UKW-Retro-Radio selber bauen

UKW-Retro-Radio selber bauen

Impressum 2015 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar bei München www.elo-web.de Autor: Burkhard Kainka ISBN 978-3-645-10191-2 Satz: G&U Language & Publishing Services GmbH, Flensburg Art & design: www.ideehoch2.de Produziert im Auftrag der Firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1, 92240 Hirschau Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt, geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag und Autor haften in Fällen des Vorsatzes oder der groben Fahrlässigkeit nach den gesetzlichen Bestimmungen. Im Übrigen haften Verlag und Autor nur nach dem Produkthaftungsgesetz wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspflichten. Der Schadensersatzanspruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz gegeben ist. Liebe Kunden! Dieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben. Bei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird. Das Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden. Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose Annahmestelle finden, sagt Ihnen Ihre kommunale Verwaltung.

Inhalt Einleitung 4 1 Bauteile 7 2 Montage der Bedienelemente 11 3 Lötarbeiten 14 4 Der erste Test 18 5 Empfangspraxis 20 6 Technische Beschreibung 22

Einleitung Auch heute noch sind die guten alten analogen UKW-FM- Rundfunksender die meistgehörten Radiostationen, trotz aller Bemühungen, den digitalen Rundfunk DAB+ einzuführen. Und deshalb

5 ist auch in diesem Bereich der Fortschritt nicht aufzuhalten. Immer bessere Empfindlichkeit und immer besserer Klang, das sind die Ziele. Ein Weg dahin führt über die digitale Signalverarbeitung des analogen Rundfunks. Das Stichwort lautet DSP (Digitaler Signal-Prozessor). Analoge Signale von der Antenne werden in digitale Signale umgesetzt, digital verarbeitet und dann über einen Analog-Digitalwandler in ein analoges Audio-Signal zurückverwandelt. Das hört sich kompliziert an, ist aber für den Anwender besonders einfach. Keine Hochfrequenzspulen mehr, kein Abgleich von Bauteilen und insgesamt weniger Bauteile bei gleichzeitig besserer Empfangsleistung. Die fertig bestückte Platine mit dem Empfängerbaustein BK1068 macht es möglich. Mit geringstem Aufwand bauen Sie daraus Ihr eigenes Radio mit ganz speziellen Eigenschaften. Die Sendersuche erfolgt über einfaches Berühren mit dem Finger. Berührungsempfindliche Sensorflächen gibt es auch für eine Rest- Funktion und für den Standby-Betrieb (Mute). So ein Radio kann man nicht fertig kaufen, man muss es selber bauen! Hilfen für den Aufbau, Tipps, Tricks und Erweiterungen zu diesem Radio finden Sie hier: www.elektronik-labor.de. Ich wünsche viel Erfolg beim Aufbau und allzeit guten Empfang! Ihr Burkhard Kainka

1 Kapitel Bauteile Abbildung 1.1: Die Bauteile im Bausatz Bestückte Platine mit dem BK1068 Lautsprecher 8 Ω, 0,5 W Lautstärkeregler 22 kω mit Schalter Drehknopf Vier M3-Schrauben mit Muttern Isolierter Draht Batteriefach 2 x AA mit Anschlussdrähten

7 Abbildung 1.2: Die Bau teile seite der Radioplatine Die Platine trägt zahlreiche schon fertig aufgelötete SMD- Bauteile (Surface Mounted Device, oberflächenmontierte Bauteile ohne Drähte): Das Empfänger-IC BK1068, das Verstärker-IC MC43119, fünf Transistoren, fünf Widerstände, sieben Kondensatoren und eine grüne LED. Abbildung 1.3: Die Rückseite der Platine Auf der Rückseite gibt es vier berührungsempfindliche Sensorfelder zur Bedienung des Radios. Eine Berührung mit dem Finger lässt einen sehr kleinen Strom fließen, der die jeweilige

8 Empfangsbereich: Funktion auslöst. Die Sensorflächen enthalten Lötlöcher, in die man bei Bedarf optionale Tastschalter einlöten kann. In der Mitte des Sensorfeldes sieht man eine grüne LED als Betriebsanzeige. Technische Daten des fertigen Radios Antennen-Empfindlichkeit: 2,5 µv Spannungsversorgung: Betriebsdauer mit einem Batteriesatz: Betriebsspannungsbereich: Stromaufnahme bei kleiner Lautstärke: Stromaufnahme bei großer Lautstärke: Stromaufnahme stummgeschaltet: Maximale Ausgangsleistung: 87,5 MHz bis 108 MHz Zwei AA-Zellen, 3 V Bis zu 100 Stunden 2,2 V bis 3,6 V 25 ma 60 ma 0,2 ma 0,1 W

Montage der Bedienelemente 2 Montieren Sie die Platine mit den vier Schrauben und Muttern im Gehäuse. Die Bauteile sollen dabei nach innen weisen, und die Berührungsflächen genau hinter der Aussparung im Gehäuse liegen. Ziehen Sie die Schrauben vorerst noch nicht fest an. Kapitel Abbildung 2.1: Die angeschraubte Platine Der Lautstärkeregler (Potenziometer, kurz Poti) mit drei Anschlüssen trägt zusätzlich auch den Ein/Aus-Schalter mit zwei Anschlüssen. Wenn Sie die Achse ganz nach links drehen, öffnet sich der Schalter. Setzen Sie den Regler in die Platine. Eine kleine Blechlasche und ein seitliches Loch in der Platine verhindern ein verdrehtes Einsetzen. Die Lasche muss eventuell etwas nach außen gebogen werden, damit sie in das kleine Loch in der Platine passt.

10 Touch Scan Radio Abbildung 2.2: Eingesetzter Lautstärkeregler Befestigen Sie das Poti durch die Platine und das Gehäuse mit der Ringmutter und vergessen Sie dabei nicht die Unterlegscheibe. Erst wenn alles in der richtigen Position liegt, ziehen Sie die Ringmutter und die vier Schrauben fest. Die Platine ist dann an fünf Punkten stabil mit dem Gehäuse verbunden. Setzen Sie als Letztes den Drehknopf auf und schrauben ihn in der passenden Position fest. Abbildung 2.3: Die festgeschraubte Achse

2 Montage der Bedienelemente 11 Setzen Sie den Lautsprecher ein, indem Sie ihn in den passenden Schlitz schieben. Die Anschlüsse sollen zur Seite zeigen, damit später kurze Verbindungen zur Platine führen. Der Lautsprecher sitzt ausreichend fest in dem vorgesehenen Schlitz. Sie können jedoch zusätzlich einen Tropfen Klebstoff oder Heißkleber verwenden. Abbildung 2.4: Eingebauter Lautsprecher

3 Kapitel Lötarbeiten Alle Bedienelemente sind nun eingebaut. Sie müssen nur noch die Verbindungsdrähte zum Lautsprecher, zum Poti mit Schalter, zum Batteriefach und zur Antenne anlöten. Die Platine hat große Lötflächen zur Verbindung mit den Drähten. Schneiden Sie kurze Drahtabschnitte ab und entfernen Sie die Isolierung am Ende auf einer Länge von 3 mm. Jeder Draht sollte zuerst am Ende verzinnt werden, um ihn dann an seinem Anschluss flach liegend aufzulöten. Einen kleinen Lötkurs finden Sie im Online-Magazin ELO (www.elo-web.de).

13 Beginnen Sie mit den drei Verbindungen zum Poti: P-, PS (Schleifer, Mittelanschluss) und P+. Diese drei Drähte überkreuzen sich nicht, sondern führen jeweils zum nächstgelegenen Poti- Anschluss. Abbildung 3.1: Poti-Verbindungen Schließen Sie dann das Batteriefach an. Das schwarze Kabel (Minus) führt zum Anschluss Bat-, das rote Kabel (Plus) wird an den Schalter am Poti gelötet. Die andere Seite des Schalters wird mit einem kurzen Draht zum Anschluss +3V verbunden. Achtung, die korrekte Polung der Batterie ist unbedingt zu beachten, denn eine falsch herum angeschlossene Batterie kann den Empfänger zerstören. Nun folgt die Verbindung zum Lautsprecher. Die Anschlüsse LS- und LS+ führen zu den beiden Anschlusspunkten des Lautsprechers. Die Polung ist beliebig, denn sie spielt nur bei Stereo- Empfang eine Rolle, bei Mono-Empfang wie bei diesem Radio hört man jedoch keinen Unterschied.

14 Touch Scan Radio Abbildung 3.2: Anschluss des Batteriefachs und des Schalters Abbildung 3.3: Verbindung zum Lautsprecher

3 Lötarbeiten 15 Als Letztes folgt die Antennenschleife an den Anschlüssen Ant+ und Ant-. Ein etwa 30 cm langer Draht wird an beide Anschlüsse gelötet und zu einer Schleife gebogen. Die Antenne liegt dann vollständig im Inneren des Gehäuses, wie es auch bei alten Röhrenradios üblich war. Die Form der Schleife und insbesondere die aufgespannte Fläche bestimmen die Empfangsstärke des Radios. Die genaue Form ist aber unkritisch, weil der Empfänger über reichliche Empfindlichkeits-Reserven verfügt. Abbildung 3.4: Einbau der Antennenschleife

4 Kapitel Der erste Test Nach einer letzten sorgfältigen Kontrolle aller Verbindungen kann das Radio zum ersten Mal in Betrieb genommen werden. Legen Sie zwei 1,5-V-Mignon-Batterien der Größe AA ein. Für den ersten Test reichen einfache, schon gebrauchte Zink-Kohle- Batterien. Nicht mehr ganz neue Batterien haben den Vorteil, dass sie in einem Fehlerfall keinen großen Schaden anrichten können. Später ist es besser, frische Alkali-Zellen zu verwenden, die eine größere Betriebsdauer erreichen.

17 Ob die Batterien noch genügend Spannung haben, erkennen Sie an der grünen LED. Sobald mit einer Rechtsdrehung des Lautstärkereglers das Radio eingeschaltet wurde, sollte die LED leuchten. Damit ist die korrekte Verbindung zur Batterie und zum Schalter getestet. Falls die LED nicht leuchtet oder stark flackert, sind die Batterien zu schwach oder die Drähte zum Batteriefach wurden nicht korrekt angelötet. Nach dem ersten Einschalten hören Sie im Normalfall noch keinen Sender, sondern nur ein Rauschen oder Stille. Tippen Sie auf die rechte obere Taste Frequenz höher. Damit beginnt ein Suchlauf, der nach kurzer Stille stoppt. Sie hören entweder einen Sender oder ein Rauschen. Manchmal muss man die Sensorfläche mehrmals berühren, bis der Suchlauf bei einem klar empfangenen Sender endet. Die Sensorflächen funktionieren bei einer Berührung mit dem Finger, weil die Haut jedes Menschen eine gewisse Leitfähigkeit besitzt. Das liegt vor allem an der Hautfeuchtigkeit. Bei sehr trockener Haut kann der Sensor versagen. Feuchten Sie dann den Finger etwas an. Drehen Sie den Lautstärkeregler weiter nach rechts für mehr Lautstärke oder weiter nach links für geringere Lautstärke. Damit ist auch die korrekte Verbindung des Potis erfolgreich getestet.

5 Kapitel Empfangspraxis Suchen Sie einmal alle Sender im UKW-Bereich. Der Suchlauf kann auch rückwärts in Richtung kleinerer Frequenzen gestartet werden. Tippen Sie dazu auf die linke obere Fläche Frequenz tiefer. Manchmal wird ein Sender nicht klar empfangen. Testen Sie dann, ob etwas höher oder etwas tiefer der gleiche Sender klarer zu hören ist. Vergleichen Sie die gehörten Stationen mit denen auf einem anderen Radio. Oft weiß man schon, in welcher Reihenfolge die Sender sich im UKW-Band verteilen. Die gern gehörte Station ist z. B. die

19 dritte von unten. Damit die Orientierung auch mit Ihrem Scan-Radio ohne eigene Frequenz-Skala gelingt, gibt es die Reset-Taste. Sie stellt das Rado auf die unterste Frequenz im UKW-Bereich ein. Von da aus gelingt die Orientierung, wenn man einen bestimmten Sender hören möchte. Der Suchlauf scannt immer im Kreis herum. Wenn also das Ende des Bereichs erreicht ist, beginnt er wieder von vorn. Das gilt für beide Suchrichtungen. Wenn also Ihr Wunschsender ganz oben im UKW-Bereich liegt, können Sie die Suche abkürzen, indem Sie nach Reset oder Neustart des Radios die Sensorfläche Frequenz tiefer berühren. Wenn das Telefon klingelt oder Sie aus einem anderen Grund Ihr Radio kurz ausschalten wollen, verwenden Sie die Mute-Funktion (Stummschalten). Das Radio verstummt und die grüne LED geht aus. Wenn Sie weiterhören möchten, tippen Sie erneut auf Mute. Das Radio geht auf derselben Frequenz und mit derselben Lautstärke wieder an. Zwar könnte man auch den Lautstärkeregler kurz zurückdrehen, aber dann verbraucht das Radio unnötige Energie. Die Mute-Funktion hat den Vorteil, dass Sie Ihren Wunschsender nicht erst wieder neu suchen müssen. Im stummgeschalteten Zustand braucht das Radio nur sehr wenig Strom, sodass dieser Zustand länger beibehalten werden kann. Nur wenn das Radio länger als einige Stunden nicht benutzt werden soll, ist es besser, den Schalter zu betätigen.

6 Technische Beschreibung Kapitel Das komplexe Empfänger-IC BK1068 bildet den Kern des Radios. Das Blockschaltbild zeigt den inneren Aufbau in groben Zügen. Das Antennensignal wird im analogen Teil der Schaltung durch einen hochempfindlichen Verstärker (LNA, Low Noise Amplifier, Verstärker mit geringem Rauschen) angehoben, wobei ein geregelter Verstärker (PGA, Programmable Gain Amplifier) die Verstärkung bei zu starken Signalen reduziert. Der Analog-Digital-Wandler (ADC, Analog Digital Converter) setzt das Signal in eine Zahlenfolge um, die dann digital weiter verarbeitet wird. Die Verarbeitung übernimmt ein digitaler Signalprozessor. Er filtert und demoduliert das frequenzmodulierte Signal und filtert das Audiosignal, sodass nur der Audio-Frequenzbereich ausgegeben wird. Außerdem steuert er die automatische Verstärkungsregelung (AGC, Automatic Gain Control), sodass eine Übersteuerung vermieden wird. Das so verarbeitete Signal gelangt an den Digital-Analog-Wandler (DAC, Digital Analog Converter), der es in ein Audiosignal umwandelt. Am analogen Ausgang Aout liegt das fertige Radiosignal, das man z. B. mit einem Kopfhörer direkt hören könnte. Die digitale Abstimmung (Tuning System) enthält einen Mikrocontroller, der den Suchlauf und andere Funktionen steuert. Er verwendet eine PLL (Phase Locked Loop, Phasenregelschleife) zur genauen Abstimmung eines Hochfrequenzoszillators, der die Empfangsfrequenz bestimmt. Die PLL kann wahlweise digital mit einem angeschlossenen Quarz (DPLL) oder analog (APLL) betrieben wer-

21 den, wie es in diesem Radio der Fall ist. Ein interner Spannungsregler (REG, Regulator) sorgt für eine stabile innere Betriebsspannung auch bei schwankender Batteriespannung. Das Tuning-System besitzt eine Verbindungsschaltung (Interface) zum Anschluss externer Steuerelemente wie z. B. Tastschalter oder Berührungssensoren. Der Scan-Eingang (SEEK) steuert den Suchlauf. Die Spannung an diesem Eingang ist im Ruhezustand die halbe Betriebsspannung, also etwa 1,5 V. Der Eingang kann von außen auf 3 V oder auf 0 V gezogen werden, um einen Suchlauf hin zu höheren oder niedrigeren Frequenzen zu starten. Auf der Radioplatine befinden sich zwei PNP-Transistoren, die den geringen Sensorstrom von weit weniger als einem Mikroampere verstärken und die Scan-Funktion betätigen. Der Scan-Eingang benötigt einen Steuerstrom von etwa 25 µa. Die Transistoren haben einen Stromverstärkungsfaktor über 500. Daraus ergibt sich ein erforderlicher Sensorstrom von 0,05 µa. Der Hautwiderstand darf damit für eine sichere Funktion größer als 10 MΩ sein. Eine Verschmutzung der Sensorflächen muss vermie-

22 Touch Scan Radio den werden, weil sich dabei ebenfalls Übergangswiderstände bilden können, die die Sensorfunktion aktivieren. Im Fehlerfall sollten die Sensorflächen mit einem Tuch gesäubert werden, das nur mit reinem Wasser befeuchtet wurde. Vermeiden Sie den Kontakt mit Seife und anderen Reinigungsmitteln. Der Lautstärkeeingang V (VOL) arbeitet ebenfalls in beiden Richtungen, wird aber hier nicht benutzt, weil ein analoges Poti verwendet wird. Der Radiochip ist nach dem Einschalten auf höchste Lautstärke eingestellt, sodass man den V-Eingang offen lassen darf. Der RESET-Eingang und der P-Eingang (PWD, Power-Down) haben im Ruhezustand die volle Betriebsspannung und werden beim Betätigen der jeweiligen Sensorfläche über einen Transistor heruntergezogen. Die verwendeten PNP-Transistoren sind dazu als Emitterfolger geschaltet. Jede der vier Sensortasten kann optional mit einem mechanischen Tastschalter bestückt werden. Abbildung 6.1: Verwendung von Tastschaltern Am Antenneneingang A (FMIN) ist die Schleifenantenne angeschlossen. Hier ist in den meisten Fällen eine relativ kleine Drahtschleife optimal, weil zu viel HF-Eingangs spannung dazu führen

6 Technische Beschreibung 23 kann, dass die HF-Vorstufen übersteuert werden, sodass das Radio leichter auf falschen Frequenzen einrastet. Nur in extrem ungünstigen Empfangslagen oder für den Empfang weit entfernter und sehr schwacher Sender kann es sinnvoll sein, eine Schleifen antenne mit einer größeren umspannten Fläche zu verwenden, die größere Eingangsspannungen liefert. Abbildung 6.2: Antenne mit größerer Schleifenfläche Das analoge Ausgangssignal des Radiochips wird über den Lautstärkeregler an den Endverstärker MC43119 geführt. Dabei handelt es sich um einen Gegentakt-Brückenverstärker mit zwei gegenphasigen Ausgängen, zwischen denen der Lautsprecher angeschlossen ist. Der Verstärker ist speziell für geringe Betriebsspannung ausgelegt und kann bei einer Batteriespannung von 3 V noch bis zu 100 mw liefern. Zwei Widerstände in der Gegenkopplung legen die Verstärkung fest. In diesem Radio wurde eine nur zweifache Spannungsverstärkung verwendet, weil das Radio-IC selbst schon eine relativ große Ausgangsspannung liefert. Durch die Brückenschaltung ergibt sich insgesamt eine vierfache Spannungsverstärkung.

24 Touch Scan Radio Abbildung 6.3: Blockschaltbild des NF-Verstärkers Am analogen Ausgang LS (AOUT) des BK1068 erscheint im aktiven Zustand zusammen mit dem NF-Signal auch eine mittlere Gleichspannung. Diese wird verwendet, um über einen NPN- Transistor die grüne LED einzuschalten. Im Power-Down-Zustand (Mute) schaltet das Radio-IC diese Gleichspannung ab. Der Transistor sperrt, schaltet die grüne LED aus und versetzt gleichzeitig den Endverstärker über seinen Chip-Disable-Eingang in den Power-Down-Zustand. So wird die gesamte Stromaufnahme auf etwa 0,2 ma begrenzt. Abbildung 6.4: Die Bauteile auf der Platine

6 Technische Beschreibung 25 Abbildung 6.5: Das Schaltbild des Radios links und Detailschaltbild mit Bauteile nummern rechts