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Grundsätzliche Fragen zum Superhet, speziell ZF Stufen
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11.01.20 06:29
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

11.01.20 06:29
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

Re: Grundsätzliche Fragen zum Superhet, speziell ZF Stufen

hallo Ingo,

deine Wortwahl, Begrenzung, ist nicht für alle sofort verständlich.
Eine Begrenzung liegt sowohl bei Übersteuerung als auch bei Abregelung vor.

Der ganz wesentliche Unterschied ist der, daß bei Begrenzung durch Abregelung die Gesammtverstärkung reduziert wird, somit auch das Grundrauschen und die noch erfassten Nebenträger.
Bei der Begrenzung durch Übersteuerung ist das nicht so, denn die kleinen Signalanteile zu denen ja das Grundrauschen und auch die einfallenden Nebenfrequenzen gehören liegen unterhalb der Begrenzerschwelle während das eigentliche Signal mit dem Kopf an die Decke knallt und begrenzt wird (wir sind hier immernoch beim UKW-Empfang, FM)

Das "ideale UKW Radio" hat aus meiner Sicht somit diese Ansprüche zu erfüllen:

1.) eine möglichst hohe Selektion in der Vorstufe und direkt nach dem Mischer verkleinert den Pegel von Nebenträgern.
2.) Es wird eine Regelspannung erzeugt im Demodulator.
3.) In der letzten ZF Stufe wird leicht übersteuert. Diese bekommt (zumindest mach ich es so, viele Wege führen nach Rom), eine geringere Spannung an das Schirmgitter, zudem wird der Anodenkreis etwas niederohmiger ausgelegt, also weniger L, mehr C
4.) Die Regelspannung wird mit Bedacht eingesetzt, sie greift nicht überall sofort:
Zuerst regelt sie hinten ab, ist das Signal dann immernoch zu hoch fasst sie auch in der Mitte zu, und, ist es dann immernoch so, erst dann greift sie in die Vorstufe und dreht da am Hahn. Es muß auch eine Begrenzung der Abregelung innerhalb einer Stufe dasein, theoretisch könnte man an einer Röhre das Signal bis auf Null abregeln, in der Praxis aber nicht, der Pegel muß bei größeren immernoch ansteigen, jedoch wird er mehr und mehr abgeregelt. Erst über mehrere Stufen verteilt ergibt sich so ein Regelhub der das komplette Angebot unter Kontrolle hat.

Ein solcher Aufbau ergibt aus meiner Sicht ein wirklich klasse UKW Radio.
Bei komerziellen Geräten ist das meist ein kostenoptimierter Kompromiss. Als Bastler sollte man sich über diese Hindernisse hinwegsetzen, wir müssen in der Zukunft nicht nur mit Abschaltungen rechnen sondern auch mit dem schleichenden Tod durch Verringern der Sendeleistungen, man will so dem Volk den "Qualitätsunterschied" zwischen UKW und Digitalradio besser erkennbar vorführen. Hochwertige Radios mit ordentlich Gain in der ZF können auch schwächere Sender noch gut empfangen. Das ist zeitgemäß.

lG Martin

Zuletzt bearbeitet am 11.01.20 06:34

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11.01.20 08:35
Reflex-Kalle 

WGF-Nutzer Stufe 3

11.01.20 08:35
Reflex-Kalle 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Grundsätzliche Fragen zum Superhet, speziell ZF Stufen

Hi Martin,

kann dir nur zustimmen, wobei da

Martin.M:
...
Hochwertige Radios mit ordentlich Gain in der ZF können auch schwächere Sender noch gut empfangen. Das ist zeitgemäß.
...

das Eigenrauschen des UKW-Tuners (mit Röhren) dann dem Empfang Grenzen setzt. Moderne Halbleiter-Bauteile im „UKW-Tuner“ sind dann notwendig, noch bessere Empfangseigenschaften erreichen zu können.

Gruß

(Reflex-)Kalle

12.01.20 23:51
qw123 

WGF-Premiumnutzer

12.01.20 23:51
qw123 

WGF-Premiumnutzer

Re: Grundsätzliche Fragen zum Superhet, speziell ZF Stufen

Hallo Jan und zusammen,

Jan_K:
2) Wenn die Stufen sowieso in die Übersteuerung getrieben werden, warum kann ich dann nicht beliebig viele ZF Stufen aufbauen für unendliche Trennschärfe? Selbst tolle Trennscharfe Geräte haben selten mehr als 15 Kreise, ich kenne keines über 20 Kreisen.
viel wurde hier inzwischen über FM-ZF-Verstärker geschrieben. Ein wesentlicher Aspekt, der auch mit der obigen Frage zu tun hat, ist aber bisher nicht erwähnt worden. Er hat wesentlich auch mit der verwendeten Modulationsart FM zu tun.

Bei traditionell modulierten AM-Sendern ist das Spektrum des Sendesignals scharf begrenzt (im Idealfall). Es besteht aus dem Träger und zwei Seitenbändern 'rechts' und 'links' des Trägers, die jeweils die Breite der höchsten aufmodulierten Niederfrequenz haben. In Europa und im MW-Bereich also 4.5kHz. Gesamte Bandbreite also 9kHz. Alles was darüber hinaus geht, kann vom Empfänger ohne Nachteile für die Wiedergabequalität unterdrückt werden.

Bei FM ist das anders. Das Spektrum eines z.B. mit 1kHz FM-modulierten Trägers besteht neben dem Träger aus unendlich vielen Seitenbandfrequenzen jeweils im Abstand von 1kHz. Wobei die Amplitude dieser Seitenbandfrequenzen allerdings mit zunehmender Ordnung abnimmt. Nach einer relativ komplizierten Regel (Besselfunktionen n-ter Ordnung).

Das Dumme an der FM-Modulation ist nun, daß zur exakten Wiederherstellung des aufmodulierten Signals alle, also unendlich viele, Seitenbandfrequenzen benötigt werden. In der Praxis ist das natürlich nicht durchführbar. Werden aber nicht alle Seitenbänder berücksichtigt, führt das zu Verzerrungen.
Der Konstrukteur eines FM-ZF-Verstärkers mußte daher einen Kompromiß eingehen zwischen hoher Trennschärfe/kleiner Bandbreite einerseits und hoher Verzerrungsfreiheit/kleiner Klirrfaktor andererseits.
Es kommt aber noch schlimmer. Die Seitenbänder müssen nicht nur von ihrer Amplitude her erfasst werden (Stichwort: Preemphasis), auch die relativen Phasenbeziehungen zwischen ihnen sollten durch den ZF-Verstärker nicht verändert werden. Das stellt zusätzliche nicht leicht zu erfüllende Ansprüche an ZF-Filter und -Verstärker (Stichwort: konstante Gruppenlaufzeit).

In der Anfangszeit des FM-Rundfunks hier (Anfang der 1950er Jahre) tat man sich noch relativ leicht. Ein Radio konnte damals im ganzen UKW-Bereich vielleicht zwei, höchstens drei Sender empfangen und moduliert wurde in Mono. Später, mit vollbelegtem UKW-Bereich und Stereosignal+RDS, mußte empfängerseitig ein erheblich höherer Aufwand getrieben werden, um eine qualitativ hochwertige Übertragung zu ermöglichen.

Wie es aussieht wird die Sache mit dem ZF-Verstärker bei näherem Hinsehen immer komplizierter :-)

Gruß

Heinz

13.01.20 08:00
HB9 

WGF-Premiumnutzer

13.01.20 08:00
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Grundsätzliche Fragen zum Superhet, speziell ZF Stufen

Hallo Ingo,

für gute Resultate darf die Begrenzung natürlich erst nach der Selektion erfolgen, sonst gibt es unter Umständen Mischprodukte aus den noch ungenügend weggefilterten Nachbarsender. Aus diesem Grund werden Keramikfilter (oder besser Quarzfilter) direkt nach dem Mischer verwendet, damit der ZF-Verstärker nur das Nutzsignal verarbeiten muss. Bei der klassischen ZF-Variante mit jeweils einem Bandfilter zwischen zwei Verstärkerstufen darf man natürlich erst am Schluss richtig begrenzen. Bei Röhrenschaltungen passiert das eigentlich automatisch, da die Röhren wegen der hohen Betriebsspannung sehr viel Dynamik haben und daher auch bei hohem HF-Pegel kaum begrenzen. Bei sehr vielen ZF-Stufen kann eine Regelung nötig sein, wenn 'klassisch' gefiltert wird, damit die 'hinteren' Bandfilter noch den gewünschten Effekt zeigen. Beim E149/UK2 ist das so gemacht. Der hat einen 5-stufigen ZF-Verstärker, der auch bei FM geregelt wird, und nach dem letzten Filter folgt für FM eine separate Begrenzerstufe mit einer Doppeltriode, die als Differenzstufe geschaltet ist und massiv übersteuert wird. Durch die Schaltung als Differenzstufe werden dabei beide Halbwellen symmetrisch begrenzt.

Als Beispiel eines UKW-Spitzengeräts möchte ich hier noch die Signalverarbeitung des Biennophone "Celerina" beschreiben. Empfangstechnisch ist der absolute Spitzenklasse, perfekte Trennschärfe, extrem niedriger Klirrfaktor und die Lautstärke ist absolut unabhängig vom HF-Pegel, dazu ist er noch sehr empfindlich, eben ein Spitzengerät, das dafür in der Schweiz auch ein amtliches Gütesiegel erhielt.
Vor dem Mischer gibt es hier eine Kaskode-HF-Stufe, die für sehr geringes Rauschen und damit hohe Empfindlichkeit sorgt. Nach dem Mischer gibt es einen ZF-Verstärker mit 3 mal EF184 und dazwischen jeweils ein zweikreisiges Bandfilter, also insgesamt 6 Kreise. Zwecks optimaler Filtereigenschaften (Phasengang und Flankensteilheit) ist bei diesen Filtern auch der Koppelfaktor abgleichbar. Die ersten beiden EF184 sind als normale Verstärker geschaltet, wobei die zweite bei hohen Eingangspegeln bereits in die Begrenzung geht, was sich in Gitterstrom äussert, der so auch eine Regelspannung für die HF-Vorstufe erzeugt. Somit wird erst bei Begrenzungseinsatz in der 2. ZF-Stufe die HF zurückgeregelt. Die dritte EF184 ist eine reine Begrenzerstufe, die Anodenspannung beträgt nur etwa 8V. Im Anodenkreis liegt dann das letzte Bandfilter, das für die FM-Demodulation gebraucht wird (ähnlich der Ratiodetektor-Schaltung, es wird aber ein Phasendiskriminator statt Ratiodetektor verwendet, der gibt weniger Verzerrungen). Diese ZF-Schaltung ist hier möglich, weil für Am ein separater ZF-Verstärker gebaut wurde, somit mussten keine Kompromisse gemacht werden.

Gruss HB9

Zuletzt bearbeitet am 13.01.20 08:19

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