Der Selbstbau von Funkgeräten mit kleinen Sendeleistungen

2. Kapitel: Materialien, Werkzeuge, Meßgeräte und Konstruktionsmethoden

Autor: Peter Rachow Home


2.1 Bauteile
 
Wer sich dazu entschlossen hat, als Funkamateur seine Ausrüstung selbst zu bauen, sieht sich zuerst einmal dem Problem gegenüber, die für ein Projekt benötigten Materialien einzukaufen. Doch so groß ist dieses Problem meistens gar nicht: QRP-Geräte zeichnen sich, das wurde schon gesagt, in der Regel durch vergleichsweise einfache Schaltungsauslegung aus. Das bedeutet, daß teure Spezialbauteile, die nur schwer zu beschaffen sind, nicht verwendet werden müssen. Natürlich kann man auf dem Markt manchmal QRP-Bausätze finden, die mit sehr teuren Bauteilen aufgebaut sind. Die meisten Selbstbaugeräte werden dagegen zum überwiegenden Teil aus gewöhnlichen Standardbauteilen der Elektronik konstruiert, die nicht übermäßig schwer zu beschaffen und preisgünstig sind. Weiterhin sind die Schaltungen in diesem Buch deshalb bewußt so gehalten, daß die Anschaffung höchstleistungsfähiger, dafür aber seltener und extrem teurer ICs und Spezialteile nicht erforderlich ist. Irgendwelche Hochleistungs-ICs von auf HF-Schaltungen spezialisierten Halbleiterherstellern, mit Stückpreisen von über 40,- DM, wird der Leser/die Leserin in diesem Buch vergebens suchen.
 
Wie kommt man nun an die benötigten Teile? Nun, Standardbauteile wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und ähnliches können Sie in jedem Elektronik- und Bastlerladen in Ihrer Umgebung kaufen. Eine Liste überregionaler Versandanbieter ist im Anhang abgedruckt.
 
Dann gibt es Händler, die sich auf Hochfrequenzbauteile spezialisiert haben, auf Teile also, bei welchen man beim Kaufversuch im Elektronikladen nur ein Achselzucken oder ein mildes Lächeln erntet. Auch von diesen Anbietern gibt es im Anhang eine Liste.
 
Aber meistens ist der Kauf von neuen Bauteilen überhaupt nicht sinnvoll. Die meisten Teile liegen buchstäblich auf der Straße. Was soll denn das heißen? Ganz einfach: Wenn Sie irgendwo ein altes Radio -, Fernseh- oder gar Funkgerät entdecken können, nehmen Sie's mit! In diesen alten Teilen, die für den "normalen" Besitzer keinerlei Wert mehr haben, finden Sie unendlich viel Bauelemente, die Sie einfach nur auslöten müssen. Und schon haben Sie wieder etwas in Ihrer Bastelkiste, das Sie unter Umständen sonst nie und nimmer hätten beschaffen können. Der Verfasser ist sich zwar im Klaren darüber, daß die Sammelwut, die ein (männlicher) Funkamateur an den Tag legen kann, schwerste soziale Komplikationen mit nahestehenden Personen weiblichen Geschlechts (Freundin, Ehefrau, Mutter) verursachen kann, man sollte sich aber in solchen Fällen wenn irgend möglich durchsetzen. Es würde einem sonst etwas "ganz Wertvolles" verlorengehen!
 
Besonders interessant für den QRPer und ambitionierten Funkbastler sind alte CB-Funkgeräte, am besten solche die noch bis vor 4 oder 5 Jahren hergestellt wurden. CB-Geräte eignen sich deshalb als Materialspender so gut, weil sowohl der Frequenzbereich als auch die Leistungsklasse, in welchen diese Transceiver arbeiten, am ehesten mit denen unserer QRP-Stationen vergleichbar sind. Hier lassen sich fast alle Teile wieder verwenden. Es gibt insbesondere ideal passende Bauelemente wie Sendertransistoren, fest abgestimmte Schwingkreise für Zwischenfrequenzen (meistens 455 kHz und 10,695 MHz), SSB- und Keramikfilter, Spulen, Kondensatoren, Schalter, Potentiometer, Relais und vieles andere mehr. Sogar die Gehäuse dieser CB-Transceiver lassen sich recyceln und geben einem selbstentwickelten QRP-Gerät ein attraktives Design! Bei neueren CB-Geräten ergibt sich leider das Problem, daß nicht alle Teile ohne weiteres dem QRP-Recycling zugeführt werden können, weil die Hersteller dieser Transceiver seit einiger Zeit ebenfalls vermehrt auf SMD-Bauteile umsteigen. Die sind aber nur für den Profi-Elektroniker, und dann nur im Neuzustand interessant.
 
Beim Auslöten der Bauteile aus alten Geräten benötigt man einen starken Lötkolben, der mindestens 60 W Leistung haben sollte. Wenn die elektrische Leistung zu gering ist, kann es passieren, daß man zu lange braucht, um ein Bauteil aus der Platine herauszulösen. Die Folge ist einer unzulässige Erwärmung und damit eine mögliche Zerstörung des Teils. Dies gilt besonders für Halbleiter wie ICs und Transistoren. Man sollte daher beim Auslöten also darauf achten, daß man das Teil innerhalb weniger Sekunden aus der Platine herausgenommen hat. Sollte dies nicht möglich sein, läßt man erst mal einige Sekunden zum nächsten Versuch verstreichen, um dem gestreßten Bauelement eine Abkühlungsphase zu ermöglichen.
 
Am besten ist es, die Platine senkrecht in einen Schraubstock einzuspannen, um dann von beiden Seiten bequem arbeiten zu können. Achten Sie darauf, daß der Arbeitsplatz beim Entlöten gut belüftet ist, da unter Umständen Schadstoffe durch die hohe Temperatur freigesetzt werden können. Manche Lötzinnmischungen enthalten geringe Beimengungen von Salz- oder Schwefelsäuse (HCl bzw. H2SO4), die dann nach 1 bis 2 Stunden Reizungen der Bronchialschleimhaut hervorrufen können. Achten Sie stets darauf, den beim Löten entstehenden Dampf nicht direkt einzuatmen.
 
Doch zurück zum Thema "Bauteile". Eine weitere ergiebige Quelle für Bauteile sind Ausstellungen und "HAM-Märkte". Auf diesen Funkflohmärkten sind die Angebote an Bauteilen naturgemäß reichhaltig. Nur sollte man hier bei den Preisen vorsichtig sein, die oft ungerechtfertigt sehr hoch sind, was besonders für Drehkondensatoren und Spulen gilt.
 
2.1.1 Widerstände
 
Widerstände gibt es mit festen und variablen Werten. Festwiderstände werden in großer Zahl benötigt. Es gibt sie hauptsächlich als
 
- Kohleschichtwiderstände
- Metallfilmwiderstände
- Drahtwiderstände
 
Die ersten beiden Typen sind hervorragend für HF-Schaltungen im KW-Bereich geeignet. Für unsere Anwendungen scheiden die Drahtwiderstände dagegen jedoch von vornherein aus. In diesen Bauteilen wird Widerstandsdraht (Chrom-Nickel oder Konstantan) in kleinen Spiralen aufgewickelt, die unerwünschte und nicht kalkulierbare Induktivitäten darstellen, welche dann die Funktionsweise einer Schaltung in negativer Weise beeinflussen können oder gar ein Funktionieren unmöglich machen. Drahtwiderstände werden fast ausschließlich für Werte von 0,1 Ohm  bis ca. 50 Ohm angeboten. Sie eignen sich nur für NF- und Gleichstromanwendungen.
 
Kohleschicht- und Metallschichtwiderstände vermeiden diese Induktionseffekte. In Ihnen liegen zwar ebenfalls Spiralen aus dem Widerstandsmaterial, diese "Wicklungen" sind aber gegensinnig angeordnet. Dadurch heben sich Ihre Induktionswirkungen auf, sobald Wechselstrom durch sie fließt. Widerstände dieser Bauarten lassen sich bis weit in den VHF-Bereich verwenden, was für unsere Anwendungen mehr als ausreichend ist.
 
Kohleschichtwiderstände stellen die preisgünstigste Alternative dar. Wir benötigen sie in den meisten Fällen mit einer Belastbarkeit von 0,25 W. Für Senderstufen auch gelegentlich mit 1 bis 2 Watt maximaler Leistung. Es lohnt sich in jedem Fall, sich ein günstiges Sortiment von Widerständen anzuschaffen, wie es von verschiedenen Elektronikhändlern auf dem Versandwege angeboten werden.
 
Eine Toleranz von 10% pro Wert ist völlig ausreichend. Wir benötigen Widerstände aus der E12 Reihe:
 
10; 12; 15; 18; 22; 33; 47; 56; 68; 82; 100 und so fort.
 
Die Tabelle für die Farbkodierung findet sich im Anhang.
 
Variable Widerstände werden als Potientiometer für Frontplattenmontage und als Widerstandstrimmer für Platinenmontage angeboten. Bei diesen Typen wird eine Kohleschleifbahn auf ihrer Länge von einem beweglichen Schleifer abgetastet. Die Widerstandsverteilung auf dieser Schleifbahn bestimmt das Widerstandsverhalten in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg auf der Kohlebahn.
 
Man unterschiedet

  • lineare Potentiometer
  • logarithmische Potentiometer
Bei der ersten Art ist die Widerstandszunahme pro zurückgelegtem Weg des Schleifers über die gesamte Weglänge der Schleifbahn konstant. Das Regelverhalten ist linear, daher der Name. Bei der zweiten Gruppe wächst der Widerstand exponentiell mit dem Weg an, um sich dann langsam dem Endwert zu nähern. Logarithmische Potentiometer werden hauptsächlich als Lautstärkeeinsteller verwendet, weil das menschliche Hörempfinden ebenfalls nicht linear ist, und sich so eine dem menschlichen Ohr angemessenere und angenehmere Einstellung der Empfängerlautstärke erzielen läßt.
 
(C) Peter Rachow
(C) Peter Rachow

Abb. 1a Regelverhalten von linearem a) und logarithmischen b) Potentiometer
 
Für Widerstandstrimmer sind die Ausführungen mit 0,25 W maximaler Belastbarkeit ausreichend. Sie sind wesentlich kleiner als die 0,5 W-Typen, und deshalb besser für kompakte Geräte geeignet. Überflüssig zu sagen, daß Drahtpotentiometer ebenfalls für die Anwendung in HF-Geräten ausscheiden.
 
2.1.2 Kondensatoren
 
Kondensatoren werden mit festen und variablen Werten benötigt. Am häufigsten benötigen wir
 
2.1.2.1 Festkapazitäten
 
Festwertkondensatoren werden von uns im Bereich von 5 pF bis ca. 470 uF gebraucht. Je nach Wertebereich der Kapazität unterscheiden sich die Produktionsverfahren. Es gibt sie dann als Keramik -, Polyester- und Elektrolyt- bzw. Tantalkondenstoren.
 
Die Kapazitätswerte unter 10 nF werden vorwiegend als Kondensatoren in HF-Leitungen eingebaut. Sie können hier in den meisten Fällen als Keramikkondensatoren ausgeführt sein. Nur dort, wo es darauf ankommt, daß der Kondensator seinen Kapazitätswert mit der Temperatur möglichst nicht ändert (z.B. in VFO-Oszillatoren, siehe das Kapitel 4.3 f.), sollte man NP0-Kondensatoren oder Styroflex-Typen verwenden. Bei Kondensatoren sollte man beim Einbau weiterhin beachten, daß die Anschlußleitungen möglichst kurz gehalten werden, um unerwünschte Induktivitäten am Kondensator zu vermeiden. Diese könnten dann zu undefinierten Schwingkreisen werden, was besonders zu unerwünschten VHF-Oszillationen in einer für Kurzwelle ausgelegten HF-Verstärkerstufe führen kann.
 
Im Bereich von 10 nF bis 220 nF gibt es Polyesterkondensatoren, in Bereichen mit noch höheren Kapazitätswerten verwenden wird die preisgünstigen Elektrolyt-Kondensatoren oder die kleineren aber leider teureren Tantalkondensatoren. Diese Kondensatoren müssen dann, wenn es sich um gepolte Typen handelt, mit der vorgeschriebenen Polung eingesetzt werden. Achten Sie darauf beim Aufbau der Schaltung, sonst funktioniert das Modul nicht, oder der Kondensator raucht oder explodiert im schlimmsten Fall. Dabei werden dann ziemlich ungesunde chemische Substanzen frei (TCDD (eine Dioxin-Variante), PCB etc.).
 
2.1.2.2 Variable Kondensatoren
 
Zusätzlich zu den Festwertkondensatoren benötigen wir für einige Anwendungen variable Kondensatoren. Diese Drehkondensatoren gibt es im Handel als hochwertige Keramik- und preiswerte Hartpapiertypen. Weiterhin werden zum Einstellen von Schwingkreisen und HF-Kopplungen sogenannte Trimmkondensatoren ("Trimmer") gebraucht. Wir benötigen sie beispielsweise für VFOszillatoren, um die Frequenz des Steuerschwingkreises abstimmen zu können. Da dieser VFO die Eigenschaften und Funktionstüchtigkeit unseres Senders/Empfängers/Transceivers maßgeblich beeinflußt, beispielsweise durch seine Frequenzstabilität und genaue Einstellbarkeit, ist es wichtig, hier nicht am falschen Ende zu sparen.
 
Leider sind gerade diese wichtigen Bauteile nicht immer zu beschaffen und zudem bei hoher Qualität
etwas teurer, so daß man unter Umständen einen vorhandenen Drehkondensator durch Zerlegen und Umbau anpassen muß. Ein Umbaubeispiel für einen Hartpapier-Drehkondensator in einen Luftkondensator erläutert das Kapitel 4, wo es unter anderem um VFOs geht.
 
Zum Abstimmen von Schwingkreisen werden zusätzlich oft kleine Trimmkondensatoren verwendet. Hier ist die Ausführung als Folientrimmer am ehesten zu empfehlen. Sie werden u.a. von der Firma Valvo hergestellt und sind im Bereich mit Endkapazitäten von 6 bis 110 pF erhältlich. Hier lohnt sich ein kleiner Vorrat in verschiedenen Kapazitätswerten.
 
2.1.3 Bipolare Transistoren (NPN- und PNP-Typen)
 
Wer den Markt der angebotenen Transistortypen studiert, wird ziemlich schnell feststellen, daß schon eine kleine Angebotspalette eines Händlers 300 und mehr verschiedene Typen auflisten kann. Die Typenvielfalt ist ziemlich unübersichtlich, weil es heute für fast jede Art von Anwendung einen bestimmten Transistor gibt. Wir benötigen glücklicherweise für unsere Anforderungen in Sendern und Empfänger nur wenige verschiedene Standardtypen aus dem Bereich der Universaltransistoren, sowie solche, die speziell für HF-Anwendungen hergestellt wurden. Diese Typen sind dann wiederum relativ preisgünstig zu erhalten, so daß es in diesem Fall ebenfalls ratsam ist, sich einen kleinen Vorrat anzulegen. Dieser sollte zumindest die wichtigsten Transistoren beinhalten, die immer wieder verwendet werden.
 
Hier eine beispielhafte Liste von solchen Typen, die man immer wieder benötigt:
 
NF- und Universaltransistoren NPN:
 
Europäische Typen: BC 237, BC 238, BC 548
Amerikanische Typen 2 N 1711, 2 N 2216, 2 N 2222,
Japanische Typen: 2 SC 372, 2 SC 536, 2 SC 710, 2 SC 829 , 2 SC 945 etc.
 
HF-Transistoren NPN für kleine Leistungen
 
Europäische Typen: BF 225, BF 245
Amerikanische Typen: 2 N 4400, 2 N 3053
Japanische Typen: 2 SC 1674, 2 SC 1675
 
NF- und Universaltransistoren PNP:
 
Europäische Typen: BC 308, BC 250
Amerikanische Typen: 2 N 4037
Japanische Typen: 2 SA 473, 2 SA 733, 2 SA...
 
Diese Liste ist natürlich unvollständig, und soll nur eine kleine Orientierung darüber geben, welche Transistoren man für die Konstruktionen in diesem Buch verwenden kann. Manche Anbieter haben auch sogenannte "Transistorsortimente" im Angebot. Diese sind hervorragend geeignet, wenn Sie wenigstens einige HF-Typen enthalten.
 
Transistoren, die aus alten HF-Geräten ausgelötet wurden, sind ideal zum Wiedereinbauen im QRP-Equipment. Besonders in japanischen CB-Geräten findet man viele interessante Transistoren, die aber nicht immer genau einzuordnen sind, was ihren Typ betrifft. Meist handelt es sich um NPN-Typen, seltener um PNP-Transistoren oder FETs. Auf den meisten japanischen Transistoren kann man Aufdrucke wie den folgenden sehen:
C 710
 
Dieser Transistor ist dann z.B. ein 2 SC 710, ein NPN-Universaltransistor. Weil die meisten Japan-Transistoren in CB-Transceivern mit "2 S" beginnen, hat man diesen Teil beim Aufdrucken einfach weggelassen und beschränkt sich auf die genauere Typnummer.
 
Aus diesen Japanfunkgeräten lassen sich praktisch alle Transistoren recyceln. Insbesondere die HF-Typen, die in der Eingangsstufe des Empfängers und der Treiber- und Endstufe der Sender eingebaut sind, sind hochinteressante Objekte für den QRPer.
 
HF-Endstufentransistoren sind an ihrem großen rechteckigen Gehäuse zu erkennen, und daran, daß sie direkt mit einem Kühlblech oder dem Chassis des Transceivers verschraubt sind. Die Daten kann man sich aus einem Datenbuch beschaffen, für die gängigsten Transistoren folgt im Anhang eine Liste, so daß man weiß, welchen Typ man vor sich hat und was man damit anfangen kann. Wenn Sie HF-Leistungstransistoren aus einem alten Gerät ausbauen, heben Sie immer das dazugehörige Installationsmaterial auf, wie Plastikschrauben und die Glimmerscheiben, die zur Isolierung eingebaut wurden.
 
2.1.3.1 Die Überprüfung eines unbekannten Transistors
 
Der QRP-Konstrukteur sollte es sich allerdings zur Regel machen, einen Transistor vor dem Einbau einer Funktionsprüfung zu unterziehen, wenn er nicht wirklich fabrikneu ist. Ausgelötete Halbleiter können nämlich Defekte aufweisen, die auf zu hoher Wärmebelastung während des Auslötens beruhen. Oder sie erwischen den Transistor, der mal dafür gesorgt, daß das Gerät nicht mehr funktionierte. Also, erste Regel: gebrauchte Halbleiter vor dem Einbau prüfen!
 
Diese Überprüfung kann mit einem Ohmmeter geschehen oder besser mit einem Transistorprüfgerät, das zusätzlich eine Abschätzung der Stromverstärkung erlaubt. Oft kommt es vor daß man einen Transistor vor sich hat, von dem man zwar weiß, daß es ein bipolarer Transistortyp ist (oder sein könnte), den man vielleicht verwenden kann. Leider hat man aber die Daten, ob PNP oder NPN, nicht griffbereit, noch weiß man ob der Transistor defekt ist.
 
Bei einem bipolaren Transistor, egal ob PNP- oder NPN-Typ kann man mit einem Ohmmeter leicht überprüfen, welcher Typ vorliegt, wenn man sich das Ersatzschaltbild in Erinnerung ruft:
 
(C) Peter Rachow
(C) Peter Rachow

Abb. 1b Ersatzschaltbild des NPN-Transistors
 
Vorgehensweise am Beispiel NPN-Transistor:
 
Die Basis ist der Punkt, an dem die beiden Anoden der Dioden sich berühren. Wenn man an diesen Punkt den +-Pol des Ohmmeters (rotes Kabel) anlegt, müßte bei Durchprobieren aller Kombinationsmöglichkeiten die Kombination auftreten, bei der die beiden anderen Anschlüsse leitende Verbindung mit dem Anschluß am +-Pol (= Basis) haben. Wenn dies nicht auftritt, ist der Transistor kein NPN-Transistor oder er ist defekt.
 
2.1.3.2 Die Auswahl eines Transistors für eine Schaltung
 
Wenn Sie selbst eine Schaltung entwickeln oder einen anderen als den im Plan angegebenen Halbleitertyp in eine nachzubauende Schaltung einsetzen wollen, und sich Gedanken machen, welchen Transistortyp sie dazu benutzen können, müssen Sie einige Daten kennen. Der von Ihnen verwendete Transistor muß nämlich die Anforderungen, die an ihn in der Schaltung gestellt werden, in jeder Hinsicht erfüllen können. Ist dies nicht der Fall, funktioniert Ihr Gerät schlecht oder gar nicht. Dies gilt insbesondere dann, wenn Sie weder den vorgeschlagenen Transistor noch dessen Ersatztyp in eine Schaltung einsetzen wollen. Machen Sie sich also Gedanken, was der Transistor in der Schaltung für Eigenschaften haben soll. Wie:
 
- ist die Polarität des Transistors (NPN oder PNP)
- hoch ist die Grenzfrequenz bzw. Arbeitsfrequenz der Schaltung
- sind die Grenzdaten für Strom, Spannung, Leistung, die in der Schaltung auftreten können?
 
- Die Polarität des Transistors bestimmen Sie durch die Art der Anwendung. Meistens wird es ein NPN-Typ für NF/Universal- oder HF-Anwendungen sein. Nur dort, wo der Transistor als Schalter benutzt wird, wie bei VOX oder Sende-Empfangsumschaltung, kann es einmal ein PNP-Transistor werden.
 
- Die Grenzfrequenz wird durch die Aufgabe des Transistors in der Schaltung näher bestimmt, also ob es sich beispielsweise um einen Verstärker für Hochfrequenz handeln soll, um einen NF-Verstärker oder ob Sie mit dem Transistor nur einen Schalter realisieren wollen, der gerade mal einen Stromfluß ermöglicht oder unterbricht. Ein wichtiger Wert, den die Transistorhersteller in diesem Zusammenhang angeben, ist die sogenannte Transitfrequenz (ft). Sie sagt aus, bei welcher Frequenz die Verstärkung des Transistors auf 1 zurückgeht, also die Signalpegel am Ein- und Ausgang des Verstärkers gleich hoch sind (Verstärkung 0 dB).
 
Zur Auswahl eines Transistors anhand der Transitfrequenz:
 
Bei der Auswahl eines Transistors sollte immer beachtet werden, daß die Transitfrequenz ft dieses Transistortyps um den Faktor 5 oder besser um den Faktor 10 höher liegt, als die maximale Arbeitsfrequenz der Schaltung.
 
Beispiel: Ein Transistorverstärker in einem Sender soll für eine maximale Arbeitsfrequenz von 30 MHz ausgelegt werden. Die Transitfrequenz des Transistors in dieser Schaltung muß somit mindestens 5 * 30 MHz = 150 MHz betragen.
 
Besser, und im KW-Bereich natürlich wegen der relativ niedrigen Arbeitsfrequenzen leichter zu verwirklichen, ist sogar ein Sicherheitsfaktor von 10 bis 12.
 
- Die Grenzdaten für Strom, Spannung, Leistung bestimmen sich aus der angelegten Betriebsspannung (also meistens 12 bis 14 V), dem Strom, der über die Emitter-Kollektorstrecke fließen soll und der daraus zu berechnenden maximalen Eingangsleistung der Verstärkerstufe.
 
Die Berechnung der Eingangsleistung einer Verstärkerstufe:
(C) Peter Rachow
Es ist sinnvoll, einen Transistor hinsichtlich dieser Anforderungen so auszuwählen, daß seine maximale Verlustleistung um den Faktor 2 bis 3 größer als die maximale erwartete Eingangsleistung in dieser Stufe ist. Diese maximale Velustleistung wird vom Hersteller angegeben und darf nicht über einen längeren Zeitraum überschritten werden. Eine Daumenregel hierzu:
 
(C) Peter Rachow
 
Die Verlustleistung von sogenannten Kleinleistungsransistoren reicht vom untersten Milli-Watt-Bereich (< 20mW) bis ca. 500mW. Ab diesem Bereich spricht man von Leistungstransistoren. Die maximale Kollektor-Emitter-Spannung (UCE) liegt bei den hier angegebenen Typen bei ca. 25V. In der kommerziellen Technik werden aber manchmal Transistoren verwendet, die die 10fache Spannung als Grenzwert haben.
 
Die lebenswichtigen Angaben über die Verlustleistung und Grenzspannung eines Transistors sowie andere interessante Daten finden Sie in Tabellenbüchern. Diese werden in vielfältiger Ausführung und Umfang angeboten. Wählen Sie deshalb ein Werk, daß nicht nur einige Standardtypen wie die deutschen BC- (NF- und Universal) und BF- (Hochfrequenz) Typen behandelt, sondern möglichst auch auf amerikanische (2N...) und japanische (2SA... (PNP), 2 SC...(NPN), 2 SK...(FETs etc.)) eingeht. Denn Sie wissen ja nie, welche Transistoren Ihnen später mal über den Weg laufen.
 
2.1.3.3 Feldeffektransistoren
 
Diese Typen werden in vielen Schaltungen, hauptsächlich dort wo es um HF-Verstärkung und Mischung geht, benötigt. Diese FETs gibt es ebenfalls in vielen unterschiedlichen Ausführungen im Handel. Davon benötigen wir eigentlich nur zwei Arten:
 
- N-FETs (z.B. 2 SK 19, 2 SK 33, 2 N3819, MPF 102)
- Dual-Gate MOSFETs (z.B. 40673, 3 N 201, BF 900)
 
Der Vorteil von FETs liegt in der Tatsache, daß kein Steuerstrom fließt. Die Ansteuerung ist damit, wie man in der Fachsprache sagt, leistungslos. Der Eingang ist extrem hochohmig. FETs verhalten sich in diesem Punkt wie Röhren. Hinzu kommt, daß Feldeffekttransistoren ein besseres Großsignalverhalten zeigen. Sie werden nicht so leicht übersteuert wie bipolare Transistoren. Dies macht sie interessant für Eingangssignalverstärkung im HF-Bereich besonders in der ersten Stufe von Empfängern. Hinzu kommt ein meist gutes bis sehr gutes Rauschverhalten. Dieses Buch enthält deshalb ausschließlich mit FETs bestückte Empfängereingangsschaltungen.
 
2.1.3.4 Kühlung von Transistoren. Was bedeutet der Begriff "Verlustleistung"?
 
Schon die kleinen Leistungen der QRP-Sender erfordern bereits eine Kühlung der End- und manchmal sogar der Treiberstufentransistoren. Warum eigentlich Kühlung?
 
Die Eingangsleistung des Transistor hatten wir bereits besprochen. Sie wird als das Produkt der angelegten Betriebsspannung und den über den Transistor fließendend Strom errechnet. Ein Teil dieser Eingangsleistung wird in nutzbare Ausgangsleistung umgewandelt. Der Rest ist die sogenannte Verlustleistung, die am Transistor als Wärme auftritt.
 
(C) Peter Rachow
 
Genau betrachtet wird die Wärme nicht am Gehäuse sondern in der Sperrschicht des Transistors erzeugt. Sie muß dann von dort nach außen abgeführt werden. Die Halbleiterhersteller geben für jeden Transistor eine maximale Sperrschichttemperatur an, die nicht überschritten werden darf. Diese liegt bei Siliziumtransistoren bei ca. 200°C. Alles was längere Zeit darüber liegt, führt früher oder später zur Zerstörung des Transistors.
 
Die Größe der Kühlfläche, die man an dem Transistor anbringen muß, hängt im wesentlichen von zwei Faktoren ab. Erstens ist die Dauerverlustleistung des Transistors bestimmend. Bei Kleinleistungstransistoren in Vorstufen strahlt das Gehäuse einen Teil der Wärmeleistung als Wärmestrahlung ab, ein weiterer Teil wird über Konvektion (Wärmetransport durch die Umgebungsluft) abgeführt. Der Rest wird über die metallenen Anschlußbeinchen, die gute Wärmeleiter sind, an die Platine weitergeleitet.
 
Bei Leistungstransistoren ist dieser Wärmetransport nicht mehr ausreichend. Da diese Transistoren mit zusätzlichen Anschlüssen für Kühlbleche zur unterstützenden Wärmeabfuhr versehen sind, ist außerdem die Temperatur dieses Kühlkörpers wichtig. Je wärmer dieses ist, desto geringer ist das Temperaturgefälle zwischen Transistorsperrschicht und Kühlkörper. Damit sinkt folglich der mögliche Wärmestrom vom Transistorgehäuse nach außen.
 
Man sollte aus diesem Grund, den Kühlkörper von Leistungstransistoren immer so groß bemessen, daß diese über längere Zeit nicht wärmer als 50° C werden. Um nicht mit dem Thermometer an die Schaltung herangehen zu müssen, reicht eine einfache "Daumenregel" (diesmal in des Wortes ureigenster Bedeutung...) aus:
 
Der Mensch kann mit der Hand (in diesem Falle dem Daumen) nicht längere Zeit eine Temperatur fühlen, die höher als 50° C ist, ohne unangenehme Gefühle oder Schmerzen zu empfinden. Wenn Sie also einen Transistor 20 Sekunden mit der Hand berühren können, ohne daß es unangenehm wird, liegt die Temperatur noch im akzeptablen Bereich.
 
Die meisten Elektronikanbieter haben Transistorkühlkörper in allen möglichen Formen und Größen im Angebot. Für unsere Leistungskategorien reichen Kühlkörper mit einer Fläche von 10 bis 15 cm². Wenn man keinen Kühlkörper verwenden will, kann man das Metallgehäuse des Senders zur Kühlung heranziehen. Die Transistoren werden dann mit der Blechwand verschraubt. Dabei ist zu beachten, daß die gängigen HF-Leistungstransistoren meistens den Kollektoranschluß am Gehäuse haben. Dies hat zur Folge, daß sie isoliert eingebaut werden müssen, sonst wird die Plusspannung, die am Kollektor liegt, kurzgeschlossen. Dazu benutzt man Isolierscheiben aus Glimmer sowie zum Befestigen der Transistoren Plastikschrauben oder Isolierringe für Metallschrauben. Um einen guten Wämeübergang zwischen Transistor und Kühlblech zu erreichen, streicht man Wärmeleitpaste aus Silikon zwischen Transistor und Blech. Das sollte man allerdings nur dann tun, wenn die Schaltung endgültig in ein Gehäuse eingebaut wird. Für Probeaufbauten lohnt sich dies nicht, denn die Silikonpaste verursacht eine ziemliche Schmiererei und haftet an allem, auch an der Kleidung!
 
Für Transistoren mit Rundgehäusen (wie dem 2 N 2216 oder 2 N 3553 etc.) gibt es sternförmige Kühlkörper, die bis zu Verlustleitungen von 1 bis maximal 2 Watt auf den Transistor aufgesteckt werden. Für kleine CW-Sender, die im C-Betrieb arbeiten, sind diese völlig ausreichend. Für den A-oder AB-Betrieb von SSB-Endstufen, die permanent mit einem mehr oder weniger hohen Ruhestrom betrieben werden, wird die thermische Belastung des Transistors bei solchen kleinen Kühlkörpern dagegen zu groß.
 
2.1.4 Spulen für Hochfrequenz
 
Spulen werden hauptsächlich in drei Funktionen in HF-Schaltungen eingebaut:
 
- als Sperren für Wechselstrom (Drosseln insbesondere für HF)
- in Resonanzkreisen
- als HF-Transformatoren
 
Idealerweise kann man diese beiden Funktionen verbinden. Man erhält dann einen resonanten HF-Übertrager. Einige Beispiel für Standardanwendungen von Spulen:
 
(C) Peter Rachow
(C) Peter Rachow
Abb. 2 Standardschaltungen von Spulen und LC-Kreisen
 
Wir werden für unsere Schaltungen hauptsächlich drei Arten von Hochfrequenzspulen verwenden:
 
- Spulen auf runden Körpern mit Ferritkernen (Zylinderspulen)
- Ringkernspulen
- Drosselspulen und Ferritperlen
 
2.1.4.1 Zylinderspulen
 
Diese Spulenkörper finden sich in vielen verschiedenen Bauformen in den Angebotslisten von Anbietern, die sich auf HF-Bauteile spezialisiert haben, und natürlich als Ausschlachtteile in alten CB-Transceivern und Radios.
 
Wenn man ausgelötete Teile verwenden will, wird der Spulenkörper folgendermaßen "recycelt": Wenn die Spule einen Abschirmbecher hat, wird er vorsichtig von der Spule abgezogen. Dazu die Spule an 2 oder 3 Beinchen gleichzeitig mit einer Flachzange festhalten und den Abschirmbecher von der Spule abstreifen. Die alten Wicklungen werden anschließend vom Spulenkörper heruntergewickelt und die neuen aufgebracht. Für diese, unter Umständen etwas Fingerspitzengefühl erfordernde Arbeit, kann die Anschaffung einer kleinen Pinzette, einer spitzen Nagelschere sowie eines Vergrößerungsglases sinnvoll sein, weil man die alten Windungen manchmal aufschneiden muß, um sie vom Spulenkörper zu entfernen.
 
Für die Herstellung von Schwingkreisen aus solchen selbstgewickelten Spulen, ist das Dip-Meter ein unerläßliches Hilfsmittel. Ohne dieses ist ein selbstgebauter Schwingkreis nicht auf Resonanz zu bringen, wenn man nicht einen Meßsender besitzt. Sie brauchen für die Herstellung von kleinen Zylinderspulen (wenn diese nicht in Leistungsstufen eingebaut werden sollen) weiterhin eine Rolle Kupferlackdraht in der Stärke 0,2 mm bis 0,05 mm. In den Schaltungen in diesem Buch werden die Resonanzfrequenzen der Schwingkreise angegeben. Mit dem Dip-Meter kann dann ein Schwingkreis ausgemessen werden. Die nachfolgenden Hinweise beziehen sich allerdings nur auf die Herstellung von Zylinderspulen. Die Bemessung von Ringkernspulen wird im nächsten Abschnitt erläutert.
 
Die meisten angebotenen Zylinderspulenkörper haben einen Durchmesser von 5 bis 8 mm. Leider ist dies schon eine relativ große Spanne, so daß hier nur Richtzahlen für die Windungszahlen von Spulen für die KW-Bänder angegeben werden können. Wir gehen von einer Spule mit 6 mm Durchmesser mit einem Ferritkern aus:
 
 

80 m

25 - 40 Wndg.

40 m

16 - 20 Wndg.

20 m

12 - 16 Wndg.

15 m

10 Wndg.

10 m

6 - 8 Wndg.


Anschließend wird ein Parallelkondensator der Spule parallelgeschaltet:
 

80 m

150 - 180 pF

40 m

100 - 120 pF

20 m

68 - 82 pF

15 m

47 - 56 pF

10 m

22 - 39 pF

 
Wie bereits ausgeführt handelt es sich nur um Richtwerte. Die genaue Frequenz des Kreises wird jetzt mit dem Dip-Meter bestimmt. Anschließend wird bei großen Abweichungen von der Sollfrequenz der Parallelkondensator verändert, sonst wird der Kern nachgestimmt. Beachten Sie dabei bitte, daß ein in eine Schaltung eingebauter Schwingkreis eine niedrigere Resonanzfrequenz hat, weil die Schaltkapazitäten (besonders die der Transistoren) dem Schwingkreis parallelgeschaltet sind.
 
Wenn man von einem Spulenkörpertyp eine größere Anzahl besitzt, kann es sinnvoll sein, eine Berechnungsgrundlage zu suchen, nach der man die Spulen schnell herstellen kann, wenn man die Induktivität weiß. Das Verfahren wird noch einmal an anderer Stelle dieses Buches beschrieben, doch kurz angesprochen werden soll es schon hier:
 
Ermitteln Sie, welche Induktivität eine bestimmte Anzahl von Windungen eines Drahtes auf dem Spulenkörper ergibt. Messen Sie dazu z.B. 20 Windungen mit einem Parallelkondensator von 100 - 200 pF mit dem Dip-Meter aus. Berechnen Sie dann ausgehend von der gefundenen Resoanzfrequenz die Induktivität pro Windung. Mit diesem Wert kann man weitere Spulen leicht selber herstellen.
 
2.1.4.2 Ringkernspulen
 
Diese Spulen werden hauptsächlich in Senderschaltungen als Schwingkreisinduktivitäten und Übertrager in Treiber- und Endstufenverstärker verwendet, sowie als Breitbandübertrager in Baluns und Antennenanpaßgeräten. Auch HF-Drosseln lassen sich bequem damit herstellen.
 
DER Hersteller von Ringkernen ist die Firma Amidon Association. in den U.S.A. Bei den Senderschaltungen dieses Buches ist der genaue Typ des Ringkerns dann jeweils angegeben, den Sie dann mit dieser Bezeichnung bestellen. Diese Kerne unterscheiden sich nämlich sehr stark in dem verwendeten Kernmaterial und damit ihren elektromagnetischen Eigenschaften. Verwendet werden 2 grundverschiedene Materialien: Es werden Eisenpulver- (Kennbuchstabe "T") und Ferritringkerne ("FT") in verschiedenen Materialeigenschaften und Durchmessern angeboten. Die Materialien sind jeweils nur für einen bestimmten Frequenzbereich brauchbar.
 
Die Bezeichnungen der Kerne sind nach einem bestimmten Schema angelegt:
 
Zuerst steht der Kennbuchstabe des Materials "T" oder "FT". Die nächste Zahl ist der Durchmesser in einhundertstel Inch (1 Inch = 2,54 cm). Durch einen Strich getrennt ist die darauf folgende Zahl, welche die Nummer des Materials oder der Materialmischung bezeichnet.
 
Beispiel: Ein Kern mit der Bezeichnung "FT 50-43" ist ein Ferritringkern mit einem Durchmesser von 0,50 Inches (1,25cm) aus dem Material Nr. 43 (u = 850). Der Wert u ist die Permeabilität des Kerns. Diese beschreibt die magnetischen Eigenschaften.
 
Die Ringkerne werden in fest gerasterten Durchmessern geliefert. Generell gilt, daß die Leistung, die ein Kern aufnehmen und verarbeiten kann, mit dessen Durchmesser (und damit der Kernmasse) wächst.
 
Außendurchmesser von Amidon Ringkernen
 

Kern

Durchmesser(cm)

Kern

Durchmesser(cm)

(F)T12

0,3

(F)T16

0,4

(F)T20

0,5

(F)T25

0,65

(F)T30

0,75

(F)T37

0,95

(F)T44

1,1

(F)T50

1,3

(F)T68

1,7

(F)T80

2

(F)T94

2,4

(F)T106

2,7

(F)T130

3,3

(F)T157

4

(F)T184

4,7

(F)T200

5

(F)T225

5,7

(F)T400

10

 
Für Breitbandübertrager in den Kurzwellenschaltungen dieses Buches wird fast ausschließlich das Ferrit-Material FT..- 43 verwendet, das eine Permeabilität von 850 besitzt und von 3 bis 30 MHz eingesetzt werden kann.
 
Für Breitbandübertrager, die z.B. Baluns in KW-Dipolen und Quad-Antennen eingesetzt werden, kann unter anderem das Eisenpulvermaterial Nr. 2 mit der roten Farbkennzeichnung benützt werden (T ..-2). Es hat folgende Daten: Permeabilität 10, Frequenzbereich 1 bis 30 MHz. Für Spulen in VFOs, wenn überhaupt, ist das Material 6 (gelb) oder 10 (schwarz) geeignet.
 
2.1.4.3 Gibt es Unterschiede zwischen Ringkernspulen und Zylinderspulen?
 
Klar gibt's die! Der hauptsächliche Unterschied zwischen diesen Spulentypen liegt darin, daß das Magnetfeld beim Toroiden (ein anderes Wort für Ringkern) kreisförmig innerhalb des Kerns verläuft, und an keiner Stelle nach außen tritt. Dies hat zur Folge, daß die Spule einerseits keine Energie nach außen abstrahlt, also außerhalb des Kerns kein nachweisbares Magnetfeld (zumindest theoretisch!) vorhanden ist, und andererseits keine Energie aus magnetischen Feldern außerhalb des Ringes in die Spule induziert werden kann. Besonders für Sender ist diese Eigenschaft ideal, weil keine unkontrollierten Hochfrequenzschwingungen aus einer Spule entweichen können. Somit ist die Gefahr unerwünschter Rückkopplungen und Verkopplungen der einzelnen Senderstufen geringer. Ringkernspulen muß man aus diesem Grunde nicht gesondert abschirmen.
 
Dieser Vorteil stellt aber gleichzeitig einen geringfügigen Nachteil dar. Wenn kein magnetisches Feld aus der Spule heraustritt, kann man einen Schwingkreis, dessen Spule ein Toroid ist, nicht mit einem Dip-Meter auf seine Resonanzfrequenz hin untersuchen. Als Hilfe bleibt dann, einen dünnen Draht als Ankoppelspule zwei- oder dreimal zusätzlich über den Ringkern zu wickeln, und diese Ankoppelspule induktiv (und lose) mit der Dip-Meterspule zu koppeln:

(C) Peter Rachow 
(C) Peter Rachow
Abb. 3 Bestimmung der Resonanzfrequenz von Schwingkreisen mit Ringekernspulen
 
Eine weitere Eigenschaft von Ringkernspulen muß man bei der Konstruktion beachten: Ringkernspulen lassen sich nicht wie Zylinderspulen abstimmen. Der Spulendraht läßt sich auf dem Ring zwar verschieben und zusammendrücken, aber die Induktivität ändert sich dadurch nicht. Man schaltet also als Parallelkondensator keine Festkapazität sondern einen Folientrimmer parallel. Beim Aufbau einer Schaltung muß also etwas mehr Platz für die Parallelkapazität einkalkuliert werden. Besonders, wenn man als fortgeschrittener QRP-Konstrukteur, kompakt und mit hoher Dichte aufbaut!
 
2.1.4.4 Messungen an Schwingkreisen mit Ringkernspulen
 
Zuerst kann man jetzt direkt mit dem Dip-Meter und der oben gezeigten Hilfsschaltung die Resonanzfrequenz bestimmen. Anschließend wird mit diesem Wert die Induktivität der Spule berechnet, falls dies nötig sein sollte. Man benutzt hierzu die Thomson'sche Schwingkreisformel und löst nach L auf:
 
(C) Peter Rachow
 
Nach L aufgelöst ergibt sich
(C) Peter Rachow
 

Die Bestimmung der Resonanzfrequenz ist immer dann nötig, wenn bei einer Bauanleitung keine exakten Spulenwickelanleitungen vorgegeben sind. Und natürlich immer dann, wenn Sie andere Spulenkörper verwenden. Grundsätzlich können Sie für jede Schaltung dieses Buches, in der Schwingkreise vorkommen, Ihre eigenen Spulen wickeln. Deshalb wurden eher die Resonanzfrequenzen und die Übertragungsverhältnisse angegeben als genaue Spulenwickelvorschriften, weil manchmal bestimmte Kerne nicht zu erhalten sind.

Denken Sie dann daran, daß die Dicke des Drahtes mit der HF-Stromstärke ( HF-Leistung), die über den Schwingkreis fließt, zunehmen muß. Für HF-Leistungsübertrager in Endstufen verwenden sie am besten Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 1 mm oder etwas mehr. Für Spulen in Empfängern oder Sendervorstufen reicht Draht mit der Stärke von 0,1 bis 0,5 mm Durchmesser.

Die Bestimmung der Resonanzfrequenz ist immer dann nötig, wenn bei einer Bauanleitung keine exakten Spulenwickelanleitungen vorgegeben sind. Und natürlich immer dann, wenn Sie andere Spulenkörper verwenden. Grundsätzlich können Sie für jede Schaltung dieses Buches, in der Schwingkreise vorkommen, Ihre eigenen Spulen wickeln. Deshalb wurden eher die Resonanzfrequenzen und die Übertragungsverhältnisse angegeben als genaue Spulenwickelvorschriften, weil manchmal bestimmte Kerne nicht zu erhalten sind.

Denken Sie dann daran, daß die Dicke des Drahtes mit der HF-Stromstärke ( HF-Leistung), die über den Schwingkreis fließt, zunehmen muß. Für HF-Leistungsübertrager in Endstufen verwenden sie am besten Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 1 mm oder etwas mehr. Für Spulen in Empfängern oder Sendervorstufen reicht Draht mit der Stärke von 0,1 bis 0,5 mm Durchmesser.

2.1.4.5 Bemessung von Ringkernspulen

Die größte Schwierigkeit, die bei der Verwendung von Ringkernspulen in der Amateurliteratur beschrieben wird, ist die richtige Auswahl des Kernmaterials. Diese wird Ihnen jedoch durch die Schaltungen in diesem Buch abgenommen. Bei selbstentwickelten Schaltungen müssen Sie sich jedoch über 2 Dinge im Klaren sein:

2.1.4.5 Bemessung von Ringkernspulen

 

Die größte Schwierigkeit, die bei der Verwendung von Ringkernspulen in der Amateurliteratur beschrieben wird, ist die richtige Auswahl des Kernmaterials. Diese wird Ihnen jedoch durch die Schaltungen in diesem Buch abgenommen. Bei selbstentwickelten Schaltungen müssen Sie sich jedoch über 2 Dinge im Klaren sein:

 

a) Welcher Frequenzbereich wird gewünscht?
b) Welche Leistung soll der Toroid maximal verarbeiten können?

 

Zu a.) eine Übersicht über die Frequenzbereiche von Eisenpulvermaterialien:

 

            Material            Farbe                        Frequenz                        Permeabilität
            1-Mix                        blau                        0,5 bis 5 MHz                        20
            2-Mix                        rot                        1 bis 30 MHz                        10
            6-Mix                        gelb                        2 bis 50 MHz                        8
            10-Mix                         schwarz            10 bis 100 MHz                        6

 

Und hier für Ferrit-Ringkerne, alle Frequenzen in MHz:

 

Material            Frequenz
                        abgest. Kreis            Breitband            Drossel                        Perm.
64                        0,05 bis 4,0            5 bis 200            200 - 1000            250
33                        0,01 bis 1            1 bis 50            40 bis 150            800
43                        0,01 bis 1            1 bis 50            30 bis 600            850
77                        0,001 bis 2            0,5 bis 30            10 bis 50            2000

 

Nachdem Sie sich klar geworden sind, welches Kernmaterial Sie benötigen, müssen Sie anhand der maximalen Leistung die Größe des Toroiden ermitteln. Tabellen hierfür finden Sie im ARRL-Handbook. Die ungefähre Maximalleistung für Toroiden aus Ferritmaterial ("FT") und solchen aus Eisenpulvermix ("T") können Sie folgender Tabelle entnehmen:

 

Ferritkerne:

Kerngröße/Material            max. Power
FT 37-xx                                    1 W
FT 50-xx                                    5 W
FT 85-xx                                    20 W

 

Eisenpulverkerne:

 

Kerngröße/Material            max. Power
T-37-xx                                    5 W
T-50-xx                                    20 W
T-68-xx                                    70 W

 

Wie man leicht erkennen kann, verkraften Ferritringkerne ("FT") bei gleichem Durchmesser weniger HF-Leistung als Eisenpulverkerne ("T"). Natürlich könnte man jetzt auf die Idee kommen, nur "T"-Kerne zu verwenden. So einfach ist es jedoch auch nicht. Natürlich haben Eisenpulverkerne den Vorteil, höhere Leistungen verarbeiten zu können (bei gleichem Kerndurchmesser). Sie haben jedoch eine geringere ferromagnetische Wirkung, so daß man um die gleiche Induktivität zu erzielen, auf einen "T"-Kern wesentlich mehr Windungen wickeln muß, als auf einem "FT"-Kern. Andererseits werden "T"-Kerne nicht so schnell durch HF gesättigt, was man wiederum an der höheren Maximalleistung ablesen kann, die der Kern verkraftet. Bei eine zu hohen Leistungen wird der magnetische Fluß im Kern zu stark und die magnetischen Eigenschaften ändern sich. Man spricht dann davon, daß der Kern den Sättigungsbereich erreicht.

 

2.1.4.6 Wie berechnet man die Induktivität einer Ringkernspule?

 

Meistens ist die Frage bei der Herstellung einer Ringkernspule: "Wie viele Windungen brauche ich eigentlich, um die Induktivität, die in der Baubeschreibung für den Schwingkreis verlangt wird, zu erzielen?". Um diese Frage zu beantworten, müssen folgende Werte bekannt sein, bevor die Spule gewickelt werden kann:

 

- das Material ("FT" oder "T" und die Nummer des Kernmaterials)
- der Durchmesser des Kerns

 

Um die Anzahl der Wicklungen zu berechnen, haben die Hersteller für jeden Kern den sogenannten AL-Wert definiert. Er sagt aus, welche Induktivität man erhält, wenn auf einen bestimmten Kern (bei gegebenem Material und Durchmesser) eine bestimmte Anzahl von Windungen aufgebracht wird. Der AL-Wert ist für alle Kerne verschieden, im Anschluß folgt eine Tabelle, aus der die AL-Werte für häufig verwendete Kerne entnommen werden können:

 

AL-Wertetabelle für häufig verwendete Ferritringkerne:

 

               Material-Nummer
     Kerngröße     63/67      61      43      77
               u = 40      u = 125        u = 850        u = 2000
     FT-23      7,9          24,8        188        396
     FT-37      19,7        55,3        420        884
     FT-50      22      68      523        1100
     FT-82      22,4        73,3        557        1170
     FT-114        25,4        79,3        603        1270

 

Einheit des AL-Wertes: [mH / 1000 Windungen]

 

Die Werte der Tabelle sagen aus, welche Induktivität (in mH) man erhält, wenn man auf den Kern 1000 Windungen Kupferlackdraht aufbringt. Die Anzahl der Windungen einer Ringkernspule wird dann nach folgender Formel berechnet:

Peter Rachow 2-6

n: Anzahl der Windungen, L: benötigte Induktivität (in mH), AL: Wert aus der Tabelle (für gegebenen Kern und Material)

 


AL Wertetabelle für Eisenpulverringkerne:

                                                                        Material-Mix

                           1         2         6
         Kerngröße         blau         rot         gelb
         T-200                  250         120         100
         T-184                  500         240         195
         T-157                  320         140         115
         T-130                  200         110         96
         T-106                  325         135         11
         T-94                  160         84         70
         T-80                  115         55         45
         T-68                  115         57         47
         T-50                  100         49         46
         T-44                  105         52         42
         T-37                  80         40         30
         T-30                  85         43         36
         T-25                  70         34         27
         T-20                  52         25         22
         T-16                  44         22         19
         T-12                  48         20         17

 

Wenn diese Tabelle verwendet wird, ist die Anzahl der Windungen nach folgender, etwas geänderter Formel zu berechnen:

Peter Rachow 2-7

n: Anzahl der Windungen, L: Induktivität (diesmal in H! Vergl. vorige Tabelle), AL: Wert aus der Tabelle (für gegebenen Kern und Material)

 

2.1.4.7 Drosselspulen

 

Neben den vorher beschriebenen Induktivitäten benötigen wir weiterhin sogenannte Festinduktivitäten, die man als Drosselspulen mit fest gerasterten Induktivitätswerten erhält. Sie haben meistens die Bauform eines Widerstandes oder sind in rechteckige Kunststoffgehäuse eingebaut. Für die Projekte dieses Buches braucht man Werte von 1 mH, 2,2 mH und 10 mH. Diese Drosseln können aber keine sehr hohen Ströme verkraften, so daß man für Sender sogenannte Leistungsdrosseln braucht, über die ein höherer Strom fließen kann. Man kann sie leicht selbst herstellen, wenn man Ringkerne verwendet. Die Hinweise zur Herstellung dieser Teile sind dann beim jeweiligen Bauprojekt angegeben.

 

Eine immer für Kurzwellenanwendungen einsetzbare Universaldrossel für Hochfrequenz besteht aus 20 Windungen 0,4 mm Kupferlackdraht auf einem Ringkern FT 37-43 oder FT 50-43.

2.1.5 Integrierte Schaltungen (ICs)

 Für unsere Bauvorhaben sind integrierte Schaltungen ideal zu verwenden. Für HF-Anwendungen gibt es mittlerweile eine große Typenvielfalt von ICs für alle Arten von Funktionen. Wir QRPer brauchen allerdings nur einen kleinen (und preisgünstigen) Teil aus der Palette des Angebots. ICs werden im Rahmen dieses Buches verwendet als

 

- Mischer
- HF/ZF-Verstärker
- NF-Verstärker

 

Die Typen und die Anschlußbilder werden in den jeweiligen Schaltplänen und Baubeschreibungen näher vorgestellt. Ein Wort zum Einbau von ICs in die Platine. Da natürlich ein IC nur ein gewöhnliches Halbleiterbauelement ist, kann es jederzeit defekt werden. Es erleichtert den Austausch eines ICs ungemein, wenn es in einer Fassung steckt, und nicht direkt auf der Platine verlötet ist. Man sollte also in jedem Fall den geringen Geldbetrag für IC-Fassungen investieren, als sich später darüber zu ärgern, daß man beim Versuch ein IC auszulöten, die halbe Platine beschädigt hat, und erst einmal langwierige Reparaturarbeiten an Lötbahnen durchführen muß.

 

IC-Fassungen machen heutzutage überhaupt keine Probleme mehr, was Kontaktsicherheit betrifft. Wenn Sie ganz sicher gehen wollen, wählen Sie keine sogenannten "Low-Cost"-Fassungen, sondern solche mit gedrehten Anschlüssen. Die Probleme, die sich bei VHF-Anwendungen in Verbindung mit IC-Fassungen stellen können auf Kurzwelle vollständig vernachlässigt werden. Man kann nämlich feststellen, daß die Anschlußbeinchen Induktivitäten darstellen, die man in diesem Frequenzbereich nicht mehr unbeachtet lassen kann.

 

2.2 Der Aufbau von Schaltungen

 

Wenn man sich die Bauteile beschafft hat, und Sie vor einem auf dem Tisch liegen. ist der nächste Schritt der Aufbau der Schaltung. Zunächst muß man sich im klaren werden, ob

 

a) die Schaltung erst einmal als Experimentalaufbau grundsätzlich erprobt werden soll, oder

b) bereits erprobt wurde, etwa bei Nachbauten, und man einen Aufbau erreichen möchte, der es ermöglicht, die Schaltung z.B. in ein Gehäuse einzusetzen. In der Regel wird man dann die Schaltung auf einer Platine aufbauen.

 

2.2.1. Versuchsaufbauten auf Steckbrettern (Breadboards)

 

Steckbretter gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen im Handel. Sie bestehen aus Reihen von einzelnen Kontakten, die gruppenweise untereinander verbunden sind, und in welche die Bauelemente hineingesteckt werden. Diese Steckbretter eignen sich jedoch eher für neue Bauteile und weniger für ausgelötete aus alten Schaltungen. Die feinen Federn dieser Steckkontakte werden durch das an ausgelöteten Bauteile anhaftende Lötzinn leicht verbogen, und können dann den Kontakt nicht mehr sicher herstellen. Wenn man später einen dünnen Draht in diese geweiteten Steckplätze stecken will, kommt es öfter zu Wackelkontakten und unsicheren Verbindungen.

 

Wenn man ausgelötete Teile doch verwenden muß, lötet man dünnen Schaltdraht an die Anschlüsse an, so wird ein vorzeitiger Verschleiß des "Breadboards" verhindert.

 

Qualitativ hochwertige Steckbretter sind leider nicht ganz billig, jedoch sehr praktisch, weil ein einfacher, schneller , und vor allem variabler Aufbau einer Schaltung möglich ist. Sie werden in verschiedenen Größen angeboten, für den Anfang reicht ein Brett mit einer Größe von ca. 5 cm 15 cm Kantenlänge.

 

Eine weniger empfehlenswerte Alternative sind Steckbretter aus Gummi, die ebenfalls eine Lochrasterung im standardisierten 2,5 mm Punktraster besitzen. Sie bestehen aus einer Gummischicht mit ca. 6 bis 8  mm Dicke, in deren Löcher die Bauteile eingesteckt werden. Jedoch enthalten sie nicht die vorher beschriebenen Federkontakte und sind deshalb nur bedingt zu empfehlen. Die leitende Verbindung zwischen den eingesteckten Anschlußdrähten der Teile ist nicht immer sicher. Es ist alleine der Druck des umgebenden Gummis, der die Anschlußdrähte aneinander drückt. So kann es vorkommen, daß eine Schaltung, die korrekt entwickelt, aufgebaut und beschaltet wurde, wegen eines Wackelkontaktes nicht funktioniert. Weil dann die Ursache für das Nichtfunktionieren des Aufbaus nicht immer sofort ersichtlich ist, gibt es Frust, weil man nicht weiß, wo der Fehler liegen kann. Solche Versuchsanordnungen sind, wenn überhaupt, nur für sehr einfache Aufbauten geeignet.

 

Für kleinere Versuchsaufbauten eignen sich auch die Experimentierbrettchen von Elektronikbaukästen. Besonders das System, das Phillips bei seinen Kästen verwendete, ermöglicht Experimentalaufbauten mit hoher Kontaktsicherheit und mechanischer Stabilität. Hier wird der Kontakt sicher durch Klemmkontakte aus Federn und Haarnadelklemmen erreicht. Es ist sogar möglich mit diesem System komplette Sender und Empfänger aufzubauen.

 

2.2.2 Der endgültige Aufbau

 

Ist eine Schaltung mittels eines Experimentieraufbaus erprobt und verbessert worden, besteht sicher irgendwann der Wunsch sie in ein Gehäuse einzubauen. In der Regel werden die Teile der Schaltung dazu auf ein Platinenmaterial gelötet, wenn man von behelfsmäßigen Konstruktionsverfahren absieht (siehe "ugly construction"-Methode).

Von diesen Platinen gibt es nun mehrere verschiedene Ausfertigungen:

 

- gedruckte Schaltungen
- Lochrasterplatinen (mit und ohne Kupferauflage)

 

2.2.2.1 Gedruckte Schaltung

 
Sie stellen die sauberste und eleganteste technische Lösung dar, wie Bauteile auf einer Platine aufgebaut werden können. Leider wird dies mit einem hohen Aufwand erkauft. Bevor man nämlich mit dem Aufbau beginnen kann, muß der Verlauf der Leiterbahnen erst einmal genau geplant werden. Anschließend müssen Zeichnungen angefertigt werden, die eine fotografische Übertragung des sogenannten Layouts, also des gesamten Schaltentwurfs und der Leiterbahnen, auf ein Platinenmaterial ermöglichen. Letztlich und endlich muß die mit diesem Film belichtete Platine entwickelt und geätzt werden.

 

Solcherart Aufwand lohnt sich eigentlich nur, wenn man von einer Schaltung eine größere Anzahl Exemplare herstellen will. Das ist bei unseren QRP-Geräten aber nur selten der Fall. Ein Bauprojekt eines Funkamateurs ist wohl in den meisten Fällen ein Einzelstück, und eine geringfügige oder sogar umfangreiche Veränderung der Schaltung sollte noch im nachhinein möglich sein. Insbesondere zusätzliche Teile müssen eingebaut werden können, nachdem die Bauteile in die Platine eingelötet wurden. Gerade bei Schaltungen aus der Hochfrequenztechnik kann es oft passieren, daß Bauteile noch später in die Schaltung eingefügt werden müssen.

 

Leider kann man durch den Experimentalaufbau und die anschließenden Tests das Verhalten einer Schaltung nicht immer 100%ig vorausberechnen. Man muß sich also einige Möglichkeiten der nachträglichen Modifikation offenhalten. Wirkung und Verhalten einer Schaltung als Breadboardaufbau und als Platinenaufbau können sich (müssen aber nicht) ziemlich stark unterscheiden. Auf einer engbestückten gedruckten Platine kann man da schnell schlechte Karten haben.

 

2.2.2.2 Der Aufbau auf Lochrasterplatten

 

Dieses Verfahren vermeidet den hohen Planungs- und Herstellungsaufwand, der mit gedruckten Platinen verbunden ist. Andererseits können Schaltungen aufgebaut werden, die sehr kompakt sind (je nach Können und Erfahrung des Konstrukteurs). Es ermöglicht dem Amateur, eine Schaltung sehr schnell in eine funktionierende Platine umzusetzen. Ergänzungen und Änderungen sind ebenfalls schnell vorzunehmen, ohne zusätzliche Löcher für zusätzliche Bauteile bohren zu müssen oder Pseudoleiterbahnen mit Draht nachträglich zu ziehen.

 

Bei der Anschaffung der Lochrasterplatten, die in jedem Elektronikladen erhältlich sind, gilt es, die nachstehenden Punkte zu beachten.

 

a) Es gibt sowohl Platten, die keine Kupferauflage auf einer Seite haben, als auch solche, die einseitig oder zweiseitig mit einer lötfähigen Kupferschicht beschichtet (kaschiert) sind. Für unsere Zwecke sind die Platinen mit einseitiger Kupferauflage die am besten verwendbaren. Doppelseitig kaschierte Platinen werden nur für Senderstufen verwendet, um eine hochfrequenzmäßig sichere Abschirmung und stabile Masseverbindungen und zu erreichen. Für Oszillatoren mit veränderlicher Frequenz (VFOs) scheidet dieses Material in jedem Falle aus, weil sich die Kapazität zwischen beiden Kupferseiten mit der Temperatur stark ändert, die VFO-Frequenz also instabil würde.

 

Das Platinenmaterial, das auf keiner Seite eine Kupferauflage hat, können wir für unsere Schaltungen nicht verwenden.

 

Weiter muß die Ausführung der Kupferseite beachtet werden. Man erhält im Handel:

 

- Platinen mit parallel verlaufenden Leiterbahnstreifen (sog. Streifenleiterplatten oder Veroboardplatinen)
- Platinen mit vorgefertigten Bahnen für ICs und andere größere Komponenten sowie mit zusätzlichen normalen Lötpunkten
- Platinen, bei denen sich um jedes Loch ein Kupferring befindet.

 

Die beste Verwendbarkeit haben hier die Platinen der dritten Gruppe gezeigt. Sie erlauben einen universellen Aufbau, und lassen dem Konstrukteur die größtmögliche Freiheit bei der Anlage der Schaltung. Die Verbindungen zwischen den Lötpunkten werden entweder direkt mit Lötzinn hergestellt, wenn die Lötpunkte direkt benachbart sind, sonst mit blanken Drähtchen. Dort, wo die Ausbildung von unerwünschten Induktivitäten vermieden werden soll, wird mit Kupferfolie oder dünnem Messingblech, die man direkt auf die Platine kleben kann, die Verbindung HF-tauglich. Für weitere Grundsätze von Leitungsanordnung von HF-Schaltungen auf Lochrasterplatten lesen Sie bitte Kapitel 4.5.4.

 

Auf Lochrasterplatinen lassen sich sowohl Schaltungen für Niederfrequenz ebenso wie für Hochfrequenz sicher, dauerhaft, kompakt und von der Ausführung her sauber realisieren. Der Aufwand dabei beschränkt sich nur auf einige wenige, dafür aber sehr wichtige Vorüberlegungen zur Anordnung der Bauelemente auf der Platine und zur Plazierung der Baugruppen bei umfangreicheren Schaltungen.

 

Ein abschließednder Hinweis zum verwendeten Platinengrundmaterial soll noch gegeben werden: Man kann im Handel Lochrasterplatinen erhalten, die auf Hartpapierbasis (Pressmasse) oder Epoxidharzbasis hergestellt sind. Die letzteren sind die hochwertigeren, deren Preis deshalb natürlich dementsprechend höher liegt. Man sollte bei der Anschaffung jedoch die etwas höhere Ausgabe in Kauf nehmen, weil dieses Material mechanisch belastbarer ist, und nicht so leicht bricht.

 

2.2.2.3 Die Anordnung der Bauelemente und Teilschaltungen auf der Platine

 

Wenn man QRP-Equipment konstruiert, wird mit zunehmender Erfahrung der Wunsch aufkommen, die Aufbauten von ihren mechanischen Abmessungen her immer mehr zu komprimieren, um das entstehende Gerät möglichst klein zu halten. Dies ist mit dem Aufbau auf einer Lochrasterplatine sehr gut möglich. Im Prinzip gelten hier die gleichen Vorgehensweisen, wie man eine gedruckte Schaltung möglichst platzsparend anlegt.

 

Zuerst sollte die Anordnung der einzelnen Baugruppen (Oszillatoren, Verstärker etc.) in räumlich genau abgegrenzten Bereichen beachtet werden. Man geht so vor, daß man für jede neu hinzukommende Baugruppe den benötigten Platz auf der Platine zuerst einmal abschätzt. Dazu braucht man natürlich eine gewisse Erfahrung. Anschließend wird überlegt, wie man diese Gruppe in sich möglichst kompakt aufbauen kann. Es müssen folgende Fragen beantwortet werden:

 

a) Läßt sich die Baugruppe möglichst mit geraden Begrenzungslinien anordnen (dadurch wird kein Platz verschenkt) ?


b) Zu welchen Nachbarbaugruppen muß eine Verbindung hergestellt werden? Wie kann diese Leitung möglichst kurz geführt werden?


c) Zu welchen weiter entfernten Baugruppen muß eine Verbindung hergestellt werden (wenn dann wie: mit Draht, Kabel, oder als abgeschirmte Leitung)?. Nach Möglichkeit sollten längere Verbindungen immer auf der Unterseite der Platine geführt werden.


d) Wird eine großflächige Masseleitung benötigt (bei HF-Baugruppen immer!), wenn ja, wo liegt sie?

 

Wenn diese Fragen beantwortet sind, geht es an die Planung der Bestückung für diese Gruppe. Dabei sollte man aus Gründen der Erhöhung der Bauteiledichte darauf achten, daß Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Spulen etc. nur senkrecht, also stehend eingebaut werden. Der Verfasser geht bei dieser Problematik so vor, daß er erst die benötigten Teile von oben in die Platine einsetzt, und dann überlegt, welche Verbindungen unter der Platine zu verlegen sind. Neuplazierungen von einzelnen Schaltteilen sind jetzt nämlich noch problemlos möglich. Ein wichtiger Punkt sind dabei Kreuzungen von Leitungen, die man so gut es geht vermeiden sollte. Dies gelingt unter Umständen manchmal dadurch, daß man Bauteile als "Brücken" oberhalb der Platine nimmt, die eine räumlich größere Ausdehnung haben.

 

Ein Wort zum Lötkolben:

 

Die Schaltungen werden teilweise mit thermisch nicht ganz unempfindlichen Halbleiterbauteilen aufgebaut. Es sollte daher bei der Auswahl des Lötkolbens mit Bedacht vorgegangen werden. Ein für den Hobby-Elektroniker geeigneter Lötkolben sollte eine maximale Wärmeleistung von 15 W und eine feine, keilförmige Lötspitze haben. Als Spitze verwendet man eine sogenannte "Dauerlötspitze" die vor JEDEM(!!!) Lötvorgang an einem nassen Schwämmchen abgewischt wird, so daß sie blank ist. Anhaftender Abbrand vom Flußmittel und Zunder müssen unbedingt entfernt werden, bevor neu gelötet wird, weil sonst geringe Mengen Verunreinugngen in die Lötstelle geraten können. Diese kann dann nach einer Zeit "kalt" werden, und ein Gerät, das früher gut funktioniert hat, gibt ohne erkennbaren Grund "seinen Geist auf".

 

2.2.2.4 Andere Aufbauverfahren

 

Neben den eben vorgestellten, recht professionell wirkenden Methoden, gibt es außerdem eine Reihe alternativer Verfahren, von denen auf eines kurz eingegangen werden soll.

 

Eine einfache Aufbaumethode besteht darin, als Grundmaterial Sperrholzbrettchen zu verwenden, die eine Dicke von 8 bis 10 mm haben. Auf dieses Brettchen werden Reißnägel gesteckt (solche mit blanken Köpfen(!)), die als Lötstützpunkte dienen. Auf die Lötstützpunkte werden dann die Bauelemente direkt verlötet.

 

Der Vorteil dieser Methode liegt darin, daß die Platinenmaterialien nicht viel kosten, und die Schaltung schnell aufgebaut werden kann. Nachteilig wirkt sich aus, daß die Abmessungen des Aufbaus relativ groß sind, wobei klar ist, daß sich die Methode eher für Versuchsaufbauten eignet, als für endgültige Geräte, die in ein Gehäuse eingebaut werden sollen. Die Masseverbindungen müssen hier natürlich großflächig ausgeführt werden. Dafür kann man Streifen (1 cm breit) aus 0,1 mm Messingblech verwenden, das es u.a. im Modellbauhandel gibt. Dieses Verfahren ist als eine der sogenannten "ugly construction"-Methoden bekannt, der Name dürfte wohl für sich sprechen.

 

2.2.3 Planvolles Vorgehen bei der Konstruktion von HF-Geräten: Richtig experimentieren.

 

Leider, und das muß vorausgeschickt werden, liegt ein leidiges Problem bei der Entwicklung von hochfrequenten Sendern und Empfängern in der Tatsache, daß sich die Arbeitsweise der Schaltung nicht immer 100%ig vorherbestimmen läßt. HF-Schaltungen verhalten sich da etwas anders als NF- oder Digitalschaltungen. Ein gewisses Maß an Erfahrung ist daher nötig, um Geräte zu bauen, die umfangreicher sind. Das Experiment ist für den Amateur der Zugang zur Welt der Hochfrequenz.

Die geringfügige Veränderung einer Schaltung oder eines Bauteiles kann manchmal Wunder wirken, so daß man versuchen sollte, dort wo es sinnvoll erscheint, die Aufbauten geringfügig zu modifizieren.

 

Dies kann durch Abändern der Werte von Widerständen, Kondensatoren etc. geschehen. Transistoren können gegen andere Typen ausgewechselt werden, die Windungsverhältnisse von Transformatoren abgeändert werden etc., bei all diesen Experimenten gilt es aber, folgendes zu beachten:

 

Wenn man versucht eine Schaltung zu verbessern, sollte man sich stets an folgende Grundregel halten: Die Ergebnisse der vorigen Version werden schriftlich festgehalten. Dann wird nur ein einziger Teil der Schaltung verändert. Die Ergebnisse werden verglichen und daraus die notwendigen Schlüsse gezogen. Wenn man zwischen 2 Versionen mehrere Dinge verändert, etwa um Zeit zu sparen, weiß man später nicht welche Veränderungen ursächlich war, z.B. dafür, daß die Schaltung plötzlich die erwarteten Ergbenisse zeigt.

 

Meistens wird der QRP-Konstrukteur Funkgeräte herstellen wollen, die aus mehreren Teilbaugruppen aufgebaut sind. Diese werden in der Regel umfangreiche Schaltungen wie ganze Sender, Empfänger, Verstärker, Umschaltplatinen  und andere sein, die dann wiederum aus mehreren einzelnen Untergruppen bestehen. Wenn man jetzt den ganzen Empfänger oder Sender auf einmal aufgebaut hat, wird die Lokalisierung des Fehlers relativ schwierig, weil die nicht richtig funktionierende Verstärkerstufe oder Baugruppe nicht ganz leicht zu orten ist.

 

Fazit: Als praxisnahe Methode hat sich aus diesem Grunde der Aufbau der einzelnen Module des gesamten Gerätes in Teilschritten bewährt. Jede Baugruppe kann einzeln getestet werden, und wird dann erst mit den schon vorher entwickelten Gruppen verbunden. Dieses Verfahren wird in den folgenden Kapiteln noch genauer erläutert werden, z.B. durch den modularen Aufbau der Sender, Empfänger und Transceiver. Die "Schritt-für-Schritt"-Methode hat also den Vorteil, Fehler gleich erkennen und beseitigen zu können.

 

2.2.4 Gehäuse

 

Im Gegensatz zu anderen Autoren, die Bücher zum Thema QRP und über den Selbstbau von Amateurfunkgeräten veröffentlicht haben, ist der Verfasser dieses Buches nicht für den Gedanken zu begeistern, daß es eine gute Idee ist, als Gehäuse für die selbstgebauten Geräte alte Konservendosen und Zigarrenkisten oder ähnliche Behältnisse zu verwenden. Seien wir doch mal ehrlich, ein Funkgerät ist ein nun mal nichts anderes als ein Funkgerät und keine Fischdose. Es sollte weder so aussehen noch so riechen.

 

Investieren Sie lieber, nachdem Sie sich soviel Mühe gemacht haben, ein optimales und gut funktionierendes Gerät zu entwickeln, die 30,- oder 40,- DM, die für ein schönes und stabiles Metallgehäuse zu veranschlagen sind. Sie geben auf diese Weise Ihrer Schaltung zusätzlich ein attraktives und professionelles Äußeres. Man sollte der Konstruktion nämlich ansehen, daß Sie eine funktionierende und durchdachte Technik beinhaltet und kein Hundefutter.

 

Ganz nebenbei erhöhen Sie durch ein stabiles Gehäuse die Funktionsfähigkeit Ihrer Schaltung. Besonders Sender-, Empfänger- und Transceiverschaltungen, die mit VFOs arbeiten, sollten immer über eine ausreichende mechanische Stabilität verfügen, um eine maximale Frequenzkonstanz zu erzielen. Dies dürfte wohl in einem Dosengehäuse mit einer Blechstärke von unter 0,1 mm recht schwierig zu erreichen sein.

 

 

 

2.3 Meßgeräte

 

Da wir elektronische Schaltungen entwickeln und aufbauen wollen, werden wir kaum umhin können, Meßverfahren anzuwenden, welche das elektrische Verhalten dieser Schaltungen analysieren. Dabei geht es leider nicht ohne einen Mindeststandard, was die Meßausrüstung betrifft. Die Frage ist also, welche Meßgeräte unbedingt sofort notwendig sind, um mit dem Bauen und Testen beginnen zu können, und welche Anschaffung auf spätere Zeiten verschoben werden können.

 

2.3.1 Die Grundausstattung an Meßgeräten

 

Hierunter fällt zuallererst

 

2.3.1.1 Das Multimeter,

 

welches es ermöglicht, die drei elektrischen Grundgrößen Strom, Spannung und Widerstandswerte zu bestimmen. Im Handel befindet sich eine Vielzahl von Multimetern, die sich sehr stark in Preis und Ausstattung unterscheiden. Für unsere Zwecke ist eines der Multimeter der mittleren Preiskategorie völlig ausreichend. Es sollte über folgende Funktionen und Meßbereiche verfügen:

 

Strom: Meßbereich von 0,5 mA bis 10 A
Spannung: Meßbereich von 0,2 bis 750 V
Widerstand: Meßbereich von 0 bis 10 M

 

Die Preislage dieses Gerätes kann zwischen 50,- DM und 80,- DM liegen. Manche Meßgeräte bieten zusätzlich die Möglichkeit, Kapazitätswerte und/oder (Nieder-) Frequenzen zu messen. Unbedingt erforderlich ist dies nicht, aber ganz nett, wenn man die Option dazu hat. Das Gleiche gilt für den Wunsch, bipolare Transistoren, also NPN und PNP, direkt einer Funktionsprüfung unterziehen zu können. So kann man neben der Information über die allgemeine Funktionsfähigkeit (lebt er noch oder nicht, das ist hier die Frage!) des Transistors zusätzlich gleich eine ungefähre Angabe über die Stromverstärkung (hFE) erhalten.

 

Ob man sich für ein analog abzulesendes Multimeter (mit herkömmlicher Zeigerskala) oder ein digitales (mit Ziffernanzeige) entscheidet, ist reine Geschmackssache. Digitalgeräte sind halt einfacher abzulesen.

 

2.3.1.2 Das Dip-Meter

 

Dies ist das(!) HF-Meßinstrument für den Funkamateur schlechthin. Ein Dip-Meter ist eine Anschaffung, die sich unbedingt lohnt! Es vereinigt gleich 3 sinnvolle Meßmöglichkeiten in sich:

 

a.) Meßsender (z.B. um einen Empfänger zu prüfen)
b.) Dipper (um die Resonanzfrequenz von selbstgebauten Schwingkreisen zu ermitteln. Sehr wichtig für die Schaltungen dieses Buches!)
c.) Absorptionsfrequenzmesser (um das Arbeiten von Oszillatoren und Sendern zu prüfen)

 

Im Dip-Meter integriert ist ein einfacher Oszillator, dessen Frequenz sich auf einer geeichten Skala relativ genau ablesen läßt. Die Spulen dieses Oszillators sind auswechselbar, so daß mit den gängigen im Handel angebotenen Geräten Messungen im Bereich von 200 kHz bis 200 MHz durchgeführt werden können. Dip-Meter kosten zwischen 150,- DM und 200,- DM. Verglichen mit dem relativ hohen Preis erhält man jedoch eine ganze Menge Gegenwert. Besonders weil man zumindest am Anfang auf andere Meßgeräte (z.B. Frequenzzähler oder HF-Meßsender) verzichten kann.

 

Diese beiden eben vorgestellten Meßgeräte stellen das absolute Minimum dar, ohne deren Vorhandensein ein sinnvolles Arbeiten nicht möglich ist. Schließlich soll darauf hingewiesen werden, daß ein kommerzieller KW-Transceiver ebenfalls eine sinnvolle Ergänzung des Meßparks darstellt, wenn er natürlich kein Meßgerät im eigentlichen Sinne ist. Er ermöglicht es jedoch, zu überprüfen, ob das Signal, das z.B. ein Sender erzeugt, einigermaßen frei von störenden Nebengeräuschen ist. CW-Fans können ihre Geräte auf unerwünschte Laute wie z.B. Chirps und Tastklicks bei ihren Sendern hin untersuchen. Der SSB-Mann testet ob die Sprachmodulation von seinem SSB-Sender unverzerrt ist, und das Gerät frequenzstabil ist und so fort...

 

Anwendung des Dip-Meters:

 

Für alle jenen, die noch nie ein Dip-Meter benutzt haben, folgt hier ein kurzer Exkurs in die Handhabung dieses Instruments:

 

Für erste Versuche benötigen Sie einen Schwingkreis. Stellen Sie sich selbst einen her, indem Sie auf ein Plastikrohr mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm 30 Windungen eines beliebigen isolierten Drahtes aufwickeln.

 

Schalten Sie dieser Spule einen Kondensator mit ca. 100 pF parallel. Die Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises liegt jetzt irgendwo zwischen dem 40 m und dem 20 m-Band. Stecken Sie eine der Steckspulen des Dip-Meters ein und halten Sie das Gerät so, das die Dip-Meterspule parallel zu der Spule des Schwingkreises liegt. Der Abstand sollte ungefähr 0,5 cm betragen. Drehen Sie jetzt langsam an der Abstimmung des Dip-Meters, bis der Zeiger einen plötzlichen Abfall (DIP!) und sofort darauf einen Wiederanstieg anzeigt. Wenn sich der Zeiger zu weit in Richtung der Skalenenden bewegt, regeln sie mit dem Empfindlichkeitsregler nach, so daß sich der Zeiger immer ungefähr in der Mitte der Skala befindet.

 

Neben diesen Mindestanforderungen gibt es einige Geräte, die das Arbeiten erleichtern, die Fehlersuche vereinfachen und die Ergebnisse unserer Arbeit optimieren können. Darunter fällt zuerst einmal

 

2.3.1.3 Das Oszilloskop

 

Mit diesem Meßgerät ist es möglich, die Schwingungen, die ein Oszillator erzeugt oder ein Senderverstärker abgibt, differenziert und genau zu analysieren. Dies ist wichtig, weil wir von jedem Signal an jeder Stelle unserer Schaltung eine gewisse Vorstellung haben, oder zumindest haben sollten. Mit dem Oszilloskop läßt sich überprüfen, ob die Schaltung dann dieses erwartete Signal produziert. Meistens sucht man nach einer bestimmten Wechselspannung mit einer bestimmten Amplitude.

 

Was können wir mit dem Oszilloskop messen? Nun in erster Linie wird mit diesem Gerät die Kurvenform und die Amplitude einer Wechselspannung, egal ob Hoch- oder Niederfrequenz bestimmt und beurteilt. Wir können Aussagen machen über den Spitzenwert einer Wechselspannung, also z.B. die Ausgangsleistung eines Senders an einem 50 -Dummy-Load ermitteln.

 

Weiterhin können wir ablesen, welche Frequenz das Signal besitzt. Die Zeitablenkung des Oszilloskops ist nämlich geeicht. Dann können wir weiterhin feststellen, ob ein Verstärker, den wir mit einer sinusförmigen Spannung speisen, diese dann linear verstärkt, und eine saubere, ideal geformte, Sinusschwingung am Ausgang vorliegt.

 

Welche Oszilloskope sind geeignet?

 

Der Preis eines solchen Meßgerätes entscheidet sich an verschiedenen Faktoren. Sehr stark in den Preis geht das Herkunftsland des Gerätes und der vielleicht vorhandene Markenname ein. Preisgünstige Oszilloskope, die aus fernöstlichen Ländern wie z.B. Korea kommen, sind natürlich um einiges billiger als Geräte aus deutscher oder europäischer Produktion. Die vorliegenden Erfahrungen zeigen jedoch, daß die Eignung dieser preisgünstigen Meßgeräte für den Amateur durchweg als gut bis sehr gut bezeichnet werden kann. Schließlich sollen damit keine wissenschaftlichen Analysen durchgeführt werden. Der Verfasser benutzt seit einigen Jahren zwei verschiedene Oszilloskope, eines aus deutscher und eines aus koreanischer Fertigung. Einem Preisunterschied von über 800,- DM steht ein nur geringer Qualitätsunterschied bei den verwendeten Bildröhren und Meßverstärkern gegenüber.

 

Welche Eigenschaften sollte ein Oszilloskop für unsere Anforderungen haben?

 

Ein wichtiger Wert des Oszilloskops ist seine obere Grenzfrequenz, bis zu der (und etwas darüber hinaus) es eingesetzt werden kann. Die günstigsten Modelle haben eine Maximalfrequenz von ca. 20 MHz. Dieser Wert ist für uns gerade eben ausreichend, weil wir Funkgeräte entwickeln wollen, deren Arbeitsfrequenz nicht höher als 30 MHz liegt. Ein 40 MHz-Oszilloskop ist aber auch keine Fehlinvestition. Höher sollte man aber beim nutzbaren Frequenzbereich nicht gehen. Die Geräte werden dann sehr schnell teuer.

 

Ein wichtiges Austattungsmerkmal ist jedoch die Möglichkeit, zwei verschiedene Signale auf einmal am Bildschirm darstellen zu können. Es lohnt sich in jedem Fall, einige Mark mehr auszugeben, und ein sogenanntes Zweikanaloszilloskop zu erwerben. Insbesondere der simultane Vergleich von Eingangs- und Ausgangssignal eines Verstärkers kann ungemein aufschlußreich sein und die Fehlersuche enorm verkürzen.

 

Ein Oszilloskop sollte unbedingt weiter oben auf der Anschaffungsliste stehen, wenn man nicht die Möglichkeit hat, bei einem befreundeten OM oder im OV eines zu benutzen oder zu leihen. Rechnen Sie aber damit, daß Sie auf Dauer ein eigenes Skope brauchen, wenn Sie tiefer in die Bastelei einsteigen wollen.

 

2.3.2 Die Extras

 

2.3.2.1 NF- und HF-Generator

 

Diese Geräte sind eigentlich keine Meßgeräte im direkten Sinne, sondern erlauben es uns, unsere Schaltungen mit genau definierten Testspannungen zu speisen und so auf korrekte Funktion zu untersuchen. Wir können dann, unter Zuhilfenahme des oben erwähnten Oszilloskops, feststellen, ob

 

- ein Verstärker linear arbeitet
- und wie ein Empfänger ein HF-Signal zu demoduliert
- das Ausgangssignal unseres SSB-Senders verzerrt ist
- und vieles andere mehr...

 

 Es ist sicherlich empfehlenswert, erst einen NF-Generator anzuschaffen, weil das Dip-Meter ja ein sehr einfacher, und im Bezug auf die Amplitude und Frequenz der erzeugten HF-Spannung nicht sehr genauer HF-Generator ist. Veranschlagen Sie für diese Generatoren jeweils 200,- bis 300,- DM.

 


2.3.2.2 Die Bestimmung der Resonanzfrequenz von Schwingkreisen mit einem Meßsender

 

Wenn Sie statt einem Dip-Meter lieber einen Meßsender benutzen wollen, um festzustellen, auf welcher Resonanzfrequenz ihr selbstgebauter Schwingkreis liegt, wird Ihnen folgender einfacher Meßaufbau gute Dienste leisten. Sie brauchen zusätzlich natürlich noch ein Oszilloskop oder ein Hochfrequenzvoltmeter.

 

Abb.4 Meßaufbau zur Resonanzfrequenzbestimmung mit Meßsender und Oszilloskop

 

Der Koppelkondensator C sollte einen möglichst niedrigen Wert haben, weil die Addition der Ausgangskapazität des Meßsenders zur Kapazität des Schwingkreises zu einer niedrigeren Resonanzfrequenz führt und die Messung damit ungenau wird. Dies gilt natürlich ebenso für das Meßkabel des Oszilloskops und des Meßsenders. Deren Kapazität geht in die Messung mit ein, so daß die wirkliche Resonanzfrequenz etwas höher liegt. Wenn man diese Einflüsse weiter vermindern will, wird das Oszilloskop ebenfalls über einen Koppelkondensator angeschlossen (10 bis 22 pF). Leider geht dadurch die Meßspannung weiter zurück. Wenn die Spule eine Sekundärwindung hat, schließen Sie das Oszilloskop direkt an diese an.

 

Wenn Sie zusätzlich über eine Frequenzzähler verfügen, können Sie mit diesem Meßaufbau auch die Filterkurve von Keramik und Quarzfiltern ermitteln.

 

2.4 Fehlersuche

 

Dies ist die leidigste Angelegenheit beim Bau von eigenen Funkgeräten. Fehler treten in jedem Fall auf, man muß aus diesem Grund eine Strategie entwickeln, um sie einzugrenzen und zu entdecken. Ist der Fehler entdeckt, kann man Gegenmaßnahmen meist ganz leicht ergreifen.

 

2.4.1 Fehlertypen

 

Eine sinnvolle Vorgehensweise ist bei der Fehlersuche ganz entscheidend, wenn man nicht ziellos stunden- oder tagelang in der Gegend herumsuchen will. Fehler in den hier beschriebenen einfachen Schaltungen lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen:

 

a) Totalausfall einer Baugruppe
b) Eingeschränkte Funktion

 

Beide Arten von Fehlfunktion haben meistens eine oder mehrere klar trennbare Ursachen.

 

Zum Einen sind hier Bestückungsfehler zu nennen. Man hat beispielsweise auf einem Widerstand den roten Farbring mit einem orangenen verwechselt. Schon differiert der Widerstandswert um den Faktor 10 (Resultat: Das AUS für die meisten Schaltungen!). Dann kann es oft sein, daß man ein Bauteil an den falschen Punkt angelötet hat. Überprüfen Sie deshalb den Aufbau zu Beginn der Fehlersuche auf Bestückungs- oder Wertefehler von den eingebauten Bauteilen.

 

Zuerst muß man sich natürlich im Klaren darüber sein, was für ein Ergebnis, sprich Signal, eine Schaltung liefern soll. Dieses muß vorher definiert sein. Es ist z.B. immer im Bereich der Möglichkeiten, von einem einstufigen Verstärker eine Spannungsverstärkung von 15 bis 20 dB zu erwarten. Illusorisch ist es dagegen, von einem einstufigen Quarzoszillator eine Ausgangsspannung von 10 VSS an 50 (entspricht ca. 2 Watt HF) sehen zu wollen. Definieren Sie zuerst also immer, was Sie von der unter Test befindlichen Einheit erwarten. Dafür braucht man etwas Erfahrung, und um diese vorweg zu nehmen, ist für viele der in diesem Buch vorgestellten Baugruppen eine Erwartung formuliert.

 

 

 

 

2.4.2 Methodik bei der Fehlersuche

Eine Vorgehensweise für Hobbyelektroniker, die sich bewährt hat, soll im Folgenden beschrieben werden. Jeder Konstrukteur muß sich jedoch anhand dieser Vorlage mit der Zeit eine eigene Strategie entwickeln. So gesehen ist das folgende nur eine Richtschnur.

 

1. Schritt: "Erwartung formulieren!".

 

"Was soll die Schaltung für ein Ausgangssignal erzeugen?". Diese Frage kann ergänzt werden, wenn man definiert, bei welchem möglichen Eingangssignal man welches Ausgangssignal erwartet (etwa bei Verstärkern). Hier kann es natürlich verschiedene Möglichkeiten geben. Die meisten betreffen wohl immer Verstärkerschaltungen. Bei den HF- und NF-Verstärkern ist die Situation meistens die, daß man ein sinusförmiges Eingangssignal möglichst verzerrungsarm verstärken möchte. Daraus folgert, daß man am Ausgang des Verstärkers die gleiche Signalform wie am Eingang erwartet, nur mit einer um 15 bis 50 dB höheren Spannung, je nach Stufenanzahl des Verstärkers und deren Schaltung und dem daraus ableitbaren Verstärkungsgewinn.

 

HF- und die meisten NF-Oszillatoren (wenn es sich nicht gerade um Multivibrator oder Digitaloszillatoren handelt) sollten eine Sinusspannung am Ausgang liefern, die möglichst keine Verzerrungen aufweisen darf. Ferner sollte bei VFOs die Frequenz über einen längeren Zeitraum konstant sein.

 

Mischer liefern an ihrem Ausgang immer eine Überlagerung von mehreren Signalen, die ein Frequenzgemisch darstellen, welches dann manchmal auf dem Oszilloskop verschwommen angezeigt wird, wenn die einzelnen Komponenten dieses Frequenzgemisches in den selben Frequenzbereich fallen. Nach dem Durchlaufen eines Filters soll das Signal dann sinusförmig und frei von Beimischungen sein.

 

2. Schritt: "Fehler grob lokalisieren"

 

Wenn Sie eine Baugruppe testen, die wiederum aus mehreren verschiedenen Teilbaugruppen besteht (z.B. ein Empfänger) kreisen Sie den Fehler ein. Ermitteln Sie schrittweise, welche der Baugruppen nicht arbeitet. Liefert z.B. ein fertiger Empfänger kein Signal im Lautsprecher kann das viele Ursachen haben. Es besteht die Möglichkeit, daß der NF-Endverstärker nicht arbeitet. Es könnte aber genauso die erste Mischstufe oder die HF-Vorverstärkerstufe schuld am Ausfall sein. Testen Sie jede Stufe einzeln möglichst schon vor dem Einbau. Geben Sie z.B. auf den Eingang des Lautsprecherverstärkers einen NF-Sinuston. Hören Sie etwas im Lautsprecher? Arbeitet der Vorverstärker, der Produktdetektor, der ZF-Verstärker und so fort, wenn Sie die entsprechenden Signal auf deren Eingänge geben?

 

3. Schritt "Fehler genau lokalisieren".

 

Haben Sie die fehlerhafte Baugruppe mit dem 2. Schritt ermittelt, so können Sie an die Feinanalyse gehen. Dazu eignet sich wieder ein Mehrschrittverfahren.

 

a) Spannungsüberprüfung

 

Folgende Fragen als Hinweise bei der Überprüfung:

 

- Erhält die ganze Baugruppe Betriebsspannung?
- Befindet sich die Betriebsspannung im richtigen Wertebereich? Wenn nein, kann z.B. ein Kurzschluß in der Baugruppe einen Spannungsabfall an einem Widerstand verursachen und so wertvolle Hinweise liefern.

- Liegen an den Anschlüssen des Transistoren die richtigen Spannungswerte? (Emitter-Masse 0,1-1,2 V (abhängig von ICE und RE, Basis-Emitter 0,7 V, Kollektor-Masse 9-12 V). Wenn nein, haben die Widerstände die richtigen Werte (Basis -, Emitter -, Kollektorwiderstände)?
- Ist der Transistor defekt, kurzgeschlossen? Wird er gar heiß?
- Gelangt ein Eingangssignal (wenn vorhanden) zur Basis (Gate) des Transistors (Mit dem Oszilloskop prüfen)?
- Liegt direkt am Kollektor (Drain) eine Wechselspannung an. Ist sie verstärkt?
- Erhält die Schaltung Masseverbindung

Überprüfen Sie anschließend die Bestückung:


- Haben alle Bauteile die richtigen Werte?
- Sind alle Bauteile mit den angrenzenden Teilen so verschaltet wie es der Schaltplan zeigt?
- Sind alle Bauteile richtig elektrisch verbunden? Gibt es kalte Lötstellen? (erkennbar an mattem oder fehlenden Glanz der Oberfläche) Messen Sie im Zweifelsfall mit dem Ohmmeter nach.


Vorsicht! Manchmal sind Übergangswiderstände dieser Lötstellen temperaturabhängig. also kann man nicht immer ein eindeutiges Ergebnis erwarten. Benutzen Sie dann Kältespray oder auch mal eine Wärmequelle.
- Haben Kondensatoren oder Transistoren Kurzschlüsse?

 

Die vorstehenden Ausführungen sind natürlich nur Hinweise, wie man vorgehen kann. Suchen Sie jedoch nie wahllos in der Schaltung nach dem Zufallsprinzip herum, immer nach der Devise "Irgend etwas werde ich schon finden!". Erarbeiten Sie sich eine eigene Methodik, die Sie dann ständig verbessern und anpassen können. Planloses Vorgehen kostet Zeit und Nerven! Und das kostet Spaß!