TTL-Eichpunktgenerator

von Günther Zöppel

Im Bastelschrank liegen noch sehr viele TTL- und CMOS-IC´s aus vergangenen Zeiten, ebenso einige von alten Computer-Motherboards stammende Quarzmodule. Ehe man diese entsorgt, dachte ich mir, baut man lieber noch was halbwegs sinnvolles damit auf, und so ist dieser Generator entstanden. Einigermaßen konstante Frequenzen braucht man ja immer bei diversen Messaufgaben im Labor. Für einen Empfängerabgleich, z.B. zum Checken, ob die Skala stimmt, ist so ein Gerät sehr gut zu gebrauchen. Letztere Funktion brachte dem Teil auch den Namen „Eichpunktgeber“ ein. Das Verfahren ist denkbar einfach : Man schaltet auf eine bestimmte Frequenz, z.B. 1 MHz und sucht auf der Skala (in dem Fall Mittelwelle) solange, bis man ein hohes Pfeifen hört, welches bei langsamen Weiterdrehen tiefer wird und bis auf Schwebungsnull gebracht werden kann – das ist dann genau der Punkt 1 MHz, wo die Skala stimmen sollte. Es reicht dazu ein kurzes Stück Draht, welches als „Antenne“ in die BNC-Ausgangsbuchse des Generators gesteckt und bis in die Nähe des zu testenden Empfängers gebracht wird, das Signal koppelt dann kapazitiv in den Eingangskreis des Empfängers ein. Das Verfahren habe ich auch schon beim Röhren-Bausatz-Empfänger von Franzis beschrieben: Roehrenradio2.html

Natürlich treten bei Rechteckschwingungen auch Oberwellen auf, das hat ein gewisser Herr Fourier schon vor einiger Zeit mathematisch nachgewiesen, d.h. man sollte beim Anwenden dieser Methode darauf achten, dass man nicht versehentlich auf eine falsche Frequenz abgleicht – z. B. bei 1 MHz auf die erste Oberwelle von 2 MHz (ein ganzzahliges Vielfaches der Grundwelle). Dazu sollte man wissen, dass die Oberwellen in ihrer Intensität gegenüber der Grundwelle im Regelfall weniger stark ausgeprägt sind – d.h. für den Empfängerabgleich, dass man z.B. die Richtspannung (Gleichspannung am Demodulator) messen kann und dann austestet, ob diese bei weiteren Eichpunkten höher oder niedriger wird. Nach einiger Einarbeitungszeit hört man das auch an der Intensität des Pfeiftones beim Suchen nach der Schwebungsnull, ob ein weiterer Punkt stärker oder schwächer ausgeprägt ist.
Sollte der Empfänger den Komfort eines sogenannten S-Meters besitzen, welches die Empfangsfeldstärke anzeigt, kann man auch damit nach dem Maximum suchen. Eventuell ist dazu der Behelfsantennendraht etwas weiter weg vom Empfänger zu legen, damit keine Übersteuerungen auftreten und das Maximum gut ausgeprägt ist.

Zur Schaltung des Gerätes

Die Betriebsspannung wird über einen Miniatur-Netztrafo mittels Graetzgleichrichtung und Stabilisierung auf 5V mittels IC1 TTL-gerecht erzeugt und auf die 15 angeschlossenen IC´s verteilt. Die jeweiligen Stromversorgungsanschlüsse der ICs sind durch Kondensatoren (C3 – C17) HF-mäßig entkoppelt. Zur Aufbereitung der Frequenzen genügen 5 Quarzmodule IC 2 – 6, deren Frequenzen durch entsprechende Flip-Flop-Teiler auf 2 – 20 MHz (in 2MHz-Schritten) gebracht werden, welche am Schalter S3 anliegen. Jede dieser Frequenzen kann durch weitere dekadische Teiler auf Subfrequenzen im Umfang von 7 Zehnerpotenzen heruntergeteilt werden, dafür sind IC 11-16 zuständig. Die Übersichtsformel der erzeugbaren Festfrequenzen ist daher :

Faktor (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10) x Hertz (1,10,100,1k,10k,100k, 1M)

Zusätzlich sind Frequenzen über 10 MHz noch direkt (ohne Teiler IC10b) abgreifbar, da diese durch obige Formel nicht mit abgedeckt sind. Diese liegen an der Buchse Direct-Out entsprechend der Schalterstellung an (10, 12, 14, 16, 18, 20, 24 und 36 MHz). Letztere Frequenzen sind solche, die an Bu TTL Out schaltungstechnisch bedingt nicht auftreten, da dort stets der Teiler IC10b dazwischen liegt. Im Normalfall liegt da stets die halbe Frequenz von Direct Out an, es gibt also eine gewisse Redundanz bei der abgreifbaren Frequenz, daher habe ich die zweite Buchse auch hinten angebaut.
Damit kommt man insgesamt auf 77 unterschiedliche quarzstabile Festfrequenzen, die für den Einsatz beim Abgleich von Empfängern bis in den UKW-Bereich (z.B. Abgleich auf die 3. Oberwelle von 36 MHz -> 3 x 36 = 108 MHz, Abgleich auf die 4te von 24 = 96 MHz usw.) geeignet sind. Selbstverständlich sind diese Frequenzen auch anderweitig nutzbar, z. B. bei der Prüfung von Verstärkern aller Art. Eventuell muss man den Ausgangspegel zur Übersteuerungsvermeidung dabei etwas reduzieren, indem man einen passenden Spannungsteiler vorsieht.

Zu beachten war bei meinem Musteraufbau, dass manche TTL-ICs höhere Frequenzen nicht mehr sauber verarbeiten können, daher wurde in den jeweiligen Erststufen der Teiler (IC 9,10 und 11) im Nachhinein die Highspeedvariante der Typen eingesetzt. Lt. Datenblatt ist nämlich bei den Standard-TTL-IC´s bei ca. 20 – 25- MHz Schluss. Die CMOS-Dekadenteiler 4029 wurden generell nur für niedrigere Frequenzen vorgesehen.
Der Ausgang TTL-Out führt Frequenzen von 1 Hz bis 10 MHz, durch R2 kurzschlussfest und auf ca. 50 Ohm Impedanz gebracht, im TTL-Pegel. Das FlipFlop IC10b (ebenfalls Highspeed) sorgt für steile Flanken. Der Ausgang Direct Out an der Rückseite des Gerätes liefert neben den vom Teiler kommenden Rohfrequenzen auch die seltener benötigten höheren Werte von 24 und 36 MHz.

Im Nachhinein wurde IC1 (7805) noch durch einen Step-Down-Wandler ersetzt, denn der 7805 arbeitet uneffektiv und produziert Hitze, die im Geräteinnern dann u.U. ein Weglaufen der Quarzfrequenzen erzeugt. Die gesamte Schaltung benötigt gemessen ca. 50 mA. Bei 12 V Trafospannung entstehen an C1 etwa 18 V=, die auf 5 V reduziert werden. Damit stehen über IC1 18 V-5 V= 13 V, bei 50 mA ergibt das 50 mA x 13 V = 650 mW, welche IC1 verbrät, er wird dabei schon merklich heiß. Der Step-Down-Wandler arbeitet hingegen mit einem Wirkungsgrad von 92 % und wird dabei nicht mal handwarm. Dieser war beim Projekt das einzige Kaufteil, aber erschwinglich (ca. 2 Euro bei Amazon), ansonsten kam alles fürs Gerät kostenlos aus der Bastelkiste. Der Aufbau auf Universalplatine hat sich mittlerweile bei meinen Projekten als Standard etabliert und ist trotz des Drahtverhaus beherrschbar. Das Gehäuse ist eine zweischalige, von unten verschraubbare Ausführung mit Aluminium-Front-und Rückplatte. Für Nachbauer geben die Fotos sicher noch entsprechende Anregungen.

Fazit
Ich meine, dass das Gerät die bessere Alternative gegenüber dem Entsorgen der Alt-IC´s ist, denn es hat mir schon wertvolle Dienste beim Empfängerabgleich geleistet. An dieser Stelle möchte ich auch meinen Dank an OM Peter Tonak, DL3JIN , loswerden, der eine ähnliche Variante aufgebaut hat und eine Menge Anregungen zu diesem Projekt gab. Intern in meinem Labor wurde das Gerät auf den wohlklingenden Namen „Qualm“ getauft (Quarzgenerator aus liegengebliebenen Modulen). Ich hoffe, dass dieser Name nur symbolischen Charakter hat und selbiger nicht eines schönen Tages aus dem Geräteinneren aufsteigt ;-)

Günther Zöppel
Pockau, im Januar 2016

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