aktualisiert und neu gestaltet 040520

Das OBJ-Bausteinradio

Auf der Mittelwelle ganz Europa und noch mehr hören!

Lernen und begreifen wie Radio funktioniert:
Ein mehr als 25 Jahre altes Technik-Projekt für eine Radio-AG an der Schule. Entwickelt von Manfred Reimann (DL6OBJ) und für den Schulgebrauch vereinfacht von Ingo Mennerich (DL4AT).
Die dahinter stehende Technik ist gut ein Jahrhundert alt, damals funktionierte das so genannte "Audion" noch mit Röhren, in den fünfziger Jahren wurden sie durch Transistoren abgelöst. Hier lernen wir neben Halbleiterelementen wie Dioden und Transistoren auch einen Integrierten Schaltkreis (IC) kennen der aber auch durch einen Transistorverstärker ersetzt werden könnte.

Schritt für Schritt:
Das Mittelwellen-Bausteinradio besteht aus mehreren unabhängigen Modulen die nacheinander aufgebaut und getestet werden. So lassen sich Fehler orten und defekte Teile reparieren oder austauschen.
Zuerst werden, noch stromlos, die stärksten Sender empfangen. Eine oder zwei Dioden und eine Hörkapsel aus einem alten Telefon (oder ähnliche hochohmige Hörer) reichen dazu aus. Auf dieser Stufe kann man schon mit Antennen experimentieren. Manchmal tut es statt eines langen Drahtes eine blanke Stelle an der Heizung.
In Hannover fuhr die Radio-AG der Schule mit dem Fahrrad ins nahe Hemmingen zum Mittelwellensender des NDR. Auf dem Wege dorthin wurde der NDR immer lauter und dort angekommen wurde eine Glühlampe mit Antenne zum Leuchten gebracht.
Leider gibt es in Deutschland mittlerweile keine Mittelwellensender mehr. Wenn es dunkel ist, kann man dafür aber ganz Europa hören. Mit der Hörkapsel und ein bis zwei Dioden hört man alle die Antenne erreichenden Sender gleichzeitig, mal stärker, mal schwächer und immer wieder etwas anderes. Aber daran kann man viel ändern und das Radio wird besser und besser...

Die nächsten Schritte:

  • Erst ein, dann zwei Transistoren machen das Radio lauter und lauter
  • Ein Schwingkreis mit Spule und Drehkondensator wirkt als Antenne und trennt die Sender voneinander
  • Ein weiterer Verstärker, entweder mit Transistor oder IC, macht Lautsprecherempfang möglich
  • Eine Rückkopplungsschaltung und Veränderungen am Schwingkreis machen das Radio noch trennschärfer
  • Eine "Ortssenderfalle" aus Spule und Kondensator blendet zu starke Signale aus

Das "OBJ" ist ein ausgesprochener Energiesparer: Es fließt nur wenig Strom (ca. 8mA) und eine 9V Blockbatterie hält viele Monate lang.

Weitere Optionen:

  • Statt des IC-Verstärkers für den Lautsprecher kann auch ein einfacher Transistorverstärker gebaut werden
  • Statt einer Flachspule als Antenne kann auch eine Rahmenantenne benutzt werden
  • Eine weitere HF-Vorstufe mit einem Feldeffekttransistor macht das Radio noch empfindlicher und trennschärfer
  • Eine automatische Verstärkungsregelung (ALC = Automatic Level Control) erspart bei schwankender Signalstärke das manuelle Regeln der Laustärke

 

Schaltplan (zum Vergrößern bitte anklicken)

 

Das kann oder könnte man bei entsprechenden Bedingungen mit dem "OBJ-Bausteinradio" horen:

Mittelwelle-Senderliste Europa, Nordafrika und Nahost (Stand Mai 2020, PDF)

 

Hier ist die komplette Anleitung zum Herunterladen

Radiotechnik für Einsteiger: Das OBJ-Bausteinradio
Ein Energiespar-Mittelwellenempfänger

Hier zum Herunterladen (PDF, 3,2 MB)

 

Fotos, Pläne, Schaltskizzen der Module

Fotos und Schaltskizzen: Ingo Mennerich nach Vorlagen von Manfred Reimann

 

Das "OBJ" von vorne:

Schwingkreisspule (Antenne), Aus- und Rückkopplung

Skala mit 360°-Einteilung, Abstimmknopf

Rückkopplungsregelung (linker Drehnopf)

Lautstärkeregelung (rechter Drehknopf)

Blockschaltbild

 

Anordnung der Module

 

Erste Schritte: Radio hören ohne Strom:

Dioden machen aus unsichtbaren Radiowellen schwache Töne

 

Eine Diode... besser sind zwei!

 

Aufbauschema

 

 

Baustein 2

Die Radiowellen werden verstärkt, entweder mit einem Transistor oder mit zweien:

 

 

Anschlußschema des Transistors BF224, Collector (C), Basis (B) und Emitter (E)

 

Wenn der Transistorverstärker nicht funktionieren sollte kann man die Spannungen an verschiedenen Orten messen:

Und so sieht die Verstärkerschaltung mit zwei Transistoren aus:

 

 

oder mit "Saugkreis" (links) aus Spule* und abstimmbaren Kondensator der den starken Ortssender abschwächt

*Spule im mit Minuspol (Platine) verbundenen Abschirmgehäuse. Damit lassen sich auch "Einschläge" starker Kurzwellensender unterdrücken.

 

Baustein 4

Die Töne werden mit einem Integrierten Schaltkreis (IC) verstärkt. Im IC sind viele Transistoren versteckt.

 

LM 386 Anschlüsse

 

 

Baustein 3

Lautstärkeregler

 

Baustein 5

Mit einem abstimmbaren Schwingkreis aus Spule und Drehkondensator werden die verschiedenen Radiowellen voneinander getrennt.

 

In der einfachsten Version wird der Schwingkreis einfach nur an den Demodulator (Baustein 1) oder den HF-Vorverstärker (Baustein 2) angeschlossen. Dadurch wird der Schwingkreis aber sehr breitbandig, d.h. es werden mehrere Sender gleichzeitig empfangen.

Besser ist es mit die Radiowellen mit wenigen Extrawindungen auszukoppeln. Das belastet den Schwingkreis weniger und die Trennschärfe steigt.

 

 

Noch besser: Ein Teil der Radiowellen wird regelbar an den Schwingkreis zurückgegeben. Die "Rückkopplung" bringt ihn erst richtig in Schwung! Dadurch kann das Radio aber auch zum Sender werden!

Das Ergebnis bei richtiger Einstellung: Selbst schwache Sender werden laut und lassen sich gut von den Nachbarn trennen.

Selbst gewickelte Flachspule mit etwa 20 Windungen, einer Auskopplungs- und einer Rückkopplungswindung. Wenn die Schwingkreisspule und Auskopplung im Uhrzeigersinn gewickelt wurden muss die Rückkopplungswindung andersherum aufgebracht werden! Meistens reicht eine Auskopplungs- und eine Rückkopplungswindung! Das muss man ausprobieren.

Die Schwingkreisspule mit Auskopplungs- und Rückkopplungswindung(en) werden auf eine kreisrunde mit Schlitzen versehene Scheibe mit 12 cm Durchmesser gewickelt:

360°-Skala zur Sendereinstellung (hier ein kopierter Vollkreis-Winkelmesser)

 

360°-Skala zum Ausdrucken

 

 

Gesamtansicht von oben

Links oben: HF-Vorstufe mit optionalem Saugkreis ("Ortssenderfalle")
Links unten: Drehkondensator
Oben Mitte: Demodulator
Mitte: Feldstärkeanzeige
Rechts oben: Batterieclip 9V-Block
Rechts unten: NF-Stufe und Lautsprecher

 

 

 

So funktioniert Radio:

Schwallwellen, also Sprache und Musik, werden z.B. durch ein Mikrofon in niederfrequente elektrische Spannungsschwankungen verwandelt (NF) und verstärkt.

Ein Oszillator (Schwingungserzeuger) erzeugt hochfrequente Radiowellen einer bestimmten Wellenlänge bzw. Frequenz.

Ein Modulator mischt die verstärkten Töne (NF) mit den Radiowellen (HF).

Das gemischte Signal wird weiter verstärkt und wird über die Sendeantenne abgestrahlt unsd erreicht den manchmal sehr weit entfernten Empfänger einfach durch die Luft oder auch ohne...

 

Wenn der Schwingkreis des Radio-Empfängers mit dem Drehkondensator auf die Wellenlänge bzw. Frequenz des Senders abgestimmt ist wird nur dieses Signal (und kein anderes) zum Hochfrequenzverstärker weitergeleteit. Die Signale anderer Sender interessieren einen "guten" Schwingkreis nicht. Die Auskopplung der Radiowellen (HF) über nur eine oder wenige Windungen und der Trick mit der Rückkopplung erhöhen die Güte des Schwingkreises und machen ihnen äußerst trennscharf.

Der Demodulator trennt die niederfrequenten "langsamen" Schwingungen (Sprache, Musik = NF) von den hochfrequenten Radiowellen die jetzt nicht mehr gebraucht werden. Sie waren nur das Transportmittel das eine Übertragung über weite Strecken möglich machte.

 

 

Erweiterungen und Variationen des "OBJ"-Bausteinradios:

 

Rahmenantenne statt Flachspule

DL4AT

Der Rahmenantenne hat eine Diagonale von etwa 22 cm. Die Schwingkreisspule (Antenne) sollte für die Mittelwelle aus etwa 20 Windungen Hochfrequenzlitze bestehen. HF-Litze setzt hochfrequenten Radiowellen einen nur geringen Widerstand entgegen. Die Spule wird nicht zu eng gewickelt und - wenn man mit dem OBJ auch die Kurzwelle erobern möchte - mit Anzapfungen versehen die man dann gegebenenfalls einfach kurzschließt. Für die Auskopplung gilt: Je weniger Windungen, desto weniger wird der Schwingkreis belastet. Damit wird das Signal zwar schwächer aber das Radio trennschärfer. Die Rückkopplung besteht nur aus einer Windung und wúrde hier einfach offen gelassen. Die Antenne und die nachfolgende HF-Vorstufe neigen zur Selbsterrregung und das Radio wird zum Sender (wie auch bei bei überdrehter Rückkopplung). Daher ist es sinnvoll für die Zuleitungen abgeschirmtes Koaxialkabel zu verwenden und die HF-Vorstufe mit einem mit dem Minuspol verbundenen "Metalldach" zu versehen.

Das abgebildete OBJ kann es in seinen Empfangseigenschaften durchaus mit einem guten MW-Empfänger aufnehmen. Es erfordert aber einiges Fingerspitzengefühl für eine optimale Einstellung.

Der rechte Knopf regelt die Tonhöhe: Hier ist neben Rückkopplung und Lautstärkeregelung als weiterer Baustein noch eine ganz einfache Tonblende hinzugekommen.

 

HF-Vorverstärkerstufe mit Feldeffekttransistor (FET)

Um den durch die lose Ankopplung bereits gering belasteten Schwingkreis noch trennschärfer ("empfindlicher") zu machen kann man einen aus wenigen Elementen bestehenden weiteren Baustein zwischen Antenne und HF-Verstärker setzen.

Achtung:
Der Feldeffekttransistor unterscheidet sich vom normalen Transistor! Basis (B), Emitter (E) und Collector (C) sind hier ersetzt durch Gate (G), Source (S) und Drain (D). Er wird durch nur durch Spannungsschwankungen gesteuert, es fließt - anders als beim normalen Transistor - praktisch kein Strom zwischen G und S bzw. G.

Der 100pF-Kondensator sollte durch 1nF ausgetauscht werden.