Moderner HF-Generator
#1
Für ein Selbstbauprojekt wird ein HF-Generator benötigt. Kern (im wahrsten Sinne des Wortes) eines solchen Teils ist traditionell ein größerer Schalenkern, der sowohl frequenzbestimmender Schwingkreis als auch Ausgangstrafo ist.

DEN will ich bestimmt nicht haben! Es geht auch prima ohne...

Ich habe mich von Willis A80 "inspirieren" lassen. Dort erzeugt ein LC-Generator eine Grundfrequenz. Ein TTL-Teiler leitet daraus zwei verschiedene Frequenzen fürs Löschen und für den Bias ab. Als Rechteck natürlich. Daraus wird dann mittels eines steilen Tiefpasses ein Sinus. Die Simu rechnet k=0,36% aus. Das ist für den Zweck mehr als ausreichend. Und dann folgt einfach ein Verstärker, offenbar ein Hybrid-Schaltkreis plus Nachbrenner.

Das geht heute viel einfacher. Es gibt einen perfekt dafür geeigneten IC: 74HC4060, der enthält einen Quarzoszillator und einen mehrstufigen Teiler. Wir brauchen 80kHz (wie die A80). Das erhält man exakt mit einem 5,12MHz-Quarz / 64!

Der Löschkopf L2H180 hat 1,7mH und braucht 60mAeff/85mAs. Ein Verstärker für diesen LK müsste 3W mit 51,5Veff liefern. Das sind 146Vss!
Kann ich den LK nicht resonieren lassen?
Diese Schaltung zeigt das Ergebnis:
   

Obwohl ich die Resonanz schon stark bedämpfe (Q=5,6, damit die Toleranzen unkritischer werden), habe ich die ±85mAs = 60mAeff und die zugehörigen ±73Vss = 51,5Veff am LK. Und das bei einer Ausgangsspannung am Verstärker von nur ±13,5Vs! D. h., dazu genügt eine Speisung des Verstärkers mit ±15V. Der Klirrfaktor verringert sich auch noch durch die Resonanz: ILK hat 0,11%.

Ich habe nach einem geeigneten IC gesucht. Der müsste mindestens 2x15V, 100mA und 10MHz können. Ich habe folgende gefunden:
- THS4051: ±15V, 100mA, 70MHz, 3,5€. Perfekt! Es gibt ihn aber nur in SMD-Gehäusen, bei denen das Wärmeleitpad unter dem Gehäuse verlötet werden müsste. Das möchte ich mit einem Lötkolben nicht probieren.
- LT1010: ±22V, 150mA, 20MHz, 9,5€. Ein reiner Strom-Booster. Passt, kann man aber für unsere Zwecke mit 2 Transistoren auch selber bauen, s.o.
- LT1206: ±15V, 250mA, 60MHz, 12€. Current Feedback. Viel zu teuer.
- LT1363: ±15V, 25mA, 70MHz, 7,5€ (Doppel als LT1364 10€). Zu geringer Ausgangsstrom, aber bestens als Treiber für externen Booster.
Letztlich habe ich mich für den LT1360 entschieden, der reicht, wenn ich sowieso einen Booster baue. Den gibt´s für ca. 7€, als Doppel LT1361 für 9€.
Die verwendeten Transistoren sind irgend welche aus der LTSpice Lib. In der A80 sind BD135/136 (MKII), später BC140/160 verbaut.


Wie immer - sachdienliche Hinweise, Korrekturen sehr willkommen.

LG Frank
In Rust We Trust!
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#2
Sieht unnötig kompliziert aus!

Das mit dem Teiler 4060 ist schon mal eine nette Idee.
Ist nur die Frage, ob man wirklich die Frequenz so exakt benötigt.

Möglicherweise hast Du einen Gedankenfehler bei der Güte.
Im Leerlauf mag die hinkommen.
Nahmst Du die Induktivität und den ohmschen Drahtwiderstand, --> Verlust?
Sobald der Löschkopf löschen soll, sieht es anders aus.
Du hast dann mit Band eine Art magnetischen Kurzschluss, ok, etwas übertrieben.
Beim Eisen des Bandmaterials darfst Du von ernsthaften Verlusten ausgehen.
Das ist dann ähnlich wie beim unbelasteten zum belasteten Trafo.

Die Endstufe für den Löschkopf würde ich anders realisieren.
Als OpAmp reicht vermutlich was wie TL081 oder Brüder.
Dahinter kommt dann, ähnlich wie vorgeschlagen, ein Komplementärpaar Transistoren.
Habe ich jetzt nicht im Kopf, vermutlich gehen bei der Frequenz auch fertige ICs für Audioendstufen.
Wenn der Pegel um z.B. 3 dB absackt und der Klirr etwas höher wird, stört das nicht wirklich.

Wie füttern wir bei kleiner Spannung und niedrigem Ausgangswiderstand den Löschkopf artgerecht?
Da nimmt man einen Trafo!
Nur geht da nicht mehr ein üblicher Netztrafo mit Blech, Verluste viel zu hoch.
Es bieten sich Trafos von Schaltnetzteilen an, passt von der Frequenz.
Ich denke da an einfache Steckernetzteile 12 Volt, davon den Trafo nehmen.
So halbwegs passt das auch mit dem Übertragungsverhältnis, sonst umwickeln.

Dies als kleine Gedankenanregung!
Auch in der nächsten Zeit werde ich eher selten im Forum sein.

Andreas, DL2JAS
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#3
Vielen Dank Andreas, für dein Mitdenken!

Das mit dem Teiler 4060 ist schon mal eine nette Idee.
Ist nur die Frage, ob man wirklich die Frequenz so exakt benötigt.

Die Frequenz braucht man ganz sicher nicht so genau. Aber so ein Quarz kostet 0,25€... . Das war zu Zeiten der A80 sicher noch anders.
Das noch tollere am 4060 ist, dass man gratis eine doppelte Frequenz für den Bias abgreifen kann.

Nahmst Du die Induktivität und den ohmschen Drahtwiderstand, --> Verlust?
Sobald der Löschkopf löschen soll, sieht es anders aus.Du hast dann mit Band eine Art magnetischen Kurzschluss, ok, etwas übertrieben.
Beim Eisen des Bandmaterials darfst Du von ernsthaften Verlusten ausgehen.
Das ist dann ähnlich wie beim unbelasteten zum belasteten Trafo.
Dieser Einwand ist unbedingt bedenkenswert, hatte ich nicht auf der Liste! Das schaue ich mir noch mal genauer an!
Was fällt mir spontan dazu ein?
Güte bestimmend ist Rp=150Ω (habe vergessen, den in Rs umzubenennen). Dann habe ich noch Rcu in der Rechnung. Einen Ersatzwiderstand für die Kopfverluste habe ich nicht drin, liegt aber an fehlenden Daten. Ich habe aber gerade noch entdeckt, dass eine Verlustleistung von 130mW genannt wird. Da etwa 3W rein gehen, läge die Leerlaufgüte bei ~20. Ich werde einen entsprechenden Verlustwiderstand ergänzen.
Mit Rp habe ich eine Güte von ~5 eingestellt, also der Kopf ist schon gut bedämpft. Was das Band da nun raus saugt...? Ich denke aber, da sollte noch genug Luft sein.

Die Endstufe für den Löschkopf würde ich anders realisieren.
Als OpAmp reicht vermutlich was wie TL081 oder Brüder.
Dahinter kommt dann, ähnlich wie vorgeschlagen, ein Komplementärpaar Transistoren.
Habe ich jetzt nicht im Kopf, vermutlich gehen bei der Frequenz auch fertige ICs für Audioendstufen.
Wenn der Pegel um z.B. 3 dB absackt und der Klirr etwas höher wird, stört das nicht wirklich.
Audio-Endstufen-ICs gehen nicht, die sind gleich nach 20kHz totkompensiert.
Für den OpAmp könnte man sicher etwas einfacheres nehmen. So ein TL081 o. ä. ist aber wegen der Unity Gain Kompensation bei 80kHz schon kräftig beim Phasen-Drehen. Deshalb habe ich einen (bestimmt viel zu) schnellen genommen. Einfach wg. Nummer Sicher.

Trafo ist üblich - klar. Den wollte ich aber gerade vermeiden...
Ich denke auf alle Fälle noch mal über die Band-Dämpfung nach. Leider habe ich bisher dazu nirgend etwas finden können.

Vielen Dank, liebe Grüße
Frank
In Rust We Trust!
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#4
Ich habe was!

Der Sache mit den Endstufen-ICs bin ich mal kurz nachgegangen.
Ein alter Bekannter ist der TDA2003, stellt aber ST nicht mehr her.
Der bekommt laut Datenblatt einen Kondensator Cx verpasst.
In der Musterschaltung hat der 39 nF für 15 kHz.
Ich nehme an, das meinst Du mit der Kompensation.
Wählt man den deutlich anders, könnte auch 80 kHz gehen.

Interessanter ist der LM380 von TI!
Im Datenblatt ist der mit 100 kHz an 8 Ω angegeben, passt bestens.
Der scheint eher ein Leistungs-OpAmp zu sein, nicht nur für Audioendstufen.
Ganz unten ist auch eine Beispielschaltung für einen RC-Oszillator.
Der bietet sich für Experimente bei Löschoszillatoren an.

Andreas, DL2JAS
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#5
Danke für deine Mühe!
Beide können +/-15V nicht. Da lege ich Wert drauf, wenn ich ohne Trafo auskommen möchte. Für beide gibts keine Spice-Modelle. Auch das ist mir wichtig, denn ich will vorher möglichst sicher wissen, ob er das tut was er soll oder vielleicht doch lieber schwingt, wie es ihm gefällt. Der kleine Nachbrenner ist soo einfach und billig...
Ein sehr wichtiger Punkt ist mir Entwicklungssicherheit, ich suche keine Experimente. Und ein RC-Laufzeit-Oszillator ist dann doch zu unkonstant in der Frequenz.
Ich habe mich sehr lange unter verfügbaren ICs umgesehen. Entweder war die Spannung zu klein oder der Strom oder die Bandbreite. Oder der Preis zu hoch.

LG Frank
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#6
Lieber Frank!

Du scheinst gern mit SPICE zu arbeiten, ich nicht so.
Gelegentlich habe ich auch schon was damit gemacht, kann ernsthaft Arbeit ersparen.
Ist schön, wenn man variieren will, um Grenzen auszuloten.

Ich schrieb ja vom RC-Oszillator mit dem LM380, anbei ein Bild.
Möglicherweise interessieren sich andere Leser dafür, eventuell für ganz andere Zwecke.
Vermutlich kann der LM380 auch symmetrisch, +/- 15 Volt ist jedoch zu viel.

Im zweiten Bild sieht man einen Kern für kleinere Schaltnetzteile.
Ich habe von denen ein paar vorrätig, EPCOS im Sonderangebot.
So oder ähnlich wird man einen Trafo in üblichen Steckernetzteilen finden.
Als Größenvergleich rechts ein Kronkorken.

Andreas


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#7
Ich habe noch ein wenig Feinschliff am Löschgenerator gemacht.
   
- D1/2 erhöhen die Aussteuerbarkeit etwas.
- Die Gegenkopplung war sinnlos hochohmig.
- Ich habe einen anhand des Kopf-Datenblattes "vermuteten" Verlustwiderstand Rpv ergänzt. Damit liegt die Leerlaufgüte bei etwa 22.

Für die erforderliche Spannungsüberhöhung wird eine Güte von 5,6 benötigt. Die große Unbekannte ist, welche Leistung das Band aus dem Kopf auskoppelt und wie weit die Güte dadurch sinkt. Von 22 bis 5,6 ist aber doch ein wenig Luft.
In der Praxis muss dann Rp abgeglichen werden auf eine Spannung über den Löschkopf von 51,3Veff/145Vss - bei anliegendem Band.

An den Treibertransistoren fallen keine 200mW Verlustleistung ab, ein Kühlstern kann aber nicht schaden.

Doch, das Ganze soll natürlich gebaut werden, wenn auch nicht von mir. Aber zuerst ist der Wiedergabezweig dran. Und eine Hardware-Realisierung dauert natürlich "etwas" länger als so ein Simu-Spielchen hier.

So long
Frank
In Rust We Trust!
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#8
Zwischenfrage aus der Altherrenecke: angesichts der genannten Klirrfaktorwerte erledigt sich die Frage vermutlich von selbst, aber wie steht es mit der Symmetrie der Lösch- und-VM-Ströme? Bekanntlich folgen aus Asymmetrien Gleichstromkomponenten und damit remanente Gleichfeldaufzeichnungen auf dem Band, die zu höherem Klirrfaktor (NF-Bereich) und stärkerem Rauschen führen (können).

Falls ich hier neues Terrain aufzeige: unter "Symmetrierband" und Krones steht hier im Forum schon einiges von Peter R.,  ansonsten siehe die Kurzfassung im Anhang.

F.E.



.pdf   AGFA - Symmetrierband.pdf (Größe: 1.31 MB / Downloads: 5)
ZEITSCHICHTEN, barrierefreier Zugriff im "GFGF-Buchladen", URL https://www.gfgf.org/de/b%C3%BCcher-und-schriften.html (ca. 240 MB)
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#9
Guten Abend Friedrich!

Schön, dass sich auch "alte Herren" für so was "Modernes" interessieren. Aber zu den Jungspunden zähle ich auch schon eine Weile nicht mehr ...

Der Rechteckgenerator plus Tiefpass braucht weniger als 1ms, um von 2,5V Mittenspannung auf 0V einzuschwingen. Beruhigen sollte auch, dass dies aus der A80 abgekupfert wurde.

Der Verstärker ist stark gegengekoppelt und leistet sich so keine diesbezügliche Schwäche. Und die Ankopplung über ca. 2nF sollte DC zuverlässig fern halten.

Liebe Grüße
Frank
In Rust We Trust!
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#10
Ein Nachtrag zum  Bias:
 
Der HF-Generator liefert ja nicht nur den Löschstrom sondern auch den für die Vormagnetisierung (Bias).
Bei der T1220 haben beide 80kHz. Für den Löschstrom ist das sinnvoll aber für den Bias ungewöhnlich wenig. Üblich sind da ≥ 120kHz, gerne auch viel mehr.
 
Frage in die Runde: Welche Nachteile hat so eine geringe Biasfrequenz? Dass die Bias-Fallen noch in den NF-Übertragungsbereich hineinreichen? Oder Mischprodukte mit hochfrequenten NF-Anteilen?
 
Ich möchte deshalb zeigen, wie aus dem Quarzgenerator neben 80kHz auch 120kHz gewonnen werden könnten. 160kHz wären ja ganz einfach noch aus dem 74HC60 mit 5,12MHz Quarz entnehmbar ( / 2^5). Für 120MHz benötigen wir einen Quarz mit 7,68MHz (gibt´s ebenfalls von der Stange):
7.680.000Hz / 2^6 = 120.000Hz
7.680.000Hz / 2^4 / 3 / 2 = 80.000Hz
Die Division / 3 liefert ein 74HC92. Da die aber kein Tastverhältnis von 1:1 hat, folgt noch eine Teilung / 2, die der 74HC92 noch mit liefert. So sieht das dann aus:
   
Die 120kHz könnten alternativ auch vom 4060 abgeholt werden.
 
Hier zur Demonstration noch eine Simu. Da LTSpice keine Counter-Modelle mit liefert, habe ich ein altes Altium genommen, das hat einen 74LS92 in der Simu-Lib. Den 4060 allerdings auch nicht, den habe ich deshalb aus 74LS93 nachgebildet:
   
 
Aus den Rechtecken werden Sinusse, indem mit Tiefpässen die Oberwellen unterdrückt werden. Die habe ich wieder mit LTSpice untersucht:
   
 
Die Tiefpässe enthalten jeweils eine Sperrresonanz bei 3 * fbias. Diese sollte durch Variation von L oder C abgeglichen werden. Dann erhält man k ≤ 0,5%.
 
So weit dazu, liebe Grüße
Frank
In Rust We Trust!
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#11
In einigen Philips Maschinen werkelt auch ein "eisenloser" HF Generator.
Dazu muß man nicht so einen Aufwand betreiben.

Hier mal der Schaltplan einer N4504

   

und hier N4422

   

Gruß, Jan
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#12
Moin Jan,
vielen Dank für deinen Beitrag!

So eindrucksvoll es einerseits ist, wie mit großem Aufwand jedes Promille und jedes dB herausgekitzelt wurde, ist es andererseits genauso beeindruckend, wie mit einfachsten Mitteln unter hohem Kostendruck passable Lösungen erzielt wurden - keine Frage.

Das hier soll in ein Studio-Laufwerk. Der von dir vorgestellte RC-Generator wird nicht die nötige Frequenzkonstanz gewährleisten, um nicht aus den Bias-Fallen hinaus zu laufen.

Und das mit dem Aufwand ist relativ. Wenn ein Quarzgenerator heute im Material billiger kommt (< 1...2€) als ein LC-Generator ...? Am teuersten sind noch die Ls aus den Filtern.

Einen schönen Tag noch wünscht
Frank
In Rust We Trust!
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#13
Zu #11:
Der HF-Generator ist nicht eisenlos. Er benutzt intelligenterweise die Induktivitäten der Löschkopf-Wicklungen zusammen mit den drei Kondensatoren als LC-Schwingkreis.

Zu #12:
Die Bias-Fallen haben eine eigene Temperatur-Drift. Ob die kleiner oder größer ist als die des Oszillators, hängt von den verwendeten Bauteilen ab.
Ein Quarz-Oszillator hilft nicht, wenn die Sperr-Frequenz der Bias-Falle weg driftet.
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#14
Hallo Kai,

da hast du im Prinzip natürlich recht.

Das hatte aber schon seinen Grund, warum ich "eisenlos" in Gänsefüßchen gepackt habe.
Was damit gemeint war, dürfte ja eigentlich klar sein.
Hätte ich ansonsten "Trafolos" oder "Übetragerlos" schreiben sollen?

Interessant ist übrigens auch die Schaltung der 4422 mit der Post-Fading Funktion zum nachträglichen sanften Löschen bzw. Ausblenden von Aufnahmen.

Gruß, Jan
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#15
Noch ein Nachtrag:

Ein hartes Ein- und besonders Ausschalten von HF und Bias können LK und AK magnetisieren. Die folgende Ergänzung sorgt für ein Ein- und Ausschwingen:
   

Viel einfacher geht es wohl nicht. V3 verkörpert RECORD Ein / Aus. Besonders beim Ausschalten muss natürlich dafür gesorgt werden, dass der Taktgenerator (hier U1..3) und nachfolgende Treiberstufen noch Spannungsversorgung haben, bis die Schwingung abgeklungen ist.

C1 = 1µF ist hier das Minimum, damit die Simu komplett ins Bild passt. Kann gern 10 mal so groß sein.

VG Frank
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#16
Das Ein- und Ausschwingen muß symmetrisch zur Null-Linie erfolgen, damit die Hysterese-Kurve der Kerne in Richtung Nullpunkt durchlaufen wird.
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#17
Oha!
Also weg mit der Unsymmetrie. Sie kommt daher, dass die nichtlineare Lade- / Entladekurve R3C1 mit durch kommt. Am einfachsten werde ich die durch Ausfiltern los. Momentan sind R3C1=50µs. Ich habe schon einen Hochpass R4(5)C2=18µs zum Ausfiltern. Das ist zu dicht zusammen. C2 kann ich nicht wesentlich verkleinern aber C1 kann ich beliebig erhöhen. Schon mit C1=10µF (->500µs) ergibt sich folgendes Bild:
   

Das sieht mbMn. symmetrisch genug aus. Ein- / Ausschwingzeiten von ~3ms sind auch noch völlig Null Problemo.

Liebe Grüße
Frank
In Rust We Trust!
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