In der täglichen Praxis einer Audio-Werkstatt ist der Einsatz eines Stereomultiplexsignals oft unumgänglich. Obwohl genügend Rundfunksender zur Verfügung stehen, die ein Stereoprogramm ausstrahlen, hat ein Signal, das beliebig eingestellt werden kann, für Messzwecke erhebliche Vorteile gegenüber einer Musiksendung.

Der Stereosender dieses Lernprojektes soll darüber hinaus noch weitere Aufgagen erfüllen:

1   Die einzelnen Komponenten der Schaltung werden im Rahmen von Messübungen in den entsprechenden Lernsequenzen beschrieben.

2   Die Schaltung soll so ausgelegt werden, dass sie in möglichst viele von einander unabhängige Grundschaltungen unterteilt werden kann.

3   Es soll ein möglichst breites Spektrum an Lerninhalten abgedeckt werden.

4   Das fertige Modul soll mit den bestehenden Modulen der Fachpraxis-Elektonik EFP kombinierbar und die mechanischen Komponenten möglichst baugleich sein.

Das Stereo-Multiplexsignal

Die Rundfunk-Stereoübertragung  nach dem Pilottonverfahren ist in der  CCIR-Norm (Comite Consultatif International des Radiocommunications) festgelegt.

Es setzt sich aus den drei Komponenten nach zusammen:

Das Summen signal (L + R) enthält die Information des linken und rechten Kanals zu gleichen Anteilen und stellt somit die Mitteninformation dar. Dieses Signalgemisch ermöglicht auch Monoempfängern einen einwandfreien Rundfunkempfang. Als Zusatz für einen Stereoempfänger sind dann noch die Seiteninformationen notwendig. Diese sind in dem Differenzsignal (L - R) enthalten. Dieses Differenzsignal wird einem Hilfsträger aufmoduliert und damit in den Ultraschallbereich gelegt.
Die Modulationsart ist Zweiseitenband-Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger.

Im Bild oben wird das Frequenzspektrum des Stereomultiplexsignals gezeigt.

Der Pilotton mit 19 kHz ist notwendig für die phasenrichtige Demodulation des Differenzsignals in den Empfängerschaltungen. Die Informationen der beiden Signale werden nach folgendem Schema wieder getrennt:

(L + R) + (L - R) = 2 . L
(L + R) - (L - R) = 2 . R

Grundanforderungen an das Gerät

Dieser Stereosender soll das dem Auszubildenden zur Verfügung stehende selbstgebaute Messgerätelabor um ein weiteres Gerät ergänzen.Besonders wichtig für ein solches Gerät ist, dass es den Anforderungen zum Erlernen der HF-technischen Grundlagen der Rundfunkempfangstechnik entspricht.

Das bedeutet. dass alle Signale zur phasensynchronen Darstellung am Oszilloskope von einem Mutteroszillator abgeleitet werden.

Für Messungen an einem Empfangsgerät können der linke und der rechte Kanal unabhängig voneinander moduliert werden. Dafür ist ein Umschalter vorgesehen.

Soll das Gerät mit Audiosignalen, wie Musig oder Sprache moduliert werden, ergibt sich die Notwendigkeit, einer von außen frei wählbaren Preemphase, da ja alle Rundfunkempfänger auch mit einer entsprechenden Deemphase ausgerüstet sind. Hierbei sind zwei unterschiedliche Werte gebräuchlich, die beide frei wählbar sein müssen.

Nun ist es nicht immer so, dass man einen Empfänger gleich zerlegen muss, um ihn zu testen. So ist es erforderlich, dass das Stereomultiplexsignal (MPX) an einem Hf-Ausgang (100 MHz) frequenzmoduliert zur Verfügung steht. -Dies ermöglicht, das Gerät auch zu Vorführzwecken zu verwenden.

Für echte Servicezwecke ist es noch erforderlich, dass das Multiplexsignal abschwächbar und niederohmig ist, auch muss ein Triggersignal, das dem Pilotton entspricht, zur Verfügung stehen.

Funktionsbeschreibung anhand des Blockschaltbildes

Das Blockschaltbild (Bild 2) ist in drei Funktionsblöcke unterteilt. Diese Blockstruktur findet sich auch annähernd bei den Platinen wieder. Nur der 26,6-MHz-Oszillator 'wurde extern in einem Hf-dichten Gehäuse untergebracht, ebenso der 100-MHz-Oszillator.

Block 1 dient zur Erzeugung aller notwendigen Signalschwingungen. Für die Erzeugung des Hilfsträgers und der Pilottonfrequenz wird das Ausgangssignal eines 26,6-MHz-Oszillators durch 700 bzw. 1400 geteilt. Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung liegt in geringen Kosten und einer genauen Hilfsträgerfrequenz. Um eventuelle Störungen durch Oberwellen dieser Signale zu verhindern, wurden den Ausgängen der Teilerschaltungen Tiefpaßfilter nachgeschaltet.

Ebenfalls in Block 1 befinden sich die Oszillatoren für die Erzeugung der Signaltöne, die zur Aussteuerung der bei den Kanäle benötigt werden. Diese Signale können dann wahlweise auf die Eingänge geschaltet werden.

In Block 2 finden wir die eigentliche Codierschaltung. Nach den Eingangswahlschaltern (S2, S3) und dem Potentiometer zur Abschwächung des Eingangssignals befindet sich die mit dem Schalter S4 wählbare Preemphase.

ist eine Preemphase von 50 us und von 75 us möglich. Letztere trifft überwiegend für Geräte vom amerikanischen Markt zu. Die Preemphase und anschließende Deernphase im Empfänger bewirkt eine Verbesserung des Signal/ Rauschabstandes.

Die Codierung erfolgt nun nach dem Frequenzmultiplexverfahren. Das heißt, das Signalgemisch wird mit Hilfe einer Matrix erzeugt.

                        Die Mitteninformation              entsteht

durch Summierung der bei den Kanäle und wird nach Pegelanpassung an eine Subtrahierschaltung (OP 3) weitergeleitet. Das Summensignal steht hier invertiert zur Verfügung. Die Seiteninformation bzw. das Differenzsignal ent-steht an der Subtrahierschaltung (OP 2) und wird anschließend einem Balanced-Modulator zugeführt. Als Träger erhält der Modulator die 38 kHz aus Block 1. So entsteht ein zweiseitenband-amplitudenmoduliertes Signal, das ebenso der Subtrahierschaltung (OP 3) zugeführt wird.

Der Pilotton (19 kHz) wird mit entsprechender Amplitude in invertierter Form der Subtrahierschaltung (OP 3) zugeführt. Nun stehen an den Eingängen folgende Signale zur Verfügung:

0- (L + R);

o Modulationsprodukt (MOD); 0--(19 kHz).

Am Ausgang des Subtrahierers steht das Multiplexsignal an. Um die Oberwellenenteile abzuschwächen, folgt noch ein Tiefpaß 4. Ordnung mit Bessel-Charakteristik. Außerdem verstärkt dieses aktive Filter um den Faktor 3 im Durchlaßbereich.

Das Multiplexsignal wird über ein Potentiometer an den Ausgang geführt. Mit dem Multiplexsignal wird ein 100MHz-Signal moduliert. Dieses frequenzmodulierte Ausgangssignal kann in einen UKW-Empfänger eingespeist werden.

Zur Spannungsversorgung der einzelnen Stufen dient ein Standard-Netzteil (Block 3) mit Festspannungsraglern. Solche Netzteile sind einfach und unproblematisch zu bauen und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung.

Aufbereitung der Signalsp~nnungen

Die gesamte Signalaufbereitung wird auf einer Platine untergebracht. Nur der FM-Oszillator wird frei verdrahtet in einem Hf-dichten Gehäuse aufgebaut, es kann auch ein fertiges Hf-Modul verwendet werden.

Für den Oszillator in Block 1 wurde eine Frequenz von 26,6 MHz gewählt, weil der verwendbare CB-Quarz überall preiswert zu haben ist. Wie bei CB-Quarzen üblich, schwingt der Oszillator auf der dritten Harmonischen (Bild 3). Als Transistoren können Typen wie BC 173 B oder BC 107 B verwenden, da die Grenzfrequenz von 150 ... 200 MHz leicht ausreicht.

Die Rückkopplung und die Phasendrehung um 180° erfolgen hier über die Spannungsteilung mit der Transistoreingangs- und Ausgangskapazität. Der 100 kW Widerstand von der Basis zum Kollektor legt den Gleichstromarbeitspunkt fest. Die Schwingkreiskapazität für diesen Frequenzbereich sollte ca. 27 pF haben. Somit ergibt sich eine erforderliche Induktivität von 1,3 uH

Diese wird am besten als Luftspule aus Kupferdraht (0 = 0,5 mm) oder Silberdraht gewickelt. Die Windungszahl errechnet sich bei einer Spulenlänge von 4 mm zu 5 Windungen.

Da die Frequenz des Oszillators nicht sehr stark von der Induktivität L abhängt, ist dieser Wert dieser nicht so kritisch. Eine geringfügige Abweichung des Oszillators von seiner Sollfrequenz ist auch deshalb relativ unkritisch, da die Ausgangsfrequenz noch durch 700 geteilt wird.

Durch eine kapazitive Auskopplung wird die Schwingfrequenz einer Impedanzwandlerstufe zugeführt und auf TTL-Pegel gebracht. Der Ausgang geht direkt auf die Teilerschaltung. Der komplette Oszillator ist auf einer kleinen Platine untergebracht (Bild 4) und wird in ein allseitig geschlossenes Metallgehäuse eingebaut. So werden

Bild 2. Blockschaltbild des Stereocoders mit allen Baugruppen; die umrandeten Funktionsblöcke sind jeweils beim fertigen Gerät auf einer Platine untergebracht

Bild 4.

Platine zum Aufbau des 26;ti-MHz- OszillMors (a) und Bestückungsplan (b)

eventuelle Hf-Einstreuungen auf d-ie anderen Schaltungsteile vermieden. Die Spannungsversorgung des Oszillators beträgt +5 V gegen Masse. Die Signalauskopplung erfolgt über einen Durchführungskondensator.

Die TTL~Teiierschaltulig

Um die Teilung durch 700 bzw. durch 1400 zu erreichen, wurde die Schaltung nach Bild 5 aufgebaut: Teiler 1 (7490) teilt durch sieben; Teiler 2 (IC 74490) teilt durch 50; Teiler 3 (IC 7473) teilt zweimal durch zwei und stellt an seinen Ausgängen die Signalspannungen in symmetrischer Impuls form zur Verfügung.

Der 19-kHz-Pilotton wird in invertierter Form entnommen, da er später in der Subtrahierschaltung (OP 3) dem invertierenden Eingang zugeführt wird.

Um eventuelle Störungen der Codierschaltung durch Oberwellen des Hilfsträgers oder des Pilottons zu vemeiden, werden diese durch Tiefpässe abgeschwächt. Für diesen Zweck eignen sich am besten TI-Filter, die in der Literatur auch als Collins-Filter bezeichnet werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Filterschaltungen ist, daß durch die Abstimmbarkeit der Induktivitäten L die Signallaufzeit beeinflußt werden kann.

del erhältlich. Für den 19-kHz-Tiefpaß ergeben sich die Kondensatoren dann zu 10 nF und für den 38-kHz-Tiefpaß zu 2,2 nF. Die Abschlußwiderstände sollten im Bereich von ca. 1...2 kQ liegen.

Die Filterspulen sollten also nicht auf maximale Ausgangsamplitude abgeglichen werden, sondern auf gemeinsamen' Nulldurchgang der Signale. Dies läßt sich mit Hilfe eines Zweistrahloszillografen sehr gut bewerkstelligen.

Den Tiefpaßfiltern folgt jeweils noch eine Impedanzwandlerstufe. Mit dem Trimmpotentiometer im Emitterzweig kann der Ausgangspegel eingestellt werden. Beim Pilotton ist ein Effektivwert von 66 mV einzustellen. Der 38kHz- Träger sollte so eingestellt werden, daß sich eine saubere Aussteuerung des Modulators ergibt.

Für die Induktivität wurden fertige Spulen mit einer Nenninduktivität von 8 mH gewählt. Diese sind im Fachhan

Prüftonoszillatoren mit RC-Phasenschieber

Als Oszillatoren zur Erzeugung der Prüf töne werden einfache RC-Oszillatoren verwendet (Bild 6). Die Frequenzen werden zu ca. 1 kHz und 2 kHz gewählt.

Das Netzwerk aus den drei' l-kQ (bzw, 2,2-kQ-)Widerständen und die 3-nF-Kondensatoren ergeben für die Resonanzfrequenz die notwendige Phasenverschiebung von 180°.' Als Transistoren eignen sich alle gängigen NPN - Kleinsignal- Transistoren (z. B.:

BC 107, BC 173 ... ). Die Resonanzfrequenz errechnet sich aus:

Mit dem 50-kQ-Trimmpotentiometer kann der Arbeitspunkt des Oszillatortransistors eingestellt werden. Die Einstellung sollte auf möglichst geringen Klirrfaktor vorgenommen werden. Am Kollektor des Oszillatortransistors wird die Ausgangsspannung abgegriffen und direkt einer Entkoppelungsstufe zugeführt. Der Trimmer am Emitter der Impedanzwandlerstufe dient zur Einstellung des Ausgangspegels. Dieser sollte ungefähr 300 mV betragen.

Wie schon weiter oben erwähnt, wird das Multiplexsignal nach dem Matrixverfahren erzeugt. Bevor die Eingangssignale den einzelnen Codierstufen zugeführt werden, müssen sie jedoch noch eine Preemphase durchlaufen.

Der Aufbau der Teilerstufen mit Tiefpaßfiltern und der Prüftonoszillatoren für 1 und 2 kHz erfolgt auf der Platine nach Bild 7. Die Bestückung kann dem Bild 8 entnommen werden.

Eingangsschaltung mit Preemphase

Nach dem Eingangswahlschalter werden die Eingangssignale einem 47 kQ- Tandempotentiometer zugeführt (Bild 9). Dieses dient zu Abschwächungen des Eingangssignales. Anschließend folgt die Preemphase, die die hohen Frequenzen in der Übertragung bevorzugt. Dies bewirkt einen besseren SignalRauschabstand bei FM-Übertragungen.

Da bei den Empfangsgeräten zwei Werte der Preemphase, nämlich 50 us oder 75 us möglich sind, müssen diese auch frei wählbar sein. Dies wird durch wahlweises Parallelschalten von einem 15-nF- bzw. 10-nF-Kondenstor mit einem 4,7-kQ-Widerstand realisiert. Ein Abschalten der Preemphase ist in Mittelstellung des Kippschalters S4 möglich.

Als Eingangssignale können entweder die Prüfoszillatoren wahlweise angeschaltet werden oder extern an der DIN-Buchse beliebige Ni-Signale mit einer Mindestamplitude von 300 mV eingespeist werden.

Erzeugung des Summenund Differenzsignals Um die einzelnen Komponenten für das Signalgemisch des Multiplex-Signals zu erzeugen, wurden einfache Operationsverstärker verwendet, wie z. B. der Standard-Operationsverstär- ker 741. Im Musteraufbau wurden jedoch Operationsverstärker mit einer höheren Anstiegsgeschwindigkeit (Slew Rate) verwendet, da damit bessere Ergebnisse erzielt wurden. Es eignen sich Typen wie LF 355 oder TL 081 o. ä. Diese sind pinkompatibel mit dem OP 741. Auf die Verwendung von Mehrfach-Operationsverstärkern wurde verzichtet, da diese das Übersprechen negativ beeinflussen würden. Mit Einfach-Operationsverstärkern ergibt sich auf jeden Fall eine bessere Entkopplung.

Der Summierer (OP 1 in Bild 9) ist eine Standardschaltung. Die Verstärkung der Anordnung beträgt eins. Am Ausgang befindet sich ein Trirnmpotentiometer, mit dem die Amplitude abgeschwächt werden kann. Hier steht das Summensignal-(L + R) zur Verfügung. Das Minuszeichen bedeutet, daß das Signal in invertierter Form ansteht.

Im Differenzsignal sind die Seiteninformationen des Stereosignals enthalten. Zur Erzeugung dient eine einfache Subtrahierschaltung (OP 2) ohne Verstärkung. Das 5-kQ-Trimmpotentiometer im Rückkopplungszweig dient dazu, eventuelle Nichtlinearitäten in den Eingangsstufen des Operationsverstärkers auszugleichen.

Man stellt es am besten beim Anliegen eines Gleichtaktsignales auf minimale Ausgangsspannung ein. Das kann ganz einfach mit dem Eingangswahlschalter erfolgen, indem man auf beide Eingänge die gleiche Frequenz schaltet. Nach eventueller Pegelabschwäehung wird das Ausgangssignal des Subtrahierers dann einem Zweiseitenband-Amplitdenmodulator zugeführt!

Im ersten Teil der Bauanleitung wurde die Funktion des Gerätes an hand des Blockschaltbildes besprochen und die Aufbereitung der Signalspannungen erläutert. Im zweiten Teil werden die restlichen Baugruppen und die Spannungsversorgung beschrieben.

Der Balanced-Modulator

Zur Erzeugung des Multiplexsignales ist es notwendig, das Differenzsignal (L - R) in einen anderen Frequenzbereich zu übertragen. Dies geschieht mit Hilfe eines Balanced-Modulators LM 1496 (Bild 9 im ersten Teil). Dieser erzeugt eine Amplitudenmodulation mit unterdrücktem Träger. Das Ausgangssignal aus dem Modulator wird MOD genannt.

Als Eingangssignale werden dem Modulator das Differenzsignal und der

38-kHz-Hilfsträger zugeführt. Der Pegel des Hilfsträgers ist so einzustellen, daß sich eine saubere Modulation ergibt. Das Differenzsignal wird so eingestellt, daß das Summensignal (L + R) und das Modulationsprodukt gleiche Amplituden ergeben (300 mV).

Die nächste Stufe (OP 3) ist wiederum eine Subtrahierschaltung und bildet das Multiplexsignal.

Um ein einwandfreies Multiplexsignal zu erhalten, müssen die einzelne Komponenten in richtiger Phasenlage

zusammengeführt werden. Dies wird durch die Subtrahierstufe OP 3 verwirklicht. Es stehen folgende Signale an: -(L + R); (MOD); -(19 kHz). Die Pegel der einzelnen Signale können alle durch Trimmpotentiometer eingestellt werden. Die Anteile betragen:

Am Ausgang steht das Multiplexsignal nach Durchlaufen eines Tiefpasses zur Verfügung.