2.1.2. Übersichtsschaltplanund Funktionsweise . - . .'

desA4100D ••.•i::..•••i::i^•^••: •-Z,^^^/

Der Übersichtsschaltplan des A 4100 D ist Bild2.1 (umrahmter Teil) zu entnehmen. Diegewünschte Betriebsart wird bei dieser IS durchAnschalten der Betriebsspannung an dieAnschlüsse 16 (FM) bzw. 17 (AM) aktiviert,wobei jeweils getrennte interneStabilisierungsschaltungen die Stabilität derdynamischen Parameter und Arbeitspunkte imBetriebsspannungsbereich von | 4,5... 15 Vbewirken.

2!.1.2;.i. AM-BetriebDie Betriebsart AM wird durchAnschalten der Betriebsspannung von4,5... 15 V an Anschluß 17 ermöglicht.HF-Vorstufe/Mischstufe/HF-RegelungZum Erreichen einer gutenEmpfindlichkeit und eines entspre-chenden Regelumfangs ist in der IS A4100 D ein rauscharmerDifferenzverstärker mit Emitter- undKollektorstromregelung (stromgesteuerteDioden) [l, 2] integriert, wobei derRegelumfang etwa 45 dB beträgt.Die Mischstufe ist wie üblich ein 4-Quadrantenmultiplizierer mit galvanischerKopplung zur HF-Vorstufe. Das in derMischstufe erzeugte ZF-Signal steht dannhochohmig am Anschluß 4 (Stromquelle,-Kollektoren) zur Verfügung.Die oben genannte Regelung wird vom Ausgangder Mischstufe gesteuert, da sich dann für denEmpfänger eine sogenannte | verzögerteRegelung mit Verbesserung derGesamtrauscheigen- < schatten ergibt. EineBesonderheit ist die Verwendung der J AM-Betriebsspannung (17) als Referenzwert für dieRegelung. ) Damit besteht die Möglichkeit,mit dem Gleichspannungsabfall | (O.-.lOOmV) über den Einstellwiderstand Rv (Bild2.1) den | Regeleinsatzpunkt für die HF-Vorstufe zu wählen (Bild 2.3). Der ;Mischerausgang erfordert unbedingt dieBeschaltung mit einer i| Spule(galvanischer Kurzschluß); eineWiderstandskopplung wie | bei [l] ist nichtmöglich, j •8• l

2. Eigenschaften und Einsatzder integrierten Schaltkreise

^fa^ * AM-FM-EmpßngerschaltkreisA41<WJD 2.1.1.

Allgemeine Eigenschaften

Im Schaltkreis A 4100 D ist eine komplette AM-Empfänger-schaltung für den Frequenzbereich bis30MHz und ein davon vollständig getrennter FM-ZF-Verstärker mit Koinzidenz-demodulator, AFC-Gegentaktstromausgang und Feldstärkeindikatorintegriert. Diese IS wurde speziell für den Einsatz-bereich Koffer- und Heimempfänger der unterenPreisklasse mit einem entsprechendenBetriebsspannungsbereich von 4,5... 15 V (max.16V) konzipiert. Abweichend von den üblichenGehäusevarianten, befindet sie sich in einem22poligen DIL-Plastgehäuse mit demReihenabstand 10mm. Der für den A 4100 Dgeltende Typstandard ist in der TGL 43156 [6]fixiert. Besondere Merkmale dieser IS sind:- eigengeregelte HF-Vorstufe mit wählbaremRegeleinsatzpunkt,- Ausgang für die Oszillatorfrequenz, ," '^U- kapazitätsdiodengekoppelter AM-ZF-Verstärker,- interner AM-Demodulator mit aktivem Tiefpaß,- gemeinsamer Feldstärkeausgang für AM- undFM-Betrieb,- Betriebsartenumschaltung über dieVersorgungsspannung. Aufgrund der speziellenInnenschaltung sind Variationen für den Einsatz imAmateurbereich im AM-Teil im wesentlichen aufdas HF-Teil beschränkt, während die FM-Schaltungin den bekannten FM-ZF-Einsatzvariantenverwendbar ist.

2.1.2. Übersichtsschaltplan und FunktionsweisedesA<ü(»OD

Der Übersichtsschaltplan des A 4100 D ist Bild 2.1(umrahmter Teil) zu entnehmen. Die gewünschteBetriebsart wird bei dieser IS durch Anschalten derBetriebsspannung an die Anschlüsse 16 (FM) bzw.17 (AM) aktiviert, wobei jeweils getrennte interneStabilisierungsschaltungen die Stabilität derdynamischen Parameter und Arbeitspunkte imBetriebsspannungsbereich von 4,5... 15 Vbewirken.

2.1.2.1. AM-Betrieb

Die Betriebsart AM wird durch Anschalten derBetriebsspannung von 4,5... 15 V an Anschluß 17ermöglicht.

HF-Vorstufe/Mischstufe/HF-Regelung ','Zum Erreichen einer guten Empfindlichkeit undeines entsprechenden Regelumfangs ist in der IS A4100 D ein rauscharmer Differenzverstärker mitEmitter- und Kollektorstromregelung(stromgesteuerte Dioden) [l, 2] integriert, wobei derRegelumfang etwa 45 dB beträgt.Die Mischstufe ist wie üblich ein 4-Quadrantenmultiplizierer mit galvanischerKopplung zur HF-Vorstufe. Das in der Mischstufeerzeugte ZF-Signal steht dann hochohmig amAnschluß 4 (Stromquelle,-Kollektoren) zurVerfügung.Die oben genannte Regelung wird vom Ausgangder Mischstufe gesteuert, da sich dann für denEmpfänger eine sogenannte verzögerte Regelungmit Verbesserung der Gesamtrauscheigen-schaftenergibt. Eine Besonderheit ist die Verwendung derAM-Betriebsspannung (17) als Referenzwert fürdie Regelung. Damit besteht die Möglichkeit, mitdem Gleichspannungsabfall (O... 100 mV) über denEinstellwiderstand J?v (Bild 2.1) denRegeleinsatzpunkt für die HF-Vorstufe zu wählen(Bild 2.3). Der Mischerausgang erfordert unbedingtdie Beschaltung mit einer Spule (galvanischerKurzschluß); eine Widerstandskopplungwie bei [l]ist nicht möglich. •" '..1-8

Z3\-lc=^Qo-25 vs Bild 2.l Übersichtsschaltplan und Meßschaltung nach TGL

43156

Durch die Köndensatorkopplung des 3stufigen ZF-Verstärkers wird dabei die nutzbare Bandbreiteintern begrenzt und liegt bei 300... 800 kHz, so daßdie ZF nur für die ZF-Verstärkung geeignet ist.Ein integrierter Hüllkurvendemodulatordemoduliert klirrarm das verstärkte ZF-Nutzsignal,wobei der Gleichstrommittelwert des Signals, miteinem Kondensator am Anschluß (18) (Regel-zeitkonstante) gesiebt, den ZF-Regelverstärker zurRegelung der l. ZF-Stufe steuert.Das demodulierte NF-Signal wird mit einer3stufigen aktiven Tiefpaßschaltung (Grenzfrequenz== 6,5 kHz) gefiltert und am Anschluß (19) durcheinen Emitterfolger (Innenwiderstand " 270 ß)niederohmig ausgekoppelt. Die typischenGleichspannungen des ZF-Teils sind:ZF-Eingang(20) 0,65V ZF-Regelspannung(18) 0,7...1,6V(Bild2.3) NF-Ausgang-AM(19) l,3iV;^ ^'";"S^

FeldstärkeanzeigeIm Verstärker für die Feldstärkeanzeige werden dieRegelspannungen des HF-Teils und des ZF-Teilsaddiert und niederohmig am Anschluß (15)(Maximalstrom — 1,5mA) ausgekoppelt (Bild 2.4).

2.1.2.2. FM-Betrieb

FM-ZF-Betrieb erfolgt durch Anschalten derBetriebsspannungan den Anschluß (16). ''^'^S^v''^'^^^^^,. , • '• , .

ZF-VerstärkerDer ZF-Verstärker entspricht üblichen FM-Konzepten [7]; er ist als 6stufiger, symmetrischer,begrenzender Verstärker mit speziellenrauscharmen Eingangstransistoren konzipiert. ZurAnpassung an den nachgeschalteten Demodulatorwerden Emitterfolger eingesetzt. Die Auskopplungfür die Funktion «Feldstärkeanzeige» erfolgt in der3. und 5. ZF-Stufe.

11

Die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Mischerswird nach der beschriebenen Bewertung mit einemKondensator, der mindestens 47fi¥ haben soll, amAnschluß (5) (HF-Regelspannung) gesiebt. Die typischenGleichspannungspegel des HF-Teil sind:HF-Eingangstransistoren (6,7) l ,25 VMischereingangsgleichspannung (4) U^ — Aü^y(Bild 2. l) HF-Regelspannung (5) 0... l ,2 V

OszillatorDie Oszillatorschaltung besteht aus einem internrückgekoppelten Differenzverstärker mitGleichrichtung und nachfolgender Regelung derOszillatoramplitude.Damit kann der äußere Oszillatorschwingkreis direktangeschaltet werden, und es entfallen die bei älterenKonzepten [l] nötigen Spulenanzapfungen.Die an (2) zu messende Oszillatoramplitude wird auf (/es ss

200mV ausgeregelt. Zum Anschluß von Frequenzmeß-schaltungen usw. kann die Oszillatorfrequenz am Anschluß(3) (Emitterfolger mit /g » lOO^A) rückwirkungsarmausgekoppelt werden. Im praktischen Einsatz sind dabeigrößere kapazitive Lasten zu vermeiden, und der Fußpunktder Oszillatorspule ist an | den Anschluß (22) zuschalten. 1 Die typischenGleichspannungspegel des Oszillatorteils sind:Oszillatoranschluß(2) 2,8 V (=22)Oszillatorauskopplung (3) 13V

Z f-Verstärker mit Demodulalor. RegeüwgDas ZF-Signal wird nach der SdefcuoB —l entsprechenden- |Filtern in einem C-DiodenfeioppeteL gcDCfcka ZF-Verstär- -'

50 dB ausgeregelt (Tabelle 2-1-)- Der f—i^rirtMiliii l ist dabei so gewählt, daß oUkhe Fflkr1—^ aftfirtfciiMffl werden. Die ZF-Regehmgeifalff. Jii—aEfeaiwfB—ft—ca Koh-

des l. npn-Tnuistston (Bw^——f •r — A—cUuß 20meßbar).10

DemodulatorWie üblich wird ein als Koinzidenzdemodulatorarbeitender 4-Quadrantenmultiplizierer verwendet,wobei die Ansteuerung des FM-Phasenschieberkreises an den Anschlüssen (12) und(13) über interne Koppelkapazitäten (C-Dioden)erfolgt. Die unvermeidlichen Bahnwiderständedieser Dioden führen dabei zu einem geringenVersatz von AC/AFC = 0V und des Klirrfaktor-minimums bei Einsatz des üblichenPhasenschieberkreises. Niedrigere Klirrfaktorwerteund größere Unempfindlichkeiten bei ungenauerAbstimmung werden mit einem Bandfilterphasen-schieber nach Bild 2.6 erreicht.

Ausgangsverstärker, Feldstärkeanzeige, AFC Dasim FM-Demodulator gewonnene Signal gelangtnach HF-Siebung mit C-Dioden an die NF-Ausgangsstufe (Emitterfolger) am Anschluß (14).Der Gleichstrommittelwert des Demodulators istein Maß für die Ablage der ZF-Frequenz von derResonanzfrequenz des Phasenschieberkreises. Erwird über Stromspiegelschaltungen in einGegentaktstromsignal umgewandelt und steht amAnschluß (11) zur Ansteuerung vonNachstimmschaltungen (AFC) zur Verfügung(/max== ± 150;«A). Die Ruhespannung kann dabeizwischen + l,5Vund — l,5 V unter der Spannungam Anschluß (16) liegen. Für den praktischenEinsatz bietet sich die am Anschluß (22) vor-handene stabilisierte Spannung von etwa 2,8V an.(Die maximale Belastung von (22) darf dabei 1mAnicht überschreiten.) Zu den Steuerspannungen ausdem ZF-Verstärker wird im Demodulator eineweitere Spannung gewonnen, und zusammen mitdiesen ergibt sich die Ausgangsspannung für dengemeinsamen Feldstärkeausgang (15). Dietypischen Gleichspannungspegel im FM-Teil sind:ZF-Eingänge (8,9,10) 1,58 VDemodulatoreingang(12,13) 2,73VNF-Ausgang (14) 1,92VFeldstärkeausgang (15) O... 3V

12

2.1.3. 'Eigenschaften und Kennwerte des A 4100

Zur Dokumentation und zum Nachweis desQualitätsniveaus von IS für den HF-Einsatz ist esüblich, eine dem typischen Einsatzfallnahekommende Meßschaltung zu verwenden. Fürden A 4100 D ist dies die im Bild 2.1 enthalteneBeschaltung. Für reproduzierbare Meßwerte sinddie Filter wie folgt abzugleichen:ZI - Oszillatorkreis:/„ = 1455kHz, ß,, = 50, (Ll "146,uH) Z2 -- Mischerauskopplung: /zp = 455 kHz,mit 7?pz wird ein Leer-laufresonanzwiderstand vonllkß eingestellt (= Qy == 60). W^ wird soabgeglichen, daß vom Anschluß (4) nach (20) eineSpannungsübersetzung von — 18 dB bei Belastungvon (20) mit 3kß gemessen wird: (L2 " 68/<H, W2: Wl= l:

3,3) Z3 - FM-Demodulatorkreis: /o = 10,7MHz, 0o = 25, (L =

0,47/<H)Dem Amateur ermöglicht diese einfacheBeschaltung die Prüfung von speziell typisiertenBauelementen, wie sie von der Industrie fürBastlerzwecke angeboten werden, an Hand der inden Tabellen enthaltenen typischen Werte.

2.1.3.1. AM-Betrieb

Die in den Tabellen 2.1. und 2.2. enthaltenenParameter sowie die in den Bildern 2.2 bis 2.4gezeigten Abhängigkeiten wurden bei/e = l MHZ./NF= l kHz; m = 0,3/0,8 und üg = 10 V ermittelt.Tabelle 2.1. enthält allgemeine, für den variablenEinsatz typische Parameter des A 4100 D, mitdenen die Berechnungen von Einsatzschaltungenermöglicht werden. Der starke Frequenzgang derHF-Steilheit (-9 dB bei 30 MHz) ist durch HF-Sieb-maßnahmen in der Vorstufe begründet und stört impraktischen Einsatz nicht.Die Empfindlichkeitswerte (Tabelle 2.2.) des A4100 D sind im Vergleich zu bisherigen Konzepten[l] stark verbessert, so daß die Anpassung vonFerritantennen problemlos möglich ist. Diemaximale Eingangsspannung von Ue == 130mVbei m = 0,8 ist für den vorgesehenenHaupteinsatzfall ausreichend. Die in den Bil-13

Tabelle 2.1. Allgemeine dynamischeParameter des HF-und ZF-Teils bei AM

HF-TeBEingangswiderstand 2kflMischsteilheit ISrnSOszillatorspannung l/d,=200inVOszillatorausgangsspannung an (3) t/ef, =250 mVHF-Bandbreite 30MHz(-9dB)Regelumfang »45dBZt-TeaEingangswiderstand 2,5 kORegeleinsatzpunkt 50iuVRegelumfang 49 dBmaximale 32mVDemodulationsbandb 7,0 kHzNF-Innenwiderstand 0,271c0Tabelle 2.2. Kennwerte des A 4100 D im AM-Bereich

Parameter WertStromaufnahme (l/,»0) 14(<20)mANF-Ausgangsspannung

(ü,=20/iV;m=0,3) ,(l7 =10mV;m=0 3)

55 (> 30)mV 71 (<

NF-Klirrfaktor NF-Klirrfaktor NF-Klirrfaktor

(U, =10 mV; m =0,3)(üi=10mV;m=0,8)(£/i=100mV;m=0 8)

1,4%2 5 ( 4 5)%Störabstand

Störabstand(ü,=10/<V;m=0,3) '(üi=20/<V;m=0 3)

20 dB 25,5(> 20) dB

Regeleinsatzpunkt (JHF/4NF = lOdB/3 dB) 8/iV

Regelumfang (4NF=+6dB) 86 dB

max. Eingangsspannung (knF=10%;m=0,8) 135mV

Anzeigespannung (Ru5 = 3,3 kfl; U, = 10mV) 2,4V

Demodulationsbandbreite 6,5 kHz

(Werte in Klammem sind Grenzwerte nach TGL 43156)

iM.^

dem 2.2 bis 2.4 enthaltenen Abhängigkeiten zeigentypische Eigenschaften des A 4100 D, wobeibesonders die HF-Regelspannung t/5 (Bild 2.3) einMaß für die Einstellung des Regeleinsatzpunktesmit R-v im Bild 2. l ist. Üblich sind Werte für denHF-Regeleinsatz bei Eingangsspannungen von100... 300/<V.

' ..' ' .,--• WmVt ^ l w ' ^'"'"

t^^ • 72ml/UHF /linmV101 /••' / ——AH: m'0.3

"^^K . •;:"'< :-'-FM:&f.22,5kHz^—-. •s.''-'".^^'

iü° r^i\ ^ \\.

! \ ^ -- ..m'O»-'• •t\ ' "

s^^^ Af.O . Bild 2.2W-2 NF-Ausgangs1t r3 w'2 w~1 w0 w7 spannung im AM-

;, ; • :' . UjinrnV —-^ und FM-Betrieb

2,0

\. ^ //

^^" • /'U "1 '• y^^ 1 !/in V y /1

/ ^^ Bild 2.30,5 \\ UKCHF^WOftV .

^£ä.U|M°'KmVRegelspannung der ZF(Ui„) und des HP-Teils(Us) im AM-

0- Betrieb für einenft r3 io~1 w~' w0 iö1 m2 HF-Regeleinsatz

^MittmV——- punkt von lOO^V15

2.1.3.2. FM-Betrieb

Die in der Tabelle 2.3. und in den Bildern 2.2, 2.4 bis 2.6 enthaltenenAbhängigkeiten wurden bei / = 10,7MHz; /NF = IkHz;A/ = 22,5/75 kHz und Us = 10 V ermittelt.

16

UyinV

Bild2.4 Feldstärke-indikatorspannung imAM- und FM-Betrieb

-200 -100 fe 100 ZOO; ;.^?»Wi^. üfinkHi——

Bild 2.5AFC-Ausgangs-strom als Funktionder Verstimmungzl/im FM-Betrieb

JBBtsfc 2.3. Kennwerte des A 4100 D im FM-Bereich

Wert(Ü,=0) / 9,5(<14)mA«»-AlpngsspanDung (U,^WmV;^f'75Wt)

470(>300)mVW-nnfaktor (üi= 10mV;zlf=75kHz)

0,8(<2)%^——der Klirrfaktor

(£/,=10mV;A/=75kHz) 0,7%fcpnJMugseinsatz (zlNF=-3dB)

26(<50)/iVAM-ülerdrockung (m=0,3;4f=75kHz)

63(>55)<fflS—aintaod . (ü,= 10mV;Jf=22,5kHz)

77 dB'iicwspannung (ü,=10mV) 2,3V———alerAFC-Strom (M= ±400kHz)

145/<A'HF-hmenwderstand "ISOfl

T» ^re in Klammern sind Grenzwerte nach TGL 43156)

Die dargestellten Parameter verdeutlichen, daß niitdem A 4100 D gute dynamische Werte undbesonders in der Nähe der Begrenzerschwelle guteStörabstandswerte des Gesamtempfängers erreichtwerden. Der relativ hohe Klirrfaktor bei Einsatzeines Phasenschiebereinzelkreises, bedingt durchden nicht korrigierten Multiplizierer, kann mit derim Bild 2.6 dargestellten Anordnung wesentlichherabgesetzt werden. Der Abgleich erfolgt dabei so,daß mit dem Kreis Z l. auf A U/^pc = 0 V und mitZ 2 auf Klirrfaktorminimum wechselseitigabgeglichen wird.

2.1.4. Einsatzhinweise, NebenanwendungenFür den Einsatz des A 4100 D sind die üblichenHF-technischen Maßnahmen, wie großeMasseflächen, richtige Abblockung usw. zubeachten. Speziell im FM-Betrieb sollte derSignalfluß «quer» zur IS erfolgen. Ein typischesPlatinenlayout enthält Bild 2.9. Spezielle Hinweise:- Die AM-Eingänge (6) und (7) sind

gleichberechtigt, ein symmetrischer Betrieb istmöglich.

17

Bild 2.6 Klirrfaktor im FM-Betrieb bei Abgleich auf /AFC = 0 bei/zp=10700kHz

- Die Lastimpedanz an (4) sollte bei etwa 12kßliegen.

- Die HF-Verstärkung von (6) nach (20) sollte etwa20... 25 dB betragen. .

- Die Stromversorgung für (4) muß über einenWiderstand Ry von (17) erfolgen. DerSpannungsabfall sollte zwischen 5... 25 m Vliegen.

- Eine Widerstandskopphmg am Mischerausgangist nicht möglich. • ^VJ^,

- Um Störschwingungen zu vermeiden, sollte inReihe mit dem Oszillatorkreis und (2) einDämpfungswiderstand ("47ß) bzw. eineFerritperle geschaltet werden.

- Der Generatorwiderstand für den ZF-Verstärkersollte l kß nicht unterschreiten.

18

10600 W 700 10800

U, 33hOszillatorfremdbetrieb

Bild2.7 Linear-und Oszillatorfemdbetrieb

bei Amfür den A 4100 D

- Eine Verringerung der ZF-Verstärkung ist durchAnschalten eines Widerstandes (20... 100 kß) an(20) möglich.- Im FM-Betrieb kann die AFC-Steilheit mit demArbeitswiderstand an (11) eingestellt werden.Weitere für den Einsatz mögliche Maßnahmensindin [2] und [3] zu finden. Ein Linearbetrieb bzw. derEinsatz eines Fremdoszillators für das HF-Teil istfür spezielle Einsatzfälle in der im Bild 2.7gezeigten Weise möglich.

19

2.1.5. Typische Einsatzschaltung

Bild 2.8 zeigt eine universell einsetzbareAnwenderschaltung für Koffer- undHeimempfänger.Das AM-modulierte Eingangssignal an X 111 wirdverstärkt und mit der Oszillatorfrequenz(Oszillatorspule an X 109) in die ZF-Lagegemischt. Das Filter ZI paßt das PiezokompaktfilterS PF 455 H5 (72) an den Mischerausgang an.Eine Reduzierung der ZF-Verstärkung ist in derbereits angegebenen Weise möglich; gleichzeitigverringert sich dabei aber der ZF-Regelumfang. MitRy wird der Regeleinsatzpunkt (siehe 2.1.2.1.) andas Gesamtempfängerkonzept individuell angepaßt.Die NF-Ausgangsspannung (X 104) sollte vorallem im Kurzwellenbereich zur Reduzierung derhäufigen 5-kHz-Interierenzstö-rungen mit einemSperrfilter (V2) gesiebt werden. Der Abgleicherfolgt dabei auf Minimum mit 7?s und C* bei/„öd= 5kHz. Die Stufenverstärkung wurde so gewählt,daß bei Einsatz dieser Stufe die NF-Pegel bei AMund FM etwa gleich sind. Im FM-Betrieb wird dasEingangssignal (X 116) mit VI verstärkt, mit einemvorzugsweise Skreisigen Piezofilter (Z3) gesiebtund dem ZF-Verstärker zugeführt. NachDemodulation durch den Phasenschieberkreis Z4steht die NF an X 106 zur Weiterverarbeitungbereit. Die AFC-Anschlüsse sind:X 110 (Referenzspannung),X114(AFC-Ausgang),X 111 (AFC-Steuerspannung für den UKW-Tuner).Für die feldstärkeabhängige Steuerung desStereodecoders kann eine einstellbare Spannung anX 107 entnommen werden. Für die AM- und FM-Filter werden die neuen Filter vom VEB Hoch-frequenz Meuselwitz eingesetzt. • ZI istin der angegebenen Schaltung die für den'A 4100 Doptimale Variante. Möglich ist ein Ersatz diesesFilters durch den SP 3902 (C = l ,5 nF, Ü = 5 : l).Z4 kann mit den Spulen SP 38l3 und SP 3908realisiert werden.Ein erprobtes Leiterplattenlayout und denentsprechenden Bestückungsplan für dieEinsatzschaltung zeigen die Bilder 2.9 und 2.10.20 '

^ Bild 2.8 Einsatzschaltung für den A 4100 D mit 5-kHz-Sperrfilter (Baugruppe AI)

Bild 2.9 Leiterplatte AI22

Bild 2.10 Bestückungsplan für A l (Br. = Drahtbrücke)