicht gekühlt werden.

Der LM317 regelt derart, dass zwischen OUT- und ADJ-Pin immer nominal 1,25V anliegen. Mit der Spannungsteilerdimensionierung von R3 und R4 ergeben sich ziemlich genau 10V am Ausgang.  
D1/C2 und R3 sorgen für einen Softstart des Ausganges, und verhindern so eine starke Stromüberhöhung beim Einschalten durch T1. C2 lässt den ADJ-Pin nur langsam steigen. R5 lädt C2 im Betrieb komplett auf, damit C2 die Regelung nicht beeinträchtigt, und entlädt C2 im ausgeschalteten Zustand.
Der Haupteil der Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung des LM317 wird von dem Querstrom durch den Spannungsteiler R3/R4 bestimmt, und der ist 1,25V / 470R = 2,66mA

Laut Datenblatt braucht der LM317 am Ausgang eine Mindestlast von typisch 3,5mA (maximal 10mA), damit der Ausgang sauber regelt und nicht hochläuft (Hintergrund: Der LM317 muss seinen internen Stromverbrauch über den OUT-Pin ableiten, weil der Strom durch den ADJ-Spannungsteiler gering gehalten werden muss. Standard-Regler des Types LM78xx leiten diesen Querstrom durch den GND-Pin ab). Durch den gewählten Spannungsteiler wird also die Mindestausgangslast nicht eingehalten, aber in dieser Anwendung hier ist immer eine ausreichende große Last am Ausgang vorhanden, die nicht abgeschaltet werden kann.

Es machte etwas Bauchschmerzen einen Elko am ADJ-Pin zu platzieren, so etwas kann das Regelverhalten stören bis zum Schwingen des Reglers (Phasendrehung im Frequenzgang des Reglers). Im Datenblatt des LM317 wird ein Elko am ADJ_Pin aber explizit erlaubt.

Der LM317 hat gegenüber einem Transistor den Vorteil, dass er nicht überhitzen kann. Wird der LM317 zu heiß, schaltet er ab.

Die Ausgangsspannung fängt nicht exakt bei null Volt an, sondern bei 1,25V (Referenzspannung des LM317) plus 0,7V (Vorwärtsspannung der 1N4148) = knapp 2V.

C1 und C3 sind Abblockkondensatoren und sollten so nahe wie möglich an den LM317 platziert werden um eine mögliche Schwingneigung zu verhindern.

Der LM317 muss gekühlt werden, und vor allen Dingen dabei isoliert montiert werden, da dessen Metallfahne mit dem OUT-Pin verbunden ist. Es verwundert, dass der LM317 so warm wird. Die hohe Stromaufnahme ist vermutlich nicht Schuld der Elektronik, sondern wegen der Skalenlampen, die auf 5V laufen; der Rest bis zur Betriebsspannung wird völlig sinnlos in Widerständen verbraten. Das Problem wird auch bereits in dem Funkgeschichte-Artikel beschrieben. Ein Umbau auf 10V Lämpchen, oder Reihenschaltung der beiden 5V-Lämpchen, oder Umbau auf LED dürfte den Stromverbrauch ziemlich senken.

Der LM317 braucht zur korrekten Regelung eine minimale Spannungsdifferenz von 3V zwischen Eingang und Ausgang, ist also kein LDO. Das sollte hier aber bei einer Ausgangsspannung von 10V kein Problem sein.

Lange Zuleitungen sollte man bei Reglern vermeiden. Es ist zu prüfen ob der Regler wirklich isoliert montiert ist (nachmessen).
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#2
in diesem post geht es um die mechanische Ausführung.

Die Hauptplatine wird zugänglich wenn man das Skalenseil fixiert und das Skalenrad abzieht. Nach Lösen der 3 Befestigungsschrauben kann man sie dann umklappen. Um die starren Flachbahnkabel zu den kleinen Platinen nicht so viel zu beanspruchen bewegt man bei den weiteren Arbeiten besser das ganze Chassis anstatt nur die Hauptplatine.

   

An der Hauptplatine muss einiges an Bauteilen entfernt werden. Dann ist zu beachten das die Spannung für den NF Baustein auf die 10V-Schiene gelegt wird. Ich hatte das so gelöst das ich dort wo Q206 war eine Brücke von Emitter auf Kollektor gelötet habe.

Ich habe die Zusatzplatine huckepack gesetzt. Eine Halteschraube der Grundplatine benutze ich mit. Die Grundplatine hat an der Stelle eine freie Fläche die nur beim Schwestermodell RF630 bestückt ist. Für den LM317 benutze ich den Kühlkörper des NF-Verstärkers mit. Ob er der Temperaturbelastung gewachsen ist beobachte ich grade. Evtl. muss ich noch Kühloberfläche hinzufügen. Diese Position der Zusatzteile hat den Vorteil dass man die Grundplatine auch mal wieder hochklappen und so betreiben kann. Das wäre nicht möglich wenn man die Teile am Metallrahmen montiert (so hatte ich es zuerst).

   

   

   

   
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#3
Wauh, da möchte ich mal allen Beteiligten ein dickes Dankeschön sagen.

Der Heinzelmann von Philipp steht ja nun hier und wartet auf genau diesen Tread. Ich werde die Bauteile suchen oder Bestellen und nach dem Einbau berichten, Auch Franz Josef nochmals besten Dank fürs hier Posten und Testen.
mit freundlichen grüßen aus Dielfen (Siegerland)
Dietmar
Wenn einer dem anderen hilft ohne daraus Profit schlagen zu wollen dann sind wir auf einem guten Weg
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#4
Hallo,
habt Ihr auch mal ausprobiert, für den Schalttransistor einen p- Kanal MOSFET zu nehmen? Der Rdson beträgt i.d.R. nur wenige Ohm und der Steuerstrom ist bauelementetypisch "0".
Viele Grüße

Wolfram

"... Bei uns tut jeder, was er kann. Aber nicht jeder kann, was er tut. ..."
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#5
(07.03.2017, 14:50)scotty schrieb: Hallo,
habt Ihr auch mal ausprobiert, für den Schalttransistor einen p- Kanal MOSFET zu nehmen? Der Rdson beträgt i.d.R. nur wenige Ohm und der Steuerstrom ist bauelementetypisch "0".

es sollten nur "Wald- und Wiesenbauteile" verwendet werden. MOSFET wurden nicht erwähnt, die Idee ist aber nicht schlecht.
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#6
Leistungs- MOSFET's sind eigentlich typische "Wald- und Wiesen" Bauteile. Die sind oft in Schaltnetzteilen und als Schalter für Spannungen in Flat- TV zu finden.
Viele Grüße

Wolfram

"... Bei uns tut jeder, was er kann. Aber nicht jeder kann, was er tut. ..."
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#7
Hallo Franz Joseph,
ich habe mir mal die Originalschaltung aus dem RM. ... gezogen. So wie ich das sehe, ist ein großer Teil des Gerätes, besonders die Hauptleiterplatte, für ein ganz anderes Gerät konzipiert worden. Das sieht man daran, dass die ganze Umschalterei mit Drehschalter und CMOS- Analogschaltern ursprünglich mit einem Drucktastensatz erledigt worden ist. Die entsprechenden Flächen mit den Lötaugen kann man auf der Leiterseite sehr gut erkennen.
Die Störungen in Bezug auf das Netzteil sehe ich weniger in irgendwelchen Schwingungen, als mehr in etlichen Bauelementen, die in ihren Werten "Unterkante Oberlippe" gefahren werden, wie besonders die beschriebenen Transistoren Q204 und Q206 vom Typ 2SC8050. Diese kleinen TO-92- Dinger vertragen eigentlich nur 0,5 - 0,8A Kollektorstrom (je nach Datenblatt unterschiedlicher Hersteller) und ein Pvmax von 0,5 - 0,65W. Wenn der NF- IC ausgesteuert wird, können durchaus 500mA fließen. Bei einer Ucesat von 1,2V bei 0,5A (lt. Datenblatt) wären das schon 0,6W, also schon das höchste der Gefühle. Wenn dann noch etliche Elkos beim Einschalten aufgeladen werden, dann wird's richtig dicke. Fatal ist nur, dass die Entwickler des Gerätes mit diesem Durchschaltspannungsabfall gerechnet haben, um das verwendete NF- IC nicht spannungsmässig zu überfahren. Denn wenn der Gleichrichter 15V liefert und der Schalttransi 1,2V weg nimmt, dann bleiben nach dem R232 (3,3Ohm) bei 500mA noch ca. 12V übrig, und die verkraftet das IC. Denn lt. dessen Datenblatt darf die Betriebsspannung, nicht ausgesteuert, 15V, jedoch bei Aussteuerung nur 12V betragen.

Ich würde aber das Originalnetzteil nicht so massiv umbauen, wie Ihr es gemacht habt. Meiner Meinung reicht es, den Q204 wie bei Eurem Umbau gegen einen BD1...- Typ, aber diesmal NPN, wie den BD135 o.ä. auszutauschen. Den R232 würde ich gegen 2-3 in Reihe und in Durchlaßrichtung geschaltete Si- Dioden (1N4001) tauschen. Deren Flußspannungsabfall von 1,4 bis 2,1V (je nach Anzahl) reicht aus, die Spannung am IC bei fehlender oder nur geringer Aussteuerung nicht zu hoch laufen zu lassen. Damit kann das IC an der geschalteten Rohspannung verbleiben.

Wie gesagt, das wären meine Überlegungen dazu. Wenn Eure Lösung "funzt" dann würde ich die Sache natürlich so belassen.
Viele Grüße

Wolfram

"... Bei uns tut jeder, was er kann. Aber nicht jeder kann, was er tut. ..."
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#8
Hallo Scotty,

Zitat:..So wie ich das sehe, ist ein großer Teil des Gerätes, besonders die Hauptleiterplatte, für ein ganz anderes Gerät konzipiert worden..

richtig, ich hatte das Schwestermodell RF630 erwähnt. Von diesem stammt die Hauptplatine, die Stationstasten wurden weggelassen.

Zitat:..Wenn dann noch etliche Elkos beim Einschalten aufgeladen werden..

das meinte ich mit Einschwingvorgängen beim Schalten. Deshalb wurde der softstart realisiert, der eigentliche Trick der Modifikation.

Zitat:..noch ca. 12V übrig, und die verkraftet das IC. Denn lt. dessen Datenblatt darf die Betriebsspannung, nicht ausgesteuert, 15V, jedoch bei Aussteuerung nur 12V betragen..

das Datenblatt sagt aber auch: Recommended Supply Voltage Vcc 7.5 to 9.0V. Wir haben uns für max. 10V entschieden.
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#9
so könnte eine entflechtete einseitige Platine aussehen:


.png   heinzelmann_200dpi.png (Größe: 11,72 KB / Downloads: 255)

und der Schaltplan dazu:

   
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#10
Ja Franz Josef, was du so alles machst! Großen Respekt!
mit freundlichen grüßen aus Dielfen (Siegerland)
Dietmar
Wenn einer dem anderen hilft ohne daraus Profit schlagen zu wollen dann sind wir auf einem guten Weg
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