W7ZOI DC-Receiver 40 m Nachbau

Impedanz nach Poti

Bei den Eingangsfiltersimulationen setzte ich 120 Ω am Eingang an, nicht ohne Grund.
Zwischenzeitlich hatte ich zwar einen kleinen Denkfehler, hier die Erklärung, warum 120 Ω gut passt.
Es wird angenommen, der Eingang ist an einer Quelle 50 Ω angeschlossen oder mit 50 Ω abgeschlossen.

Wir haben einen Widerstandsteiler mit 500 Ω plus 50 Ω, beide Enden an GND.
Der Schleifer geht an das Eingangsfilter, der resultierende Widerstand an dem Punkt interessiert uns.
Stellen wir den Spannungsteiler mittig ein, Poti bei lin fast mittig, haben wir zweimal 275 Ω.
Da beide Enden mit GND verbunden sind, haben wir zweimal 275 Ω parallel, also 137,5 Ω.
Das ist der maximale Wert, den das Filter als Eingangsimpedanz sehen kann.
An den Enden sieht es natürlich anders aus, bei Linksanschlag haben wir auch am Schleifer 0 Ω.
Bei Rechtsanschlag, Vollpegel, haben wir 50 Ω parallel 500 Ω Poti, ergibt 45 Ω am Schleifer.

Was passiert, wenn das Poti auf 3/4 steht?
Dann haben wir 375 Ω parallel (125 Ω + 50 Ω), ergibt 119 Ω, also praktisch die angenommenen 120 Ω.
Links in Richtung GND ist es ähnlich, da haben wir den Punkt mit 120 Ω bei etwa 1/3.
Lassen wir 120 +/- 17,5 Ω zu, SWR mit gut 1,1 vernachlässigbar, haben wir einen weiten Einstellbereich.
Spaßeshalber machte ich mit Ohmmeter Messung am Objekt, Berechnung mit Messwerten bestätigt.
Offensichtlich hat auch hier im Zusammenhang mit dem Eingangsfilter W7ZOI wieder prima nachgedacht!

73, Andreas

Temperaturabhängigkeit Oszillator

Wie zu erwarten, wandert der Oszillator natürlich etwas bei dieser einfachen Schaltung.
Entwarnung, die Drift ist ähnlich wie bei älteren Funkgeräten ohne PLL und Prozessor beim VFO.
Gemessen habe ich mit einem Frequenzzähler Eigenbau, der bis auf 10 Hz auflöst.
Sein Eingang ist hinreichend empfindlich, Messung ohne den zuvor beschriebenen Vorverstärker.
Die ersten drei Stunden lag die Zimmertemperatur praktisch konstant bei 21 °C.

Am stärksten wanderte der Oszillator direkt nach dem Einschalten, die Frequenz sank um 360 Hz.
Nach 10 Minuten war der VFO soweit stabil, wanderte die nächsten 15 Minuten nur noch um 20 Hz.
Danach sank die Frequenz nochmals langsam um ca. 40 Hz, dauerte aber nur wenige Minuten.
Interessanterweise stieg ab der 90. Minute die Frequenz wieder, etwa 100 Hz mehr als nach Warmlauf.
Die nächste 90 Minuten blieb die Frequenz bis auf +/- 20 Hz wieder soweit konstant.
Anschließend machte ich Feuer im Kaminofen, deswegen natürlich erst mal Messreihe unterbrochen.

Welche Bauteile können Temperaturdrift verursachen?
Einmal natürlich die Kapazitätsdiode, Temperaturkoeffizient zusätzlich von der Sperrspannung abhängig.
Beim Spulenkern, meist Ferrit, kann der Temperaturkoeffizient sehr unterschiedlich sein.
Je nach Arbeitspunkt kann der sogar beim selben Material positiv oder negativ werden.
Aus welchem Material der Kern bei mir (Bausatz box73) besteht, weiß ich nicht, leider nicht angegeben.
Dann ist noch der Festspannungsregler 78L05 ein Kandidat, hier von ST, Angaben findet man im Datenblatt.
Das Poti RV1 allein ist nicht temperaturabhängig, jedoch möglicherweise in Kombination mit R1.
C4 und C5 sind unverdächtig, da NP0, also keine (nennenswerte) temperaturabhängige Kapazitätsänderung.
Würde man hier z.B. X7R nehmen, kann man sich einen recht hohen Temperaturkoeffizienten einhandeln.
Die beiden Kondensatoren sind nicht nur Spannungsteiler, sondern auch die Hauptkapazität im Schwingkreis.

Stunden später, im Shack ist es inzwischen angenehm warm.
Den Oszillator ließ ich durchlaufen, schaute immer mal wieder auf den Frequenzzähler beim Hochheizen.
Der Kaminofen steht ein Zimmer weiter, hier heize ich indirekt durch die sich ergebende Luftzirkulation.
Die Luftzirkulation hat offensichtlich auch Auswirkungen auf den Oszillator, Frequenz etwas schwankend.
Als es im Shack stabil 2 °C wärmer war, sank die Oszillatorfrequenz um ca. 1 kHz gegenüber 21 °C zuvor.

Zum Vergleich, der Oszillator des Abgleichsenders läuft auch, Messgeräte lasse ich teilweise durchlaufen.
Empfängerplatine und Abgleichsender trennen 50 cm Luftlinie, der Abgleichsender (7 MHz) wanderte um 6 kHz.
Es wird noch ein zweiter Teil kommen, Untersuchung der Bauteile auf Temperaturabhängigkeit.

73, Andreas

Den Temperaturabweichlern auf der Spur!

Man kann Oszillatoren auf sehr geringe Temperaturabhängigkeit trimmen.
Im Idealfall nimmt man Bauteile, die zumindest im interessanten Bereich keine Temperaturabhängigkeit zeigen.
In der Praxis geht das meist nicht, z.B. Kapazitätsdioden ohne Temperaturänderung sind mir unbekannt.
Da macht man es meist anders, man nimmt Bauteile, die sich beim Temperaturkoeffizienten möglichst kompensieren.
Voraussetzung natürlich, die Bauteile sind thermisch hinreichend miteinander gekoppelt.
Um die Temperaturabhängigkeit qualitativ zu bestimmen, sprühte ich sie mit Kältespray an.
Als Temperaturindikator nahm ich den Punkt, bei dem sich Reif auf dem entsprechenden Bauteil bildet.
Die Messwerte, Frequenzänderungen, sind Zimmertemperatur 21 °C zu gekühlt mit noch Reif auf dem Bauteil.
Ausgangslage ist Poti RV1 auf Linksanschlag, also maximal erzielbare Kapazität bei der Kapazitätsdiode.

Kapazitätsdiode BB505B: +1020 Hz
Oszillatorspule: +1802 Hz
Regler 78L05 von ST: +910 Hz
SMD-Widerstand R1, 2 kΩ: +880 Hz

Nebenbei bemerkte ich, daß das neue Poti 10 k log (RV1) zumindest bei Linksanschlag eine leichte Macke hat.
Eigentlich ist ALPS für vernünftige Qualität bekannt, hier Werte Linksanschlag nicht immer reproduzierbar.

In allen Fällen steigt die resultierende Resonanzfrequenz des Schwingkreises bei sinkender Temperatur.
Wie man sieht, haut am meisten die Schwingkreisinduktivität ab.
Leider habe ich zu dem Filterbausatz, dem Ferritmaterial, keine Angaben.
Ursprünglich wollte ich F20 von NEOSID nehmen, TK kleiner 10 ppm pro Kelvin, besser als Amidon Eisenpulver.
W7ZOI schlug Eisenpulver Amidon Material 6 (gelb) vor, ist gegenüber Material 2 (rot) vorzuziehen.
In der Graphik sieht man warum, gelb hat gegenüber rot einen deutlich kleineren Temperaturkoeffizienten.

Wie kann man kompensieren?
Man muss ein Bauteil mit geeignetem entgegengesetztem Temperaturkoeffizienten finden.
Heute nicht mehr so gängig, früher waren Keramikkondensatoren mit positiven und negativen TK gut erhältlich.
Ich würde vermutlich beim Spannungsregler ansetzen, die Datenblätter verschiedener Hersteller vergleichen.
Auch kann man überlegen, einen TL431 zu nehmen, einstellbare Zenerdiode.
Normalerweise beschaltet man den so, daß sich um 25 °C ein Plateau einstellt.
Das kann man verschieben, daß je nach Wunsch der Arbeitspunkt auf der positiven oder negativen Flanke sitzt.
Ebenfalls eine Möglichkeit, man nutzt die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten bei (Zener)dioden.

73, Andreas

Der Empfänger empfängt!

Inzwischen bestückte ich auch die NF-Abteilung, brauchte ich bei den Messungen am Oszillator nicht.
Kleine Panne, ich bekam bei den SMD-Elkos 330 statt 100 µF geliefert, funktioniert natürlich auch.
Erster Test mit Kopfhörer, ich hatte noch eine Dummy mit 50 Ω am Eingang.
Leises gar seltsames sich sauber wiederholendes Brummgeräusch, immer eine Sekunde lang.
Bald kam ich dahinter, war der Frequenzzähler, der auf einer Sekunde Torzeit stand.

Anschließend Dummy entfernt und 10 m Draht angeschlossen, habe ich lose durch Flur und Räume gezogen.
Sehr starkes Brummen und Prasseln durchgehend im ganzen Abstimmbereich, laute Amateurfunkstationen hörbar.
Zusätzlich kurz zum Testen am Empfänger Erde angeschlossen, keine Änderung beim Störgeräusch.
Auch da kam ich recht bald dahinter, ein kleines Schaltnetzteil in der Nähe des Empfängers.
Das abgeklemmt und saubere Stromversorgung über Akku 12 Volt für den Empfänger genommen.

Jetzt durfte der Empfänger zeigen, was er kann!
Ich war angenehm überrascht, sehr viele Amateurfunkstationen hörbar, egal ob CW, Digi oder SSB.
Anschließend einfache Probe zur Empfängerempfindlichkeit, nur 1 m Draht als Antenne angeschlossen.
Auch damit hört man was, natürlich wesentlich weniger, reicht aber für laute Stationen.
Die Kombination mit Poti 10 kΩ log und BB505B macht sich gut.
Der Abstimmbereich beträgt zwar nur 52 kHz, dafür kann man die Stationen feinfühlig abstimmen.
Auch SSB lässt sich auf sauberen Ton einstellen, kein Glücksspiel bei der Abstimmung.
Vermutlich werde ich demnächst noch einfache Messungen zur Empfängerempfindlichkeit machen.

73, Andreas

Erklärung ganz einfach!

Momentan ist der Empfänger auf den unteren Bereich, also 7000 bis 7052 kHz eingestellt.
Dann habe ich ja noch die Möglichkeit, am Kern der Oszillatorspule L1 zu drehen, machte ich.
Mich interessierte auch der Hörfunkbereich AM, was da so kommt.
Bei AM muss man recht genau abstimmen, weil man sonst auch den Träger hört.
Da stört die unbeabsichtigt zu große Kapazität des Koppelelkos C33, 330 statt 100 µF.
Vermutlich werde ich es bei dem mit 47 µF versuchen, habe ich aktuell nicht als SMD da.
Bei allen Einstellungen war immer eine einzelne BB505B in der Schaltung, werde ich so lassen.
Eventuell baue ich noch zu Dokumentationszwecken einen Trimmkondensator 10 ... 50 pF ein.
Viele Nachbauer werden die Version bevorzugen, wenn sie ungern Spulen wickeln wollen.

73, Andreas

Grobabstimmung mit Trimmkondensator

Zuvor erwähnte ich, Bereichseinstellung mit Trimmer statt abstimmbarer Spule ist auch eine Möglichkeit.
Trimmkondensatoren sind wesentlich besser erhältlich als Spulenbausätze mit drehbarem Kern.
Zudem kann man (Keramik)Trimmer gut mit einem Stift markieren, z.B. Minimum, Mitte und Maximum.
Das ist wesentlich angenehmer bei der Reproduzierbarkeit gegenüber einem drehbaren Spulenkern.
Ich schaute in meiner Sammlung nach einem passenden Trimmer, nicht zu klein und nicht zu groß im Bereich.

Da lachte mich einer mit Aufdruck 7 - 35 pF an, gemessen 9 - 35 pF.
Den zusätzlich über den Kondensatoren C1a bis C1c eingelötet (siehe Bild) und gemessen.
Ich lötete den Trimmer so ein, daß der Kontakt Schlitzschraube auf Massepotential liegt.
Mit Einstellpotentiometer RV1 auf Linksanschlag kam als Grobabstimmbereich 6,996 bis 7,194 MHz heraus.
Addiert man die 52 kHz mit BB505 hinzu, hat man einen Abstimmbereich von 250 kHz.
Damit deckt man den ganzen Afu-Bereich 40 m ab und kommt auch noch in den Anfangsbereich 41 m AM Rundfunk.
Bei box73.de (Funkamateur) gibt es eine gute Auswahl an Trimmkondensatoren, Keramik und Folie:
Trimmer
Nimmt man die Tabelle von W7ZOI in der Baumappe, hat man eine gute Orientierung für den Wunschbereich.

Im Bild sieht man noch einen losen Trimmkondensator neben der Platine.
Auf die Idee quick and dirty kam ich mal vor vielen Jahren, Handbetätigung möglich ohne Schraubendreher.
Dem verpasste ich einen defekten Transistor TO-92, oben an der Schlitzschraube Beinchen angelötet.
Man erspart sich beim Betätigen einen Schraubendreher und hat durch das Plastikgehäuse elektrische Isolation.

73, Andreas

Empfindlichkeitsmessung

Die Messung machte ich einfach, eher eine Orientierung, nicht exakt.
Im Bild sieht man teilweise den Messaufbau, eine ganze Reihe Dämpfungsglieder.
Als Generator nahm ich wieder den Abgleichsender AS5F von Grundig.
Seinen Ausgang kann man intern bis knapp 120 dB abschwächen, Anzeige jedoch etwas ungenau.
Vor einiger Zeit baute ich mir mal einen passiven Impedanzwandler 75 Ω auf 50 Ω mit Widerständen.
Den nahm ich kurz hinter dem Ausgang des AS5F, da dieser eine Ausgangsimpedanz von 75 Ω hat.
Den Pegel stellte ich so ein, daß mir ein Modul mit AD8310 500 mV DC anzeigte, entspricht -76 dBm.
Das wieder abgeklemmt und stattdessen über Dämpfungsglieder den Empfänger W7ZOI angeschlossen.
Die Messfrequenz war ca. 7008 kHz, Signal unmoduliert, also CW und Poti RF Gain auf Rechtsanschlag.

Auf eine exakte Messung mit definiertem Signalrauschabstand verzichtete ich, unnötig aufwendig.
Stattdessen ging ich nach Gehör vor, ab wann der CW-Ton sauber im Rauschen hörbar war.
Würde man RST vergeben, wäre das recht brauchbar R3 gewesen.
Ein paar Leute hier werden bestimmt schon mal EME gemacht haben, obwohl nicht QRP.
Das ist ungefähr die Stärke, ab wann man die Gegenseite direkt im ersten Durchgang sauber aufnehmen kann.
Nicht selten schickt man dann statt "ooo" RST als Rapport.

Nach dem resistiven Impedanzwandler schwächte ich um 36 dB ab, bis CW schwach aber brauchbar hörbar war.
So kam ich direkt am Empfängereingang auf -113 dBm, entspricht umgerechnet 0,35 µV.
Der Wert erschien mir als etwas zu gut, hatte Zweifel.
Als der AD8310 angeschlossen war, machte sich störend etwas HF terrestrisch breit.

Zur Kontrolle machte ich eine weitere Messung, diesmal etwas anderer Aufbau.
Mit Oszilloskop stellte ich den Ausgangspegel des AS5F auf 10 mV eff ein.
Dann über die koaxialen SMA-Dämpfungsglieder, zusammen 90 dB, wieder an den Eingang des Empfängers.
Bei der Anordnung kam 0,32 µV heraus, also praktisch identischer Wert.

Die von mir ermittelte Empfindlichkeit kann man nicht direkt mit den Angaben bei Funkgeräten vergleichen.
Dort wird üblicherweise ein definierter Signalrauschabstand angegeben, z.B. 12 dB.
Pi mal Daumen wäre dann die Empfindlichkeit beim RX von W7ZOI in der Gegend 1 µV, plausibel.
Eine Unsicherheit bei meiner einfachen Messung ist die Vielzahl der Dämpfungsglieder hintereinander.
Dämpft man damit um z.B. 80 dB, ist man schnell in der Gegend üblicher Schirmungsmaße von Koaxialkabeln.
Ich nahm RG179, ist dämpfungsarmes Koaxialkabel PTFE mit versilbertem Schirm.

73, Andreas