Schaltbild und Beschreibung des Universal-Ruftonauswerters.

Transkript

1 Schaltbild und Beschreibung des Universal-Ruftonauswerters. Ich habe mich bemüht, die Schaltung mit möglichst wenigen Abgleichpunkten zu entwerfen. Ein einfaches Oszilloskop und ein Tongenerator ist beim Aufbau aber trotzdem von Vorteil. Die verwendeten IC s sind für jeden erschwinglich. Die 2 IC s LM3900 kosten je ca. 0,33 EUR und 1 IC HC4046 ist für 0,29 EUR z.b.bei Reichelt zu haben. Der LM3900 ist ein stromgesteuerter Operationsverstärker, daher muss man bei den Eingangssignalen etwas umdenken. Beim Betrieb mit einfacher Betriebsspannung (an Stelle plus-minus 9V) ist auch die Ansteuerung einfacher. In der Regel arbeiten Empfänger mit plus 12V, aus der recht einfach die +9V erzeugt werden kann. Wenn die 12V schon stabilisiert sind, kann man die Schaltung auch direkt mit12v betreiben. Evtl. muss dann mit R31,R32 und R33 etwas korrigiert werden. Beim 4046 bitte beachten, dass es die MOS-Ausführung ist (z.b. HC4046 oder MC14046) diese arbeiten bis mind. 15 Volt. Die dürfen sie nicht einbauen, diese benötigen 5V Betriebsspannung. Die Widerstände finden sich in der Regel in der Bastelkiste. 100mW-Typen sind ausreichend. Die Lötpunkte im Layout sind so bemessen, dass auch ½ Watt Widerstände passen würden. Die 3 Trimm-Potis sind zusammen für unter einem EUR zu bekommen. Zuerst ein paar Worte zu den Operationsverstärkern: Wenn ich andere OM s auf den OpAmp LM3900 ansprach, sah ich über ihren Köpfen manchmal ein Fragezeichen, daher eine kurze Einführung in die Besonderheiten dieser OpAmps.

2 Den LM 3900 bezeichnet man auch als Norton-Verstärker, bzw. als einen stromgesteuerten OpAmp. Das hört sich hochkompliziert an, ist aber ganz einfach zu verstehen. Bei einem normalen OpAmp ist die Differenz-Spannung an den Eingangspins maßgebend. Beim 3900 ist der Differenz-Strom an den Eingängen zur Funktion nötig. Einfaches Beispiel: Wenn an einem, z.b. dem invertierenden Eingang über einen Widerstand 1mA eingespeist wird, muss am nichtinvertierenden Eingang auch 1mA anliegen, dann ist der Verstärker im Gleichgewicht. Jede kleine Differenz der beiden Ströme führt dazu, dass sich der Ausgang auf die eine oder andere Seite der Betriebsspannung bewegt. Die Leerlauf- Stromverstärkung des OpAmps liegt bei mind fach. Mittels eines Widerstandes vom Ausgang zum invertierenden Eingang (=Gegenkopplung) kann man die Stromverstärkung bestimmen. Sie sehen, es ist kein großer Unterschied zum normalen OpAmp. Die Vorteile aber sind: Betrieb mit nur einfacher Betriebsspannung und allgemein etwas einfachere Ansteuerung der IC s. In einem Gehäuse sind 4 OpAmps untergebracht. Bei vorliegender Schaltung sind also nur 2 Stck. LM3900 nötig, um die 8 OpAmp-Funktionen zu erhalten. Beschreibung: Oben im Schaltbild erkennt man die Stromversorgung. Die + 9 Volt am Pin K3 sind nicht zwingend exakt, sie sollten aber stabilisiert sein. Die Stromaufnahme liegt (abhängig vom Relais) unter 100mA. Am Pin K4 wird 0 Volt (=Masse) angeschlossen. Die Betriebsspannungsanschlüsse der IC`s sind nicht einzeln gezeichnet, sondern hier nur angedeutet. Am Pin K1 wird die NF vom RX angeschlossen. Das Signal sollte vor dem Lautstärkeregler abgenommen werden, damit die Lautstärke des Empfängers weiterhin nach Wunsch eingestellt werden kann. Die Amplitude an K1 sollte bei ca. 500mVss liegen (gemessen bei normalem FM-Hub), mind. aber über 100mVss. Die HF-Drossel und C3 dienen nur der HF-Blockung. Die beiden 22nF Kondensatoren arbeiten zusammen mit den Widerständen als Hochpass mit einer Grenzfrequenz von ca. 400 Hz, um Brumm und andere niederfrequente Störgeräusche zu unterdrücken. Der erste OpAmp (IC2A) verstärkt die NF auf ca.6 Vss. IC2B ist als Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von 2000 Hz geschaltet. Der Trimmer R5 sollte so eingestellt werden, dass am Ausgang von IC2B die NF-Amplitude im Durchlassbereich zwischen 400 und 2000 Hz mind. 2,5 Vss beträgt. Alles was darüber liegt, löst die Triggerung aus. Bei Wechselspannungen unter 2,5 Vss bleibt der Ausgang des Triggers (IC2C) auf 0 Volt. In der Mitte des Durchlassbereichs (bei ca.900 Hz) darf dieses Signal in die Begrenzung gehen, d.h. die Ausgangsspannung stößt an den beiden Endpunkten ( +9V und 0V) an.

3 Im oberen Teil der folgenden Skizze ist dies dargestellt. Dargestellt sind nach links die niedrigen Frequenzen und nach rechts die höheren. Man erkennt, dass, wenn Schwingungen über 2,5Vss steigen, die Triggerschwelle von +6V überschritten wird und dadurch der Ausgang auf +9V kippt. Sobald die Spannung unter 6V liegt, kippt der Ausgang wieder auf 0V. Da bei leisen Tönen die Triggerschwelle nicht erreicht wird, ergibt sich daraus automatisch eine Art Rauschsperre. Auf diese Weise werden leise Störsignale (z.b. Interferenz-Pfeifen) nicht ausgewertet. Im unteren Bildteil erkennt man das Signal am Ausgang des IC2C zeitgleich zum oberen Bildteil. Die Gleichspannung (ohne Eingangs-NF) am Ausgang des IC2B sollte bei ca. +4,7V liegen. Eine (unwahrscheinlich nötige) Korrektur kann durch Änderung des R31 (10kOhm) durchgeführt werden. Vom Triggerausgang geht es via R14 (10kOhm) in den Gleichrichter IC2D. Dieser dient als Amplituden bzw. Signal-Erkennung. Ohne NF liegt der Ausgang auf ca. 0 Volt und bei ausreichender NF schaltet der Ausgang auf ca. +9 Volt. Mit diesen 9V wird der Elko C18 (10µF) langsam via 100kOhm aufgeladen. Nach ca. 1 Sek. ist die Spannung am Elko so hoch, dass der zweite Trigger IC1D auf 0 Volt kippt. Anfangs schrieb ich, dass der LM3900 Strom-gesteuert sei. Das ist auch korrekt, aber da jeder Strom an einem Widerstand eine Spannung erzeugt und Spannungen deutlich leichter zu messen sind, bezeichne ich markante Messpunkte in Spannung. Gleich ein Hinweis, die Spannungsangaben haben eine gewisse Toleranz. 0,1 Volt mehr oder weniger sollte kein Kopfzerbrechen erzeugen. Wir waren am Ausgang des IC1D. Hier ist der vollgeladene Elko C16. Der parallele Elko C17 dient nur als Platzhalter für einen größeren Elko, falls die Haltezeit von 10 Sek. verlängert werden soll (C17 kann auch unbestückt bleiben). Da der IC-Ausgang jetzt bei 0 Volt liegt, entlädt sich der Elko über den 1MOhm-Widerstand in den IC1A. Dessen Ausgang kippt auf

4 9V und steuert den Transistor T3 an. Nach ca. 10 Sek. ist C16 entladen und Ausgang von IC1A kippt wieder zurück auf 0 Volt. Dieser gesamte Vorgang ist erfolgt, weil vorher ein rel. gleichmäßiger und ausreichend lauter Ton für 1 Sek. am Eingang K1 der Schaltung angelegen hat. Bei Sprache sind viele verschiedene Tonfrequenzen im schnellen Wechsel vorhanden. Diese Töne erzeugen am Ausgang von IC2D ebenfalls ein +9V Signal. Um in diesem Fall ein Voll-laden des Elkos C18 zu vermeiden, tritt die Spracherkennung, bestehend aus IC3 (HC4046), IC1C und IC1B in Aktion. In den Rechteckimpulsen des IC2C sind immer noch die verschiedenen Frequenzanteile zu erkennen. Hohe tiefe Sprach-Frequenzen Über C11 werden die Rechteckimpulse in den Phasenvergleicher 4046 geleitet. Mit Trimmer R24 wurde schon im Voraus der VCO auf eine mittlere Tonfrequenz (ca. 1,5 khz) eingestellt. Dazu wurde am Pin 14 vorübergehend die halbe Betriebsspannung (+4,5 Volt) angelegt. Wenn nun Sprach-frequenzen an Pin 14 anliegen, dann muss der Phasenvergleicher dauernd nachsteuern. Diese Steuerspannung (0 bis ca. 100 Hz) wird am Pin 10 durch den Trimmer R25 abgenommen und über C15 und umliegende Widerstände von der Gleichspannung und sehr niedrigen Frequenzen (unter 3 Hz) befreit. Diese rel. niedrigen Frequenzen werden nach Verstärkung im IC1C zum Eingang des Triggers IC1B geführt. Dessen Ausgang liegt im Ruhezustand auf 0 Volt. Der Trimmer R25 wird so eingestellt, dass bei Sprache der Transistor mehrmals in der Sekunde durchsteuert und somit den Elko C18 am Aufladen, - und als Folge davon, am Auslösen der Zeitschaltung (IC1D+IC1A) - hindert. Die Platine. Die Platine sollte möglichst klein sein, damit sie evtl. in ein älteres Kanal-Funkgerät, welches gerne zum Stby.-bleiben verwendet wird, eingebaut werden kann. Dazu war es nötig, die meisten Widerstände stehend einzulöten.

5 Die Größe der Platine ist 80mm X 50mm. Um das Anfertigen nicht unnötig zu erschweren, ist die Platine nur einseitig bekupfert. Trotz mehrfachen Umbau s ist es nicht gelungen, alle Leiterbahnen unterzubringen. Es müssen noch 4 Verbindungen manuell mittels je eines dünnen isolierten Drahtes hergestellt werden. Im folgenden Bild sind diese Verbindungen gelb kenntlich gemacht. Leider mussten im Nachhinein auch noch 2 Drahtverbindungen zwischen den Masseflächen eingefügt werden. In den meisten Fällen wird es am einfachsten sein, die Ein/Aus-Schaltung des Lautsprechers mittels Relais durchzuführen. Um nicht an ein bestimmtes Relais gebunden zu sein, habe zwar einen Platz auf der Platine frei gelassen, aber keine Lötaugen dafür vorgesehen. Hier ist man also frei in der Ausführung. Empfehlen würde ich, das Relais umgekehrt auf die Platine zu kleben und die nach oben ragenden Anschlusspins direkt als Lötstützpunkt zu benutzen. Links unten im Schaltbild habe ich einen Vorschlag gezeichnet. Der Schalttransistor verträgt bis 24 Volt, am einfachsten dürfte es sein, ein, zur Betriebsspannung des Funkgerätes passendes Relais zu benutzen. Über den Schaltkontakt kann man ein niederohmiges Poti als Shunt anschliessen. Hiermit kann man eine dauernde Mithörlautstärke einstellen, denn der Haupt-Lautstärkepoti am Funkgerät muss natürlich rel. weit aufgedreht werden, damit ein Anruf nicht überhört wird.

6 Dieser Bestückungsplan ist von der Bestückungsseite aus gesehen. Oben links ist ein runder Elko C10 angedeutet. Bei Schaltungs-Änderungen ist dieser weggefallen, aber auf der Platine nicht gelöscht. Ich habe die Lötaugen dann einfach gelassen, denn hier könnte, wenn gewünscht, ein zusätzlicher Elko zur Verlängerung eines Zeitgliedes eingelötet werden. Um die Feinheiten der Leiterbahnen sauber darstellen zu können, habe ich das Layout in maximaler Größe abgebildet. Zum Belichten muss man es auf 80mm X 50mm verkleinern. Viel Erfolg beim Nachbauen wünscht Edi DC2NJ.