Funkstrecken

(a) Kristallradio. (b) Modulierte HF an der Antenne. (c) Gleichgerichtete HF an der Diodenkathode, ohne C2-Filterkondensator. (d) Demoduliertes Audio zu Kopfhörern.

Ein Antennenerdungssystem, ein Schwingkreis, ein Spitzenwertdetektor und ein Kopfhörer sind die Hauptkomponenten eines Quarzradios, wie in Abbildung (a) gezeigt. Die Antenne absorbiert übertragene Funksignale (b), die über die anderen Komponenten zur Erde fließen. Die Kombination von C1 und L1 umfasst einen Resonanzkreis, der als Tankkreis bezeichnet wird. Sein Zweck besteht darin, eines aus vielen verfügbaren Funksignalen auszuwählen. Der variable Kondensator C1 ermöglicht die Abstimmung auf die verschiedenen Signale. Die Diode lässt die positiven Halbzyklen der HF durch und entfernt die negativen Halbzyklen (c). C2 ist so bemessen, dass es die Funkfrequenzen aus der HF-Hüllkurve (c) herausfiltert und Audiofrequenzen (d) an das Headset weiterleitet. Beachten Sie, dass für ein Quarzradio kein Netzteil erforderlich ist. Eine Germaniumdiode mit einem geringeren Durchlassspannungsabfall bietet eine höhere Empfindlichkeit als eine Siliziumdiode.

Während oben magnetische 2000Ω-Kopfhörer abgebildet sind, ist ein Keramikkopfhörer, der manchmal auch als Kristallkopfhörer bezeichnet wird, empfindlicher. Der Keramikkopfhörer ist für alle außer den stärksten Funksignalen wünschenswert.

Die Schaltung in der Abbildung unten erzeugt eine stärkere Ausgabe als der Quarzdetektor. Da der Transistor im linearen Bereich nicht vorgespannt ist (kein Basisvorspannungswiderstand), leitet er nur für positive Halbzyklen des HF-Eingangs und erkennt die Audiomodulation. Ein Vorteil eines Transistordetektors ist die Verstärkung zusätzlich zur Detektion. Diese leistungsstärkere Schaltung kann problemlos magnetische 2000Ω-Kopfhörer ansteuern. Beachten Sie, dass der Transistor ein Germanium-PNP-Gerät ist. Dies ist wahrscheinlich aufgrund der niedrigeren 0,2 V VBE im Vergleich zu Silizium empfindlicher. Ein Siliziumgerät sollte jedoch immer noch funktionieren. Vertauschen Sie die Polarität der Batterie für NPN-Siliziumgeräte.

TR Eins, ein Transistorradio. No-Bias-Widerstand bewirkt den Betrieb als Detektor

Die 2000Ω-Kopfhörer sind nicht mehr weit verbreitet. Die üblicherweise bei tragbaren Audiogeräten verwendeten Ohrhörer mit niedriger Impedanz können jedoch ersetzt werden, wenn sie mit einem geeigneten Audiotransformator gekoppelt werden.

Die Schaltung in der Abbildung unten fügt dem Quarzdetektor einen Audioverstärker hinzu, um die Kopfhörerlautstärke zu erhöhen. Die ursprüngliche Schaltung verwendete eine Germaniumdiode und einen Transistor. Die Germaniumdiode kann durch eine Schottky-Diode ersetzt werden. Ein Siliziumtransistor kann verwendet werden, wenn der Basis-Bias-Widerstand gemäß der Tabelle geändert wird.

Kristallradio mit einem Transistor-Audioverstärker, Basisvorspannung

Für mehr Quarz-Radioschaltungen, einfache Ein-Transistor-Radios und fortschrittlichere Radios mit niedriger Transistorzahl.

Regency TR1:Erstes seriengefertigtes Transistorradio, 1954

Die Schaltung in der Abbildung unten ist ein AM-Radio mit integrierter Schaltung, das alle aktiven Hochfrequenzschaltungen in einem einzigen IC enthält. Alle Kondensatoren und Induktivitäten, zusammen mit einigen Widerständen, befinden sich außerhalb des ICs. Der variable 370-pF-Kondensator stimmt das gewünschte HF-Signal ab. Der variable 320 pF-Kondensator stimmt den lokalen Oszillator 455 KHz über das HF-Eingangssignal ab. Die Frequenzen des HF-Signals und des Lokaloszillators mischen sich und erzeugen die Summe und Differenz der beiden an Pin 15. Das externe 455-kHz-Keramikfilter zwischen den Pins 15 und 12 wählt die 455-kHz-Differenzfrequenz aus. Der größte Teil der Verstärkung befindet sich im Zwischenfrequenz-(ZF)-Verstärker zwischen den Pins 12 und 7. Eine Diode an Pin 7 stellt Audio von der ZF wieder her. Ein Teil der automatischen Verstärkungsregelung (AGC) wird wiederhergestellt und auf DC gefiltert und an Pin 9 zurückgeführt.

IC-Radio

Die Abbildung unten zeigt die konventionelle mechanische Abstimmung (a) des HF-Eingangstuners und des Lokaloszillators mit Varactor-Dioden-Abstimmung (b). Die vermaschten Platten eines dualen variablen Kondensators sorgen für ein sperriges Bauteil. Es ist wirtschaftlich, sie durch Varicap-Abstimmdioden zu ersetzen. Das Erhöhen der Sperrspannung Vtune verringert die Kapazität, was die Frequenz erhöht. Vtune könnte durch ein Potentiometer erzeugt werden.

IC-Radiovergleich von (a) mechanischer Abstimmung mit (b) elektronischer Varicap-Diodenabstimmung.

Die Abbildung unten zeigt ein AM-Radio mit noch geringerer Teileanzahl. Die Ingenieure von Sony haben den Zwischenfrequenz (IF)-Bandpassfilter in den 8-Pin-IC integriert. Dadurch entfallen externe ZF-Übertrager und ein ZF-Keramikfilter. Für den Hochfrequenz-(RF)-Eingang und den Lokaloszillator werden weiterhin LC-Abstimmkomponenten benötigt. Die variablen Kondensatoren könnten jedoch durch Varicap-Abstimmdioden ersetzt werden.

Kompakt-IC-Funkgerät eliminiert externe ZF-Filter

Die folgende Abbildung zeigt ein UKW-Radio mit geringer Teileanzahl basierend auf einem integrierten Schaltkreis TDA7021T von NXP Wireless. Die sperrigen externen ZF-Filtertransformatoren wurden durch R-C-Filter ersetzt. Die Widerstände sind integriert, während die Kondensatoren extern sind. Diese Schaltung wurde aus Abbildung 5 im NXP-Datenblatt vereinfacht. Siehe Abbildung 5 oder 8 des Datenblatts für die weggelassene Signalstärkeschaltung. Die einfache Abstimmschaltung stammt aus der Testschaltung in Abbildung 5. Abbildung 8 hat einen aufwendigeren Tuner. Datenblatt Abbildung 8 zeigt ein Stereo-FM-Radio mit einem Audioverstärker zum Ansteuern eines Lautsprechers.

IC FM-Radio, Signalstärkeschaltung nicht gezeigt

Für ein Bauvorhaben wird das vereinfachte UKW-Radio in der obigen Abbildung empfohlen. Wickeln Sie für den 56-nH-Induktor 8 Windungen von #22 AWG blankem Draht oder Magnetdraht auf einen 0,125-Zoll-Bohrer oder einen anderen Dorn. Entfernen Sie den Dorn und dehnen Sie ihn auf die Länge von 0,6 Zoll. Der Abstimmkondensator kann ein Miniatur-Trimmerkondensator sein.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für einen HF-Verstärker mit gemeinsamer Basis (CB). Dies ist eine gute Illustration, weil es mangels eines Bias-Netzwerks wie ein CB aussieht. Da kein Bias vorhanden ist, handelt es sich um einen Klasse-C-Verstärker. Der Transistor leitet für weniger als 180 ° des Eingangssignals, da für 180 ° Klasse B mindestens 0,7 V Vorspannung erforderlich wären. Die Konfiguration mit gemeinsamer Basis hat eine höhere Leistungsverstärkung bei hohen HF-Frequenzen als mit gemeinsamem Emitter. Dies ist ein Leistungsverstärker (3/4 W) im Gegensatz zu einem Kleinsignalverstärker. Die Eingangs- und Ausgangs-π-Netzwerke passen den Emitter und den Kollektor an die koaxialen 50-Ω-Eingangs- bzw. -Ausgangsanschlüsse an. Das Ausgangs-π-Netzwerk hilft auch beim Filtern von Harmonischen, die vom Klasse-C-Verstärker erzeugt werden. Allerdings würden von modernen Emissionsstandards wahrscheinlich mehr Abschnitte erforderlich sein.

Klasse C HF-Leistungsverstärker mit gemeinsamer Basis, 750 mW. L1 =#10 Cu-Draht 1/2 Umdrehung, 5/8 Zoll ID mal 3/4 Zoll hoch. L2 =#14 verzinnter Cu-Draht 1 1/2 Umdrehungen, 1/2 Zoll ID mit 1/3 Zoll Abstand.

Ein Beispiel für einen HF-Verstärker mit hoher Verstärkung in Basisschaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Basisschaltung kann auf eine höhere Frequenz gebracht werden als andere Konfigurationen. Dies ist eine Konfiguration mit gemeinsamer Basis, da die Transistorbasen für Wechselstrom durch 1000 pF-Kondensatoren geerdet sind. Die Kondensatoren sind (im Gegensatz zu Klasse C, vorherige Abbildung) erforderlich, damit der 1KΩ-4KΩ-Spannungsteiler die Transistorbasis für den Klasse-A-Betrieb vorspannt. Die 500Ω-Widerstände sind Emitter-Bias-Widerstände. Sie stabilisieren den Kollektorstrom. Die 850Ω Widerstände sind Kollektor-DC-Lasten. Der dreistufige Verstärker bietet eine Gesamtverstärkung von 38 dB bei 100 MHz mit einer Bandbreite von 9 MHz.

Kleinsignalverstärker der Klasse A mit hoher Verstärkung

Ein Kaskode-Verstärker hat eine große Bandbreite wie ein Basisverstärker und eine mäßig hohe Eingangsimpedanz wie eine gemeinsame Emitter-Anordnung. Die Vorspannung für diesen Kaskodenverstärker (Abbildung unten) wird in einem Beispielproblem Ch 4 ausgearbeitet.

Klasse-A-Kaskaden-Kleinsignalverstärker mit hoher Verstärkung

Diese Schaltung wird im Abschnitt „Cascode“ des BJT-Kapitels Ch 4 simuliert. Verwenden Sie HF- oder Mikrowellentransistoren für den besten Hochfrequenzgang.

PIN-Dioden-T/R-Schalter trennt den Empfänger während des Sendens von der Antenne

PIN-Dioden-Antennenschalter für Peilempfänger

PIN-Dioden-Abschwächer:PIN-Dioden funktionieren als spannungsvariable Widerstände

Die PIN-Dioden sind in einem -Dämpfernetzwerk angeordnet. Die Anti-Reihen-Dioden heben im Vergleich zu einer einzelnen Reihen-Diode einige harmonische Verzerrungen auf. Die feste 1,25-V-Versorgung spannt die parallelen Dioden in Vorwärtsrichtung vor, die nicht nur Gleichstrom über die Widerstände von Masse leiten, sondern auch HF über die Kondensatoren der Dioden nach Masse leiten. Die Steuerspannung Vcontrol erhöht den Strom durch die parallelen Dioden, wenn er ansteigt. Dies verringert den Widerstand und die Dämpfung und leitet mehr HF vom Eingang zum Ausgang. Die Dämpfung beträgt ca. 3 dB bei Vcontrol =5 V. Die Dämpfung beträgt 40 dB bei Vcontrol =1 V mit flachem Frequenzgang bis 2 GHz. Bei Vcontrol=0,5 V beträgt die Dämpfung 80 dB bei 10 MHz. Der Frequenzgang variiert jedoch zu stark, um verwendet zu werden.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt Grundlagen der Funkkommunikation