PLAM ontvanger hifi-AM
Hoewel een PLL voor AM demodulatie zelden wordt toegepast, voornamelijk door hoge kosten en/of de kompleksiteit, biedt de PLL voordelen, waardoor de huidige chaos op de middengolf tot het verleden zou kunnen gaan behoren. In de schakeling wordt gebruik gemaakt van twee TBA120's en een fet.
Het prototype vertoonde opmerkelijke voordelen in vervorming, selektieve fading, audiobandbreedte en selektiviteit ten opzicht van bestaande AM - systemen.
De ontvangst van sommige AM-zenders is in geluidskwaliteit nauwelijks te onderscheiden van FM -ontvangst.
Door toepassing van de PLL schakeling op de plaats van de detektor in een bestaande AM middengolf-ontvanger kan een revolutionaire ontvangstverbetering worden vastgesteld.
Problemen van de middengolf-ontvangst.
Via nationale verdragen is de bandbreedte per middengolf-zender vastgesteld op 9 kHz, waardoor de hoogste audiofrekwentie beperkt is tot 4,5 kHz. Aangezien de beperking van de audiobandbreedte nog niet het vereiste aantal kanalen oplevert, werken geografisch verafgelegen zenders op eksakt dezelfde frekwentie met dusdanige vermogens dat in het direkte verzorgingsgebied zo weinig mogelijk interferentieverschijnselen optreden.
De ervaring leert echter, dat verdragen gemaakt worden met de wetenschap, dat er altijd wel iemand zal zijn die zich er niet aan houdt, zodat naast een zondebok iedereen dan een ekskuus heeft de verdragen eveneens te schenden. Op de middengolf komt dit wel zeer duidelijk tot uitdrukking.
De meeste zenders zijn recht tot 10 kHz en nemen dus ca. twee maal zoveel bandbreedte in beslag als is toegestaan. Zenders die tot 13 kHz moduleren zijn geen uitzondering. Bij de ontvangst is dit merkbaar aan het welbekende zijbandgelispel.
Geografisch ver uiteen gelegen zenders werken niet op de juiste frekwentie en hebben doorgaans een vermogen dat een veelvoud is van het toegestane. Het gevolg is dan ook een waar orkest van brom-, zoem- en fluittonen.
De enige mogelijkheid om deze toestand te verbeteren ligt in het gebruik van enkelzijbandzenders. Een (tot nog toe) onoverkomelijke moeilijkheid hierbij is de kompatibiliteit voor omhullende detektors.
Het is bijna niet anders denkbaar, gezien de belangrijke kwaliteitsverbetering en kostenbesparing, dan dat in de toekomst alle AM-ontvangers volgens het principe van de PLAM zullen worden opgezet.
Dit zou kunnen betekenen, dat over een aantal jaren de zenders op enkel zijband modulatie zouden kunnen overstappen om daarmee de weg te effenen ofwel van een belangrijke kwaliteitsverbetering dan wel voor een groter aantal zenders op de middengolf, met een kwaliteit die nog altijd beter is dan de huidige.
Figuur 1a Blokschema van de PLAM-ontvanger.
Figuur 1b Blokschema van een konventionele AM-ontvanger volgens het superheterodyne principe.
Werking
Bij het ontwerp van de PLAM werd uitgegaan van de PLL met TBA120 uit elektuur november 1972, pag. 1124.
Wel moeten natuurlijk de waarden worden aangepast op het middengolffrekwentiegebied en moet een koppeling met de antenne plaatsvinden.
De koppeling aan de antenne geschiedt met een impedantietransformator waarvoor een FET wordt gebruikt. Door zijn goede hoogfrekwenteigenschappen wordt hiertoe de E 300 als sourcevolger geschakeld.
De gate aan de parallelkring met L en C heeft bovendien als voordeel, dat een opslingering van het afgestemde signaal optreedt. Hierna wordt het signaal gesplitst, voor lineaire verwerking, resp. PLL.
De PLL richting geschiedt door het signaal eerst te integreren met een RC netwerk voor 90°, waarna een fikse versterking plaatsvindt met de transistoren T1 t/m T18 uit de TBA120S. Het blijkt, dat dit IC voor het midden-golfgebied een 12 dB meer versterking oplevert dan bij 10 MHz. De versterking ligt nu tussen 3000 en 4000 keer.
Het versterkte signaal belandt nu bij de fazedetektor met laagdoorlaatfilter.
De bandbreedte van het fazegeregelde signaal is door de RC-tijd van het filter (C9 en inwendige R30, 2k6) is slechts 7 Hz.
Door de konfiguratie van de TBA120, waarin de aansluitingen voor een optimale benutting in de elektuurschakelingen (ook die nog volgen) niet op de juiste plaats zitten, moet genoegen worden genomen met een ongevoeliger aansluiting 7+9 voor fazedetektor 2. Elders in dit nummer is aangegeven hoe deze aansluitingen dan wel zouden moeten zijn in de "suggesties voor Siemens".
Niettemin is met de huidige konfiguratie ook wel te werken en met bijzonder goed resultaat.
De met LC afgeregelde VCO biedt een ideale blokgolf de fazedetektoren aan met als beperking voor fazedetektor 2 dat dit op de ongevoelige ingang geschiedt.
De VCO (spanningsgeregelde oscillator) die werkt volgens het principe van de nieuwe elektuuroscillator uit oktober 1972, pag. 1032, werd opgebouwd met de transistoren T1 t/m T14.
Het laagdoorlaatfilter 2 heeft tot taak HF-resten uit het laagfrekwent signaal te onderdrukken.
Figuur 2 Het interne schema van de TBA 120, waarin o.a. de transistoren T1 t/m T14 als oscillator voor de VCO worden benut.
Het schema
Figuur 3 Het schema van de PLL AM ontvanger. De toepassing van de TBA120S heeft als voordeel, dat de lock-in gevoeligheid groter is dan bij gebruik van de TBA120. Hoewel de prestaties van de ontvanger afnemen als de voedingsspanning lager wordt dan ca. 8 V, bleek de oscillator van het prototipe nog uitstekend te werken bij een spanning van slechts 2,4 V.
T1 is geschakeld als sourcevolger, waardoor de ingangskring niet belast wordt. Tevens wordt aanpassing verkregen voor de laagohmige ingangen van de TBA120's.
C22 en R7 vormen een integrerend netwerkje, zodat het signaal op punt 14 van IC1 90° in faze verschoven is ten opzichte van het signaal op punt 9 van IC2.
Aangezien de PLL eveneens 90° fazedraaing veroorzaakt, zijn de signalen op de punten 6 en 9 van IC, in faze of 180° in faze verschoven, wat voor de werking van de produktdetektor geen verschil maakt.
Het loopfilter wordt gevormd door C9, C10, R3 en een interne weerstand van ca 2k6 in de TBA120. De bandbreedte bedraagt ongeveer 7 Hz, waardoor de geregenereerde draaggolf nagenoeg vrij is van ruis-, stoor- en modulatiekomponenten.
De geringe bandbreedte heeft bovendien het voordeel, dat gelocked kan worden op zenders met slechts een paar honderd Hz frekwentieverschil.
De lock range en de capture range worden onder meer bepaald door de kapaciteitsverhouding van D1 en C2b en zijn dus het grootst als de afstemkondensator geheel is uitgedraaid. De genoemde grootheden worden geregeld door middel van P2 en zijn minimaal als P2 = 0 Ω en maksimaal als P2 = 10k.
De oscillator met IC2 is een modifikatie van de in oktober beschreven oscillator, waarbij de RC-kombinatie is vervangen door een LC-kombinatie.
De stabiliteit is zeer goed omdat de kring L2 - C2b met kleine kondensatoren aan IC2 verbonden is.
De audiobandbreedte wordt bepaald door C14 en een interne weerstand van IC2 (2k6) en bedraagt ca. 10 kHz. Aangezien bij een produktdetektor de hoogfrekwent bandbreedte gelijk is aan twee maal de laagfrekwent bandbreedte, heeft men in principe de mogelijkheid tot kontinuregeling met de versterkertoonregeling.
Een grote flanksteilheid kan worden verkregen door toepassing van aktieve laagfrekwent filters, bijvoorbeeld die, welke gebruikt zijn in de DL0VV ontvanger.
Bouwaanwijzingen
Figuur 4. Print van de PLAM. De minder fraaie opstelling der onderdelen is noodzakelijk om hoogfrekwent problemen te vermijden. Om dezelfde reden dient als printmateriaal bij voorkeur pertinax in plaats van epoxy te worden toegepast.
| R1 | 1k |
| R2 | 10 k |
| R3 | 220 Ω |
| R4 | 100 k |
| R5 | 15 k |
| R6,R8 | 4k7 |
| R7 | 2k2 |
| C1 | 1 n |
| C2a b | 2 x 500 p (duokondensator of twee losse afstemkondensatoren) |
| C3 | 10-40 p, trimmer |
| C4,C5,C6,C7,C8,C11,C12,C13,C18,C19,C20,C21 | 100 n |
| C9,C10 | 47µ, 12 V |
| C14,C22 | 4n7 |
| C15 | 5µF, 12V |
| C16,C17 | 10 p |
| C23 | 560 p |
| T1 | E300 |
| IC1 | TBA120S of eventueel TBA120 |
| IC2 | TBA120 |
| D1 | BB109G |
| D2 | zenerdiode 4V7, 250 mW |
| P1,P2 | potmeter, 10 k lin |
| L1,L2 | zie tekst. |
| EPS 1503 |
L1a,b wordt gewikkeld op een plantik of kartonnen kokertje, dat om een fer-rietstaaf past. Bij permanent gebruik van een eksterne antenne zijn de afmetingen van de ferrietstaaf niet van belang, bij portabel gebruik echter wel, omdat een grotere ferrietstaaf meer signaal opvangt.
Als een 20 cm lange staaf genomen wordt met een diameter van 1 cm, bedraagt het aantal windingen voor L1a ca 50 en voor L1b 5. Wordt een kleinere ferrietstaaf genomen, dan zijn er meer wikkelingen nodig, waarbij de windingsverhouding L1a/L1b gelijk blijft aan 10.
De werking van een ferrietantenne is optimaal, als de spoel zich op het midden van de staaf bevindt. Mocht na af-regeling een grote afwijking hiervan optreden, dan kan het windingsaantal worden verkleind.
Als op de lage frekwenties afregeling onmogelijk blijkt, is het windingsgetal te klein.
Voor de spoelen kan naar keuze koperemaille- of litzedraad genomen worden, terwijl de draaddiameter mag liggen tussen 0,3 en 1 mm.
Overigens zijn ferrietstaven kompleet met spoelen ook in de handel verkrijgbaar.
L2 is een transistormiddenfrekwenttrafo, waarvan de beide wikkelingen in serie zijn geschakeld. Deze trafo's worden in de handel gebracht zonder de voor middenfrekwent benodigde parallel-C.
Om straling van de oscillator tegen te gaan, dienen de verbindingen naar de afstemkondensator uit afgeschermd draad te bestaan. Als de oscillatorspanning doorstraalt op de antennekring, vindt een niet geringe verslechtering van de prestaties plaats, terwijl dan tevens de mexikaanse hond wordt losgelaten.
De afregeling
Nadat de ontvanger in bedrijf is gesteld, wordt een eksterne antenne aangesloten. P1 en P2 worden zo ingesteld, dat de antenne rechtstreeks aan L1b ligt en punt 5 van IC1 aan massa. Als nu aan de afstemkondensator gedraaid wordt, moeten diverse interferentiefluitjes hoorbaar zijn. Er wordt afgestemd op een zender met zo laag mogelijke frekwentie (C2a,b zover mogelijk ingedraaid).
L1 wordt dan op de ferrietstaaf verschoven totdat het interferentiefluitje maksimale sterkte bezit.
Hierna wordt de ontvanger afgestemd op een zender met zo hoog mogelijke frekwentie, waarbij C3 wordt afgestemd op maksimale sterkte van het interferentiefluitje. De gehele procedure wordt herhaald, tot geen verbetering meer merkbaar is.
Bij verdraaien van P2 zal de schakeling, ook op zwakke zenders, locken. De volumeregeling door middel van P1 heeft tot doel om oversturing op sterke zenders te vermijden.
Is de afregeling voltooid, dan worden ook tonder eksterne antenne diverse stations ontvangen.
Als tijdens of na de afregeling blijkt, dat niet de gehele middengolfband wordt ontvangen, dan wordt de kern van L2 verdraaid, tot dit wel het geval is. Hierbij is voorzichtigheid geboden, omdat de kern uit zeer bros materiaal bestaat, dat gemakkelijk breekt.
Met het prototype opgedane ervaringen
Wat bij het beluisteren van de ontvanger wel het meeste opvalt, is dat de weergave bijzonder goed is. In vergelijking met de "standaard" AM ontvanger is de vervorming uiterst gering, en tevens wordt een veel groter gedeelte van het audiospektrum weergegeven.
Hoewel de ontvanger geen AVC bezit en de uitgangsspanning dus dezelfde variaties vertoont als de veldsterkte, is de door selektieve fading veroorzaakte vervorming totaal afwezig. Van de vooral bij portabels zo hinderlijke ruis is bij deze ontvanger niets waar te nemen.
Om een vergelijking te kunnen maken tussen de PLL en de konventionele AM detektor, werd de PLL antenne-ingang verbonden met de MF-uitgang van een willekeurige ontvanger.
Zenders met een zo geringe frekwentieverschil, dat de AM detektor alleen nog maar lawaai produceerde, waren met de PLL te scheiden. De PLL bleek onder alle omstandigheden superieur te zijn.
Als de schakeling bij een bestaande radio wordt ingebouwd, dienen L1 en L2 middenfrekwent trafo's te zijn met parallel kapaciteit, waarbij typen met een zo laag mogelijke kapaciteit de voorkeur hebben. De lock range is dan voldoende groot, om te kunnen afstemmen op de zijbanden, zonder dat daarbij de VCO behoeft te worden bij-gestemd.
P1 kan dan een instelpot zijn en deze wordt zo afgeregeld, dat op de sterkste zenders geen vervorming optreedt. P2 kan dan komen te vervallen. Het spreekt vanzelf, dat de verbinding van de PLL naar de radio uit afgeschermd draad moet bestaan.
Lek van Elektuur
In de print en komponentenopstelling van deze schakeling zijn de volgende fouten geslopen:
- De polariteit van C10 is foutief aangegeven.
- Op de print gaat C23 naar aansluiting 13 van IC2 in plaats van naar aansluiting 14, dit is eenvoudig te wijzigen door een gaatje bij te boren. In de toekomst zal de EPS-print hieraan worden aangepast.