AM/FM Realisierung auf Lehrboard

[GeflügelSalami]

Guten Abend liebe Gemeinde.

Wie der Titel schon sagt, möchte ich eine AM und eine FM auf einem Board realisieren, welches für Lehrzwecke an einer Schule eingesetzt werden soll.

Dabei sollen alle 3 Signale, also Träger, Modulationssignal und das Modulierte Ausgangssignal, zeitgleich und unabhängig voneinander auf einem Oszi dargestellt werden können.
Das Board bekommt eine 15V Versorgung aus einem Labortisch. Es soll zwischen Sinus, Rechteck und Dreieck gewählt werden können sowie verschiedene Modulationsarten (AM/FM usw.).
Die Frequenzen sollen von 0Hz - 100kHz einstellbar sein.

Als erstes habe ich mir überlegt, wie ich ein Träger- und ein Modulationssignal erzeuge.
Dafür habe ich bereits 2 DDS IC's (AD9834, natürlich überdimensioniert für nur 100kHz, dadurch ist es aber Möglich jederzeit auch höhere Frequenzen zu bekommen, wenn diese später irgendwann evtl. benötigt werden) für die Erzeugung des Träger- und des Modulationssignals aufgebaut, die von einem ATMega8 via SPI mit Daten gefüttert werden.
Mit Schaltreglern werden die 2 DDS Baugruppen und der Controller mit jeweils 5V versorgt.
Verstärkung und Filterung der DDS Ausgänge wurden bisher noch nicht gemacht, ist aber vorgesehenen.
Das Umschalten der Signale auf die Modulatorbaugruppen wollte ich mit einem SPDT Analogschalter vornehmen, der vom Controller gesteuert wird.
Über eine Tastenmatrix, die vom ADC des Controllers verarbeitet wird, werden die gewünschten Frequenzen, die Signalform und die Modulationsart gewählt.

Da ich diese Baugruppen schon habe, wäre es natürlich am besten wenn ich mit diesen auch weiter machen könnte. Außer der Aufbau ist dermaßen Quatsch und es gibt eine viel bessere oder Lösung oder eben keine andere Möglichkeit.

Nun zum Problem:
Ich weis mittlerweile, dass sich AM und FM auch mit mit einem einzigen DDS Baustein und ein wenig Außenbeschaltung realisieren lassen, allerdings habe ich dann nicht mehr die Möglichkeit alle Signale zeitgleich darstellten zu können.
Ich habe bisher noch keine Möglichkeit oder passende ICs gefunden, die mit geringem Aufwand an zusätzlichen Bauteilen und ohne hohe kosten eine AM und FM zustande bringen.
AM per VGA oder Multiplizierer (AD633) würde bedeuten, +/- 15V bereitstellen zu müssen und die dafür benötigten Bauteile (DC/DC Wandler) sowie der AD633 kamen mir in den Kosten nicht unbedingt entgegen.
FM per VCO erfordert, so wie ich das verstanden habe, eine PLL und ich habe keine Ahnung was ich alles dafür brauche bzw. wie das umzusetzen wäre.
Dann ist mir noch das I/Q Verfahren über den weg gelaufen, mit dem man nach meiner Auffassung alle möglichen Modulationsarten realisieren kann. Nur wo bekomme ich meinen I/Q Anteil her? Oder wie würde ich dem Modulator sagen, welche Modulationsart ich denn gerne hätte? Dann bin ich mir auch nicht einmal sicher, ob das ohne sehr hohen Aufwand überhaupt zu realisieren ist, jedenfalls im Bezug auf das, was schon vorhanden ist.
Ich weis nun absolut nicht wie ich weiter machen soll bzw. welche Möglichkeiten es außer den genannten noch gibt oder ob vielleicht eine dieser für mein Projekt ausreicht bzw. am einfachsten umzusetzen ist.

Ich habe natürlich schon jede menge Webseiten und Bücher durch, die sich im großen und ganzen aber nur mit der Theorie der ganzen Sache beschäftigen. Mir fehlt aber der Lichtblick das ganze umzusetzen.

Vielleicht noch am Rande, ich hatte bis vor einem Jahr noch nichts mit Elektronik usw. zu tun, habt also bitte Verständnis, ich gebe mir wirklich Mühe und sitze auch schon eine ganze Weile daran. Habe auch nicht die Möglichkeit das ganze einfach sein zu lassen, da muss ich nun leider irgendwie durch.

Sollten die Informationen in diesem Umfang nicht ausreichen, dann gebt mir bescheid was ihr noch wissen müsst.

Ich wäre natürlich mega dankbar, wenn einer von euch lust hat mir da ein wenig unter die Arme zu greifen oder meinen Horizont zu erweitern. Und wenn meine bisherige Arbeit totaler Schwachsinn ist, nehme ich das natürlich auch auf.

Vielen Dank im voraus!

[White_Fox]

Was bedeutet "Board" in diesem Zusammenhang genau? Steckbrett? Oder willst du eine Platine fertigen lassen? Für analoges Gefrickel wäre das vielleicht nicht verkehrt.

Für Lehrzwecke mit Schülern würde ich auch keine ICs nehmen. Da kann die Schaltung ruhig nach was aussehen. Amplitudenmodulation sollte kein Problem sein. Einfach zwei Frequenzen addieren sollte leicht sein. Die Demodulation würde aus einem einfachen Tiefpass mit Verstärker bestehen. Ob das für 100kHz vom Aufbau her noch so trivial ist daß man es auf einem Steckbrett umsetzen oder auf Lochraster zusammenbraten kann mag wer anders beurteilen. Ich persönlich würde es aber mit einem Steckbrett gar nicht erst versuchen.

Für FM hätte ich als Anregung auf die Schnelle das hier gefunden:
http://www.mikrocontroller.net/topic/207383

Der diskrete Aufbau hätte gegenüber ICs noch den Vorteil, daß du-wie gewünscht-kreuz und quer herummodulieren kannst, auch parallel alle Verfahren. Dann brauchts bloß noch evt. einen Vorverstärker.

[GeflügelSalami]

Hallo und vielen Dank für deine Antwort.

"Board" bedeutet richtige geätzte Platine. Den Prototyp werde ich selbst ätzen, der Test hat mit der Controller Baugruppe schon prächtig funktioniert. Steckbrett war für mich von Anfang an kein Thema, fand das für eine solche Sache nicht passend.

Amplitudenmodulation durch addieren? Ich dachte dabei wird multipliziert? Einen Addierer kann ich ja eigentlich prima mit OPs machen. Ich werde mir das nochmal anschauen, danke für den Hinweis.

Ja, diese Schaltung hatte ich auch schon öfters im Blick....
Es existiert ja schon ein Uraltes Board, ein richtig großer Brocken, da ist wohl auch alles diskret aufgebaut, man kann leider nicht reinschauen und aufschrauben ist verboten. Daher kam ja die Idee, alles kompakter und zeitgemäß zu gestalten, da man sich eben eh nur angeschaut hat wie die einzelnen Signale vor und nach der Modulation aussehen. Es geht also wirklich nur um die Visualisierung dieser 3 Signale und soll von der Bedienung her so simpel wie möglich sein. Daher dachte ich eben an eine einfache Steuerung über Taster, eine Möglichkeit das Signal zu Messen und so wenig drumherum wie möglich.
Jetzt wo du es sagst, Demodulation war bisher noch gar nicht im Gespräch, bin mir auch nicht sicher ob ich das überhaupt implementieren soll/muss. Aber gut, wenn erstmal die Modulationen klappen sollte das ja auch machbar sein.

Gut, erstmal vielen Dank bis hierher. Ich behalte mir das erstmal im Hinterkopf. Gäbe es noch andere Möglichkeiten für die FM die du mir vielleicht ein wenig näher bringen könntest, die evtl. weniger diskret wäre?
Ich dachte anfangs, das die Möglichkeit mit einem VCO gar nicht so schlecht wäre. Eigentlich müsste das doch ganz simpel klappen, die DD's IC's liefern mir ja an den Ausgängen einen Strom und die Frequenz wird über die Spannung an dem Rset eingestellt. Somit verändert sich die Frequenz des VCO je nach höhe der Amplitude die vom Strom des DDS an Rset erzeugt wird.
So habe ich das jedenfalls verstanden. Aber anscheinend geht es ja doch nicht, weil jedesmal eine PLL noch irgendwo im spiel ist und die Sache mit der PLL ist mir absolut fremd.

[White_Fox]

Amplitudenmodulation durch addieren? Ich dachte dabei wird multipliziert? Einen Addierer kann ich ja eigentlich prima mit OPs machen. Ich werde mir das nochmal anschauen, danke für den Hinweis.

Nun, ich hab das relativ aus dem Bauch raus geschrieben. Bei AM werden ja bloß zwei Frequenzen überlagert, einmal dein Nutzsignal und dann deine Trägerfrequenz. Nach meinem Verständnis würde dies einer Addition entsprechen.

Wobei...ich hab das grad mal in einem Funktionsplotter ausprobiert. Multiplikation wäre tatsächlich der richtige Weg. Die Summe kriegt man aber bestimmt auch irgendwie wieder demoduliert.
Ich hab mich mit Funkerei bisher nie beschäftigt, mich haben aber im Physikunterricht früher in der Schule die letzten Kapitel unseres Buches sehr interessiert. (Flaschenzüge und Hebelgesetz war mir sofort langweilig als ich es verstanden habe. )

[GeflügelSalami]

Nun, du hast auch nicht unrecht. Ich habe eben gelesen, dass bei NF die Signale summiert werden, was dann aber keine Modulation, sondern Mischen bedeutet. Bei einer Modulation für HF werden die Signale multipliziert.
Also nicht falsch, keineswegs.

Danke dir schon einmal soweit für deine Mühe!

Ich habe auch etwas gefunden, was ich zu beginn des Projektes nicht verstanden hatte.

Ein Modulationssignal wird über einen Impedanzwandler zusammen mit einer Spannung zwischen +1V und -1V, die von einem Controller und DAC erzeugt wird, auf den Eingang eines OP's, der als summierender Invertierer arbeitet, gelegt.
Das aufsummierte, invertierte Signal wird über einen Widerstand auf den Eingang zur variablen Verstärkungseinstellung einer OP Endstufe gelegt. Also ein VGA?
Das ist ja dann eigentlich, wenn man jetzt streng ist, doch auch noch keine richtige Amplitudenmodulation oder? Da wird ja dann noch nicht einmal etwas gemischt, sondern nur mehr oder weniger gedämpft?
Bei den Multiplikationsverfahren erzeugt die einfache Multiplikation doch eine AM ohne Trägerunterdrückung und die Quadratur-Multiplikation eine AM mit Trägerunterdrückung stimmt das? Wenn ja würde das, wenn ich mich nicht irre heißen, dass die relativ simple Spannungssteuerung der Amplitude des Trägers das selbe Ergebnis bring wie eine Multiplikation?
Ich bin glaube ich verwirrt...

Ich muss sagen, dass ich mir das einfacher vorgestellt habe, als es wirklich ist. Klar, das es nicht ohne reinhängen geht war mir bewusst. Aber wenn ich dir erzähle wie viele Stunden, Tage und Wochen ich nun schon an dem kleinen bisschen was ich bisher habe sitze lachen mich hier alle aus. Irgendwie ist dieser ganze Signal, Wellen, Funk usw. kram für mich irgendwie unverständlich, auch wenn ich mich dann rein arbeite und meine ich hätte es, joa.... eben nicht, irgendetwas ist doch anders, als man denkt.

Deshalb kann ich nur hoffen, dass es jemanden gibt, der das auf die Reihe bekommt Licht ins Dunkle zu bringen.

[oberallgeier]

.. möchte ich eine AM und eine FM auf einem Board realisieren, welches für Lehrzwecke an einer Schule eingesetzt werden soll ..

Du bist hoffentlich auch über die gesetzlichen Grundlagen gestolpert. Wäre peinlich wenn Du nicht wüsstest, dass Du beim Entwickeln ?daheim? oder beim Betrieb in der Schule für wenige Minuten Fun richtig Knete abdrücken müsstest.

.. AM und FM auch mit mit einem einzigen DDS Baustein .. dann nicht mehr die Möglichkeit alle Signale zeitgleich darstellten zu können ..

Fürs Anpeilen bzw. als Störstrahler wirds allemal langen ?

[White_Fox]

Ach ja, mischen...

Das aufsummierte, invertierte Signal wird über einen Widerstand auf den Eingang zur variablen Verstärkungseinstellung einer OP Endstufe gelegt. Also ein VGA?

Ein VGA dämpft nur. Ich lese aber was von einem Verstärker.
Ok, eine Dämpfung ist ja auch eine negative Verstärkung...

Das ist ja dann eigentlich, wenn man jetzt streng ist, doch auch noch keine richtige Amplitudenmodulation oder? Da wird ja dann noch nicht einmal etwas gemischt, sondern nur mehr oder weniger gedämpft?

Warum? Du schreibst doch vorher selber was von Summierer (=Addierer). Warum soll das streng genommen keine Signalmischung sein?


Ich würde sagen, du machst es dir ganz schön kompliziert. Vergiss die Trägerunterdrückung erstmal und halte alles so einfach wie möglich, damit du dein Projekt zu Ende kriegst. Wenn du das nach einem Jahr Einarbeitung nicht richtig verstanden hast, meinst du, Schüler verstehen daß in einer Unterrichtsstunde? Sofern sie sich am Ende dieser Stunde überhaupt noch dafür interessieren...


@oberallgeier:

Fürs Anpeilen bzw. als Störstrahler wirds allemal langen ?

Auch wenn du mit deinem Einwand zwar definitiv Recht hast-bei 100kHz würde ich das noch entspannt sehen. So aus dem Bauch herrraus würde ich mal behaupten, man müßßte eine entsprechende Antenne schon bewußt bauen und wissen, was man da tut.

Für die Wellenlänge bei 100kHz habe ich gerade knapp 3km berechnet. Selbst bei einer Leitungslänge von übertriebenen 30m (λ/100, soweit mich mein gares Halbwissen in der Funktechnik nicht im Stich läßt ist sowas als wirksame Antenne völlig unbrauchbar) kommt die Welle kaum aus der Leitung. Mal davon abgesehen, wer sendet aus 100kHz...außer U-Boote...

Da würde ich mir eher Sorgen um diese PowerLAN-Adapter oder billige Schaltnetzteile machen. Oder um Mikrocontroller-Gebastel, da sind wir immerhin schon im zweistelligen MHz-Bereich.

[ranke]

Ach ja, mischen...

Der Terminus "Mischen" wird in der Elektronik leider uneinheitlich gebraucht. Bei den Audiotechnikern bedeutet "Mischen" Addieren. Das Mischpult ist ein Addierverstärker mit mehreren Eingängen einstellbarer Dämpfung. Ganz anders in der Funktechnik, dort bedeutet "Mischen" im Idealfall Multiplizieren, in der Praxis wenigstens eine Operation an einer nichtlinearen Kennlinie, die entsprechende Mischprodukte liefert.
Die Amplitudenmodulation ist eine Multiplikation.

Noch eine Frage zur Aufgabenstellung, es wird von Rechteck, Dreieck und Sinusspannung gesprochen. Betrifft das nur die Modulationsspannung oder auch die Trägerfrequenz? Der Frequenzumfang 0..100 kHz betrifft auch beide Spannungen oder nur die Trägerfrequenz?
Ansonsten würde ein mögliches Schaltungskonzept auch vom gewünschten Modulationsgrad (AM) und Frequenzhub (FM) abhängen. Vielleicht gibt es dazu noch ein paar nähere Angaben.

[GeflügelSalami]

Du bist hoffentlich auch über die gesetzlichen Grundlagen gestolpert. Wäre peinlich wenn Du nicht wüsstest, dass Du beim Entwickeln ?daheim? oder beim Betrieb in der Schule für wenige Minuten Fun richtig Knete abdrücken müsstest.

Fürs Anpeilen bzw. als Störstrahler wirds allemal langen ?

Darüber weis ich nichts, nein. Habe das Thema von einem Funkamateur bekommen, ich schätze mal wenn es damit Schwierigkeiten geben könnte, hätte er mir das nicht aufgedrückt.

Kannst du vielleicht näher erläutern, was du mit Anpeilen meinst?

Ein VGA dämpft nur. Ich lese aber was von einem Verstärker.
Ok, eine Dämpfung ist ja auch eine negative Verstärkung...

Das war mir so direkt nicht bewusst, danke. Ich meinte eigentlich, dass dadurch die Amplitude variabel verändert werden kann, eben wie bei einem VGA. War schlecht ausgedrückt.

Warum? Du schreibst doch vorher selber was von Summierer (=Addierer). Warum soll das streng genommen keine Signalmischung sein?

Es wird das Modulationssignal mit einem Wert aus dem DAC addiert und nicht mit der Trägerfrequenz. Das entstandene Signal steuert den Verstärkungsfaktor der Endstufe, also bestimmt die höhe der Amplitude der Trägerfrequenz. Also wird das Modulationssignal nicht mit der Trägerfrequenz direkt gemischt, so habe ich das verstanden, wenn es falsch ist dann klärt mich gerne auf, versuche das nur zu verstehen.

Ich würde sagen, du machst es dir ganz schön kompliziert. Vergiss die Trägerunterdrückung erstmal und halte alles so einfach wie möglich, damit du dein Projekt zu Ende kriegst. Wenn du das nach einem Jahr Einarbeitung nicht richtig verstanden hast, meinst du, Schüler verstehen daß in einer Unterrichtsstunde? Sofern sie sich am Ende dieser Stunde überhaupt noch dafür interessieren...

Ja, da hast du wahrscheinlich recht, aber ich versuche es nur für mich selbst zu verstehen. Tut mir leid wenn dabei ein gewurstel an Theorien rauskommt, ich neige bei solchen dingen immer dazu viel zu kompliziert zu denken. Deshalb danke für die Geduld.

Es ging da eben auch nicht darum, das auch noch zu implementieren oder so, das war rein nur für mein Verständnis.

Der Terminus "Mischen" wird in der Elektronik leider uneinheitlich gebraucht. Bei den Audiotechnikern bedeutet "Mischen" Addieren. Das Mischpult ist ein Addierverstärker mit mehreren Eingängen einstellbarer Dämpfung. Ganz anders in der Funktechnik, dort bedeutet "Mischen" im Idealfall Multiplizieren, in der Praxis wenigstens eine Operation an einer nichtlinearen Kennlinie, die entsprechende Mischprodukte liefert.
Die Amplitudenmodulation ist eine Multiplikation.

Heißt das dann nun, wenn ich über eine variable Verstärkung, die abhängig von dem Modulationssignal ist, die höhe der Amplitude des Trägersignals verändere, dass es dann entweder keine AM ist, oder nur keine "richtige" weil nicht multipliziert wurde?

Noch eine Frage zur Aufgabenstellung, es wird von Rechteck, Dreieck und Sinusspannung gesprochen. Betrifft das nur die Modulationsspannung oder auch die Trägerfrequenz? Der Frequenzumfang 0..100 kHz betrifft auch beide Spannungen oder nur die Trägerfrequenz?
Ansonsten würde ein mögliches Schaltungskonzept auch vom gewünschten Modulationsgrad (AM) und Frequenzhub (FM) abhängen. Vielleicht gibt es dazu noch ein paar nähere Angaben.

Es gibt dafür keine explizierten Vorgaben. Ich wollte es so realisieren, dass durch betätigen eines Tasters die Signalform von beiden Signalen verändert wird. Ich wusste bzw. weis nicht, ob es für den Anwendungszweck überhaupt Sinn machen würde, die Signalformen unabhängig voneinander einstellen zu können.

Den Frequenzbereich hätte ich auch für beide gleich groß festgelegt.

Die Sache mit dem Modulationsgrad und dem Frequenzhub ist noch so ein ding. Darüber hatte ich mir bisher noch keine weiteren Gedanken gemacht, da ich erstmal überhaupt eine Modulation zustande bekommen wollte. Aber ich denke es wäre sinnvoll beides einstellen zu können. Kommt natürlich auch darauf an, ob das wieder ganz andere, umfangreichere Methoden bedeutet eine Modulation zu bekommen.


Ich bedanke mich recht herzlich bei allen, die mir bis jetzt geholfen haben und es vielleicht auch noch tun werden. Haut mir ruhig auf die Löffel, wenn ich Quatsch rede oder mich zu sehr auf etwas versteife, ich habe mich bisher dermaßen selbst verwirrt, da muss ich erstmal wieder auf einen klaren Weg.

[Peter(TOO)]

Hallo,

AM per VGA oder Multiplizierer (AD633) würde bedeuten, +/- 15V bereitstellen zu müssen und die dafür benötigten Bauteile (DC/DC Wandler) sowie der AD633 kamen mir in den Kosten nicht unbedingt entgegen.

Du machst da verschieden grundsätzliche Denkfehler.
1. Du denkst viel zu kompliziert. Für deine Aufgabe brauch man das Prinzip! Technische Daten wie Klirrfaktor und Linearität stehen nicht unbedingt im Vordergrund. Zudem ist es wichtig, dass die Schüler das ganze auch noch durchschauen! Das einfachste wäre eine Simulation auf dem PC, da kann man alles auf dem Bildschirm darstellen, aber keiner versteht wir es umgesetzt wird.
2. Wenn du den Frequenzbereich einschränkst wird es einfacher.
3. Einer Wechselspannung kann man eine Gleichspannung überlagern, dann musst du keine bipolare Spannung verstärken. Mit einem Kondensator, kann man dann die Gleichspannung wieder entfernen. OK, geht dann aber nicht bis 0Hz.
4. AM kann man mit einem Spannungsteiler aus einem Widerstand und einem FET machen. Ist bei grösserem Hub nicht ganz linear, hat also einen spürbaren Klirrfaktor, aber zur Demo reicht es. Es muss ja nicht wirklich HiFi sein.
5. FM geht mit dem CD4046, das ist eigentlich eine PLL, hat aber einen VCOL mit drin und kostet fast nix (20-30 Cent). Mit einem externen Teiler kannst du dann auch gleich noch zeigen wie eine PLL funktioniert. Zu dem Teil gibt es eine Menge App-Notes und viele Schaltungen im Netz.

MfG Peter(TOO)