Mainline ST-3/ST-4 RTTY demodulator 1
Bij het bouwen van een RTTY demodulator is de eerste vraag welke de aan de demodulator te stellen eisen moeten zijn, die zowel voor VHF als voor HF geschikt moet zijn. Met het ontvangen van RTTY-signalen op de VHF banden ondervinden we heel wat minder problemen dan met het ontvangen van deze signalen op de HF banden. Zaken als selectieve fading, QRM van nabuur-kanalen, QRN, enz. komen we op de VHF banden nauwelijks tegen. Vaak wordt FM gebruikt in combinatie met repeater-stations, waardoor de signaalfluctuaties geen probleem vormen. Een TU (tuning unit) of demodulator in zijn meest elementaire worm is bier vaak voldoende voor de VHF man. De TU's die zijn ontworpen voor de VHF banden zijn vaak niet veel waard als ze voor de HF banden worden gebruikt. Het grootste probleem waarmee op de HF banden wordt gekampt is interferentie-fluitjes, storingen van nabuur-kanalen, selectieve fading, onjuiste shift en frequentiedrift. Zij dragen allemaal bij tot de "nachtmerrie" van HFRTTY. De hiervoor geschetste moeilijkheden vereisen voor die banden een geavanceerde demodulator, zoals de Mainline TT/L of TT/L-2.
Eisen
Welke zijn nu eigenlijk die minimum eisen, zowel voor VHF als voor HF?
We hebben om te beginnen een goede begrenzer nodig. Behalve de TT/L en TT/L-2 zijn er weinig demodulators geweest met een goede begrenzer-schakeling. Er zullen ook goed gebalanceerde filters nodig zijn om gelijke spanningen te krijgen voor de mark en space frequenties en bovendien voor een goede ruisonderdrukking wanneer er geen signaal is. De voeding voor de lijnstroom moet minstens 120 Volt zijn, het liefst eigenlijk nog weer (tussen 150 en 250 Volt). De RTTY machine zelf kan desnoods op 24 Volt werken, hoewel de hoeveelheid vervorming enorm is. Bij een 150 Volt voeding voor de printmagneet is deze vervorming te verwaarlozen.
De keuze van de 170 Hz shift
Er zijn helaas nog niet veel amateurs die de kleine shift van 170 Hz (tegenover een normale shift van 850 Hz) willen proberen. Het zou een eenvoudige zaak voor VHF zijn. We voerden de audio-frequenties aan de microfoon-ingang toe, hierbij speelt dan eventuele frequentiedrift geen rol: Op de HF banden kan de smalste MF-stand op de ontvanger worden gebruikt. Zij, die de smalle shift van 170 Hz reeds toepassen hebben gemerkt dat fluit-interferentie en nabuurstoringen vrijwel zijn verdwenen, terwij1 het QRN effect vermindert door de betere signaal/ruis verhouding.
Het automatische bedrijf van de RTTY machine
De tot nu toe genoemde punten hebben betrekking op het op een juiste manier ontvangen van het signaal. De belangrijkste extra voorziening is de een of andere automatische regeling, die, telkens wanneer een signaal (alleen RTTY natuurlijk) op de frequentie komt, de machine in bedrijf stelt. Op VHF, waar vaak squelch wordt gebruikt, kunnen we met de meest elementaire middelen volstaan. Een simpel systeem is een condensator over een relais, zodanig dat het 4 a 5 seconden een constant mark-signaal nodig heeft om de unit in te schakelen en om bij helemaal geen signaal (squelch.') of gedurende 6 tot 8 seconden een constant space -signaal, de zaak weer uit te schakelen. Dit systeem gaat toch echter op diverse punten mark. Het vereist een speciaal "inschakel" signaal en een "uitschakelumethode.
Op de HF banden is het automatisch in- en uitschakelen eveneens wenselijk, bier zijn de eventuele interferentie-fluitjes het hoofdprobleem. Er is een systeem nodig, dat zonder een speciale procedure inschakelt, een systeem dat niet aanspreekt op interferenties en bij voorkeur vertraagd, b. v. na een halve minuut, de machine laat afslaan. In het verleden is de term "autostart" ontstaan om het werken op vaste frequenties te monitoren. Het automatische bedrijf van de machine is than een volkomen normale zaak: de operator behoeft niet voortdurend aanwezig te zijn. De machine spreekt op een RTTY signaal aan en gaat terug naar stand-by als het signaal stopt (autostop). Kart daarna slaat ook de motor van de RTTY machine af. Bij autostart/stop of wel "auto-print" kan de machine zelfs tijdens een langere afwezigheid in bedrijf blijven.
Figuur 1. Volledig schema van ST-3/ST-4 RTTY demodulator. De ST-3 is bestemd voor een 850 Hz shift van FSK of AFSK signalen. De ST-4 is voor 170 Hz shift. Het basis-schema is voor beiden hetzelfde, behoudens de afwijkingen welke hieronder zijn aangegeven.
De spanningen bij de limiter, slicer, keyer en autoprint schema's zijn met een buisvoltmeter tegen chassis gemeten. De boven de lijn aangegeven spanningen in de slicer en keyer moeten worden gemeten bij een mark signaal aan de ingang van de demodulator, terwijl de aangegeven waarden onder de lijn voor een space signaal zijn. In het autoprint en motordelay schema zijn de spanningen boven de lijn bij een aangelegde mark en space signaal, terwijl de waarden onder de lijn moeten worden gemeten wanner er alleen ontvanger-ruis aanwezig is.
| C1 | uitsluitend aanwezig bij ST-3 |
| C2 | ST-3: 33 nF - 100 V; ST-4: 560 nF - 100 V |
| C3 | 10 nF schijf 600 V (weglaten als deze uitgang niet wordt gebruikt) |
| CR1, 2, 7, 8, 9, 15, 16, 17, 18 en 20 | silicon-diodes (min. PIV 50 V; 1N4816 o.i.d.) |
| CR3, 4, 5, 6 | germaniumdiodes 1N270 |
| CR10, 11, 12, 13, 14 | silicon-diodes, PIV 400 V of meer |
| CR19 | zenerdiode 12 V 1 Watt |
| CR21 | zenerdiode 4,3 V 500 mWatt |
| J1,J2 | telefoonjack (J1 weglaten indien de LF-uitgang niet wordt gebruikt) |
| J3 | telefoonjack met kortsluitcontact |
| K1 | 110 Volt DC relais, 2 x om, 10 A contacten |
| L1,L2 | 88 mH ringkern |
| Ql, 6, 8, 9, 11, 21 | LF NPN silicon transistor (Motorola MPS 3394 o.i.d.) |
| Q2, 7, 10 11 | PNP silicon transistor (Motorola MPS 3702 o.i.d.) |
| Q3, 4 | NPN silicon transistor (Motorola MPS 2926 o.i.d.) |
| Q5, 12 | LF NPN silicon 300 V coll-emitter (Motorola MJE340 o.i.d.) |
| R1 | 10k lin. instelpotmeter |
| R2 | ST-3: 10kΩ - lin. instelpotm.; ST-4: 5kΩ - lin. instelpotm. |
| R3 | ST-3: 5600 Ω; ST-4: 6800 Ω |
| R4 | ST-3: 18kΩ; ST-4: 4700 Ω |
| R5 | ST-3: 82kΩ; ST-4: 91k |
| R6 | ST-3: 0,1 MΩ ST-4: 0,11 MΩ |
| R7 | 1k, indien direkt aangesloten op een ontvanger; 4k7 indien het bandfilter uit figuur 3 wordt toegepast |
| S1,2,3,4,5 | Schakelaar, enkelvoudig om. (S5 alleen voor de ST-3) |
| T1 | secondair 125 Volt 80 mA |
| T2 | secondair 12 Volt 350 mA |
| U1 | Integrated circuit - OP AMP - GE PA 238. |
De ontwikkeling van de ST-3 en ST-4
De Mainline ST-3 is het uiteindelijke resultaat van een super-de-luxe demodulator, welke de auteur heeft ontwikkeld. De ST-1 was een poging een goedkope RCA IC (geen Operationale Versterker) te gebruiken. In die tijd kwam de OP AMP GE PA238 beschikbaar en dus werd de ST-2 ontworpen voor VHF-gebruik. Deze was identiek aan de ST-3 maar zonder motor-vertraging. Hierin werd een set relais-contacten gebruikt om de sleuteltrap tot zwijgen te brengen in de stand "stand-by". Deze unit werkte zo goed, dat het vertragingssysteem voor de motor werd ingebouwd, waardoor de ST -3 buitengewoon gemakkelijk toepasbaar werd voor gebruik op de HF, rowel als op de VHF banden. De ST-4 werd daarna ontwikkeld, uitsluitend bestemd voor 170 Hz shift.
De bijzondere eigenschappen van de ST-3 en ST-4 zijn het autoprint gedeelte, het lijnstroom circuit en de buitengewone goede begrenzing met de IC. De overige eigenschappen van de demodulator zijn:
- past rich aan tal van audio-ingangscircuits aan;
- maakt gebruik van de goedkope lineaire ge1ntegreerde OP AMP;
- levert minstens -60 dB begrenzing;
- heeft een goed gebalanceerd filtersysteem en een uitstekende storingsonderdrukking;
- heeft een simpel maar effectief laagdoorlaatfilter (RC-type);
- heeft een zeer grote versterking in de "scheidingstrap" (z. g. slicer), waardoor signalen met een shift kleiner dan 20 Hz met de ST-3 en kleiner dan 5 Hz met de ST-4 kunnen worden genomen;
- gebruikt een goedkope 300 V schakel-diode voor de lijnstroom;
- heeft een unieke autoprint voorziening welke niet aanspreekt op interferentie signalen;
- heeft een motorvertraging welke voorkomt dat de motor onnodig in- en uitschakelt;
- is DC gekoppeld vanaf de ingang tot de printer, teneinde een zo gering mogelijke vervorming te hebben;
- gebruikt een lijnstroom circuit met 160 Volt;
- kan als "repeater" worden gebruikt;
- is gemaakt met eenvoudig te verkrijgen onderdelen;
- is niet duur.
Het complete schema van de ST-3/ST-4 demodulator is in figuur 1 weergegeven.
De laagfrequent ingang
De demodulator is gemaakt om te werken met een 500 Ohm ingangsimpedantie. Het dynamisch bereik is evenwel zo groot, dat de unit direct vanuit een 3,2 Ohm luidsprekeruitgang kan werken.
Het werken vanuit een luidsprekeruitgang geeft echter een behoorlijk verlies. In dit geval wordt dan ook aanbevolen het IF volume van de ontvanger flink open te draaien. Ook kan eerst transform-lade van 3, 2 Ohm naar b. v. 500 of 1000 Ohm worden toegepast. Het IF ingangssignaal wordt op een maximum niveau van 0,6 Volt gehouden door CR1 en CR2. Dit zijn geen begrenzers in de normale zin, ze zijn alleen toegevoegd om de operationele versterker te beschermen. Er zijn namelijk ontvangers, die meer dan 30 Volt over 600 Ohm kunnen produceren.
Het geintegreerde circuit kan slechts 1,5 Volt hebben zonder inwendige schade.
Een normaal niveau met RTTY voor luidsprekers zal ongeveer -5 dB zijn, hetgeen ongeveer 0,4 Volt is.
De begrenzer
Het GE PA238 IC was de eerste OP AMP welke minder kostte dan $ 8,-. Deze IC heeft een versterking van ongeveer 75 dB en vereist normaal een voedingsspanning van +6 Volt en -6 Volt, maar zoals hier geschakeld is er alleen maar +12 Volt nodig.
De uitgangsspanning zal +6 Volt zijn zonder ingangssignaal, Een begrensd ingangssignaal zal een 10 Volt top-top blokgolf hebben, welke loopt van +1 Volt tot +11 Volt.
Fig. 2.
Omdat we de IF component uit het filter krijgen is het gelijkspanningsniveau verder van geen belang.
De uitgangsspanning van de OP AMP begrenzer is een bijna volmaakte blokgolf bij een sinusvormige ingangsspanning. Op de foto een 425 Hz signaal na begrenzing. De aangeboden spanning voor deze foto was een sinus bij een -20 dB ingangsniveau.
Het filter in de discriminator
Het 10 Volt signal van de begrenzer is meer dan voldoende om de eenvoudige filterschakeling van de discriminator aan to sturen. Alhoewel de uitgangsimpedantie van de OP AMP erg laag is, zorgen de serie weerstanden voor een vooraf bepaalde bandbreedte van het filter. Voor de ST-3 van ongeveer 180 Hz op de -3 dB punten of 290 Hz op de -6 dB punten.
In de ST-3 is het mark-filter afgestemd op 2125 Hz en het space-filter op 2975 Hz. Dit is voor VHF en HF standaard. In de ST-4 is het mark-filter afgestemd op 2125 Hz en het space-filter op 2295 Hz.
De ST-3 was oorspronkelijk voor 850 Hz shift ontvangst bedoeld, de demodulator als zodanig kan echter ook tot minder dan 20 Hz shift nemen. Wordt zo nu en dan met 170 Hz shift gewerkt dan kan Cl = 0, 022 uF en de tumbler schakelaar S5 (zie figuur 1) worden toegevoegd. Het sluiten van de schakelaar verstemt het space-filter van 2975 Hz naar 2295 Hz (dus van 850 Hz naar een 170 Hz shift).
Het autostart systeem werkt echter niet goed in deze "170 Hz" positie, aangezien de discriminator-balans niet gehandhaafd blijft.
Indien de unit alleen maar 170 Hz shift ontvangst is bedoeld, moet het bouwen van de ST-4 in beschouwing worden genomen.