Artikelen
Middengolfzendertje met Transistors
door Pieter Vos
Dit artikel beschrijft een mini middengolf zendertje met transistors.
Dit zendertje is bedoeld voor het aansturen van een of meerdere (historische)
radio's met middengolf. Immers er verdwijnen meer en meer middengolf omroepzenders
of hun programmering wordt onaantrekkelijk. Met de mini MG zender kan men de oude
radio alsnog laten spelen met muziek afkomstig uit bijvoorbeeld de eigen CD speler
of een computer.
De opzet van de mini zender bestaat uit een audio voorversterker,
de modulator en een draaggolf oscillator. Hieronder staat het complete schema
van de mini zender. Bedenk dat het zendertje al jaren geleden alleen voor eigen
gebruik ontworpen en gebouwd is, dat wil zeggen niet met de bedoeling hierover
een artikel te schrijven. Achtereenvolgens worden de onderdelen van dit schema
besproken. Daarbij wordt tevens de werking verklaard en suggesties voor
alternatieve schakelingen aangedragen.
De draaggolf oscillator. Deze is opgebouwd met een 2N412 germanium HF transistor. Deze transistor en het spoeltje zijn beide afkomstig uit een defecte Philips transistor radio. Het was er een met MG en LG en een grote ronde afstemknop die tevens de afstemschaal was, waarschijnlijk een L3X90T of een L3X91T. Het spoeltje is de oscillatorspoel uit deze radio. Ik had het geluk dat bij het weglaten van de padding condensator en het gebruik van een 500 pF afstem condensator het frequentiebereik van de oscillator precies overeen komt met de middengolf band.
Alternatieve draaggolf oscillators. Voor de nabouw is het natuurlijk erg lastig als men eerst op zoek moet naar een geschikt spoeltje uit de sloop. Maar gelukkig is de AMROH 402 spoel ook heel bruikbaar. Twee oscillator schakelingen heb ik met de 402 getest, één met een junctie FET en één met een bipolaire transistor.
De oscillator met een junctie FET is het gemakkelijkste te bouwen en werkt heel stabiel. Hoe kan het ook anders: in feite is het dezelfde Hartley type oscillator dat al door Otto Tuil is toegepast in zijn AM Microzender voor buizenradio's (zie ook onder "Artikelen" op dit forum). Erg belangrijk is de weerstand in de source leiding van de JFET, deze vermindert de harmonische vervorming van het oscillator signaal aanzienlijk. Het HF signaal kan zowel van aftak 1 als via de koppel winding (lippen 5 en 6) van de 402 spoel worden afgenomen. Evenals bij de schakeling van Otto is het wellicht nodig het signaal naar de modulator te verzwakken met een instel potentiometer van 10 kilo-ohm.
De oscillator met een bipolaire transistor is lastiger te bouwen. Voor de goede werking is ook hier een extra weerstand (vanaf aftak 1 van de 402 spoel naar de emitter) heel belangrijk. Is deze weerstand te klein dan oscilleert de schakeling op een hele "wilde" manier met vele bijsignalen. Is de weerstand te groot dan wil de oscillatie niet starten.
Vier typen bipolaire transistors heb ik uitgeprobeerd: PNP: de AF121 en de BC557, NPN: de BC547 en de BF199. Uiteraard moet de schakeling qua polariteit van de voedingsspanning aangepast zijn op de transistor: PNP of NPN. Met de AF121, BC557 en BC547 heeft de extra emitter weerstand een waarde van 470 tot 680 ohm. Bij de BF 199 is de waarde van de extra emitterweerstand nogal kritisch: rond 1000 ohm. Bij het nabouwen is het aan te bevelen een instelweerstand te gebruiken zodat - liefst met een oscilloscoop - de oscillator op een stabiele werking over het hele MG bereik kan worden afgeregeld.
Spoelgegevens van de 402. Vooral als men niet de beschikking kan krijgen over een (replica) 402 spoel, is het van belang de kritische gegevens ervan te kennen. In bezit daarvan kan men alsnog zelf een spoel wikkelen. De originele bijsluiter van de 402 spoel geeft onder meer de transformatie verhoudingen tussen de totale afstemwikkeling, diens aftakkingen en de koppelspoel. Hieruit volgt dat aftak 1 op 27% en aftak 2 op 36% van de afstemwikkeling zit, gerekend vanaf aansluiting 3. De koppelspoel (aansluitingen 5 en 6) heeft hetzelfde windingaantal als tussen aansluitingen 3 en 1 van de afstemwikkeling.
De oscillator met junctie FET werkt zowel met de source op aftak 1 als op aftak 2 prima. De oscillator met een bipolaire transistor zal - als men een zelfgewikkelde spoel gebruikt - beter werken als de aftakken dichter bij het aardingspunt van de afstemwikkeling liggen. Lang geleden heb ik voor een zelfbouw transistor radio een MG oscillator spoel gemaakt met de aftak naar de emitter op 16% en de aftak naar de collector op 20% van de afstemwikkeling. Dit werkt nog steeds perfect en - evenals de oscillator in mijn zendertje - zonder extra weerstand in de emitter leiding van de oscillerende transistor.
De nominale zelfinductie van de 402 spoel is 175 microHenry. Het totaal aantal windingen van de 402 wordt niet in de bijsluiter opgegeven. Maar bij het zelf wikkelen van een spoel komt men toch al heel snel op een ander windinggetal. Dit komt omdat het benodigde aantal windingen onder meer afhangt van de spoel diameter, de grootte van het ferriet kerntje en de ruimte van de spoelbus. Twee indicaties voor het windingaantal zijn: a) ca. 45 windingen bij een spoeltje op een 12 mm kokertje met daarin een 10 mm dik ferriet staafje en zonder spoelbus en b) ca. 125 windingen bij een 8 mm spoelvorm met kerntje in een aluminium bus van 25 mm doorsnede
De modulator. Anders dan met een triode kan met bipolaire transistors geen simpele één transistor lineaire modulator worden gebouwd. Met een triode werkt anode modulatie goed (zie het artikel "Middengolfzendertje met een ECC85"). Maar vanwege de hoge uitgangsweerstand en scherpe knik in de uitgangskromme van een bipolaire transistor werkt zo iets als "collector modulatie" niet.
Nu zijn er zogenaamde operationele transconductantie versterker IC's (OTA's) waarmee schakelingen gemaakt kunnen worden voor het vermenigvuldigen van twee analoge signalen. Daarmee zijn OTA's ook goed bruikbaar als amplitude modulator. Anders dan gebruikelijke op-amps hebben deze OTA's een relatief hoge uitgangsweerstand. Tevens is hun versterker steilheid en de maximale uitgangsstroom instelbaar met een bepaalde ingangsstroom. Met de OTA type CA3080 heb ik een testmodulator gebouwd. Het resultaat daarvan was heel goed, zowel zichtbaar op de oscilloscoop als hoorbaar op een AM radio.
Hoe de modulator met een CA3080 werkt is eenvoudig te begrijpen aan het schema van het inwendige van dit IC. (zie hieronder). Essentieel is de ingang van de schakeling die bestaat uit de transistors Q1, Q2 en Q3 en diode D1. Veronderstel dat aan ingang 5 van het IC een constante stroom wordt toegevoerd. De combinatie D1/Q3, welke een stroomspiegel vormt, zorgt er voor dat dezelfde stroomsterkte ook vanuit de emitters van Q1 en Q2 moet vloeien. Zijn de IC ingangen 2 en 3 op dezelfde spanning, dan zal door Q1 en Q2 elk de helft van de eerder genoemde stroomsterkte gaan.
Q1 en Q2 vormen samen een verschilversterker. Voert men nu bijvoorbeeld aan de basis van Q1 een kleine wisselspanning toe (terwijl de basis van Q2 zonder AC signaal blijft), dan zullen de collectors van zowel Q1 als Q2 een wisselstroom voeren, zij het in elkaars tegenfase. De stroom vanaf Q3 zal niet meer gelijk over Q1 en Q2 worden verdeeld maar tussen Q1 en Q2 heen en weer slingeren. De rest van de schakeling in het IC doet in feite niets anders dan de collector stromen van Q1 en Q2 van elkaar aftrekken en dit stroomverschil aan de IC uitgang (pen 8) presenteren. Dus bij een constante stroom naar IC ingang 5 (de "current bias input") zal de op IC ingang 2 of 3 aangelegde wisselspanning in de vorm van een wisselstroom aan de uitgang (pen 8) verschijnen. Vandaar de naam transconductantie versterker, transconductantie betekent dat een spanning omgezet wordt naar een stroom.
Belangrijk is het te bedenken dat de uitgangsstroom van een OTA weliswaar in vorm bepaald wordt door de wisselspanning op de ingangs verschilversterker (hier Q1 en Q2) maar in sterkte door de stroom aan de "bias input" (hier pen 5 naar Q3). Derhalve kan men door deze "bias input current" (langzaam) te variëren de wisselstroomsterkte aan de uitgang van de OTA eveneens variëren terwijl de wisselspanning aan de verschilversterker constant blijft. Hiermee is de amplitude modulatie bereikt. Aan de "bias input current" ingang (pen 5) voert men zowel een constante stroom toe als een audio wisselstroom. Zolang de topwaarde van de audio stroom de waarde van de constante stroom niet te boven gaat , verloopt het modulatie proces correct: aan de uitgang van de OTA verschijnt een tot 100% moduleerbare HF wisselstroom.
Terug naar het schema van mijn MG zendertje. Er zou een CA3080 in toegepast kunnen worden. Maar ik houd niet zo van IC's. Soms zijn die dingen erg lastig te verkrijgen. Bovendien nemen ze een stuk creativiteit weg bij het bedenken van schakelingen. (Elektronica ontwerpen is tegenwoordig te vaak verworden tot het opzoeken van het geschikte IC en daar nog wat rand componenten op aansluiten).
Nu het inwendige schema van de CA3080 bekend is, waarom dan niet het zendertje helemaal opgebouwd met losse transistors. Al doende kwam ik op de modulator schakeling in mijn zendertje. Het gebruik van germanium transistors ligt er vooral aan dat ik er nog de nodige van had liggen. Het exacte typenummer van de transistors is niet belangrijk. Silicium transistors zullen eveneens goed werken. De proef met de CA3080 bewijst dat al want deze is met een silicium chip opgebouwd.
De verschilversterker in de modulator van het MG zendertje bestaat uit twee HF germanium transistors. Aan één daarvan wordt het signaal uit de draaggolf oscillator toegevoerd, de basis van de andere transistor is via een condensator voor wisselspanning geaard. De emitters van het HF verschilversterker paar krijgen stroom van een LF transistor die als stroombron is geschakeld. Op zijn beurt wordt deze stroombron aangestuurd door een voorversterker transistor. De ingangsimpedantie van deze voorversterker is dusdanig hoog dat ze geschikt is voor het audio signaal uit de lijnuitgang van een audio apparaat.
Audio pre-emphasis. In de emitterleiding van de eerste audio transistor is een extra weerstand en condensator aangebracht. Wanneer deze R en C ingeschakeld zijn, ontstaat een extra versterking van de tonen van ca. 1 kHz en hoger. Deze "pre-emphasis" is nuttig om ook bij radio's met een wat smalle (middenfrequent) bandbreedte toch nog wat extra hoge tonen te laten doorkomen.
De uitgang van de modulator. Deze bestaat uit een variabel afgestemde kring met ook een 402 spoel. Vanwege de koppelwikkeling op de 402 spoel kunnen de wisselstromen uit beide collectors van de modulator HF transistors benut worden. Hiertoe is de koppelwikkeling van de 402 zo geschakeld dat deze in tegenfase is met aftak 1 van de hoofdwinding. Nu komt ook het voordeel van de toepassing van PNP transistors naar voren: bij een positieve voedingsspanning kan de uitgangsspoel toch direct aan "aarde" (tevens de minus pool) gelegd worden.
Het gemoduleerde HF signaal wordt afgenomen van aftak 2 van de 402 spoel. Deze ligt met een 1,5 kilo-ohm weerstand ook aan "aarde". Hierdoor ontstaat een demping van de uitgangskring. Deze demping is nodig opdat de spanning over de uitgangskring netjes de modulatie volgt en de kring niet blijft doortrillen in zijn eigen frequentie. Dit laatste levert vervorming op van het gemoduleerde HF signaal.
De afregeling van het MG zendertje. Men begint met het afregelen van de oscillator kring. Daarbij de uitgang van de zender tijdelijk kortsluiten zodat diens resonantie de oscillator afregeling niet verstoort. Als meetontvanger kan men een dicht in de buurt van het zendertje opgestelde MG radio met afstemoog gebruiken. Het afstemoog is hier de belangrijkste signaal indicator, immers men wil een niet gemoduleerd HF signaal meten. Een radio met een stroom-metertje als afstemindicator is natuurlijk ook goed bruikbaar.
Stem deze radio af op 520 kHz. Stel dan bij vol dichtgedraaide zender-afstemcondensator (maximale capaciteit) de oscillator spoelkern zo af dat de radio een draaggolf ontvangt uit de oscillator. Het afstemoog van de radio moet dan gaan toeknijpen en de ruis uit de luidspreker sterker worden. Vervolgens de radio afstemmen op 1620 kHz, de afstemcondensator van de zender open draaien (minimale capaciteit), en met de trimmer de oscillator afregelen zodat de radio wederom een draaggolf uit de oscillator opvangt. Beide procedures herhalen totdat men zeker weet dat de oscillator in frequentie het hele MG bereik omvat. Ook op enkele tussen gelegen frequenties testen, bijvoorbeeld op 800 en 1200 kHz.
Als de zender oscillator kring eenmaal goed afgesteld is, kan de uitgangskring getrimd worden. Dit kan wederom gebeuren met een MG radio met afstemoog of "S" meter. Sluit als kleine zendantenne een meter draad aan aan de uitgang van de zender. De radio hierbij op minimaal twee meter van de zender af plaatsen maar wel zodat het afstemoog te zien blijft. De radio zal nu vooral het signaal van de uitgangskring oppikken en niet meer het signaal van de oscillator kring.
Begin met de radio op ca. 600 kHz af te stemmen. Zet de zender ook op deze frequentie, het afstemoog van de radio moet dan al een weinig toeknijpen. Nu de kern van de zender uitgangsspoel zo regelen dat het afstemoog van de radio maximaal toeknijpt. Vervolgens de radio en de zender beide op ca. 1500 kHz afstemmen. De trimmer van de zender uitgangskring afregelen op maximale signaalsterkte op de radio. Deze procedures minimaal één keer herhalen voor een betere parallel afstemming van de zender uitgangskring met de oscillator kring.
Klaar voor gebruik. Na het afregelen is het MG zendertje klaar voor gebruik. Dit geheel met losse transistors opgebouwde zendertje geeft prima modulatie resultaten, zowel in het beeld op de oscilloscoop als hoorbaar. En dat ook bij 100% modulatie. Bovendien vraagt de zender maar heel weinig voeding en is direct aan te sluiten op de lijnuitgang van een audio bron. Met ca. drie meter antenne draad is het bereik van het zendertje door een heel woonhuis heen. Maar buiten - ca. 15 meter verderop - is het signaal al bijna niet meer op te vangen. Hieronder twee foto's van het door mij gebouwde MG transistor mini-zendertje. De behuizing van het zendertje bestaat uit een gesloopte VHF kanaalkiezer van een oude jaren 50 Philips televisie. Veel succes met het nabouwen en experimenteren met het MG zendertje.
Ontwerpvariaties. Voor de meer ervaren radio hobbyist zal het heel goed mogelijk zijn het zender ontwerp naar eigen inzicht te aan te passen. Zoals genoemd, de schakeling zal ook goed werken met silicium transistors. Tevens kan men de oscillator vervangen door een digitale schakeling met een vast 9kHz frequentieraster en de antenne uitgang kring met een vast (PI) filter. Zie daartoe de ontwerpen van Otto Tuil.
Met uiteraard de nodige aanpassingen is het zelfs mogelijk het zender ontwerp geheel met buizen op te bouwen! Anders dan bij de anodemodulatie zal hier geen audio vermogensversterker nodig zijn. Omdat de anodes van de modulator verschilversterker buizen hoge spanning voeren is uitkoppeling van het zender signaal nodig via een HF balans transformator. Ook is het wenselijk de gloeidraden van de verschilversterker buizen uit een aparte gloeistroom transformator te voeden. De kathodes van deze buizen zullen immers op ongeveer de helft van de voedingshoogspanning staan.
Hieronder is nog een schema van een zendertje met precies hetzelfde type modulator als bij mijn eigen ontwerp. Het schema werd op 27 april 2008 door John Hupse op het forum gepresenteerd.
