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Projekt Erweiterter AM- Modulator Teil 3 Einwürfe

Projekt Erweiterter AM- Modulator Teil 3

Einwürfe

Ich stelle hier die Einwürfe zweier Fachleute ein, sie werden später Bestandteil der (druckfähigen) Dokumentation sein.
Die Beiträge stammen von Hr. Prof. Rudolph und J. Roschy, ich darf sie verwenden.
Edi

Zu Klang/ Bandbreite/ Verzerrungen:
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J,R.:

Zitat:
Eine "neutrale, ungefärbte Modulation" wird zu Problemen führen, wenn nicht original Schallquellen der 20er bis 40er Jahre, sondern "moderne" HiFi- Aufnahmen über alte Geräte wiedergegeben werden.

Das Hauptproblem liegt in den Bassfrequenzen, welche meistens schon von den Ausgangsübertragern nicht transformiert werden, weil die Induktivität nicht ausreicht. Für die Endröhre stellt das einen Kurzschluss dar, wodurch die Übertragung geclippt wird. Von Hörgenuss kann dann keine Rede mehr sein.

Sollten die Bassfrequenzen doch noch transformiert werden, ist der Lautsprecher das nächste Problem, da er diese tiefen Frequenzen nicht in Schall umwandeln kann. Im Idealfall wird man die Basstöne dann nur nicht hören. So ganz einfach ist es aber leider doch nicht, denn die Beaufschlagung des LS mit diesen für ihn ungeeigneten Frequenzen führt zu insgesamt verzerrter Wiedergabe.

Hat man ein Gerät einer höheren Qualitätsklasse, z. B. ein Spitzensuper der 50er oder 60er Jahre, der in der Lage ist, auch tiefere Bässe wiederzugeben, taucht ein weiteres Problem auf:
Da die ZF- Bandfilter je nach Ausführung alle NF- Frequenzen oberhalb von 4,5...6 kHz herausfiltern, wird eine ursprünglich in bester HiFi- Qualität gesendete Übertragung muffig-dumpf klingen, weil zwar die Bässe voll durchkommen, die zugehörigen Höhen aber fehlen.

Fazit:
Zur optimalen Übertragung über einen HF- Modulator ist die Verwendung eines möglichst feinstufig einstellbaren Equalizers dringend zu empfehlen. Am Wichtigsten ist die Unterdrückung von Frequenzen unterhalb von ca. 80...100 Hz. Frequenzen oberhalb ca. 6 kHz können ebenfalls unterdrückt werden. Sie stören allgemein weniger, da sie der Empfänger einfach nicht wiedergibt, aber sie verbrauchen unnötigen Modulationshub. Innerhalb des Bereiches 100...6000 Hz kann man Frequenzkurven an den jeweils gewünschten Klang anpassen.

Damit keine falschen Vorstellungen aufkommen: auch Rundfunksender bearbeiten ihre AM- Modulation schon seit jeher so, dass sie in den Empfängern optimal klingt. "Neutrale, ungefärbte Modulation" - das geht bei AM gar nicht und gab es nie !

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J.R.:

Zitat:
Mit modernster Technik kann man heute auf den AM- Bereichen eine Ton-Qualität erreichen, die man früher als unmöglich angesehen hätte. Aber mit ausgeklügeltem Soundprocessing ist das kein Problem mehr. Dabei lässt man auch mehr Bandbreite als nur 4,5 kHz zu, da sich normalerweise die direkten Nachbarsender eines bestimmten Senders immer in großer Entfernung befinden und daher die gegenseitige Störung nur minimal ist.

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DiRu:

Zitat:
1% Klirr (den ich als zu erreichen vorgab- Edi) ist schön und gut, aber früher hat man mit bis zu 10% gerechnet. Weil die NF Bandbreite mit 4,5 KHz doch recht gering ist, kann ein "mäßiger" Klirrfaktor eine größere Bandbreite und damit eine "brillantere" Wiedergabe vortäuschen.

Mehr als ca. 8 kHz NF Grenzfrequenz ist illusorisch, weil ein "normales" AM Radio keinesfalls mehr wiedergeben kann, weil die ZF Bandfilter nicht mehr durchlassen.

Wichtiger für einen guten "Klang" ist, daß das geometrische Mittel aus oberer und unterer Grenzfrequenz der NF bei ca. 800 Hz bis 1 KHz liegt. Daher klingt eine CD oder UKW mit einem Heimsenderlein auf AM übertragen baßlastig, weil für AM die untere Grenzfrequenz zu niedrig ist, während sie für CD und UKW stimmt.

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Zur Modulatorschaltung:

J.R.:

Zitat:
Ich befasse mich seit Urzeiten mit Sender- und Modulator- Schaltungen und habe auch schon fast alles erprobt und bin dabei bei der Heptoden- Modulation gelandet, wobei auf G1 die HF ( Oszillator ) und auf G3 die NF ( Modulation ) kommt. Nur so hat man eine Mischung beider Signale, ohne dass es zu gegenseitiger schädlicher Beeinflussung kommt.

Die Steuergittermodulation, bei der HF und NF zusammen auf das Steuergitter gehen, lässt sich Unlinearität nicht vermeiden. Diese Modulation war vielleicht akzeptabel für den Vox-Haus-Sender und war brauchbar für Funkamateure, aber nicht für gute Musikübertragung.

Anodenmodulation mit Transformator oder Drossel ist eigentlich nicht so schlecht, sie will aber echt Leistung sehen. Für „Heimsender“, die so gut wie keine Leistung haben, ist das kaum zu beherrschen.
Bei Schirmgitter- Modulation hat man zwar jeweils ein Gitter für HF und NF, nur führt der sehr unlineare Schirmgitterstrom zu Verzerrungen. Daher verwende ich Heptoden, wo die beiden Steuergitter keinen Strom aufnehmen ! Schirmgitter- Modulation ist daher auch nur was für Sprachdurchsagen bei Funkamateuren, aber nichts für Musik.


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Weitere Ideen

Modulation


Inzwischen habe ich mehrere Schaltungslösungen gesichtet, die mir aber wenig gefielen- insbesondere bei der Gittermodulation wurde der Frequenzgang arg beschnitten- die Schaltungen kamen aus dem Amateurfunk- Bereich, da ist Telefonie- Frequenzgang ausreichend. Oft waren die Schaltungen mit Trafos ausgeführt- ich möchte aber keinen hochwertigen –und damit teuren- Audio- Trafo anfertigen lassen müssen.
Zudem müssen NF und HF konsequent getrennt sein, sonst ergeben unerwünschte Mischprodukte einen „Musik- Brei“, einen schlechten Klang, worauf J. Roschy hinwies, was er auch bei der Entwicklung seines Modulators dokumentierte.
Gerade die Siebglieder, die das bewirken, ziehen dann aber auch den Frequenzgang herunter, die Schaltungsteile in Steuergitterkreisen von Röhren sind hochohmig, schon relativ kleine Kapazitäten dämpfen schon merklich die hohen NF- Frequenzen.

Interessant waren einige Schaltungen von holländischen Radiopiraten- diese verwendeten die Anodenmodulation mit Serienröhre. Kein Übertrager/ Trafo, keine dämpfenden Kapazitäten.
Die Schaltungen („AM- Modulator voor Buizenradios“, Autor O. Tuil) sind einfach und gut, mit üblichen Röhren machbar (in den Schaltungen Trioden- Penthoden: ECH 82 oder PCF 200, natürlich jeweils der entspr. Röhrenteil zweier Röhren !), keine Bedämpfungen der hohen Tonfrequenzen.
Es gibt 2 mögliche Schaltungsvarianten: Serienröhre in der Anodenstrom- Zuleitung, hat also hohes Potential, oder die Serienröhre in der Kathoden- Leitung, HF- Endröhre hat hohes Potential.
Die Schaltungen kann ich nicht anwenden- immer eine der beiden beteiligten Röhren, „liegt hoch“, hat also ein hohes Spannungspotential ggü. Masse, benötigt demzufolge eine getrennte Heizwicklung, da sonst die Isolation Heizfaden/ Kathode durchschlägt.

Eine getrennte Heizwicklung habe ich jedoch nicht zur Verfügung.

Dann sah ich mich weiter um: Kathodenmodulation fiel mir noch ein.
Die Infos aus dem Amateurfunk- Bereich waren aber dürftig, es wurde ein Trafo mit Anzapfungen verwendet, der Beschreibung nach ist die Einstellung eher kompliziert, da sonst ein hoher Anteil Gittermodulation, Verzerrungen und schlechter Wirkungsgrad auftreten.
An anderer Stelle gab es andererseits vielversprechende Angaben zum Modulationsgrad bei Kathodenmodulation- nur ohne Schaltungslösungen.

Da fiel mir eine Schaltungslösung ein, die ich in den „Specials“ der „Schaltungsbesprechungen“ beschrieben habe, und zwar in einem japanischen Geradeausempfänger aus den 30er Jahren:
Eine einstellbare HF- Vorstufe, die einen gemeinsamen Kathodenwiderstand von Vorstufe und Eingangsstufe nutzt, um die Empfindlichkeit der HF- Vorverstärkung zu beeinflussen.
Kein Kathodenkondensator.
Dies könnte doch eine Lösung sein ?
Wenn die NF (auch )am Kathodenwiderstand abfällt, jedoch nicht durch einen zu großen Kondensator in den Höhen bedämpft wird, könnte doch eine hohe Modulationsbandbreite möglich sein ?
Und tatsächlich fand ich nach langer Suche genau eine solche Lösung: Im Meßsender SMAF von Rohde & Schwarz wird dies genau so gemacht. Sogar sehr universell einstellbar, um an andere Röhren und Modulationsverhältnisse anpassen zu können.

Und ein Hersteller eines Niedrigleistungs- AM- Transmitters (250 mW) mit Röhren -MW-250 "Classic" AM Broadcast Transmitter (den soll es auch als Bausatz geben, aber weder Gerät noch Bausatz sind verfügbar) gibt ebenfalls an:
 
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Zitat:
“...broadcasts a rich warm sound to your radio. This is due to cathode modulation which is far better in frequency response than plate modulation…”

Übersetzung des Zitats:

„...sendet mit reichem, warmen Ton (zu Ihrem Radio). Das bewirkt die Kathodenmodulation, welche in der Modulationsbandbreite weitaus besser ist, als Anodenmodulation.“
(wörtlich: im Frequenzbereich, gemeint ist natürlich der NF- Bereich). Edi

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Ob man das nun so unterschreiben kann...
Eine Schaltung ist nicht aufzutreiben. Ich denke aber, die Lösung ist nicht geeignet für mein Projekt, m. E. scheint hier ein Audiotrafo mitzuspielen, auf dem gezeigten Gerät sitzen 2 Trafos, also wahrscheinlich der Netztrafo und der Modulations- Übertrager..

Mit der R & S- Lösung wird die Videomodulation durchgeführt, die schon eine sehr große Modulationsbandbreite erfordert (Videosignal: das R & S- Gerät kann bis 6,5 MHz modulieren !), aber auch die normale Ton- AM. Hierbei wird bis 80 % Modulationsgrad angegeben, und dies wäre der Wert, den ich schon erreichen möchte.
Also werde ich die Modulation am gemeinsamen Kathodenwiderstand auf ihre Brauchbarkeit testen.

In der Schaltung von R&S wird die Gittervorspannung aus einer Schaltung zur Gitterspannungsgewinnung aus dem Kathodenstrom gewonnen („automatische Gittervorspannungserzeugung“), genauer: an einem wählbaren Teil des Kathodenwiderstands abgenommen- inwieweit dies sich auswirkt, werde ich herausfinden müssen- ich habe eine feste Gitterspannungserzeugung aus einer stabilisierten Quelle vorgesehen, weil ich sowieso ein stabilisiertes Netzteil verwenden möchte, mit einer dicken Glimmstabilisator- Röhre, die ich endlich einer Verwendung zuführen möchte.
Siehe hierzu


Von der Verwendung eines gemeinsamen Kathoden- R’s zur Kathodenmodulation




Schaltungsauszug aus dem japanischen Geradeausempfänger, und SMAF von Rohde & Schwarz.
C48 beim SMAF hat 250 pF, dürfte also für die NF keine nennenswerte Rolle am niederohmigen Kathodenwiderstand spielen.

Und hier nun der Entwurf des Modulations- Teils in der Projekt- Schaltung:

 

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Weitere Ideen

Oszillator


Irgendwie muß erst mal eine Schwingung erzeugt werden.
Ich entschied mich aus praktischen Gründen für die Verwendung der Original- Spulensätze.
Wobei natürlich der Oszillator- Spulensatz höher schwingt. (Anfängerfrage: Warum eigentlich ?)
Und da kann ich ja auch gleich die Original- ECH 3 verwenden, in „ihrer“ Schaltung.
OK, die ist vielleicht nicht soooo supersauber und chemisch rein, wie die vorgeschlagene Schaltung in den Vor- Überlegungen. Könnte man aber evtl. zu dieser Schaltung modifizieren.
Oder... das ist meine Überlegung... einen gleich abgestimmten Schwingkreis dahinter. Der lässt ja nur die Frequenz durch, die im Oszillator erzeugt wurde.
Allerdings wächst auch die Gefahr von unerwünschten Schwingungen- ein Schwingkreis ohne Rückkopplung im Eingang, ein auf die gleiche Frequenz abgestimmter Kreis im Ausgang- das kann über kapazitive und induktive Kopplungen, Röhrenkapazitäten, Schaltkapazitäten, usw. schon eine Selbsterregung bringen- Prinzip des Huth- Kühn- Oszillators.

Auffallend an der Original- Philips- Schaltung: Der Kondensator (in der Applikationsschaltung „Cp“ am kalten Ende der Schwingkreisspule mit einem „krummen“ Wert (1540 pF).
Der Kondensator  ist ein "Serienkondensator" (Englisch: "Padding", darum Cp), wichtig für Gleichlauf und Eingrenzung des Abstimmbereichs.

Ist noch die Frage, ob sich der Vorkreis- Spulensatz in dieser Oszillator- Schaltung einsetzen lässt, ggf. unter Anpassung dieses Kondensators (und anderer). Dann wäre schon mal der gewünschte Frequenzbereich da.
Anmerkung: Der Versuchsaufbau läuft- die Schaltung funktionierte auf Anhieb.

ECH 3 Applikationsbeispiel


Die Philips 480- Schaltung


Oszillator- Entwurf, Grundlage die Philips- Schaltung. Der Padding- Kondensator wird entfallen können (im Entwurf noch nicht berücksichtigt)

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Weitere Ideen

Tonfilter

Wie schon besprochen, und in den Einwürfen der Experten ebenfalls nachlesbar, ist es nötig, den Frequenzgang für AM so zu gestalten, dass die Geräte, die empfangen sollen, nicht überfordert werden. M. E. wären eine (leichte) Anhebung der Höhen, evtl. deren Begrenzung nach „oben“, sowie eine Absenkung der Tiefen nötig.
Diese Mindestanforderung dürfte ein übliches Shelving- Filter („Kuhschwanz- Filter“, Höhen wahlweise anheb-/absenkbar, Tiefen ebenso), wie wir es von guten Röhrenradios kennen, erfüllen.

So ein Filter kann man sich also aus jeder Radio- Klangstellerschaltung abschauen.
Für Filterberechnung gibt es ein kleines Simulations- Programm „RFSim99“. Dieses enthält einige vorkonfigurierte Filterschaltungen, wohl aus Verstärkern. Leider ist keine eigene Schaltung erstellbar, und sind die vorhandenen Schaltungskonfigurationen nicht änderbar, nur die Bauelemente- Werte. Ansonsten wäre ein Simulationsprogramm, wie Pspice, möglich.

Ich wollte den Aufwand jedoch zu hoch treiben, verwendete das kleine Hilfsprogramm.
Durch empirisches Ermitteln kann man damit eine gewünschte Filterkurve erzeugen, anstelle der Potentiometer kann man in einer festen Filterschaltung die entsprechenden Spannungsteiler- Werte für Festwiderstände anwenden. Hilfreich dabei, die Potis „linear“ zu wählen, um die Festwerte aus den Poti- Stellungen ablesen zu können.

Hier eine Tiefenabsenkung + Höhenanhebung, zu beachten die Poti- Stellungen darunter, das wäre also jeweils der Anschlag.
Zu beachten die Widerstände an Ein- und Ausgang- diese repräsentieren den Arbeitswiderstand || Innenwiderstand der 1. NF- Röhre, sowie den Eingangswiderstand- in diesem Falle den Gitterableitwiderstand der 2. NF- Röhre. Da habe ich einfach mal Schätzwerte eingesetzt, die Schaltung kann natürlich jederzeit später geänderte Werte simulieren.


Eine bildschöne Kurve für Tiefenabsenkung + Höhenanhebung,
die grüne Linie im Ergebnisdiagramm der Schaltung stimmt genau
mit der geforderten Shelvingfilter- Charakteristik überein.


Ich denke, ich werde die Schaltung so verwenden, anstelle der Potis reichen ja kleine Einstellregler, Leistung muß ja nicht verheizt werden.

Spart auch eine Umgehung („Bypass“)- Potis auf Mitte -> linear.

Diese Schaltung wird dann einfach als Kopplung zwischen NF- Eingangsstufe und Modulatorstufe geschaltet.

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Projekt- Entwurfsschaltung

Hier nun die Zusammenfassung, die Entwurfsschaltung.

Zusätzlich hier nur die vorher kurz erwähnte Netzteilschaltung mit der Glimmstabilisator- Röhre,
da gibt es eigentlich nicht viel zu erklären, es ist im Grunde die Applikationsschaltung des Herstellers, bei welcher evtl. der Vorwiderstand angepasst werden muß.

NF- Stufe und Ton- Filter ist hier noch nicht drin.
Für die 1. NF muß ich auch erst einmal ein Loch für die Röhrenfassung in das Chassis einarbeiten, auf dem Original- Chassis befanden sich nur 3 Röhren.

Die Koppelkondensatoren habe ich erst einmal „nach Gefühl“ dimensioniert.

Die HF- Endröhre ist noch nicht bezeichnet, ich werde eine HF- Penthode (EF 9), sowie eine Endröhre (EL 3 N) testen, ich weiß noch nicht, ob der NF- Spannungsabfall, den die Modulationsendstufen- Triode –hier die Triode der ECH3- ausreicht, für einen guten Modulationsgrad aussteuern zu können.
Evtl. könnte auch als Modulations- Endstufe eine leistungsfähigere Röhre in Frage kommen.

Ebenfalls noch nicht endgültig geklärt- die Gitterspannungserzeugung/ -zuführung an die HF- Endröhre, siehe die Gedanken zur Modulation.

 

 

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