Rob's web

FM-techniek voor niet fm-ers 3

Een hulpapparaat voor fm ontvangst

Voor een zo goed mogeliike signaal/ruis verhouding moet FM met een discriminator worden gedetecteerd. De discriminator wordt gewoonlijk voorafgegaan door een begrenzer. Dit is nodig om signalen met een gelijke amplitude to verkrijgen. In tegenstelling tot wat algemeen wordt aangenomen, doet de begrenzer niets ten voordele van de signaal/ruis verhouding. Een goede discriminator zal daarentegen een duidelijke vooruitgang in neembaarheid t.o.v. flankdetectie opleveren.

De grote moeilijkheid bij de bouw van FM-adaptors was altijd de noodzaak van een speciale discriminatortrafo, dan wel van een of ander zeer speciaal component, dat gewoonlijk niet in de junkbox van de doorsnee amateur wordt gevonden. Bovendien zijn voor de afregeling van dergelijke schakelingen een wobbulator en een scoop nodig.

De schakeling in figuur 5 heeft geen discriminatortrafo nodig: de enige zelfinductie is een gewone 2,5 mH HF smoorspoel. Verder kan het apparaat getrimd worden zonder speciale instrumenten. Desnoods kan het worden afgeregeld met niets anders dan een ontvangen signaal. Een voordeel is verder, dat de bandbreedte van deze discriminator over een groat bereik regelbaar is: van NBFM tot voldoende bandbreedte van omroepFM.

Fig 5
Figuur 5. Een eenvoudige 455 kHz FM discriminator en AM-detector.

De schakeling werkt als volgt:

Een 455 kHz signaal van de eerste MF trap of van de mixer, wordt versterkt door Q4 en toegevoerd aan de begrenzer Q5. Door eenvoudige RC koppeling van deze trappen wordt een grote bandbreedte verkregen. De waarden van R en C zijn gekozen voor een vlakke frequentiekarakteristiek in de buurt van 455 kHz. Boven en onder die waarde neemt de versterking snel af. Old timers zullen zich wellicht de Frank Jones RC super-het uit de dertiger jaren herinneren, waar in de gehele MF-versterker geen afgestemde kring voorkwam.

Het FM-signaal van Q5 wordt door de diodes D1. en D2 gelijkgericht. De parallelkring C3-L5 resoneert op een frequentie even boven de 455 kHz. Bij resonantie is C3-L5 in principe een open circuit en wordt het signaal praktisch geheel door D1. gelijkgericht.

Even onder 455 kHz wordt C3-L5 een inductieve reactantie en zal bij een bepaalde frequentie in serieresonantie raken met C4. Bij deze frequentie ontstaat over C4 een hoge IF-spanning, die door D2 gelijkgericht wordt. De door D1 gelijkgerichte spanning komt over R2 te staan, die van D2 over R3. Deze twee spanningen zijn gelijk, maar tegengesteld van polariteit, met 455 kHz precies op de nullijn. Beneden 455 kHz is de spanning negatief (afkomstig van D2), boven 455 kHz is de spanning positief (van D1). Het resultaat is de bekende S-vormige discriminatorcurve. Zie figuur 6.

Voor een goede lineariteit moet de discriminator vanuit de juiste impedan tie worden gestuurd. Daartoe wordt de ingangsweerstand van Q5 verhoogd door de serieweerstand Rl. In figuur 6 wordt tevens de invloed van die serieweerstand aangegeven. De uitgang van de discriminator is DC gekoppeld met de door Q6 en Q7 gevormde verschilversterker. Deze stuurt de micro-amperemeter, met het nulpunt in het midden, die als afstemindicator dienst doet. Q6 werkt tevens als laagfrequent voorversterker voor de eindtrap (99). Een regelbare de-emphasis schakeling is eveneens in het hulpapparaat opgenomen (R4, C5, C6 en S2) en is geschikt voor de verschillende soorten de-emphasis welke momenteel in gebruik zijn.

Fig 6
Figuur 6. Discriminator doorlaatcurve voor een 1 mV MF input signaal. Het effect van R1 uit figuur 5 v.w.b. de lineariteit is eveneens uitgebeeld.

In de klasse A eindtrap is een wat ongebruikelijke wijze van temperatuurcompensatie toegepast. Q9 is een silicium transistor; de goedkope germanium transistor Q8 doet dienst als stabilisator. Deze methode heeft het voordeel van een grotere power output, grotere versterking en een betere compensatie, dan met de gebruikelijke drie weerstanden methode mogelijk is. Het is zelfs zo, dat met de aangegeven waarde van R6, Q9 iets is overgecompenseerd; de collectorstroom neemt n. 1. of met toenemende temperatuur, met als gevolg, dat een thermisch op hol slaan volkomen onmogelijk is. De 2N498 is een nogal dure transistor. Praktisch elke silicium NPN-transistor van weer dan een half watt dissipatie kan echter worden gebruikt, in het hulpapparaat is een AM-detector ingebouwd. Met behulp van S1 is deze in werking te stellen. AM signalen worden dan door diode D3 gelijkgericht. Bij ontvangst van AM signalen is het noodzakelijk de hoogfrequent versterking zo in te stellen, dat de begrenzer niet in werldng kornt bij minder dan 100 procent modulatie. 1k heb de AM detector hoofdzakelijk ingebouwd om te kunnen nagaan hoe effectief Q5 zou zijn in het onderdrukken van impulsstoringen en radar. In de AM-stand is de doorlaat breder dan van de ontvanger zelf, hetgeen resulteert in kortere radar en impulsstoringen.

Aansleuiting in de ontvanger

Anders dan bij AM is bij FM de bandbreedte van de ontvanger bepalend voor de signaal/ruisverhouding. De bandbreedte voor de detector behoort niet breder te zijn, dan juist noodzakelijk is voor het doorlaten van de zijbanden. Aangezien er momenteel verschillende deviatie-systemen in gebruik zijn, zou de ideale FM-ontvanger moeten beschikken over een continu variabele bandbreedte, instelbaar van ongeveer 6 kHz voor NBFM tot omstreeks 30 kHz voor het breedste systeem. Een dergelijke ideale opzet is in de meeste ontvangers niet aanwezig, alhoewel het mogelijk zou zijn een 9-multiplier te bouwen, die aan die eisen zou kunnen voldoen. Voor de gemiddelde amateur zou een ontvanger met een doorlaat van 6 tot 10 kHz een redelijk compromis zijn. Daarmee zal op NBFM een goede signaal/ruis verhouding te bereiken zijn en brede-band signalen zullen, zij het met aanzienlijke vervorming, toch nog wel neembaar zijn. Deze laatste stations kan altijd nog worden gevraagd hun deviatie te verlagen.

Het MF-signaal moet in de ontvanger worden afgenomen van een punt, waar de bandbreedte nog voldoende is. Een praktische manier daarvoor wordt in fig. 7 aangegeven. De koppelcondensator Co (20-50 pF) is klein genoeg om de trafo opnieuw met de condensator of kern in resonantie te kunnen brengen.

Zonder plug in de phone-jack, vormt deze laatste een kortsluiting en werkt de ontvanger als voorheen, aangenomen dat de trafo is bijgetrimd. Het is belangrijk, dat de verbinding tussen MF-trafo en Co zo kort mogelijk wordt gehouden en dat voor Co een zo klein mogelijk exemplaar wordt genomen, zulks om terugkoppeling te voorkomen. De andere kant van Co ligt in principe aan aarde en kan zo lang zijn als nodig is.

Het FM-hulpmiddel wordt via de jack aangesloten d. m. v. een kort stuk coax of een afgeschermde draad. De ingangsimpedantie van de adaptor (geshunt door de coaxcapaciteit) staat dan in serie met Co. Aangezien deze impedantie zeer laag is, minder dan 1000 Ohm, wordt de Q van de MF-trafo verlaagd en de bandbreedte groter.

In de meeste gevallen zal het signaal van de anode van de eerste middenfrequentversterker worden afgenomen (zoals in figuur 7). Indien tussen de mixer en de eerste MF - trap slechts den trafo aanwezig is, kan de doorla daarvan door stagger tuning iets worden verbreed. De primaire wordt dan iets hoger, de secundaire iets lager dan 455 kHz afgestemd (of omgekeerd! ). Een alternatieve mogelijkheid is het vervangen van de trafo door een uitgangs MF-trafo van het soort, zoals dat in de laatste trap van een omroep buizenontvanger wordt toegepast. Meestal zijn deze typen vaster gekoppeld en hebben ze als gevolg een bredere doorlaat.

Fig 7
Figuur 7. Het FM ontvangst hulpapparaat kan aan een communicatieontvanger worden verbonden middels een kortsluit plug.

Voor wie deze modificaties te drastisch vindt en de ontvanger ongewijzigd wil laten, is er de mogelijkheid de schakeling van figuur 8 toe te passen. Het signaal wordt daar van de anode van de mengbuis afgenomen. Alleen de primaire van de MF-trafo zorgt dan nog voor enige selectiviteit. Door tussen Q4 en Q5 een bandpass filter op te nemen, bestaande uit twee miniatuur transistor MF-trafo's, kan een bandbreedte van ongeveer 10 kHz bij -3 dB worden verkregen.

Fig 8
Figuur 8. Een zeer compact 455 kHz band-filter kan van 2 miniatuuur MF-trafo's worden gebouwd, waarmee een bandbreedte van 10 kHz bij -3 dB kan worden verkregen.

De afregeling

Om te beginners moet de afstemindicator op nul worden geregeld. Als de meter niet met de 5 kOhm instel potmeter op het nulpunt is te brengen, komt dat mogelijk doordat de 2N3819's slecht gepaard zijn. In dat geval kan de verschilversterker in evenwicht gebracht worden door een 750 Ohm weerstand (R5 in figuur 5) tussen emitter en aarde van ofwel Q6, dan wel Q7 op te nemen, afhankelijk van welke transistor de minste stroom trekt.

Als de meter op nul gebracht is, kan een 455 kHz signaal, van een meetzender of ontvanger, op de ingang van het hulpapparaat worden gegeven. Zet C4 op ongeveer een kwart van de maximum capaciteit en tune C3, ondertussen op de meter kijkend. Als C3 door de afstemming wordt getuned, moet de naald eerst naar de ene en daarna naar de andere kant van de meter uitslaan. C3 moet zo ingesteld worden, dat de meter op nul komt voor een frequentie, die nauwkeurig door het midden van de doorlaat van de ontvanger gaat. De lineariteit kan worden gecontroleerd door met een buisvoltmeter de gelijkspanning aan S2 te meten. Een spanning/frequentie grafiek behoort er als in figuur 6 uit te zien. Daar C3 en C4 elkaar betnvloeden, kan het nodig zijn beide nog lets bij te stellen om een goede symmetrie te bereiken. De bandbreedte wordt door C4 bepaald en het is beter te veel discriminator-bandbreedte te hebben, dan te weinig, zodat de doorlaatcurve door de afgesteinde kringen voor de discriminator wordt hepaald.