Kleine Senderlandschaft mit DFPlayer mini

Hallo zusammen,

in den letzten Monaten ging es im Forum immer wieder mal darum, eine "eigene Senderlandschaft" zu erzeugen. Semir und Bernhard stellten dazu tolle Projekte und Konzepte vor.

Als ich vor Kurzem mit dem DFPlayer Mini herumspielte, kam mir der Gedanke, damit auch mal so etwas aufzubauen. Viele von Euch kennen den DFPlayer mini; es gibt ihn für < 2 € bei aliexpress. Er spielt MP3-Dateien von einer Mikro-SD-Karte ab und gibt sie per kräftigem (!) NF-Verstärker aus. Ideal zum AM-Modulieren!

Schaltung

Diese kleine "Senderlandschaft" wird mit mehreren AM-Modulatoren erzeugt, deren Signale gemeinsam in die Antenneneingänge eines oder mehrerer Radios gespeist werden. Die Modulatoren befinden auf kleinen Platinen, die per Stiftleiste senkrecht auf einem gemeinsamen Bus stecken; d.h. alle Anschlüsse sind parallel geschaltet. Wieviele AM-Modulatoren es sind, bleibt dem Bastler überlassen.

Das HF-Signal erzeugt ein Colpitts-Oszillator. Bei den im Schaltplan angegebenen Werten schwingt er mit ca. 260 kHz. Die Werte lassen sich in weiten Grenzen ändern. Er funktioniert auch mit Resonatoren und Quarzen. Läßt man R1 weg und schließt C1 kurz, so arbeitet der Oszillator sogar mit einem BF245. Der additive Modulator wird vom HF-Signal angesteuert und mit dem NF-Signal des DFPlayers moduliert. Da Pegel und Gleichspannungsanteil des Oszillators von seiner Dimensionierung abhängen, muß man den Arbeitspunkt des Modulationstransistors einstellen (siehe bei Abgleichen einer Modulator-Karte).

Die Modulatoren schwingen auf Langwelle und enthalten keine Filter. Durch die Art der Modulation entstehen Oberwellen bis ins Mittelwellenband. Ich weiß, das macht man eigentlich nicht so. Ursprunglich wollte ich tatsächlich auch die Harmonischen "mitnehmen", um mehr Empfangsfrequenzen zu haben. Diese hören sich aber oft durch Intermodulationen verrauscht und verzerrt an. Da der Aufbau und Abgleich ohne Filter viel einfacher ist und das Ausgangssignal eh in den Antenneneingang eingespeist wird, habe ich es so gelassen. Das AM-Signal wird über R8 an der Stiftleiste mit denen der anderen Modulatoren zusammengeführt.

Der DFPlayer hat ein paar Eigenschaften bzw. Einschränkungen, für die man etwas vorsorgen muß.

• Nach dem Einschalten muß ein DFPlayer mit einem Tastendruck gestartet werden, damit er spielt.
  ▶ Ok, dann drücken wir nach dem Einschalten eben einmal auf den Play-Taster; dadurch starten alle DFPlayer.
• Er spielt immer nur eine MP3-Datei. Erst nach einem Tastendruck spielt er die nächste Datei.
  Dank Ivans Vorschlag, die Play-Taste über einen 51-kΩ-Widerstand an den Eingangs ADKEY_1 anzuschließen, spielt der DFPlayer Mini nun nach Tastendruck alle Dateien ab.
• Er "merkt" sich keine Lautstärke, sie steht nach dem Einschalten immer auf Maximum.
  ▶ Die Lautstärke läßt sich beim DFPlayer zwar ändern. Um hier nicht immer anpassen zu müssen, bleibt sie, wie sie ist. Die oben erwähnte Normalisierung wurde so gewählt, daß der NF-Ausgang bei maximalem Signal nicht verzerrt wird.
• Ein DFPlayer beginnt nach dem Einschalten immer mit derselben MP3-Datei.
  ▶ Durch Drücken des Play-Tasters wird die nächste MP3-Datei abgespielt.

ACHTUNG: Achtet bitte darauf, daß auf der Platine auch wirklich "DFPlayer Mini" steht! Ich hatte mir einen Nachbau mit dem Aufdruck "MP3-TF-16P" bestellt; der macht beim Abspielen immer kurze Aussetzer. Zuerst nahm ich an, der Modulator würde den MP3-Player stören, aber die Aussetzer kommen auch, wenn man ihn nur an 5 V anschließt - unabhängig von der Lautstärke.

Der Aufbau ist recht unkritisch und läßt sich bequem auf eine Lochrasterkarte bringen. Da mir das für meine vielen Experimente zu mühselig war, konstruierte ich ein Layout und bestellte mehrere Platinen.
 

Wie auf jeder vernünftigen Platine gibt es auch hier eine Kratzbrücke :):

Abgleichen eines Modulatormoduls

Eine MP3-Datei mit einem Sinuston erzeugen (Audacity: Erzeugen / Tongenerator ; Wellenform Sinus, Frequenz 1000 Hz, Amplitude 0,25) oder aus dem Anhang M1000_0,25.zip nehmen. Auf der Micro-SD-Karte speichern und mit dem Modulator abspielen. Entweder stellt man das Poti so ein, daß am Kollektor von Q5 der Modulationsgrad 100% ist oder daß es sich gerade eben nicht verzerrt anhört, falls man kein Oszilloskop zur Hand hat

Aufbau

Im einfachsten Fall läßt man ein Modulatormodul einzeln laufen - Abschlußwiderstand nicht vergessen!

Für die Trägerplatine verwende ich eine Streifenrasterkarte mit mehreren Buchsenleisten, die die Modulatormodule aufnehmen. Damit sich die Magnetfelder der Oszillatorspulen nicht beeinflussen, sollten diese untereinander einen Abstand von mindestens 3 cm haben. Der gemeinsame Ausgang der Module ist mit einem 100-Ω-Widerstand abgeschlossen, dies reduziert die HF-Spannung (= Pegel am Antenneneingang) auf ca. 50 mV. Außerden verringert es das Übersprechen zwischen den Sendern auf "unhörbar". Ein Step-Up-Konverter, dem ich die USB-Buchse gemopst habe, erzeugt aus einem 18650-Lithium-Ionen-Akku die 5-V-Betriebsspannung. Jedes Modul belastet den Akku mit ca. 60 mA, so daß ein mobiler Betrieb möglich ist.

MP3s normalisieren

Meine Empfehlung für Windows: MP3Gain.

Einstellungen (nur einmal nötig):

• Falls die vierte Schaltfläche von links nicht auf "Track-Anpassung" steht, dies durch Klick auf den Pfeil einstellen.
• Oberhalb der Liste kann mal die Normalisierungs-Lautstärke einstellen. Ich empfehle 84 dB.
• Häkchen setzen bei "Optionen / Clipping bei Track-Anpassung vermeiden" "Optionen / Tags / Neuberechnen (keine vorhandenen Tags lesen)"

Vorgehen:

• Dateien (Ctrl-F) oder Ordner (Ctrl-D) hinzufügen. Diese erscheinen dann in einer Liste.
• Zunächst auf Track-Analyse klicken; die aktuelle Lautstärke und Clipping-Status werden für jede Audio-Datei ermittelt.
• Dann auf Track-Anpassung klicken. Die Lautstärken werden normalisiert und die Dateien unter demselben Namen abgespeichert.

Das Rumkurbeln macht richtig Spaß:

Noch ein paar Gedanken

Die Frequenzen inclusive ggfs. der Harmonischen sollten mindestens 9 kHz auseinanderliegen. Falls sich die Ferrit-Antenne nicht abschalten läßt, kommt es möglicherweise zum Schwebungspfeifen mit "richtigen" Sendern. Die meisten Modulatoren schwingen bei mir mit über 180 kHz, so daß die erste Oberwelle nicht mehr im Langwellenband ist.

Um den Einfluß der Oszillatorspulen zu vermeiden, kann man auch Oszillatoren mit Resonatoren einsetzen; siehe Foto. Die Schaltung folgt im nächsten Beitrag. Ich verwende momentan 5 Modulatoren, einer davon mit Keramik-Resonator.

Wie man an der Schaltung sieht, läßt sie ein gewisses Übersprechen zu, das vom Verhältnis R5 zu R8 und Abschlußwiderstand/R8 bestimmt wird. Bei meinen Versuchen ist es mir allerdings nicht aufgefallen. (Falls es doch jemand hört und ihn stört, kann er R8 weiter erhöhen; dann wird aber das Ausgangssignal kleiner. Oder er er erklärt den Zuschauern den Luxemburg-Effekt 😉.)

Gruß, Frank

Ah, danke für die guten Hinweise, Ivan! Das macht einiges einfacher; ich werde es morgen ausprobieren, auch den Tip mit der erhöhten Spannung!

Hier noch die Schaltung mit dem Resonator:

Für den Langwellenbereich fand ich in den Shops keine Resonatoren. Von 400 bis 800 kHz wird schon einiges angeboten - dann baut man eben einen Frequenzteiler 1:2 oder 1:4 ein, mit JK-Flip-Flops oder wie hier mit einem Zähler. Man sollte nur nicht gerade die ZF oder einen Stammbruchteil davon treffen.

Gruß, Frank

Das Anschließen der Play-Taste über 51 kΩ hat's gebracht. Der Startbeitrag ist entsprechend aktualisiert.

Meine MP3-TF-16P-Variante funktioniert leider auch bei höherer Betriebsspannung nicht richtig; ich probierte es bis 6 V aus. Interessanterweise stelle ich diese Aussetzer nur bei reinen Sinustönen fest, unabhängig von der Amplitude. Bei Musik hörte es sich normal an, noch nicht mal auf dem Oszilloskop war was zu sehen.

Gruß, Frank

Eine Beobachtung mag den einen oder anderen LTspice-Nutzer interessieren. Ich benutze es ja sehr oft, und ich bin immer wieder beeindruckt, wie nah die Simulation an der Realität ist.

Bei der Simulation des Colpitts-Oszillators ist dies aber nicht der Fall. Signalform und -frequenz stimmen zwar gut überein, aber die Amplitude am Emitter wird mit 6,3 V_SS berechnet, während sie in Wirklichkeit nur 2 V_SS beträgt. Das gilt nicht nur für die obigen Werte, sondern auch für wesentlich höhrere oder niedrigere. Je höher die Oszillatorfrequenz ist, desto kleiner ist die Amplitude. Im Mittelwellenbereich ist sie so klein, daß der nachfolgende Modulator nicht mehr sauber ausgesteuert wird. Bei der Simulation dagegen sinkt die Amplitude bei MW nicht.

Ich nahm erst an, parasitäre Eigenschaften wären daran schuld. In LTspice verschlechterte ich testweise Spule und/oder Kondensatoren durch Parallel- und Serienschaltung von Widerständen. Dann wählte ich höhere und niedrigere Kennwiderstände. Schließlich probierte ich Transistoren mit unterschiedlicher Stromverstärkung und andere Emitterwiderstände aus. Bei einem Transistor reduzierte ich die Stromverstärkung radikal. Das erhoffte Ergebnis - eine kleinere Amplitude - kam nicht; entweder blieb der Oszillator still, oder er schwang mehr oder weniger schnell an und lief dann zur 6,3-V_SS-Amplitude auf.

Auch in der realen Schaltung probierte ich unterschiedliche Transistoren und unterschiedliche Emitterwiderstände aus. Die Amplitude änderte sich daraufhin nur um ein paar hundert Millivolt, aber nicht wesentlich. (An Meßspitze und Oszilloskop liegt es auch nicht; die 3-dB-Bandbreite ist bei ca. 10 MHz.)

Den Effekt sehe ich nicht nur beim Colpitts-Oszillator, sondern auch beim Exciter (emittergekoppelter Oszillator) - wenn auch schwächer.

Es bleibt also der Unterschied zwischen Simulation und Realität. Woran kann das liegen? Stimmen die Transistormodelle nicht? Ich vermute: die sind in Ordnung. Zum Teil sind sie schon seit Jahrzehnten bewährt und werden auch in anderen Simulationsprogrammen wie PSpice verwendet.
Liegt es an der LTspice-Simulation? Ist möglich, ich habe aber über diese Diskrepanz bisher nichts gelesen. Werden evtl. bei eingeschwungenen Systemen Vereinfachungen gemacht, um Simulationszeit zu sparen?

Leider habe ich kein anderes Simulationsprogramm. Es wäre schön, wenn jemand von Euch diese Schaltung mal mit PSpice o. ä. simulieren könnte, Das Ergebnis würde mich sehr interessieren!

Die LTspice-Datei ist im Anhang.

Gruß, Frank