Stereo-UKW-Prüfgenerator SUP 1
Aus ELVjournal
05/2006
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Technische Daten
Spannungsversorgung | 9-V-Batterie 6LR61 |
Stromaufnahme | 25 mA |
Frequenzbereich | 87,5 MHz –108 MHz |
Modulation | FM (Stereo/Mono) |
Preemphasis | 50 μs |
Ausgangsleistung (100 MHz) | 103 dBμV an 75 Ω |
Eingang | 2 x Cinch (L und R) |
Sonstiges | mikroprozessorgesteuerte PLL mit 0,1-MHz-Raster, 3 programmierbare Festspeicher, Eingang für optionalen RDS-Encoder |
Abmessungen (Gehäuse) | 141,5 x 57 x 23,5 mm |
Ein
immer wieder benötigtes Testgerät, das in keiner (Radio-) Werkstatt und
keinem Servicekoffer fehlen sollte – ein mobiler
Stereo-UKW-Prüfgenerator mit PLL-Steuerung und LC-Display zur
Frequenzanzeige. Damit lassen sich sehr einfach UKW-Tuner, Autoradios
und sonstige Empfangsgeräte prüfen bzw. abgleichen. Ein wesentliches
Feature gegenüber der Vorgänger-Generation ist der PLL-Synthesizer, der
immer ein frequenzstabiles Ausgangssignal erzeugt. Es lassen sich drei
Festfrequenzen abspeichern, die dann bequem über Taster abrufbar sind.
Über den externen Audio-Eingang können Testsignale eingespeist werden.
Die Modulation erfolgt wahlweise in Mono oder Stereo. Für den Anschluss
an das Empfangsgerät steht eine Koaxial-Buchse (75 Ω) zur Verfügung.Testgerät mit Hightech-Baustein
Bei
der Instandsetzung und dem Abgleich von älteren bzw. einfachen
Empfängern ist ein HF-Prüfgenerator ein unabdingbares Werkzeug, will man
etwa einen Tuner- Os zil lator-Abgleich exakt ausführen. Schließlich
sollen anschließend Skalen-/ Frequenzanzeige und tatsächlich empfangene
Frequenz exakt übereinstimmen. Nun könnte man einen Skalenabgleich
anhand der bekannten Rundfunksenderfrequenzen vornehmen, doch dies ist
die unprofessionellste Methode. Sitzt man doch schnell Spiegelfrequenzen
oder Überreichweiten von Sendestationen auf. Besser ist in jedem Fall
eine Signaleinspeisung mit definiertem Pegel und einer genau bekannten
Frequenz. Nur so kann man auch genau die Bandgrenzen einstellen – vor
allem Restaurierer älterer Radios mit seilgetriebener Zeigerskala werden
hier zustimmen.Und
mit einem Prüfgenerator ist man zudem beim Service von den jeweils
herrschenden Empfangsmöglichkeiten völlig unabhängig. Bei unserem
Prüfgenerator kommt dazu eine absolute Mobilität durch Batteriebetrieb.
Einen kompletten, rein batteriebetriebenen, also stromsparenden
UKW-Prüfgenerator mit Stereo-Modulation und dazu noch mit einer
hochstabilen Frequenz mit vertretbarem Aufwand zu realisieren, ist heute
eigentlich nur durch Einsatz eines speziellen Schaltkreises möglich,
der alle wichtigen Schaltungsteile beinhaltet. Der bei unserem
Prüfgenerator verwendete Schaltkreis BH1415 von der Fa. Rohm ist
speziell für die noch recht neuen Wireless- Link-Systeme entwickelt
worden, also für die drahtlose Musikübertragung in der
Unterhaltungselektronik. Hierzu zählen auch die neuerdings in
Deutschland zugelassenen Mini-FM-Sender, mit deren Hilfe man z. B. Musik
vom MP3-Player in die Antenne des Autoradios einspeisen kann. Die
Sendeleistung dieser Mini-Sender darf allerdings nur maximal 50 nW
betragen, was aber für eine maximale Reichweite von ca. 2 Meter
ausreicht. Wir machen uns die Funktionen des BH1415 zunutze, um unseren
kompakten Generator für den Werkstattbedarf zu realisieren. Der
entspricht funktionell o. g. Sendern, ist aber statt mit einer
Sendeantenne mit einer HF-Buchse abgeschlossen, die das Ausgangssignal
über ein geschirmtes HF-Kabel in den abzugleichenden Empfänger
einspeist. Bevor wir uns mit dem Generator und seiner Schaltungstechnik
befassen, wollen wir kurz die Entstehung des zu übertragenden
Stereo-Signals betrachten. Aufbau des Stereo-Signals (Stereo-Multiplexsignal)
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Bild 1: Frequenzspektrum des Multiplexsignals |
Bei
der Übertragung eines Mono-Signals wird die Trägerfrequenz in einem
Bereich bis 15 kHz moduliert. Bei Stereo-Übertragung wird das
Multiplexverfahren angewandt. Hier wird auf der gleichen Frequenz ein
zusätzlicher NF-Kanal übertragen, aber gleichzeitig die Kompatibilität
zur MonoÜbertragung gewahrt. In Abbildung 1 ist das Frequenzspektrum des
Multiplexsignals dargestellt. Der linke und rechte Kanal werden als
Summensignal (L + R) übertragen (Modulationsbereich bis 15 kHz), damit
auch ein Mono-Empfänger das vollständige NF-Signal erhält. Zusätzlich
wird bei Stereo-Übertragung auch das Differenzsignal L - R übertragen.
Hat man das Summen- und das Differenzsignal zur Verfügung, kann man
mathematisch und natürlich schaltungstechnisch beide Stereo-Kanäle
zurückgewinnen: Für die Übertragung des Differenzsignals wird ein
38-kHz-Träger amplitudenmoduliert. Wie man in Abbildung 1 erkennt,
entstehen dadurch zwei spiegelbildliche Seitenbänder. Da die
Informationen in den beiden Seitenbändern liegen, braucht der Träger
nicht mit übertragen zu werden. Senderseitig wird der Träger deshalb
unterdrückt. Deshalb spricht man bei dieser Art der Modulation von
„unterdrücktem Träger“.Damit
im Empfänger der 38-kHz-Träger rekonstruierbar ist, wird zusätzlich ein
19-kHz-Pilotton übertragen (phasenstarr mit dem 38-kHz-Träger
verkoppelt). Der Pilotton dient auch als Stereo-/Mono- Kennung und wird
später vom Stereo-Decoder des Empfängers als Schaltkriterium genutzt.
Das auf diese Weise zusammengesetzte Signal heißt Multiplexsignal und
wird dem HF-Träger in der Modulationsart FM aufmoduliert. Zusätzlich zum
Stereo-MPX-Signal übertragen einige Rundfunkstationen ein RDS-Signal
(Radio Data System), das verschiedene Informationen wie z. B. den
Sendernamen, Verkehrsfunkdaten usw. enthält. Die Trägerfrequenz für die
RDS-In formationen liegt bei 57 kHz und stellt die 3. Harmonische des
Pilottons (3 x 19 kHz) dar. Bedienung und Betrieb
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Bild 2: Das Display des Prüfgenerators und die Bedeutung der einzelnen Display-Segmente. |
Die
Bedienung des UKW-Prüfgenerators erfolgt allein über 4 Tasten mit
Unterstützung eines kleinen LC-Displays (Abbildung 2). Nach dem
Einschalten wird zunächst ein Displaytest durchgeführt und die
Versionsnummer der Firmware angezeigt. Anschließend ruft das Gerät den
Festspeicher M 1 auf. Werfen wir zunächst einen Blick auf das Display
(Abbildung 2). Die Festspeicher werden durch die in der Zeichnung
dargestellten Segmente „M 1“ bis „M 3“ angezeigt. Das Antennensymbol
signalisiert die Modulationsart, also Stereo (Antennensymbol vorhanden)
oder Mono (Antennensymbol ausgeblendet). Die Frequenz wird in der
Einheit MHz angezeigt. Bei Frequenzen über 100 MHz wird die führende „1“
nicht angezeigt. Der Aufruf der Festspeicher erfolgt durch Betätigen
der Taster „M 1“ bis „M 3“. In einem Programmiermodus ist auf dem
jeweiligen Programmplatz die Frequenz in Schritten von 0,1 MHz einstell-
und speicherbar. In den Programmiermodus gelangt man durch längeres
Drücken (>3 Sek.) der Taste „Mode“. Erkennbar ist der
Programmiermodus durch das Fehlen der Display-Segmente für die
Festspeicher. Mit den Tasten „M 1“ bis „M 3“ erfolgt nun die
Frequenzeinstellung, für jede Dezimalstelle getrennt. Für Frequenzen
über 100 MHz ist die erste Stelle auf „0“ einzustellen. Soll diese
Frequenz in einem der Festspeicher abgelegt werden, ist die
entsprechende Taste (M 1 bis M 3) länger als 3 Sekunden gedrückt zu
halten. Man kann auch ohne Abspeichern den Programmiermodus wieder
verlassen, indem man die Taste „Mode“ wiederum für 3 Sekunden gedrückt
hält. Im normalen Betrieb dient die „Mode“- Taste der Umschaltung
zwischen Stereound Mono-Modulation. Über die Koax-Buchse wird das Signal
über ein 75-Ω-Kabel ausgekoppelt und in den entsprechenden
Antenneneingang des abzugleichenden Empfängers eingekoppelt.
Hinweis:
Damit sich das HF-Ausgangssignal nicht unkontrolliert über den Äther
verbreiten kann, ist die Ankopplung an den Empfänger nur über eine
abgeschirmte Leitung mit passenden Steckverbindern zulässig.
Das
NF-Signal, das z. B. von einem tragbaren Prüfgenerator oder einer CD mit
Test-Tönen kommen kann, wird über die Cinch-Buchsen (BU 3) in den
Prüfgenerator eingespeist. Zusätzlich kann man den Generator extern mit
einem RDS-Signal modulieren, so dass auch die RDS-Funktionen des
Empfängers zu testen sind.
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Bild 3: Schaltbild des Testgenerators |
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Bild 4: Blockschaltbild des BH1415 |
Das
Schaltbild des UKW-Generators ist in Abbildung 3 dargestellt.
Wesentlicher Hauptbestandteil der Schaltung ist der bereits erwähnte
integrierte Schaltkreis IC 1 vom Typ BH1415. Dessen Blockschaltbild
(Abbildung 4) veranschaulicht die einzelnen Komponenten. Durch die hohe
Integration von IC 1 sind nur noch relativ wenige externe Bauteile
notwendig. Der Oszillatorschwingkreis für das HF-Ausgangssignal wird aus
den Bauteilen L 4, C 17, C 19 sowie der Kapazitäts diode D 1 gebildet.
Über die Spannung an der Katode von D 1 ist die Kapazität und somit die
Oszillatorfrequenz veränderbar, wodurch man einen spannungsgesteuerten
Oszillator (VCO) erhält. Das HF-Ausgangssignal (Pin 11) wird mit dem
Tiefpass, bestehend aus L 1, L 2 sowie den Kondensatoren C 23 bis C 25,
von Oberwellen befreit, bevor es auf die Ausgangsbuchse BU 1 gelangt.
Die Erzeugung der Steuerspannung für die Kapazitätsdiode erfolgt
hochstabil über den integrierten PLL-Synthesizer. Hier eine kurze
Beschreibung, wie der Regelkreis bzw. die PLL funktioniert: Ein
Phasendetektor vergleicht die Ist-Frequenz des Oszillators mit der
Soll-Frequenz. Aus dem Phasenunterschied beider Frequenzen wird eine
Regelspannung gewonnen, die zur Steuerung des Oszillators (VCO) dient.
Das digitale Phasendifferenzsignal wird zuvor mit einem Tiefpass
(Loop-Filter) gefiltert. Es erfolgt nun so lange ein Nachregeln des
Oszillators, bis Ist- und Soll-Frequenz gleich sind. Die Ist-Frequenz
ist eine quarzgenaue Referenzfrequenz (100 kHz), sie wird durch Teilung
der internen Oszillatorfrequenz (7,6 MHz) von IC 1 gewonnen. Die
Soll-Frequenz ist die durch einen programmierbaren Teiler
(Programmcounter) heruntergeteilte HF-Oszillatorfrequenz. Durch
Veränderung des Teilerverhältnisses kann mit dem PLL-Regelkreis jede
beliebige Frequenz, die jedoch ein Vielfaches der Referenzfrequenz sein
muss, eingestellt werden. Eine Einschränkung erfährt der Regelbereich
natürlich durch den Frequenzhub des VCOs. Das Thema PLL und dessen
Funktion bzw. Berechnung ist indes so komplex, dass wir hierfür
Interessierte auf weiterführende Literatur oder das Internet verweisen
müssen.Über
eine serielle Schnittstelle wird dem Baustein IC 1 das
Teilungsverhältnis und somit die Ausgangsfrequenz mitgeteilt. Dies
geschieht durch ein serielles Datenprotokoll, das mit den Leitungen
DATA, CLOCK und CHIP ENABLE übertragen wird. Der zweite wichtige
Schaltungsblock von IC 1 ist der Stereo-Encoder. Hier werden das
MPX-Signal und der Pilotton (19 kHz) erzeugt. Bevor die beiden
Stereo-Signale moduliert werden, durchlaufen sie noch eine Preemphasis
und ein Tiefpassfilter (siehe Blockschaltbild). Die Preemphasis nimmt
eine Höhenanhebung vor, die auf der Empfängerseite durch die Deemphasis
wieder rückgängig gemacht wird. Dieses Verfahren dient der
Rauschunterdrückung. Dem modulierten MPX-Signal wird zum Schluss der
Pilotton (19 kHz) zugemischt. Über ein Widerstands- und
Kondensatornetzwerk gelangt dieses Signal zur FMModulation auf die
Kapazitätsdiode D 1. Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, über die
Buchse BU 2 ein externes Modulationssignal einzuspeisen, z. B. von einem
RDS-Encoder. Im unteren Teil des Schaltbildes sind der für die
Steuerung zuständige Mikrocontroller IC 3 und die Bedienelemente
dargestellt. Folgende Aufgaben übernimmt der Mikrocontroller:
Tastenabfrage, Frequenzanzeige auf dem Display (LCD1), Speicherung der
Daten im EEPROM-Speicher IC 4 und schließlich der Datentransfer zur PLL
(IC1). Zur Versorgung der Schaltung dient eine 9-V-Batterie, deren
Spannung mit IC 2 auf 5 V stabilisiert wird. Nachbau
Die
Platine wird bereits mit SMDBauteilen bestückt geliefert, so dass nur
die bedrahteten Bauteile bestückt werden müssen. Somit umgeht man
eventuelle Handling- und Bestückungsprobleme auf der dicht bestückten,
kompakten Platine. Hier ist lediglich eine abschließende Kontrolle der
bestückten Platine auf Bestückungsfehler, eventuelle Lötzinnbrücken,
vergessene Lötstellen usw. notwendig. Die Bestückung der bedrahteten
Bauteile erfolgt in gewohnter Weise anhand der Stückliste und des
Bestückungsplans. Die Bauteilanschlüsse werden entsprechend dem
Rastermaß abgewinkelt und durch die im Bestückungsdruck vorgegebenen
Bohrungen geführt. Nach dem Verlöten der Anschlüsse auf der
Platinenunterseite (Lötseite) werden überstehende Drahtenden mit einem
Seitenschneider sauber abgeschnitten, ohne die Lötstelle selbst dabei zu
beschädigen. Beim Einsetzen der Elkos ist auf die richtige Einbaulage
bzw. die richtige Polung zu achten. Die Elkos sind in den meisten Fällen
am Minus-Anschluss gekennzeichnet. Beim Einbau des Displays ist
ebenfalls auf die richtige Einbaulage zu achten. Zudem wird das Display
zusammen mit der Kunststoffhalterung eingesetzt. Das Display ist „oben“
durch eine kleine Verdickung („Glasnase“) gekennzeichnet. Man kann die
einzelnen Segmente des Displays zur Kontrolle der richtigen Einbaulage
auch ohne Elektronik „aktivieren“, indem man die Anschlüsse kurz mit der
Lötspitze eines eingeschalteten Lötkolbens berührt. Zum Schluss werden
die großen mechanischen Bauteile wie Buchsen, Schalter usw. eingesetzt
und verlötet. Eine gute Hilfestellung gibt hier auch das Platinenfoto.
Die Leitungen des Batterieclips für die 9-V-Batterie werden zur
Zugentlastung durch die Bohrungen in der Platine geführt (siehe auch
Platinenfoto) und wie folgt angeschlossen: rotes Kabel an „+ Bat“ und
schwarzes Kabel an „- Bat“. Hinweis: Ein Abgleich der Spule L 4 ist
nicht erforderlich! Der Einbau der Platine in das passend bearbeitete
und bedruckte Gehäuse erfolgt, indem die Platine in die
Gehäuseoberschale mit den Bohrungen gelegt wird und anschließend die
beiden Gehäuseteile zusammengeschoben werden, nachdem die 9-V-Batterie
angeschlossen und eingesetzt ist.
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Ansicht der fertig bestückten Platine des Prüfgenerators mit zugehörigem Bestückungsplan |
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