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Donnerstag, den 26. November 2015 um 11:49 Uhr

 

Wie ist ein Überlagerungs-Empfänger (Superhet) aufgebaut?

Transistor- und Röhrenradios sind meistens nach dem Überlagerungsprinzip aufgebaut. Wer Radios für den UKW- und AM-Empfang reparieren möchte, muss für eine systematische Fehlersuche wissen, welche Aufgabe die einzelnen Blöcke erledigen und wie sie zusammenspielen. Dabei ist das Verständnis der Schaltungsdetails am Anfang der Fehlersuche weniger wichtig.

Dieser Artikel richtet sich an alle, welche wenigstens Grundkenntnisse der Schaltungstechnik und Bauteilekunde haben und wissen wollen, wie Überlagerungsempfänger aufgebaut sind, um diese reparieren zu können.


Blockschaltbild eines Überlagerungsempfängers. Nicht eingezeichnet ist die Regelspannung (Bild-Quelle: Wikipedia).

 


Blockschaltbild eines AM-UKW-Superhets mit einem typischen Röhrensatz. Bei UKW-Empfang ist der mit der ECH81 aufgebaute Oszillator abgeschaltet. Der hier vorgestellte Röhrensatz ist typisch für die zweite Hälfte der 50er-Jahre. Unter http://www.jogis-roehrenbude.de/Radiobasteln/Superhet/Superhet.htm und den nachfolgenden Seiten ist die Schaltungstechnik der Röhren-Superhets beschrieben.

Das Superhet-Prinzip ist bei AM- und UKW-Empfängern gleich. AM ist die Abkürzung für Amplitudenmodulation, welche für die Rundfunkbänder auf der Lang-, Mittel- und Kurzwelle mit wenigen Ausnahmen zum Einsatz kommt. Es ist deshalb sinnvoll zuerst das Superhet-Prinzip am Beispiel eines Mittelwellenempfängers zu erklären, was auch der historischen Empfängerentwicklung entspricht.

Amplitudenmodulation und das Problem mit der Trennschärfe: Angenommen ein Rundfunksender sendet auf dem Mittelwellenband auf genau 1000 kHz (1 MHz). Dann ist ihm - also dieser Trägerwelle von 1 MHz - noch die Musik und Sprache aufmoduliert. Der Mensch kann Frequenzen von etwa 20 Hz bis 20000 Hz hören. Im Alter nimmt die obere Grenzfrequenz ab. Viele hören nur noch bis 8000 Hz. Für Sprachübertragungen reicht ein Sprachübertragung bis etwa 3000 Hz wie dies beim Telefon der Fall ist. Der Mittelwellenrundfunk überträgt diese Tonfrequenzen bis etwa 4500 Hz, als 4,5 kHz. Das klingt dann etwas dumpf, aber es spart Platz bei der Frequenzbelegung, wie wir gleich sehen werden.

 

 

Bild links: Prinzip der Amplitudenmodulation. Die Amplitude der hochfrequenten Trägerwelle schwankt im Takt der viel niedrigeren Tonfrequenz (Quelle: Wikipedia).

Bei der Amplitudenmodulation schwankt die Amplitude der Trägerwelle im Takt der Tonfrequenz. Das hat aber auch zur Folge, dass der Mittelwellensender auf Grund der Amplitudenmodulation einen Frequenzbereich von 1000 kHz plus minus 4,5 kHz belegt. Warum das so ist, lässt sich mathematisch erklären, ist aber für das weitere Verständnis nicht wichtig. Anders gesagt werden die Frequenzen von 1000 kHz – 4,5 kHz = 995,5 KHz bis 1000 kHz  + 4,5 kHz = 1004,5 kHz belegt. Man sagt, der Sender belegt eine Bandbreite von 4,5 x 2 = 9 kHz.

Der ideale Empfänger ist nun in der Lage genau diesen Frequenzbereich von 9 kHz zu empfangen und sonst nichts. Alle Frequenzen, die darunter oder darüber liegen, sollen im Idealfall vollständig unterdrückt werden. Die Durchlasskurve eines idealen Empfängers ist rechteckförmig mit senkrechten steilen Flanken und einem geraden Dach.

Früher versuchte man eine Durchlasskurve ausschließlich mit Schwingkreisen zu verwirklichen. Allerdings sieht die Durchlasskurve eines Resonanzkreises alles andere als rechteckförmig aus. Sie ist glockenförmig und fällt somit seitlich flach ab. Die Folge ist, dass Nachbarsender durchschlagen. Die Trennschärfe ist ungenügend. Die Ursache für diese glockenförmige Durchlasskurve ist die Dämpfung des Schwingkreises. Diese Dämpfung hat verschiedene Ursachen: Zum Beispiel Verluste in der Spule und Belastung des Schwingkreises durch die Antenne oder der nachfolgenden  Verstärkerstufe. Dadurch geht Energie verloren, die beim Rückkopplungsempfänger durch Rückkopplung wieder hinzugefügt wird. Übertreibt man dies, fängt der Rückkopplungsempfänger an zu schwingen und zu pfeifen. Da der Rückkopplungsempfänger mit nur einem einzigen Schwingkreis auskommt, ist er bei Selbstbauern sehr beliebt, da er im Vergleich zum Aufwand gute Empfangsergebnisse liefert. Allerdings ist seine Bedienung nicht ganz einfach, weshalb die Industrie nach anderen Möglichkeiten suchte.


Frequenzverteilung eines AM-Signals auf 1 MHz, das mit einer Tonfrequenz von maximal 4,5 kHz moduliert wurde und deshalb eine Bandbreite von 4,5 x 2 = 9 kHz hat.


Idealer Frequenzgang (schwarz) und wirklicher Frequenzgang (rot) eines ZF-Verstärkers für AM.


Frequenzgang eines AM-ZF-Verstärkers, wie er nach dem Wobbelverfahren dargestellt wurde.

Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Trennschärfe wäre es mehrere selektive Verstärkerstufen hintereinander zu schalten und durch Bandfilter so zu verkoppeln, dass eine angenähert rechteckförmige Durchlasskurve entsteht. So einen Empfänger nennt man Geradeausempfänger. Mit ein paar Schwingkreisen gelingt das konstruktionsbedingt auch gut, wenn dieser frequenzselektive Verstärker allerdings nur für eine einzige Empfangsfrequenz vorgesehen ist.

Aber wir wollen ja verschiedene Sender empfangen. Dazu müssen wir die Mittenfrequenz dieses Verstärkers ändern können. Und dazu müssen wir die Resonanzfrequenz aller Schwingkreise durch Ändern der Schwingkreiskapazitäten ändern. Bei Einknopfbedienung bräuchten wir dann bei einem 5-kreisigen Verstärker einen Drehkondensator mit 5 getrennten Plattenpaketen, was nicht nur einen erheblichen mechanischen Aufwand bedeutet. Der Abgleich eines solchen Empfängers hat sich als nahezu unmöglich erwiesen. Schließlich muss der Empfänger noch auf verschiedenen Wellenbereichen funktionieren und noch beim Überstreichen des Wellenbereichs gleiche Empfindlichkeit und Bandbreite aufweisen. Das ist mit vertretbaren Mitteln nicht machbar. Ein anderes Problem ist, dass sich die einzelnen Kreise mit so einem Drehkondensator nur schwer abschirmen lassen. Der Verstärker droht durch unerwünschte Rückkopplung ins Schwingen zu geraten. Zweikreiser waren das Höchste, was bei Geradeausempfängern hergestellt wurde.


Prinzip eines einstufigen frequenzselektiven Verstärkers. Der Parallel-Schwingkreis bestehend aus C und L hat bei seiner Resonanzwiderstand eine besonders hohen Widerstand. Deshalb ist bei Resonanz die Verstärkung dieser Stufe hoch. Allerdings sieht der Frequenzgang nicht ideal aus. Eine bessere Flankensteilheit und Trennschärfe kann erreicht werden, wenn mehrere solcher Stufen in Reihe geschaltet werden und Bandfilter zum Einsatz kommen. Solche Verstärker sind aber nicht abstimmbar und lassen sich nur für eine einzige Frequenz realisieren. Damit ist der mehrstufige ZF-Verstärker geboren.

Exkurs - Was ist eigentlich ein Bandfilter oder Bandpassfilter? Ein Bandpassfilter besteht aus zwei lose miteinander verkoppelten Schwingkreisen. Zur Verkoppelung sind die Spulen der Schwingkreise wenige cm voneinander entfernt. Jede der beiden Spulen hat noch einen abgleichbaren Kern. Durch Verdrehen der beiden Spulenkerne kann neben der Resonanzfrequenz noch der Kopplungsgrad eingestellt werden. Bei zu enger Koppelung bekommt die Durchlasskurfe zwei Höcker. Bei zu loser Koppelung verläuft die Kurve spitz. Bei richtiger Koppelung hat die Durchlasskurve eine leichte Welligkeit und eine relativ hohe Flankensteilheit. Die Bandfilter sind in Metallbechern unergebracht, um Selbsterregung zu vermeiden. Ohne Abschirmung fängt der Verstärker an zu schwingen. Je mehr mit Bandfiltern verkoppelter Verstärkerstufen ein solcher Verstärker besitzt, desto besser ist seine Trennschärfe. Unter http://dh2mic.darc.de/afu-kurs/pdffiles/bandpass.pdf steht mehr dazu. Man kann sich vorstellen, dass in der Praxis eine Bandfilterkopplung nur auf einer fest eingestellten Frequenz funktioniert.

 


ZF-Verstärker mit Bandfilterkopplung zwischen den Verstärkerstufen: Die zwei Spulen eines Bandpassfilters befinden sich auf einem Spulenröhrchen und sind mit zwei Abgleichkernen von oben und unten mit dem Abgleichwerkzeug abgleichbar. Sind die Kerne weit auseinander, liegt eine lose Kopplung vor. Das Filter ist dann unterkritisch. Sind die beiden Kerne eng beieinander liegt eine überkritische Kopplung vor. Bei enger Verkopplung beeinflussen sich zudem die Resonanzfrequenzen der beiden Schwingkreise. Je mehr Kreise ein ZF-Verstärker hat, desto eher nähert man sich der rechteckförmigen Idealkurve mit ihrer Flankensteilheit und ihrer geringen Welligkeit im Durchlassbereich an.

 


ZF-Verstärker aus einem Kofferradio der 60er-Jahre In Jedem der Metallbecher befindet sich je ein Bandfilter für AM (455 kHz) und FM (10,7 MHz). Ein Bandfilter besteht aus zwei Wicklungen, die in einem gewissen Abstand auf einem Spulenröhrchen untergebracht sind. Jede Wicklung hat einen abgleichbaren Kern, der von unten oder von oben erreichbar ist. Durch die Position der beiden Kerne kann der Kopplungsgrad zwischen den beiden Wicklungen und die Resoanzfrequenz der Wicklungen eingestellt werden.

Der Überlagerungsempfänger als Ausweg: Wie gesagt ist es aber kein großes Problem einen aus mehreren Kreisen aufgebauten selektiven Verstärker aufzubauen, wenn dieser nur auf einer einzigen Frequenz abgestimmt ist. So ein Verstärker ist auch tatsächlich in einem Superhet vorhanden. Er besteht aus mehreren Stufen und ist für den AM-Empfang meistens für eine Frequenz von 455 oder 460 kHz ausgelegt. Diesen Verstärker nennt man Zwischenfrequenzverstärker oder ZF-Verstärker.  Er liefert eine sehr gute Trennschärfe. Allerdings lässt sich die Zwischenfrequenz nicht verändern. Für die Frequenzeinstellung bedarf es eines Umwegs, der im nachfolgenden Abschnitt erklärt wird.

Wie komme ich aber nun auf 455 kHz, wenn ich 1000 kHz empfangen will? Dazu wird dem ZF-Verstärker eine Mischstufe vorgeschaltet. In dieser Mischstufe wird die Empfangsfrequenz mit der Frequenz eines Oszillators gemischt. Dieser Oszillator wird oft mit „LO“ für „local oscillator“ abgekürzt. Durch (multiplikative) Mischung von zwei Frequenzen entstehen neue Frequenzen und somit komme ich auf die Frequenz des ZF-Verstärkers. Die Eingangsfrequenz von der Antenne wird mit der Oszillatorfrequenz in einem Mischer gemischt. Dieser Mischer ist im einfachsten Fall ein Bauteil mit einer ungeraden Kennlinie. Das kann eine Transistorstufe sein, der über einen kleinen Kondensator die Oszillatorspannung "injiziert" wird.

Die ZF – also die Zwischenfrequenz (fz) – ist auf 455 kHz fest eingestellt. Wenn der Empfänger 1000 kHz (fe) empfangen soll, dann muss die Oszillatorfrequenz fo auf 1000 kHz + 455 kHz eingestellt werden. Der Oszillator schwingt dann auf 1455 kHz. Als Mischprodukt entstehen dann die 455 kHz, die im ZF-Verstärker verstärkt werden.

Der Oszillator muss demnach in unserem Beispiel immer um die ZF-Frequenz (455 kHz) höher schwingen als die Empfangsfrequenz. Das Mittelwellenrundfunkband erstreckt sich auf dem amerikanischen Kontinent von 530 kHz bis 1720 kHz (in Europa von 526,5 kHz bis 1606,5 kHz). Wenn ich diesen Frequenzbereich überstreichen möchte, muss der Oszillator einen Frequenzbereich von 530 kHz + 455 kHz bis 1720 kHz + 455 kHz – also 988 kHz bis 2175 kHz - überstreichen. So ein Oszillator lässt sich relativ einfach aufbauen. Er kommt mit einem einzigen Schwingkreis aus. Für die Frequenzabstimmung muss nur die Kapazität der Schwingkreiskapazität verändert werden. Dazu reicht ein Drehkondensator mit einem einzigen Plattenpaket. Die obere und untere Frequenz treffen wir genau, wenn wir die Spule abgleichbar machen und parallel zum Drehkondensator einen kleinen Trimmkondensator schalten. Der Abgleich ist also einfach.

Zusammenfassung der Abkürzungen:

Empfangsfrequenz: fe
Oszillatorfrequenz: fo
Zwischenfrequenz: fz

 


Selbstschwingende Transistormischstufe. S10 ist ein Ferritstab für den Empfang auf Mittelwelle. S11 ist der Schingkreis des Oszillators. An der Wicklung a liegt die ZF an, die weiter zum ZF-Verstärker geführt wird.

Unser Superhet ist eigentlich fast fertig. Es fehlt nach dem ZF-Verstärker nur noch der Demodulator, um die Tonfrequenz (Niederfrequenz, NF) zu gewinnen. Damit wir was aus dem Lautsprecher hören, muss diese NF mit einem NF-Verstärker verstärkt werden. Diese Anordnung würde im Prinzip sogar funktionieren, aber ein paar Kleinigkeiten fehlen noch für einen ungetrübten Hörgenuss.

Wenn da nämlich nicht die störende Spiegelfrequenz wäre:  Wir haben also bisher gelernt:

Empfangsfrequenz = Oszillatorfrequenz MINUS Zwischenfrequenz.

Leider ist das nur die halbe Wahrheit. Dieser Empfänger empfängt auf Grund physikalischer Gründe noch eine zweite Frequenz, die sich Spiegelfrequenz fs nennt:

Spiegelfrequenz = Oszillatorfrequenz PLUS Zwischenfrequenz.

Beispiel: Wir empfangen mit unserem Superhet 1000 kHz. Dann ist Oszillator auf 1455 kHz abgestimmt, denn 1000 kHz = 1455 kHz – 455 kHz. Die Spiegelfrequenz fs liegt dann bei 1455 kHz + 455 kHz = 1910 kHz. Die Spiegelfrequenz liegt also um das Doppelte der Zwischenfrequenz höher als die Empfangsfrequenz. Sie liegt 910 kHz höher.

Die Spiegelfrequenz müssen wir unterdrücken. Wir wollen ja nicht gleichzeitig auf 1455 kHz und 1910 kHz Stationen hören. Diese Unterdrückung entsteht durch ein Filter ganz vorne direkt hinter dem Antenneneingang. Ohne diese Vorselektionen würden wir bei einer ZF von 455 kHz auch alle Stationen hören, die 2 x fz = 910 kHz höher also die Empfangsfrequenz liegen. Der Spiegelfrequenzbereich erstreckt sich bei einer ZF von 455 kHz für das amerikanische Mittelwellenrundfunkband von 1440 kHz bis 2630 kHz. In der Praxis besteht dieses Vorfilter zur Spiegelfrequenzunterdrückung durch einen Schwingkreis, der durch ein zweites Plattenpaket des Drehkondensators immer auf die Empfangsfrequenz abgestimmt ist. Deshalb sehen wir in alten Superhets Drehkondensatoren mit mindestens zwei Plattenpaketen. Man nennt das dann mitlaufende Vorselektion.


Mehrfach-Drehkondensator mit Untersetzungsgetriebe: Links die beiden kleinen Plattenpakete für UKW, in der Mitte das große Plattenpaket für die Vorselektion, rechts das kleinere Plattenpaket für den Oszillator.

Der Abgleich zwischen dieser mitlaufenden Vorselektion und dem Oszillator ist nicht ganz einfach und gelingt auch nicht zu 100%. Das muss es auch nicht, da die Vorselektion durch einen einzigen Schwingkreis relativ breitbandig ist.

Vor- und Nachteile einer hohen Zwischenfrequenz: Den ganzen Aufwand mit den zwei Plattenpaketen und der mitlaufenden Vorselektion hätte man sich sparen können, wenn man die Zwischenfrequenz höher gesetzt hätte. Angenommen, wir würden nicht 455 kHz wählen, sondern 2 MHz als Zwischenfrequenz. Dann würde die Spiegelfrequenz 2 MHz x 2 = 4 MHz höher also die Empfangsfrequenz liegen. Das wäre ein Bereich von 2,53 MHz bis 3,72 MHz. Dieser Bereich liegt weit oberhalb des Mittelwellenrundfunkbandes und die Spiegelfrequenz ließe sich durch einen Tiefpass von etwa 2 MHz wirkungsvoll unterdrücken. Warum hat sich die hohe Spiegelfrequenz nicht durchgesetzt? Das hat mehrere Gründe. Der Oszillator muss nun höher schwingen. Die Frequenzkonstanz wird schwieriger. Die Sender laufen dann eher weg. Bei einer höheren Zwischenfrequenz werden mehr ZF-Stufen benötigt, um die gleiche Bandbreite zu erzielen. Ein Tiefpass am Eingang ist zwar eine bequeme Angelegenheit. Allerdings lässt der Tiefpass alle Frequenzen unterhalb seiner Grenzfrequenz praktisch ungehindert durch. Mit diesem Frequenzgemisch hat die Mischstufe Schwierigkeiten. Es entstehen verschiedene Mischprodukte und unerwünschte Effekte, die zum Pfeifen, Rauschen und Übersteuern des Empfängers führen. Deshalb hat sich eine relativ niedrige ZF in Verbindung mit einer Vorselektion bewährt. Es gibt sogar Spitzensuper mit einer doppelten Vorselektion, wobei die Drehkondensatoren für AM drei Plattenpakete besitzen. Anmerkung: Ein Preselector, der zwischen Antenne und Empfängereingang geschaltet ist, ist nichts anderes als ein Vorsatzgerät zur  Verbesserung des Empfangs durch eine zusätzliche Vorselektion.

Der Doppelsuper: Auf den Kurwellenbereichen ist es bei einer niedrigen ZF besonders schwierig die Spiegelfrequenz zu unterdrücken. Deshalb hat man sich bei leistungsfähigen Empfängern einen Trick einfallen lassen. Im ersten Schritt wird auf eine sehr hohe ZF von zum Beispiel 70 MHz heraufgemischt. Dadurch ist der Spiegelfrequenzabstand so hoch, dass er sich die Spiegelfrequenz sehr leicht unterdrücken lässt. Bei dieser ZF von 70 MHz ist aber eine Trennschärfe schlecht zu erreichen. Deshalb wird diese erste ZF durch einen fest eingestellten Quarzoszillator auf eine niedrigere ZF von üblicherweise 455 kHz heruntergemischt. Auf dieser zweiten ZF arbeiten dann die schmalbandigen Filter.

Amplituden-Demodulation: Hinter dem ZF-Verstärker liegt das AM-Signal des eingestellten Senders als verstärktes Signal vor. Die Amplitude der ZF-Schwingung schwankt im Takt des Audiosignals. Um dieses aufmodulierte Audiosignal zurück zu gewinnen, müssen wir die ZF-Wechselspannung durch eine Diode gleichrichten. Dadurch schneiden wir den negativen oder positiven Teil der ZF-Schwingung ab. Es bleibt dann eine im Takt der Tonfrequenz pulsierende Gleichspannung übrig. Diese können wir mit einem RC-Tiefpass (Tiefpass aus Kondensator und Widerstand) glätten. Damit erhalten wir dann die Tonfrequenz, die wir dann im anschließenden NF-Verstärker verstärkt werden muss, damit genügend Leistung für den Lautsprecher zur Verfügung steht.


AM-Demodulation durch die Diode D4, dahinter das Tiefpass. Über R25 geht es weiter zur Regelspannungserzeugung. An R60 kommt die NF raus.

Schwundregelung: Wenn wir über das Band drehen, möchten wir, dass schwache und starke Stationen gleich laut klingen. Auf Grund der Ausbreitungsbedingungen bis etwa 30 MHz tritt Fading oder anders gesagt Schwund auf, weil sich an der Ionosphäre verschiedene Wellenzüge des Senders reflektieren und je nach Wegstrecke und Phasenlage mehr oder weniger aufheben oder verstärken. Durch die Veränderungen der Ionosphäre wird der Empfang innerhalb von Minuten oder Sekunden mal lauter oder leiser. Damit wir nicht ständig zum Lautstärkeknopf laufen müssen, gibt es eine Schwundregelung.

Für die Schwundregelung wird so ähnlich wie bei der AM-Demodulation hinter dem ZF-Verstärker eine Gleichspannung durch Gleichrichtung erzeugt. Allerdings ist die Zeitkonstante des RC-Tiefpasses viel größer. Sie liegt viel tiefer als die tiefste zu übertragene Tonfrequenz. Andernfalls würde die Tonfrequenz ja weggeregelt. Diese Spannung wird Regelspannung genannt. Bei Röhrenradios ist sie immer negativ. Je stärker der Sender einfällt, desto höher ist auch die Spannung am Ausgang des ZF-Verstärkers und desto negativer ist auch die Regelspannung, welche über einen hochohmigen Widerstand auf die Steuergitter der Mischröhre und der ZF-Verstärkerröhren gegeben wird. Dadurch verschiebt sich der Arbeitspunkt und die Verstärkung sinkt. Der Regelkreis ist geschlossen. Diese Regelung verhindert auch ein Übersteuern des ZF-Verstärkers und Mischers, was weitere unerwünschte Mischprodukte und ein „Zustopfen“ des Empfängers zur Folge hätte. Bei einem Transistorradio ist das Prinzip gleich.

Der NF-Verstärker: Nach der Demodulation folgt der NF-Verstärker. Am seinem Eingang liegt das Lautstärkepoti, welches sich im Schaltbild leicht finden lässt. Eventuell kommt dann noch eine Klangregelstufe für die Anhebung der Höhen und Tiefen. Nach dem Vorverstärker kommt dann bei Transistorverstärkern eine Gegentaktendstufe mit einem niederohmigen Ausgang, weil der Lautsprecher meistens zwischen 2 und 8 Ohm niederohmig ausgelegt ist. Bei Röhrenverstärkern sorgt in der Regel ein NF-Ausgangstrafo für die Anpassung an den niederohmigen Lautsprecher.


Diskret aufgebauter NF-Verstärker mit Gegentaktendstufe. R43 ist das Lautstärkepoti. Über C33 kommt die NF rein.

Der Lautsprecher: Warum ist der Lautsprecher niederohmig? Meistens hat er ja 2 bis 16 Ohm. Wäre der Lautsprecher mit ein paar Kilo-Ohm hochhohmig, würde man sich insbesondere bei Röhrenverstärkern den teuren und schweren Ausgangsübertrager einsparen können. Im Lautsprecher fließt der NF-Strom durch eine Spule, die fest mit der Membran des Lautsprechers verbunden ist. Diese Spule befindet sich in einem magnetischen Feld und bewegt sich deshalb im Takt der Musik oder Sprache hin und her und bewegt dadurch die Membran. Wäre die Impedanz des Lautsprechers hochohmig, dann müsste diese Spule viele Windungen haben. Sie wird dadurch größer und schwerer, wodurch sich die akustischen Eigenschaften des Lautsprechers verschlechtern. Für das Beschleunigen und Abbremsen einer schweren Spule wird mehr Energie benötigt.

UKW-Empfang mit dem Superhet: Dazu wird der bisherige Superhet erweitert. In einem meist abgeschirmten Metallkasten befindet sich der UKW-Tuner, welcher die Eingangsfrequenz von 87,5 bis 108 MHz auf eine ZF von 10,7 MHz heruntermischt.  Dieser Tuner besteht in der Regel aus zwei bis 3 Transistoren oder einer Doppeltriode wie der ECC85 mit zwei Trioden. Der Tuner hat ebenfalls in der Regel eine mitlaufende Vorselektion. Die Abstimmung erfolgt auf verschiedene Arten. Manchmal befindet sich in dem Kasten ein kleiner Doppeldrehkondensator. Der UKW-Tuner kann auch direkt auf dem AM-Drehkondensator montiert sein, der dann noch zwei weitere Plattenpakete für UKW besitzt. In den 70er-Jahren erfolgte dann die Abstimmung über Kapazitätsdioden. Manche UKW-Tuner werden mit einem Variometer über veränderliche  Spulen abgestimmt. Die Konstruktion des freischwingenden UKW-Oszillators ist hinsichtlich der geforderten Frequenzkonstanz eine Herausforderung, weshalb durch die geschickte Wahl von Kondensatoren im Schwingkreis eine Temperaturkompensation vorgenommen wurde. Der Austausch dieser Kondensatoren kann das Wegdriften des Oszillators zur Folge haben und den UKW-Empfang unzumutbar gestalten.


Blockschaltbild eines typischen Superhets für UKW (FM) und AM (Lang- bis Kurzwelle). Die Bandumschaltung für die AM-Bänder ist nicht eingezeichnet. Die AFC ermöglicht das automatische Nachstellen der Frequenz auf die UKW-Station mit Hilfe einer Kapazitätsdiode im UKW-Oszillator. Der mehrstufige ZF-Verstärker (Zwischenfrequenzverstärker) ist gleichzeitig für AM (etwa 9 kHz Bandbreite bei meist 455 kHz) und für UKW (etwa 200 kHz Bandbreite bei 10,7 MHz) ausgelegt und arbeitet ohne Umschaltung. Der NF-Verstärker ist der Audio-Verstärker, dier die nötige Leistungsverstärkung für den Lautsprecher erzeugt.


Transistor-UKW-Tuner mit selbstschwingender Misschstufe. A = Antenneneingang, S5 = ZF-Ausgang.

Der ZF-Verstärker ist nun so gestaltet, dass er neben den 455 kHz auch 10,7 MHz mit einer Bandbreite von etwa 200 kHz verstärken kann. Eine Umschaltung erfolgt nicht. Durch die Serienschaltung der Filter für 455 kHz und 10,7 MHz kann der ZF-Verstärker diese beiden Frequenzen gleichzeitig verstärken. Dabei sorgt für UKW der Kondensator im AM-Schwingkreis für einen Kurzschluss. Umgekehrt sorgt bei AM-Empfang die Spule im FM-Kreis für einen Kurzschluss.


Ausschnitt aus einem mehrstufigen ZF-Verstärker mit Bandfilterkopplung. Die unteren Bandfilter sind für die AM-ZF von 455 kHz, die oberen Bandfilter sind für eine ZF von 10,7 MHz für den UKW-Empfang. Dieser ZF-Verstärker ist also für zwei verschiedene ZF ausgelegt. Dieses Beispiel und alle nachfolgenden Schaltungsauszüge mit Transisoteren stammen aus den 70er-Jahren.

Bei UKW-Rundfunk gibt es keine Amplitudenmodulation. Zum Einsatz kommt die Frequenzmodulation. Dabei schwankt die Trägerfrequenz im Takt der zu übertragenen Tonfrequenz. Die Frequenzmodulation erfolgt bei älteren Rundfunkgeräten mit einem Ratiodetektor, der durch seine zwei Dioden auffällt.


Ratiodetektor für die FM-Demodulation. Die ZF kommt über R23, die NF liegt an R31 / C25 an.

Netzteil und Stromversorgung: Bei batteriebetriebenen Radios ist liegt ein großer Elko parallel zur Batterie. Dadurch sinkt der dynamische Innenwiderstand der Spannungsquelle. Bei Basswiedergabe geht die Spannung einer verbrauchten Batterie nicht gleich in die Knie. Leider hat so ein dicker Elko eine recht hohe Eigeninduktivität, was dem HF-Teilen des Radios Schwierigkeiten bereitet. Deshalb sind an vielen Stellen der Schaltung Kondensatoren von etwa 100 nF parallel zur Batterie oder dem Netzteil geschaltet. Damit eine schwankende Speisespannung nicht zu unerwünschten Effekten wie Blubbern (Motorboating) führt, beziehen viele Stufen über RC-Glieder (meist 100 Ohm, 100 nF oder 22 uF) ihre Speisespannungen von der Batterie oder dem Netzteil.


Unstabilisiertes Netzteil mit Brückengleichrichter und Ladeelko C57. Parallel zu den vier Gleichrichterdioden sind 20nF-Kondensatoren geschaltet, um Netzbrumm auf Mittelwelle zu vermeiden.

Bei älteren Radios ist die Speisespannung unstabilisiert. Die Netzgleichrichtung erfolgt über einen Brückengleichrichter. Parallel zu den Gleichrichterdioden sind Kondensatoren von etwa 22 nF geschaltet. Sie verhindern ein Brummen auf den AM-Bändern.


Eine Empfängerplatine eines  Transistorradios aus den 70er-Jahren. Links die Ferritantenne. Unten links der würfelförmige Drehkondensator, um den der UKW-Tuner und die selbstschwingende Mischstufe angelegt ist. Links oben der NF-Verstärker. Rechts oben das Netzteil. Links unten der ZF-Verstärker mit seinen ZF-Spulen.

Einsatz von ICs: Bis in die 70er Jahre waren die meisten Transistorradios ausschließlich mit diskreten Halbleitern aufgebaut. Die Funktion der Schaltung ließ sich deshalb relativ einfach bis ins Detail verfolgen. Mit dem Einzug von ICs hat sich dies geändert. Der TDA7000 enthält zum Beispiel einen kompletten FM-Empfänger ohne NF-Verstärker. Die meisten NF-Verstärker sind als ICs ausgelegt. Ein TCA440 enthält einen vollständigen AM-Empfänger einschließlich der Demodulation. Für die Reparatur ist es nicht notwendig den inneren Aufbau der ICs zu kennen. Es reicht ihre Funktion zu verstehen, wobei das Prinzip des Superhets meistens weiter verfolgt wurde.  Deshalb sollte man bei der Reparatur von Radios das Blockschaltbild eines Superhets immer vor seinem geistigen Auge haben.

 

Zuletzt aktualisiert am Sonntag, den 29. November 2015 um 13:18 Uhr
 
3. Februar 2017

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