RTTY LF converter met aktieve filters
De meeste RTTY-amateurs gebruiken momenteel hun SSB-station om RTTY mee te ontvangen en te zenden. Vanaf de luidsprekeruitgang wordt het LF-signaal afgenomen. De hiermee gestuurde LF-converter stuurt het ontvangrelais van de telexmachine. Het AFSK-signaal van de A FSK -generator wordt aan de microfooningang toegevoerd en als A3J uitgezonden.
De hierna te beschrijven RTTY LF-converter heeft t. o. v. de tot nu toe bekende RTTY converters ST5 en ST6 aanzienlijke voordelen:
- vaste of variabele shift-afstanden door een potmeterinstelling;
- door het gebruik van actieve selectieve filters kan het tot nu toe gebruikte systeem met zelfinducties worden verlaten;
- de kwaliteit van de actieve filters is onafhankelijk van de frequentie, zodat de bandbreedte gelijk blijft;
- het actieve selectieve filter is met eenvoudige middelen te berekenen, zodat elke frequentie kan worden verkregen;
- de opbouw is zeer onkritisch en de afregeling is binnen enkele minuten gerealiseerd.
RTTY LF converters werken allemaal volgens hetzelfde principe. Het LF-signaal van de ontvanger wordt aan een begrenzer V1 (figuur 1) toegevoerd; de begrenzer is alleen een trap met een grote versterking. Ook heel kleine LF-signalen oversturen de versterker volledig, zodat aan de uitgang van Vi het LF-spectrum van de ontvanger met gelijke amplitude verschijnt. De spannings-toppen zijn afgekapt, aangezien de versterker zowel ver in de positieve als in de negatieve verzadiging wordt gestuurd. De begrenzer client dan ook uitsluitend om de frequentie-inhoud van het LF-signaal op een constante amplitude te brengen. Het onderdrukken van de AM variaties wordt door een begrenzer niet tegengegaan alhoewel dit vaak wordt gedacht: Jammer ge - noeg vindt dat slechts in HF- en MF-trappen plaats, aangezien daarin de in het ritme van de modulatie variErende amplituden door de oversturing worden afgekapt. De LF-begrenzer versterkt zowel het gewenste als de stoorsignalen. Na de begrenzer volgt de selectie van de beide werkfrequenties Fl en F2, die bij RTTY mark en space worden genoemd. Deze zijn voor de 850 Hz shift gebruikelijkerwijze 1050 Hz en 1900 Hz of 2125 en 2975 Hz en b.v. voor 170 Hz shift 1050 en 1220 Hz of 2125 en 2295 Hz. Aangezien een op 27 oktober in CQ-PA te beschrijven AFSK -generator zijn frequenties door delen afleidt van een 114,240 kHz kristal, wordt, wil transceive kunnen worden gewerkt, als vaste mark en space frequenties verder gesproken over: mark 1190 Hz; space bij 170 Hz shift 1360 Hz - bij 850 Hz shift 2040 Hz.
Over de keuze van de frequenties is reeds dermate veel gediscussieerd, dat het noodzakelijk was een converter te ontwerpen welke door zijn frequentie en shiftkeuze aan alle mogelijke wensen kon voldoen, hetgeen bij deze converter aanwezig is. In de selectieve kringen of beter gezegd: selectieve trappen, worden de LF-signalen voor mark en space uit de frequentieband met gelijke amplitude gefilterd.
Aangezien de maximale informatie snelheid in amateurverkeer niet groter is dan 50 Baud, legt men de 3 dB bandbreedte op 50 Hz vast. Dit brengt naast de selectieve werking tegelijkertijd een laagdoorlaatwerking met zich mee. Een grotere snelheid dan 50 Baud zou met deze converter stranden. Als we, nadat we selectief Fl en F2 gelijkrichten, zullen de overige signalen als blokgolven door de 3 dB bandbreedte tot 50 Hz worden beperkt. Hierna worden de geselecteerde signalen in een blokgolf omgezet waarmee een schakeltrap wordt gestuurd, die het ontvangrelais in de telexma - chine stuurt.
De opzet van het nieuwe ontwerp
Als begrenzer wordt tegenwoordig het beste een Op Amp met een grote - 90 a 100 dB versterking gekozen; een spanningsversterking dus van 105. Een zeer gangbaar type IC de 709, die reeds door veel fabrikanten wordt gefabriceerd, is voor dit doel uitermate geschikt. De prijs hiervan is niet hoog, circa drie gulden.
Nemen we een gemiddelde versterking van 50.000 maal aan, dan is een signal van 500 uV voldoende om de Op Amp tot in de positieve en negatieve verzadiging uit te sturen bij een voedingsspanning van circa 15 volt. Op deze wijze is de 709 een ideale begrenzer, die door zijn compressiewerking alle signalen uit de ontvanger met verschillende niveaus op een constante amplitude brengt.
In de tot nu toe gepubliceerde literatuur wordt overal aanbevolen v66r de begrenzertrap een LF-doorlaatfilter te plaatsen, waarvan de bovenste en onderste grensfrequentie de gebruikte mark en space frequenties zijn. Deze LF-filters zijn meestal uit LC pi-filters of t-filters opgebouwd en resulteren in een 40 dB demping van de ongewenste frequenties tot een waarde die kleiner is dan de werkfrequenties. Is de amplitude van het stoorsignaal aan de begrenzer-ingang echter groter dan het werksignaal, dan verschijnt het werksignaal onder het begrensde stoorsignaal, zodat het werksignaal aan de uitgang niet meer voorhanden is.
Valt een dergelijk stoorsignaal binnen de filterdoorlaat, dan zijn fouten onvermijdelijk. Optimale resultaten zijn slechts te bereiken indien het ingangsfilter selectief werkt en alleen de werksignalen laat passeren.
Indien het stoorsignaal echter in een van de werkkanalen valt, dan zijn fouten door een er achter geplaatste logische schakeling te vermijden, mits het tweede kanaal vrij is!
Voor amateurdoeleinden is een dergelijke schakeling alleszins aan te bevelen. De noodzakelijke selectieve elementen in het hart van de LF-converter, om de mark en space frequenties er uit te filteren, werden normaliter met LC-resonantiekringen gerealiseerd.
Iedere RTTY-amateur, die reeds eerder een converter heeft gebouwd, ondervond dat de zelfinductie het moeilijkste meest onbekende element in de schakeling betekent. Enerzijds is het wikkelen van spoelen een moeizame zaak, anderzijds is de kwaliteit van de spoel een onbekende, zodat men op proberen is aangewezen. Willen we bovendken nog diverse shifts kunnen ontvangen, dan moeten we de spoelen parallel schake - len of condensatoren bijschakelen waarbij we de veranderende bandbreedte op de koop toe moeten nemen. Aan een variabele instelbare shift valt helemaal niet te denken, aangezien condensatoren rond 0,1 uF en zelfinducties van rond 100 mH zich moeilijk laten veranderen.
In de moderne electronica is er echter een weg om aan deze moeilijkheden te ontkomen. Deze weg leidt naar de reeds genoemde Op Amp. In een daartoe speciale schakeling kan met een Op Amp (met zijn zeer hoge versterkingsfactor) en RC combinaties en schakeling worden opgezet waarbij resonantiekarakteristieken ontstaan, die beter zijn dan die welke zijn te bereiken met LCelementen.
In figuur 2 is een manier aangegeven hoe een Op Amp als zodanig moet worden ge - schakeld, zodat het de functie van een parallelresonantiekring aanneemt. Passen we het actieve selectieve filter toe voor het frequentiebereik tussen 500 en 2500 Hz, dan zien we dat voor de passieve bouwelementen volgende waarden zijn aangegeven: Bij het toepassen van een IC 709 moet R2 niet groter zijn dan 500k ohm. De 9-factor ligt voor een bandbreedte van 50 Hz in het bereik tussen 1000 en 2000 Hz bij 20 a 40.
De condensatoren zullen daarom waarden tussen 20 en 100 µF aannemen. Aangezien we in de begrenzer-versterker voldoende spanning voorhanden hebben (rond 25V t/t) kunnen we bij de selectieve versterkertrap de versterking 1 of kleiner laten zijn. Hierdoor neemt de waarde van R1 de waarde van R2 aan. Voor het gekozen frequentiebereik bij een goede Q -factor zal R3 waarden tussen 10 en 70 ohm aannemen.
Een en ander betekent, dat we de resonantiefrequentie van het filter door variatie van R3 kunnen regelen waarbij de amplitude van de uitgangsspanning constant blijft. De Q-factor neemt naarmate de resonantiefrequentie fo hoger wordt, lineair toe, zodat de bandbreedte bij frequentieverandering constant blijft. Deze eigenschappen voldoen ideaal aan onze wensen.
Het signaal aan de uitgangen van de selectieve trappers wordt hierna gelijkgericht waarbij in het ene geval de positieve halve golf, in het andere geval de negatieve halve golf, wordt afgekapt.
Bij de daarop volgende analoogteller veroorzaakt de ter tegenkoppeling parallel aan de weerstand liggende condensator een laagdoorlaat karakteristiek (figuur 3). Zijn beide ingangsspanningen bij benadering gelijk, dan beschikken we aan de uitgang over een wisselspanning die om 'null zwenkt bij een maximale frequentie, die door 't' wordt bepaald.
Door de RTTY-amateur zal voor fmax ongeveer 40 tot 50 Hz worden gebruikt, zodat de signalen voor de RTTY schakelfrequentie het filter zeker kunnen passeren.
Na deze analoogteller (laagdoorlaattrap) volgt, wederom met een Op Amp, een niet omkeerbare Schmitt-trigger trap (figuur 4a).
Voor een grote positieve ingangsspanning Vi wordt Vu = Vumax. Verkleinen we Vi, dan blijft Vu op de waarde Vumax, totdat Vi de waarde van Vi-uit bereikt. Op dat moment sprint Vumax op Vumin. Deze sprongbeweging wordt door Vi ingezet, maar verder door de meetkoppeling over Rr bepaald.
De stabiele waarde Vumin blijft behouden totdat Vi de waarde van Vi-in overschrijdt. In figuur 4b is het verloop van de in- en uitgangsspanning afgebeeld. Voor een voedingsspanning van circa 15 volt op een 709 wordt Vumax ongeveer +12 tot +14 volt en Vumin -12 tot -14 volt.
De volgende transistor T1 (figuur 5) heeft slechts een taak het schakelsignaal van pola - riteit te veranderen en wordt afhankelijk van de shift op normaal of tegengesteld geschakeld of overbrugd.
De transistor T2 is de schakeltrap voor de lijnstroom van het telex-ontvangrelais. Hierbij wordt stroom van het relais via een regelbare weerstand toegevoerd. De retourleiding (zijde van het relais dat tegen aarde komt) wordt via T2 tegen aarde geschakeld. T2 moet een spanning van 200 volt voedingsspanning veilig kunnen schakelen.
Schakeling van de rtty lf converter
De Op Amp's OP6 en OP7 in figuur 6 werken als een actieve selectieve voorversterker Iussen de uitgang van de ontvanger en de begrenzeringang van de converter, terwijl bovendien een versterkingsfactor van 25 optreedt. OP6 laat de frequentie 1190 Hz passeren waarbij een 3 dB bandbreedte van 50 Hz werd gekozen waarmee ook de korte pulsen van 20 milliseconden volledig kunnen uitslingeren, zodat de maximale waarde van de amplitude kan worden bereikt. OP7 werkt identiek met gelijke bandbreedte. In ieder geval kunnen hier met Si drie vaste shifts (standen 2, 3 en 4) worden ingesteld. P14 is een schroef potmeter met 10 slagen, waardoor in de schakelstand 1 een instelbaar shiftbereik van 0 tot 2000 Hz wordt bestreken. P14 en P4 kunnen worden weggelaten zolang we met vaste shifts werken. De gecombineerde potmeter P14 -P4 wordt niet meegeleverd met de te kopen bouwset. Een dergelijke potmeter is zeer duur. We kunnen ook een goed resultaat boeken door twee aparte 100 ohm potmeters te nemen. Met P4 wordt de shift gezocht waarna P14 wordt bijgetrokken. Uiteraard moeten beide potmeters op de frontplaat worden uitgevoerd.
Fig. 6.
De drie vaste shifts zijn dus: 170 Hz = 1360 Hz 425 Hz = 1615 Hz 850 Hz = 2040 Hz.
Bij k worden beide signalen samengevoegd en aan de begrenzer OP1 toegevoerd. Aan de uitgang verschijnen ze met een constante amplitude van ongeveer 25V t/t. Met P1 en P2 wordt het ingangssignaal voor de resonantietrappen OP2 en OP3 zodanig ingesteld, dat aan de uitgang van meetpunten MP4 en MP5 bij het bereiken van de resonantie in ieder geval 8V t/t verschijnt.
De versterkingsfactor van beide trappen ligt op 0,5.
Het met D3 en D4 gelijkgerichte signaal wordt aan OP4 toegevoerd, welke dienst doet als een actief laagdoorlaatfilter waarvan de grensfrequentie wederom zo wordt gekozen, dat de korte schakelpulsen tot een maximale amplitude kunnen uitslingeren. De daarop volgende Schmitt-trigger heeft met de aangegeven weerstandscombinaties een schakel-hysteresis van ongeveer 0, 8V. We kunnen de schakel-hysteresis ook variabel maken, indien we voor Rr (R15) een potentiometer van 500k ohm kiezen, waarvan de kleinste waarde wordt begrensd tot 50k ohm. De schakel-hysteresis kan dan tussen 2,5 en 0, 25V worden ingesteld.
We kunnen OPS ook als 'vergelijker' schakelen (+ en - verwisselen, R15 weglaten). Een schakel-hysteresis is echter zeker aanbevelenswaardig gebleken omdat bij het ontbreken van beide werksignalen OP5 reeds bij de kleinste stoorsignalen (ruin, enz. ) schakelt en tekens door de machine worden afgedmkt. De schakeling van T1 en T2 is reeds hiervoor verklaard.
S2 dient ter omschakeling van 'normaal' naar 'omgekeerd' shift. S3 is voor de 'standby' stand aangebracht.
De afregeling van de converter
(Aanbevolen meetapparatuur: toongenerator en oscilloscoop)
- D3 en D4 scheiden. Het gevoeligste bereik op de scoop instellen en het nulpunt op het scherm ijken door de meetkop tegen aarde kort te sluiten. De meetkop hierna aan MP8 aansluiten en met P9 MP8 op nul afregelen. Hierna D3 en D4 weer doorverbinden.
- We scheiden de verbinding bij k. Met de meetkop op MP3 wordt P8 dusdanig afgeregeld, dat de spanning juist van +15 naar -15 volt of omgekeerd springt.
- Punt k met 1190 Hz ≈ 1V t/t aansturen. De meetkop van de scoop op MP4. De uitgangsspanning met P3 op maximum afregelen. Hierna met P1 de spanning op MP4 op 8V t/t instellen.
- Punt k met 1360 Hz ≈ 1V t/t aansturen. De meetkop van de scoop op MP5. De uitgangsspanning met P5 op maximum afregelen. Hierna met P2 de spanning op MP5 op 8V t/t instellen.
- Op punt k nu 1615 Hz ≈ 1V t/t. Met P6 MP5 op maximum.
- Op punt k nu 2040 Hz ≈ 1V t/t. Met P7 MP5 op maximum (uiteraard wordt de schakelaar in de juiste stand gebracht).
- k doorverbinden.
- De RX-LF ingang van de converter met 1190 Hz ≈ 0,1-0,2V t/t aansturen. De meetkop wordt op MP1 aangelegd. Met P10 de spanning op MP1 op maximum a fregelen.
- De gelijke procedure t.a.v. MP2 met P11, P12 en P13 bij 1360 Hz, 1615 Hz en 2040 Hz in de respectievelijke standen 2, 3 en 4 van S1.
- De x-afbuiging van de scoop uitschakelen. X en Y met de overeenkomstige ingangen van de scoop verbinden. De y-versterker op 0, 5V/DIV instellen en de x-versterker tot ditzelfde niveau bijtrekken. Een juiste afstemming wordt bereikt als de horizontale en verticals ellips bij ontvangst in een kruis verschijnt.
De opbouw van de converter
De opbouw van het apparaat en de keuze van de onderdelen is onkritisch. Er kunnen uitsluitend normaal in de handel verkrijgbare onderdelen worden toegepast. De condensatoren in de resonantietrappen zijn normale wikkel-condensatoren; styroflex condensatoren zijn hier ongewenst. De weerstanden kunnen 5% zijn.
De converter is volledig zonder moeite te reproduceren.
Voor de OP2, 3, 4, 6 en 7 kunnen zowel de IC's 709 als 741 worden toegepast. Bij gebruik van de 741 kunnen de fase compenseerelementen worden weggelaten, aangezien de 741 inwendig fase-gecompenseerd is. Bij gebruik van de 741 i.p.v. de 709 worden dus alle Cph en Rph als vermeld in figuur 5c (linksonder) weggelaten. De 50 ohm weerstand wordt vervangen door een overbrugging, waarmee van IC 741 aansluiting 10 naar de uitgang van de IC wordt doorverbonden.
Als stringente eis moet worden gesteld, dat de signalen en de ontvanger uiterst stabiel dienen te zijn aangezien het apparaat als 'tweekringer' werkt bij een bandbreedte van 50 Hz De voordelen van de converter kunnen slechts dan worden benut, als het station niet uit de doorlaat loopt Willen we in de SSB-stand gedurende 10 minuten zonder bijstemmen werken, dan moet de frequentie-stabiliteit van het tegenstation zowel als de eigen ontvanger dusdanig zijn, dat de maximale drift 25 Hz in de 80 meter-band is, t. w. 7.10-6 /10 min.
Voor de andere banden wordt de eis nog kritischer. Aangezien meestentijds met VFO's onder 5 MHz wordt gewerkt, die tegen kristaloscillatoren worden gemengd, zijn de te stellen stabiliteitseisen realistisch en dus haalbaar.
De converter werd bij statische metingen met een eigen bandopname met QRM met de ST5 en ST6 vergeleken. Hierbij was het resultaat een factor 2 à 3 geringer aantal fouttekens, waarbij aan de hierboven vermelde stabiliteitseisen werd voldaan. De metingen zijn natuurlijk subjectief. Het is echter duidelijk, dat op grond van het gelijke principe van de ST5 en ST6 bij fadingstoringen de resultaten dienaangaande gelijk zijn. Daarentegen blijven de resultaten van de ST5 en ST6 ver achter indien een zware stoordraaggolf QRM veroorzaakt. Tenslotte wordt opgemerkt, dat deze converter diets aan de bandcondities kan veranderen, zodat ook geen wonderers moeten worden verwacht.
Hajo Pietsch, DJ6HP.