|
Trefwoorden |
Een audio - "bus" als oplossing van
het "draad en kabel probleem" (Eerder gepubliceerd in Electron #2, 2000) Inleiding Kent u dat ook; in een QSO blijft uw tegen station plotseling langer weg
dan verwacht. Als hij na enkele keren roepen weer verschijnt blijkt hij de
verkeerde microfoon gebruikt te hebben...... Of ook wel; u bent al jaren lang radio-amateur
en kunt moeilijk afstand doen van uw oude transceivers, ook al is die laatste
aanwinst nog mooier, beter, nostalgischer dan die u al bezat. Om deze laatste
te laten werken moet er dus opnieuw een microfoon, luidspreker, seinsleutel
enz bijkomen op uw stationstafel, die toch al niet uitmuntte in ruimtelijke ordening. Beide zaken hebben gemeen dat doorgaans elk systeem opnieuw wordt uitgerust met alle noodzakelijke ‘periferie’ omdat microfoons een andere gevoeligheid hebben, pluggen niet passen, luidsprekers een andere impedantie hebben dan de set vereist enz. Alle genoemde zaken zijn natuurlijk precies zo op mijzelf van toepassing.
Toen het zoveelste apparaat toegevoegd moest worden en de overhangende draden
en kabels mij het uitzicht op het glimmende chroomwerk dreigde te laten
verliezen besloot ik hier iets aan te gaan doen. Het navolgende artikel
beschrijft daarom een ‘ham-bus’ die nu al weer enkele jaren in mijn shack
aanwezig is en het draad en kabel probleem voor nu en in de toekomst zal
blijven voorkomen. Werkingsprincipe
Het principe van de ham-bus is eenvoudig en kan in enkele simpele
regeltjes worden weergegeven; -
alle audio
uitgangen worden ‘vertaald’ van een spanning- naar stroom-uitgang; alle
stromen worden bij elkaar opgeteld, zodat elke bijgeschakelde set
probleemloos ‘zijn partijtje kan meeblazen’, -
elke audio
ingang krijgt een lokale niveau aanpassing en worden verder gezamenlijk uit
een laag-ohmige bron gevoed, -
elke
‘PTT’-ingang wordt met een lokale (transistor) schakelaar bediend; alle
schakelaars worden gezamenlijk uit een laag-ohmige
bron bediend. In deze opzet loopt er dus één vier-adrige, onafgeschermde draad langs alle sets, die via een
‘match-box’ hiermee verbonden zijn, meestal via de ‘interface connector’ op
de achterzijde van de set. De andere zijde van de hambus is verbonden met een
centrale ‘bus-processor’, van waaruit alle sets parallel worden bediend. Omdat deze processor maar een keer voorkomt, kan ieder zich hierin
uitleven met audio-versterkers, notch en (DSP-)
bandfilters, microfoon-equalizers, processors en VU-meters tot voorzieningen
voor (FSK) packet-radio aan toe. Eenmaal ontworpen
en gemaakt werken deze voorzieningen dan meteen op alle aangesloten sets.
Hierop kunnen we dan verder onze beste, mooiste, meest nostalgische microfoon
(één stuks) aansluiten en de fraaiste monitor luidspreker die we in huis
hebben. Het aantal sets dat op de ‘processor’ kan worden aangesloten is in
principe onbeperkt. Een begrenzing wordt gevormd het aanstuurvermogen van de
microfoon versterker omdat alle potmeters in de match-boxjes hiervoor
parallel staan. Een tweede begrenzing vormt de maximale aanstuurstroom van de
zend/ontvangst schakelaar. Bij gebruik van de waarden van het huidige ontwerp
kunnen minimaal 10 sets probleemloos via een match-box worden bediend. Het blokschema
In figuur 1 vinden we het blokschema van deze opzet, waarbij de
‘match-box’ en de zend/ontvangst schakelaar alle componenten laten zien die
hierin ondergebracht zijn. Het is duidelijk dat de componenten van de match-box
in het kleinste doosje ondergebracht kunnen worden, omdat het er maar zo
weinig zijn. Ikzelf heb op deze doosjes een vijf-polige din-plug
als verbinding naar de sets aangebracht. In elk doosjes bevindt zich verder
een stripje met vier ‘kroonsteentjes’ waarmee de bus wordt doorgelust en van
waaruit de lokale aftakkingen worden gemaakt.
Als variant zou de uitgang van het microfoonkanaal via een elko verbonden
kunnen worden met de collector van de zend/ontvangst schakelaar. In de
'match-box' kan het audio signaal er dan weer via een condensator (1 mF) van af worden gehaald. Op deze manier houd je
dan een drie-draads bus over, waarbij ook voor de
aansluitplug naar de sets meer keuzes ontstaan (b.v. stereo jack-plug). De
impedantie- en signaal-niveaus op deze gecombineerde audio/schakel lijn
zouden dan wel opnieuw bekeken moeten worden. In mijn opzet heb ik dit echter
niet uitgeprobeerd. De gestileerde seinsleutel geeft de zend/ontvang schakel-ingang van de
set aan. Omdat alle systemen parallel staan is het wel eens gemakkelijk (b.v.
bij cross-band werk) om een set niet mee te laten schakelen naar de zend
stand; hiervoor is op het doosje en schakelaartje aangebracht om dit zonodig
te verhinderen. Het luidspreker symbool stelt de audio uitgang van de set voor, die
natuurlijk van elk punt uit de LF keten kan komen. Gebruiken we hiervoor de
loper van de volume regeling (hoe dichter bij de detector, hoe minder fase vervorming
bij FSK), dan kunnen we het uitgangsniveau van de set onafhankelijk van de
andere sets instellen terwijl een (dummy) plug in de hoofdtelefoon
aansluiting de eigen luidspreker verder tot zwijgen brengt. Deze voorziening
kan wederom gemakkelijk zijn bij cross-band werk (voorgrond en achtergond niveaus). De weerstand van 47 kOhm maakt van het ‘audiopunt’ een stroombron. We
zullen verderop zien dat de bus-ingang van de processor bestaat uit een
virtueel aardpunt, zodat hiermee alle sets effectief van elkaar geisoleerd zijn en de audio systemen elkaar niet kunnen
beïnvloeden. Het microfoon symbool stelt de audio-ingang voor van de set. Omdat een
niveau regeling op de match-box is aangebracht kunnen we de setgevoeligheid
aanpassen bij een constant niveau op de ham-bus. Dit geeft ons tevens de
vrijheid om op een andere dan de microfoon ingang binnen te komen (b.v. lijn-ingang). De zend/ontvang schakelaar
In figuur 1 vinden we tevens het uiterst eenvoudige schema van de
zend/ontvang schakelaar. Een universeel PNP transistortje stuurt direct uit
de collector alle ‘schakelaars’ in de match-boxjes aan, waarbij de weerstand
van 100 ohm de maximale (bus kortsluit-) stroom beperkt ca 100 mA (ik gebruik
plus en min 12 volt voedingsspanning). Neem hiervoor minimaal een 1 watt
type. Het filtertje op de ingang zullen we vaker tegen komen; dit is bedoeld om
HF buiten de processor te houden. De ham-bus is immers relatief lang en onze
(zolder?) shack relatief dicht bij de antenne zodat instraling lang niet
ondenkbaar is. Monteer deze filtertjes steeds zo dicht mogelijk bij de
ingangsplug van de (metalen) processor doos. Omdat alle sets via de ham-bus aan elkaar hangen, kan het toch voorkomen
dat we via deze weg nog terugwerking ondervinden. een goede remedie hiertegen
is dan het opnemen van een mantelstroom smoorspoel tussen de set en de
match-box; het kabeltje vijf tot tien maal door een 4A11(roze) of 3E25
(oranje) kern halen levert deze functie. Het aantal en de soort van centrale zend/ontvangst schakelaars is natuurlijk
onbeperkt. Ik zelf heb een drie standen tumblertje
(één verend, één schakelend) op de processor gemonteerd plus een
voetschakelaar. Ook voor packetradio dient de
zend/ontvangst omschakeling op deze plaats binnen te komen. De audio versterker
De audioversterker komen we tegen in figuur 2. Op de meeste in-en
uitgangen zien we weer de inmiddels bekende HF filtertjes. Op de audio-ingang vinden we eerst een scheidingscondensator, omdat
sommige sets nogal slordig met hun gelijkspanning op de uitgang om gaan.
Hierna komen we op het eerder genoemde virtuele aardpunt van de operationele
versterker (opamp). Deze versterkt slechts één maal
(47 kOhm in de match-box) en dient als ingangs buffer. Hierna volgt een
uitgang met kleine versterking voor packet radio
((D)TNC) en een uitgang voor tape recorder (handig bij modulatie proeven).
Alle opamps zijn van een algemeen type b.v. NE5512
(dual) of NE5514 (quad).
Voor de filter eenheid kunnen we elk type gebruiken. Ik raad aan om het
filter uitschakelbaar te maken (hier ook aangegeven) omdat in de praktijk
maar weinig filters de biologische eenheid ‘tussen de oortjes’ kunnen
evenaren. In mijn geval heb ik hier een ontwerp uit Elektuur
(maart ’86) toegepast omdat dit een variabel hoog-doorlaat filter (8e orde)
combineert met een variabele laag-doorlaat filter (12e orde) zodat hiermee
een band-doorlaat filter kan worden ingesteld van elke gewenste breedte op
elke gewenste plaats in het audio spectrum. Bovendien bevat het ook nog een
tweetal ‘notch’ filters zodat veel ham-wensen op
filtergebied vervuld kunnen worden. Het principe van dit filtersysteem berust
op geschakelde (ca 40 kHz) ‘weerstanden’ in een actief-filter netwerk; de
schakelfrequentie wil nog wel eens ‘doorwaaien’, reden voor het
filternetwerkje rondom de potmeter van de volume regeling. Tegenwoordig zijn er mooie DSP filters te vinden die nog beter werken
(betere ‘notch’ werking, die beter is in te
stellen), maar ook eigen ideeën kunnen naar hartelust worden uitgeleefd. Het eindtrapje is rechttoe rechtaan en bestaat uit een voorversterkertje
(ca 8x) en een standaard uitgangs IC. Elke ander oplossing is denkbaar voor
deze audio eindtrap, tot een complete (afgedankte) stereo versterker aan toe
(zelfs de getekende volume regelaar kan dan vervallen). Het microfoon kanaal
Zoals blijkt uit het blokschema bestaat het microfoon kanaal uit vier
delen; de voorversterker, een (equalizer-)filter, een automatische niveau
regeling (AGC of processor) en een sommeringsversterker /line driver. De
voorversterker met equalizer Op de band horen we vaak discussies over allerlei soorten microfoons, die
de klank van de stem meer of minder zouden verfraaien en/of verbeteren, in
prijzen die variëren tussen enkele guldens tot tientallen (honderden) guldens
aan toe. Mijn ervaring is, dat goedkope electret microfoons een zeer goede
frequentie karakteristiek vertonen, deze met een zeer geringe vervorming
weergeven en bovendien voor slechts enkele guldens te koop zijn (kapsels; de
behuizing speelt ook een rol in de geluidskwaliteit). Uitgaande van zo’n ‘neutrale’ bron, kunnen we daarna met filters altijd
het audio effect bereiken wat we zoeken, het ‘donkerbruine macho geluid’ of
‘punch-through power’ voor het betere DX werk. Van
deze gedachte is uitgegaan bij het ontwerpen van de microfoon voorversterker
met equalizer. In figuur 3 vinden we de voorversterker en equalizer. Het ingangsfilter
kennen we al. We herkennen verder het voedingsnetwerkje voor de electret microfoon,
waarna we op de (ruisarme! b.v. NE5533) voorversterker aankomen. Met een
versterking van ca 30x brengt deze het electreet signaal op een niveau van
ongeveer 50 mV.
Het audiospectrum wordt nu in drie frequentiebanden opgedeeld, waarvan de
hoogste (1.5 – 3 kHz) en laagste (20 – 500 Hz) band in sterkte regelbaar zijn. De middelste (referentie)
band is niet instelbaar. Het netwerk rondom de uitgaande sommerings-versterker
zorgt er voor dat de totale versterking van het referentie kanaal uitkomt op
1x; ditzelfde geldt voor de hoogste en de laagste band met de potmeters in de
midden stand. Met een schakelaar kunnen we weer om het filter heen. Met de gekozen opzet kunnen vele audio karakteristieken naar believe worden ingesteld. Ik heb in vele DX-QSO’s steeds verstaanbaarheidsproeven gedaan en zodoende
een voor mijn stem gunstige instelling gevonden; zelf wanneer de S-meter ‘aan
de ander kant’ nauwelijks reageert ben ik vaak tot hun verbazing nog
duidelijk te verstaan. Voor de opamps kunnen hier weer algemene typen
worden gekozen, b.v. NE5532 (dual) of NE5234 (quad). Alle spoelen zijn uitgevoerd
als micro-chokes, die niet veel groter zijn dan ¼ watt weerstanden. Deze
hebben een bepaalde serie weerstand die in het ontwerp is meegenomen.
Vervanging door ‘betere spoelen’ geeft dan ook een minder resultaat. De AGC
en sommeer versterker / line driver In figuur 4 zien we de AGC trap (in tranceiver
reclames de ‘processor’ genoemd) en de sommeringsversterker/line driver.
Het principe van de AGC trap is eenvoudig: -
Denken we
de FET weg (gatespanning maximaal negatief t.o.v. de source), dan zien we aan
de ingang een verzwakker staan van 100x. Na de verzwakker volgt een
versterkertrap van 1x zodat de totale versterking op de uitgang van de eerste
opamp uitkomt op 0.01x. -
-
Denken we
de FET als een kortsluiting (gatespanning gelijk aan de source) , dan is de
weerstand van 100 Ohm verbonden met het virtuele aardpunt van de opamp en is ook de ingangsweerstand van 15 daardoor
‘kortgesloten’. De opamp versterkt nu 15 / (10 +
15) = 0.6 x Het dynamisch ingangsbereik van onze regeling is dus 0.6 / 0.01 = 60x (ca 36 dB) en kan daarmee
de modulatie over een groot gebied ‘binnen de regeling’ houden. De FET zal negatief gestuurd worden zodra de piekwaarde van de
wisselspanning op de uitgang van de onderste opamp
meer negatief wordt dan de diode knie-spanning (ca
0.6 V.). Omdat deze opamp ca
200x versterkt treed deze toestand op vanaf een (negatieve) piekwaarde op
zijn ingang van 0.6 / 200 = 3 mV.; hieruit volgt
dat de regeling zal gaan werken vanaf een ingangspanning van de totale
schakeling van 3 x 1 / 0.6 = 5 mV (top). De regeling eindigt als de FET volledig is
dicht gestuurd; vanaf dat moment neemt de uitgang van de bovenste opamp weer evenredig toe met de ingangsspanning. Dit moment treed op bij een
ingangsspanning die 60x hoger ligt dan bij het begin van de regeling, dus 60
x 5 = 300 mV. Neem voor de FET een transistor met een zo laag mogelijke ‘afknijp
spanning’; de (negatieve) spanning die nodig is om de FET geheel uit
geleiding te brengen (hier ca 2 V.).
Deze spanning bepaalt n.l. de helling in het regelgebied, d.w.z. het
verschil tussen de uitgangsspanning aan het begin van de regeling (hier 3 mV top) tot aan het einde van de regeling (hier (0.6 V. +
2 V.)/200 = 13 mV top); een verhouding van ca 4 x
(12 dB). Van een dynamiek van 36 dB houden we dus 12 dB over; samen met een
opkomst tijdskonstante van de regeling van 0.1
seconde (100 kOhm met 1 mF) en een afval tijdskonstante
van 1 seconde (1 MOhm met 1 mF) geeft dit een soepele regeling die zonder het
vaak hinderlijke ‘zuchten’ zijn werk doet. Uit de microfoon voortrappen kwam 50 mV
nominaal, zodat fluisteraars (-20 dB, 5 mV) en
schreeuwers (+ 16 dB, 300 mV) steeds binnen het
bereik van de regeling blijven. De AGC uitgangsversterker brengt het niveau nog tussen de ca 45 mV aan het begin van de
regeling en ca 200 mV aan
het einde. Een schakelaar zorgt er voor dat we weer om dit circuit heen
kunnen. Met de potmeter kunnen we het lijn-niveau instellen waarna de sommerings
versterker het maximale niveau nog versterkt tot ca 1.2 V. Dit is tevens het
punt om de uitgang van de tape recorder op aan te sluiten en de uitgang van
het packet systeem ((D)TNC). De niveau indicator
Als reeds eerder gemeld, willen we het microfoon signaalniveau op de bus
binnen een klein gebied konstant houden om daarna
elke set afzonderlijk in te kunnen stellen met de potmeter op de match-box.
We dienen dus een indicatie te hebben van dit ‘lijn niveau’ ten einde
oversturing van de sets te kunnen voorkomen. Heel luxe is natuurlijk om
hiervoor een (liefst grote) meter te gebruiken, maar het frontje van mijn
'processor' was helaas vol. Ik bedacht toen dat ik minder geinteresseerd
was in de exacte waarde van het signaal dan wel dat dit binnen bepaalde
grenzen bleef. Omdat er voor een (twee kleuren) LED-tje
altijd nog wel plaats te vinden is kwam ik tot de opzet van figuur 5.
Het ‘lijn’ niveau wordt gelijkgericht (actief, dus geen diode
kniespanningsverlies; tweede diode tak om versterker niet te oversturen in de
andere signaal fase) en toegevoerd aan alle drie opamps,
waarvan de bovenste twee als vergelijker-met-hysteresis
zijn geschakeld. De tweede ingang van elke vergelijker wordt met een
laddernetwerkje verbonden. Zodra het gelijkgerichte lijnsignaal de eerste
ladderspanning (ca - 0.7 V.)
overschrijdt, gaat de uitgang van de eerste opamp
omhoog en zal het groene deel van de LED gaan branden. Als het tweede niveau (ca - 1.2 V.) wordt overschreden brand ook het rode
deel en geeft tesamen met de groene een gele kleur.
Als ook het derde niveau (ca - 2.4 V.) wordt overschreden komt de onderste opamp in en brengt het referentie niveau van de bovenste opamp op ca –10 V. Hierdoor
gaat de groene LED weer uit en houden we rood over. Als ik dus maar zorg dat mijn signaallampje gemiddeld groen tot geel is
weet ik dat mijn lijn-niveau binnen enkele dBs goed
en constant is. Voor de opamps kan weer een algemeen type
worden gekozen, b.v. een NE5514 (quad) of LM124 (quad). Bob J. van Donselaar, on9cvd@veron.nl |
|
