Rob's web

Moderne rechtuit ontvanger voor de HF-banden

Zie hier de belangrijkste eigenschappen van de hierna te beschrijven ontvanger, die in gevoeligheid niet of nauwelijks onderdoet voor zijn grote broers, slechts een fractie kost en in een avond in elkaar gezet kan worden.

Geen ontvangerschakeling is in de ogen van ons amateurs z6 verguisd als de rechtuit-ontvanger: Onvoldoende gevoeligheid, gebrek aan stabiliteit en selectiviteit, brommerig geluid en WI onmogelijke mechanische constructie zijn wel de meest gehoorde bezwaren. Wie er her ARRL Radio Amateurs Handbook op naslaat treft ook daarin geen aantrekkelijke schakelingen aan; moeilijke ringkernen, een hier niet verkrijgbare afstemcondensator en zelfinducties die met de hand gewikkeld moeten worden.

Met dat alles voor ogen startte meer dan een jaar geleden onze technische hoofdredakteur PA0WDW met het ontwerpen van de DC-80. Her eindresultaat mag er zijn; een gevoelige, voldoende selectieve, zeer stabiele, niet brommende, gemakkelijk te construeren en bovendien voordelige ontvanger.

Waarom een rechtuit ontvanger?

Het idee van een rechtuit ontvanger is al erg oud. De eerste ontvangers voor radiogolven waren immers ook al van dit type.

Pas toen men er in slaagde om met betrekkelijk eenvoudige middelen oscillatoren te vervaardigen kwam de superheterodyne in zwang. Het voordeel van een super is het verschuiyen van ingangssignalen van diverse frequenties naar een vaste frequentie, zodat zonder al te veel afstemproblemen een aantal selectieve versterkertrappen op een frequentie voor de benodigde selectiviteit en gevoeligheid kunnen zorgen. Vooral die selectiviteit is van doorslaggevende betekenis geweest bij het op grote schaal toepassen van het superheterodyneprincipe. De nadelen van een super zijn echter: relatief gecompliceerd en ontvangst van zenders op plaatsen waar die niet zitten.

Nou is het ook weer niet zo dat supers ondingen zijn, integendeel! Maar zo langzamerhand duiken steeds vaker in de amateurbladen ontwerpen van rechtuit ontvangers op, omdat men ontdekt heeft dat met moderne middelen, zoals dubbelgabalanceerde mengtrappen, best goede resultaten bereikt kunnen worden.

Dus toch een mengtrap zult u zeggen, mag men dan nog wel van een rechtuit ontvanger spreken? Eigenlijk niet, alleen is er geen sprake van een vaste middenfrequentie, zoals die in een super wordt opgewekt. In wezen wordt het ingangssignaal direct omgezet in een laagfrequent signaal door het ingangssignaal te mengen met een oscillator die op de frequentie van het ingangssignaal staat afgestemd.

Velen spreken bij een dergelijke schakeling niet van een rechtuit ontvanger maar van een ontvanger volgens het directe conversie-principe, afgeleid van het engelse: direct conversion. Reden waarom we ons ontwerp DC-80 hebben genoemd: Directe Conversie ontvanger 1980. Laten we eens kijken hoe zo'n ding werkt.

Principe directe conversie

Een blik op het blokschema (fig. 1) is voldoende om ons van de eenvoud van het geheel te overtuigen. Duidelijk is te zien dat slechts twee IC's de was doen, een TCA440 en een LM380.

Fig 1
Fig. 1. Blokschema directe conversie ontvanger 80.

Het antennesignaal wordt allereerst versterkt door de ingangsversterker van de TCA440. Vervolgens wordt het signaal in een mengtrap gemixed met een oscillatorsignaal. Voor SSB ontvangst wordt de oscillator precies op de (onderdrukte) draaggolf van het SSB-signaal afgestemd en door menging van SSB-signaal en oscillatorfrequentie ontstaat direct een laagfrequentsignaal, dat overeenkomt met de oorspronkelijke modulatie van de SSB-zender. Directe conversie dus van SSB naar LF!

Het aldus ontstane laagfrequentsignaal is echter nog erg zwak en moet nog flMk worden versterkt om hoorbaar te worden uit een luidspreker. Deze versterking wordt in eerste instantie verzorgd door een achter de mengtrap geschakelde versterker, die zich waarempel ook al in de TCA440 bevindt.

Inmiddels is het signaal met een gevoelig kristal-oortelefoontje reeds duidelijk hoorbaar, maar we willen luidsprekersterkte, vandaar de LM380, rechts in het blokschema. Deze IC zijn we in CQ-PA al eerder tegengekomen, trouwens de TCA440 is voor onze oplettende lezers ook niets nieuws! Dit ontslaat de redaktie van de plicht om het inwendige van deze duizendpoot uit de doeken te doen, hetgeen wellicht voor de nieuwe leden spijtig is maar we kunnen onmogelijk steeds in herhalingen vervallen. Aan het einde van dit artikel wordt verwezen naar eerdere publicaties, zodat het zoeken wat wordt vergemakkelijkt voor degenen die het naadje van de kous willen weten.

Behalve SSB is natuurlijk ook CW te ontvangen. De oscillator moet dan enkele honderden tot duizend herz naast de zendfrequentie worden gezet, zodat de ongemoduleerde draaggolf van een CW-zender als een toontje hoorbaar wordt.

We hebben nu wel genoeg aandacht besteed aan het blokschema, zodat we het compleet uitgewerkte schema kunnen gaan bekijken.

Schema

Het schema van de DC-80 ziet er wellicht toch wat ingewikkelder uit dan men zou verwachten (fig. 2). Dat komt omdat er nogal wat functies in de TCA440 verenigd zijn en dan is het moeilijk voor de tekenaar om de zaak nog overzichtelijk te houden.

Fig 2
Fig. 2. Schema.

We beginnen links in het midden. Het antennesignaal wordt eerst door een tweekrings bandfiltertje van storende signalen buiten de band ontdaan. De functie van het bandfilter is erg belangrijk, omdat sterke AM kortegolf omroepzenders nogal eens roet in het directe conversie eten plegen te gooien. Daarover straks meer.

Het gefilterde antennesignaal komt op de punten 1 en 2 van de TCA440, waarna het wordt versterkt door de inwendige HF-versterker die ook reeds in het blokschema werd aangegeven. De versterkingsfactor van deze HF-versterker kan worden geregeld m.b.v. een gelijkspanning op punt 3.

In het schema is te zien dat deze aansluiting met punt 10 is verbonden. Dit lijkt vreemd, maar het is erg simpel: punt 10 is de uitgang van een gelijkspanningsversterker, die wordt ingesteld met een regelspanning op punt 9, en aan punt 9 hangt een potmeter, voor het instellen van de gevoeligheid van de ontvanger. Dus vandaar!

Inmiddels is het versterkte antennesignaal op de mengtrap aangekomen. Het benodigde oscillatorsignaal wordt opgewekt met een in de TCA440 verwerkte oscillatorschakeling.

De frequentie hiervan wordt bepaald door de uitwendig aangebrachte afstemkring, die met de punten 4, 5 en 6 verbonden is.

Voor de afstemming is gekozen voor een varicap, omdat dit veel goedkoper is dan een afstemcondensator, terwijl dit bovendien op uiterst simpele wijze een fijnregeling op de afsteihming mogelijk maakt: een potmeter van geringe weerstandwaarde in serie met de grote afstempotmeter.

We slaan dus twee vliegen in een klap: Been (microfonische en dure) afstemcondensator en evenmin een mechanische vertraging vereist. Voor de stabiliteit hoeft men niet bevreesd te zijn: in de praktijk is deze ruim voldoende gebleken voor het beluisteren van SSB-zenders. Wel is het zinvol om voor de capaciteiten over de afstemkring goed materiaal te gebruiken, reden waarom hier voor styroflex condensatoren werd gekozen.

De gelijkspanning voor het instellen van de varicapspanning wordt m.b.v. een 5,6 volt zenerdiode gestabiliseerd. Deze spanning is bewust gekozen omdat zenerdioden van deze spanning zowel bij temperatuursvariaties als bij veranderingen in de voedingsspanning de grootste stabiliteit vertonen. Dit is overigens een principiele zaak en heeft nets te maken met het merk! Hogere of lagere zenerspanningen geven beslist minder stabiliteit.

Nadat het HF-signaal met de oscillatorfrequentie is gemengd komt het produkt naar buiten op de punten 15 en 16 (in balans). De beide weerstanden van 3k3 dienen als collectorweerstanden van de uitgangen van de dubbelgebalanceerde mengtrap.

Via twee elco's van 1 µF duikt het (inmiddels laagfrequent geworden) signaal onmiddellijk weer de IC binnen, via de punten 11 en 12. Dit is de balansingang van de LF-versterker van de TCA440.

De condensator van 68 nF over de uitgang van de mengtrap vormt in combinatie met de beide 3k3 weerstanden een laagdoorlaatfilter, om te voorkomen dat de LF-versterker zou worden overstuurd door stations die een eind naast de ontvangfrequentie zitten. De versterking van de LF-versterker wordt geregeld met de potmeter, die we al eerder op punt 9 tegenkwamen. De hieraan verbonden gelijkspanningsversterker regelt de LF-versterking. Een goede directe conversie-ontvanger heeft in eerste instantie een regeling van de HF-trap nodig. Zoals reeds is aangegeven is de regeling van de HF-versterking gecombineerd met de regeling van het LF-gedeelte, waarbij in het begin van de regeling eerst de HF-versterking wordt verminderd en daarna de regeling van de LF-versterlcing pas effectief wordt. Dit blijkt uit de specificaties die de fabrikant van de TCA440 opgeeft en voor ons doel is dit buitengewoon gunstig!

De uitgang van de LF-versterker van de TCA440 is via een laagdoorlaatfilter, bestaande uit drie condensatoren en twee spoelen, met de ingang van de eindversterker verbonden. Het gebruik van spoelen doet misschien wat ouderwets aan, maar het kost minder onderdelen dan bij gebruik van een actief filter met dezelfde eigenschappen. Dit laagdoorlaatfilter bepaalt in belangrijke mate de selectiviteit van het ontvangertje. Het filter is zodanig berekend dat frequenties boven ca 2,2 kHz behoorlijk verzwakt worden; dit lijkt smalbandig voor telefonie maar voldoet in principe in de praktijk uitstekend. Bovendien loopt de frequentie-karakteristiek bij 2 kHz eerst even omhoog, hetgeen de verstaanbaarheid bleek te bevorderen (fig. 3).

Fig 3
Fig. 3. LF doorlaatkarakteristiek.

Over de eindtrap kan nog vermeld worden dat er twee uitvoeringen van de LM380 zijn, n.l. een 14-pens en een 8-pens uitvoering. De 8-pens uitvoering kan niet zoveel vermogen dissiperen als de grotere 14-pens uitvoering, maar voor normaal gebruik is ook de kleine uitvoering ruimschoots voldoende gebleken.

Men moet de geluidsterkte al heel erg opdraaien, voordat deze IC warm wordt en tegen die tijd hebben de huisgenoten al Lang geprotesteerd tegen de geluidshinder!

Zoals uit het schema blijkt wordt de TCA440 niet rechtstreeks op de voedingsspanning (10 tot 15 volt) aangesloten, maar via een kleine 8 volt stabilisator. Dit verhoogt de stabiliteit van het geheel; men moet niet vergeten dat de totale laagfrequent versterking na de mengtrap zo'n slordige 100 dB bedraagt. Dat is maar liefst 100.000 maal en zorg maar eens dat de zaak niet gaat genereren!

Het heeft de ontwerper van de print dan ook de nodige hoofdbrekens gekost om de lay-out van de sporen zodanig te maken dat de hele zaak rustig bleef, ook bij max. opengedraaide gevoeligheid. Voor de luidspreker kan met succes zo'n klein Japans ding dienst doen.

Welke band kiezen we?

Het ontwerp is zodanig dat men tevoren een keuze dient te maken uit de volgende amateurbanden: 80m, 40m of 20m.

Hoewel er geen spoelen omgeschakeld moeten worden, het is slechts een kwestie van condensatoren, is er bewust van afgezien om de ontvanger omschakelbaar te maken voor de drie banden. Dit zou de frequentiestabiliteit niet ten goede komen, terwijl beginners wel eens voor teleurstellingen zouden komen te staan.

Natuurlijk staat het experimenteerders vrij om toch in deze richting een poging te ondernemen, b.v. met behulp van speciale HF-schakeldioden BA182, die ook in TV-tun4s worden gebruikt voor omschakeling van de frequentiebanden.

In het schema is een tabel opgenomen met de voor elke band benodigde waarden voor de diverse frequentiebepalende onderdelen. Zowel op 40m als op 20m wordt als varicapdiode een BB105 gebruikt. Om op 80m nog voldoende frequentie-variatie te krijgen, in combinatie met de relatief grote afstemcapaciteit van 560 pF, is voor die band een KV1215 toegepast, een vrij nieuw type waarbij de capaciteitsvariatie enorm groot is.

Voor de spoelen werd gekozen voor de bekende VRZA-TOKO trafo's voor 10,7 MHz, die de VRZA Leden-service al enkele jaren Levert. Het eens zo lastige spoeltjes wikkelen is hierdoor overbodig geworden!

In het schema is nog een stippellijntje te zien onder de afstempotmeter van 22k. Bij toepassing van een mechanische fijnregeling (zoals b.v. een ball-drive) kan n.l. de fijnregelingspotmeter van lk komen te vervallen en wordt de onderkant van de 22k potmeter rechtstreeks verbonden met de anode van de 5,6 volt zenerdiode.

De laatste tijd zijn er nogal veel amateurs met C- of D-machtiging bijgekomen die nog nooit op de HF-banden hebben geluisterd. Speciaal voor hen het volgende:

Is men een bepaalde band zat, dan is het slechts een kwestie van enkele onderdelen verwisselen: in het bouwpakket van de VRZA Leden-service zit het materiaal voor alle drie banden, dus uw keuze is nooit onherroepelijk.

En zo komen we vanzelf bij de nabouw terecht.

Nabouw

Het nabouwen van het ontvangertje is een leuk werkje, dat in enkele uren geklaard kan worden. In fig. 4 ziet men de print lay-out afgebeeld, terwijl in fig. 5 de onderdelenopstelling is getekend.

Fig 4 en 5

Alvorens de TOKO-spoeltjes te monteren verwijdert men eerst voorzichtig de in de spoelbodem gemonteerde condensatortjes. Dit kan b.v. met een klein schroevedraaiertje gebeuren: gewoon kapot drukken; het materiaal is erg bros. Het is echter zaak om de draadeinden van het nu gesneuvelde C'tje niet met geweld uit het spoelvormpje te trekken, want dan loopt men de kans de tere spoelaansluitdraadjes te vernielen. Het is voldoende om het C'tje kapot te drukken en de snippertjes te verwijderen.

Op de print moeten enkele doorverbindingen worden aangebracht: eentje bij de TCA440 en eentje naast de LM380. Bij de LM380 hangt het van de uitvoering van deze IC of in welke gaatjes de doorverbinding moet komen. Bij de 14-pens uitvoering moet het korte draadje worden gesoldeerd, terwijl bij de 8-pens uitvoering daarentegen het lange draadje moet worden aangebracht. Een en ander is in fig. 5 duidelijk aangegeven.

Voor enkele condensatoren zijn drie gaatjes op de print aangegeven in plaats van twee. Dit is expres zo gedaan omdat er twee verschillende steekmaten van de bewuste MKT (de vroegere MKM) condensatoren blijken te bestaan, n.l. 7,5 mm en 10 mm. Op deze wijze passen ze echter altijd in de print.

Gebruik voor de trimmer uitsluitend een z.g. folietrimmer (Philips), deze is in de praktijk stabieler gebleken dan de ouderwetse keramische schijftrimmer.

Het is erg belangrijk dat men het huis van de afstempotmeter(s) met de minus verbindt (garde), omdat anders op de varicap een bromspanning komt te staan met als gevolg erg rafelige signalen. Het kan trouwens geen kwaad om ook het huis van de volumeregelaar te aarden!

De print wordt via vier geïsoleerde afstandbusjes in een passend kastje gemonteerd. Dit zal geen problemen opleveren, ook al omdat potmeters veel gemakkelijker en stabieler te monteren zijn dan afstemcondensatoren. Het juiste aardpunt is de aard-aansluiting zoals is aangegeven.

Voor de volumeregelaar kan een exemplaar worden gekozen dat voorzien is van een schakelaar; dat bespaart een schakelaar maar maakt het vooraanzicht wel wat erg eenvoudig en het oog wil ook wat tenslotte.

De kleine spoeltjes van 0,1 H zijn eveneens van het fabrikaat TOKO. Indien men het onderdelenpakket van de VRZA Leden-service niet wenst aan te schaffen dan zij nog vermeld dat de 0,1 H spoeltjes te koop zijn bij Holland Electronics te Leiden. Ook de varicap KV 1215 is bij deze firma aan te schaffen. Alle overige onderdelen zijn bij de (betere) onderdelenhandel meestal wel in voorraad hoewel de ervaring al leerde dat de Styroflex condensatoren problemen op kunnen leveren.

Afregeling

Na zorgvuldige controle mag de spanning worden ingeschakeld. Bij opengedraaide volumeregelaar moet de luidspreker een zacht geruis ten gehore brengen.

Vervolgens moet de oscillator in de band worden gebracht. Dit kan op diverse manieren gebeuren: met een meetzender, met een griddipper die dan als meetzender dienst doet etc. Het signaal uit meetzender of griddipper moet als een afstembare fluittoon te vinden zijn. Het is nu zaak om met de instelling van Ll en de trimmer zodanig te experimenteren totdat de afstempotmeter het juiste frequentiegebied bestrijkt. Zie ook de tabel in fig. 2. Hierna worden L2 en L3 op maximum gevoeligheid afgeregeld, en wel zodanig dat over de hele amateurband de gevoeligheid ongeveer hetzelfde is. Overigens is dit geen kritische aangelegenheid.

Sluit men nu een antenne aan, dan zulien de stations emit rollen, als de betreffende band van keuze op dat moment tenminste 'open' is.

AM-onderdrukking

Zeer sterke AM-zenders, die (ver) naast de afstemming van de ontvanger zitten, kunnen in ernstige gevallen dwars door de dubbelgabalanceerde mengtrap van de TCA440 heenbreken en zijn dan hoorbaar als een ongewenste achtergrond, onafhankelijk van de ontvangerafstemming.

Dit verschijnsel treedt alleen op bij lange antennes, die immers veel signaal oppikken, en bij vol opengedraaide volumeregelaar. De onderdrukking voor AM signalers, binnen de gewenste amateurband maar naast de afstemming, bedraagt bij de DC-80 ongeveer 40 dB, indien de volumeregelaar op maximum staat.

Draait men de volumeregelaar iets terug, zodat de gevoeligheid verminderd is tot ongeveer 10 µV voor 10 dB S/R, dan is de AM-onderdrukking reeds zo groot, dat men geen last van dit verschijnsel heeft.

AM-zenders buiten de amateurband worden veel meer verzwakt door de werking van het ingangs-bandfilter met de twee gekoppelde kringen. Bij het proefexemplaar dat was afgeregeld voor de 40m band, bedroeg de AM-onderdrukking voor signalen onder 6 MHz en boven 8 MHz meer dan 90 dB bij vol opengedraaide volumeregelaar. Bij iets teruggedraaide volumeregelaar was op 40m tussen de amateurstations geen spoor van AM-doorbraak te bekennen met een W3DZZ antenne, terwill een, ter vergelijking aan dezelfde antenne aangesloten Heathkit HW-8 duidelijk last had van `achtergrond zenders', die niet waren weg te draaien met de HF-regelaar.

En hier zien we dan gelijk het nadeel van direct-conversie-ontvangers, dat in ons geval echter ruimschoots wordt tenietgedaan door de positieve eigenschappen van het apparaat.

Modulatiebrom

Veel directe conversie-ontvangers hebben last van modulatiebrom zodra een antenne op de ontvanger wordt aangesloten. Dit verschijnsel treedt alleen op bij netvoeding en de oorzaak zit hem in het feit dat het oscillatorsignaal via de antenne doorlekt en op het lichtnet straalt. In de voedingsdioden wordt dit HF-signaal met de 50 Hz van het lichtnet gemoduleerd en via de diverse aansluitdraden wordt het bromgemoduleerde signaal weer uitgezonden en ontvangen door onze eigen ontvanger.

In het algemeen zal dit verschijnsel des te sterker optreden naarmate de oscillator meet straalt. In ons ontwerp is de strafing gelukkig zo gering, dat hiervan nauwelijks enig kwaad te duchten is. Eventueel kan men het probleem te lijf door het netsnoer van het voor de ontvanger gebruikte voedingsapparaat om een flinke ferrietstaaf te wikkelen. Of zorgen dat de voeding uit de buurt van de antenne blijft!

In het uiterste geval kan men overgaan tot batterijvoeding, maar dat zal meestal bij dit ontwerpje niet nodig zijn.

PA0WDW.