Amplitude-modulatie
AM zender met PCF82 en controlled carrier
AM
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » Radio » AM » zender met PCF82

We geven hier een voorbeeldschakeling van een AM zender met PCF82. Deze pagina is een vervolg op de voorbeeldschakeling AM zender. Deze schakeling gebruikt een controlled carrier (gestuurde draaggolf) om het rendement te verbeteren.
-

-


De ingangscondensator werd vervangen door één van 4.7nF


Input RF Power Modulatie Output
0mV 225mW - - (A)
100mV 235mW 20% 210mV (B)
200mV 250mW 40% 420mV
300mV 280mW 55% 600mV
400mV 350mW 65% 650mV (C)
500mV 400mW 70% 720mV (D)
600mV 450mW 80% 750mV (E)
700mV 500mW 100% 770mV (F)
800mV 480mW > 100% 780mV (G)

A: Enkel ruis
B: Relatief hoge modulatie-index, waardoor het signaal boven de ruis uitsteekt
C: De automatische volumeregeling van de ontvanger begint te werken en beperkt de versterking van de ontvanger (delayed AGC).
D: Nul-niveau op VU-meter (odB)
E: Het RF vermogen stijgt minder, waardoor de modulatie-index sterker kan toenemen
F: Maximale uitsturing met hoorbare vervorming, de buis werkt nu op zijn maximaal vermogen
G: De stroom door g2 wordt zo sterk dat daardoor de anodestroom afneemt.


De curve wordt verschoven naargelang de instelling van g2 (schermrooster), maar de lijnen blijven parallel: de versterking van de buis blijft redelijk constant.
In de jaren 1990 wordt mij gevraagd een kleine zender te bouwen om de oude radio's van een tentoonstelling te laten spelen. De ontvangst van de middengolf was zeer slecht, enkel de FM band kon goed ontvangen worden.

De schakeling is de meest uitgewerkte buizenschakeling. De schakeling werd meerdere keren aangepast na luistertesten. Voor het RF gedeelte (afgestemde kringen en antenne) werd beroep gedaan op een expert. De schakeling werd toen besproken in radio-tijdschriften. De zender moest noodgedwongen een laag vermogen hebben om de echte zenders niet te storen (het bereik waarbij goed ontvangst mogelijk was was een beetje meer dan 10 meter).

Het signaal van de VRT zat toen op 927kHz maar was eigenlijk niet bruikbaar door de storingen. Het signaal van BBC World Service op 648kHz was veel sterker hoorbaar. Een paar jaren later zal de VRT beslissen een eind te maken aan alle uitzendingen op de middengolf wegens het hoog vermogen dat nodig was, namelijk 300kW per zender.

De schakeling die hier getoond wordt heeft bijzondere eigenschappen, namelijk een controlled carrier (gestuurde draaggolf). Het principe is te vinden onder verschillende namen: carrier controlled modulator, dynamic carrier control, maar de bedoeling bijft dezelfde: het zendvermogen wordt beperkt als het volume laag is.

We gebruiken een triode-penthode PCF82, de buis werd gebruikt als VHF oscillator-mengtrap in televisietoestellen. Buizen die voorzien zijn om gebruikt te worden als mengtrap zijn aangeraden: zij hebben een curve die voldoende "krom" is. De werking is het beste met deze buis.

Radiofrekwent gedeelte

De oscillator is zowel de modulator als de zendbuis. Het betreft het penthodegedeelte van de PCF82. We hebben een afgestemde kring op de cathode en stuurrooster. De schakeling gebruikt een kristal voor de frekwentiestabiliteit. Dit is ook nodig, want de veranderlijke spanning op de schermrooster kan anders de oscillatiefrekwentie doen verlopen.

Je moet een kristal kopen die aangepast is aan de gewenste zendfrekwentie. De hier gebruikte kristal werkte op 900kHz, een frekwentie die dicht genoeg ligt bij de officiele VRT frekwentie, zodat je op de afstemschaal niet het verschil ziet. Deze kristal wordt blijkbaar niet meer gemaakt, enkel de frekwentie van 1MHz is nog te vinden.

De instellingen moeten gebeuren zonder audio modulatie. Dan werkt de oscillator ook op het laagste vermogen en mag niet stilvallen. Alle kringen moeten afgestemd worden om het sterkste antennesignaal te hebben, de meting gebeurt best via een ontvanger met nauwkeurige S-meter.

Het vermogen van de zender is laag (500mW), we moeten afgestemde kringen gebruiken op verschillende plaatsen (antenne pi-filter). Ik heb enkel het electronisch gedeelte gerealiseerd, een expert in RF technieken heeft het hoogfrekwent gedeelte voor zijn rekening genomen.

  • De afstemcondensator in parallel met het kristal dient vooral om de afstemkring bij te regelen om een zo sterke amplitude als mogelijk te hebben (meten op de anode met een HF probe). De frekwentie wordt hier nauwelijks veranderd.

  • De tweede condensator dient om de afgestemde kring op de anode bij te stellen. Afregelen op maximale amplitude, dit gaat gepaard met een minimale stroom door de buis (anodestroom meten na afvakcondensator). De afgestemde kring niet belasten met een probe (beter een ontvanger gebruiken om de veldstrekte te meten).

  • De derde afstemcondensator dient om de impedantie van de antennekring bij te stellen om een zo gunstig mogelijk vermogensoverdracht op de antenne te hebben. De antenne is hier een metalen staaf van 3m. Hier ook moet een ontvanger gebruikt worden om juist af te stemmen. Deze kring moet soms bijgesteld worden als de zender verplaatst wordt.

Audio gedeelte

Het audiosignaal wordt door de triode versterkt. De triode heeft een fijnmazilig net en de invloed ervan op de anodestroom is daardoor hoog (hoge versterking). We gebruiken een hoge lekweerstand (10MΩ), waardoor de rooster automatisch een polarisatie van -0.5V krijgt (electronen die van de cathode komen en op de rooster terechtkomen).

Als er een audiosignaal aangeboden wordt, dan werkt de rooster als de anode van een diode. De diode gaat in geleiding bij een positief signaal, waardoor de rooster meer negatief gepolariseerd wordt als het audiosignaal sterk wordt (de polarisatie gaat naar -2.5V bij maximaal audiosignaal). Als het signaal minder sterk wordt, dan kan de lading wegvloeien via de lekweerstand en keert de roosterspanning naar -0.5V.

Als er geen modulatie is, is de anodespanning ongeveer 20V. De gelijkspanning stijgt tot meer dan 100V als er een audiosignaal aanwezig is. De anode van de triode wordt met de schermrooster van de penthode verbonden. De triode heeft dus invloed op de penthode, maar in tegenstelling met de normale schakelingen wordt hier ook het gelijkspanningscomponent doorgelaten.

We hebben dus een wisselspanning (het audiosignaal), maar ook een gelijkspanning, die hoger wordt als het volume stijgt.

Als de spanning op de schermrooster (g2) laag is, dan is ook de anodestroom van de penthode laag. Het zendvermogen is dan laag. Deze toestand is van toepassing als er geen modulatie is.

Als er een audiosignaal is, dan wordt de stuurrooster van de triode meer negatief gepolariseerd (tot -2.5V), waardoor de anodespanning van de triode stijgt (tot ongeveer 110V). De penthode die een hogere spanning op zijn schermrooster krijgt, levert een hogere anodestroom. Het zendvermogen wordt daardoor sterker.

Het resultaat is dat de zendbuis op een relatief laag vermogen werkt als er geen modulatie is, en op hoog vermogen bij een sterk audiosignaal. Dit is zeer interessant voor grote commercieele zendinstallaties (met een vermogen tot 1MW), want daardoor kan er tot 50% bespaard worden op de electriciteitsrekening. De controlled carrier werd vroeger eerst gebruikt bij kortegolf zenders (waar de geluidskwaliteit toch niet goed was), maar is nu ook toegelaten op de middengolf. Een verminderde draaggolf tot 50% heeft geen invloed op de geluidskwaliteit.

Hier speelt het verminderd verbruik geen rol, het vermogen dat nodig is voor de gloeispanning ligt hoger dan het vermogen dat door de anode gebruikt wordt.

Als het audiosignaal zwak is, dan werkt de zender dus op verminderd vermogen. Omdat het vermogen lager is, is het modulatieindex toch relatief hoog (modulatieindex: verhouding modulatie ten opzichte van de draaggolf). Daardoor komt de zender wel goed door. Het audiosignaal lijkt sterker dan in werkelijkheid, wat ideaal is om boven de ruis uit te steken.

Als het audiosignaal sterker wordt, dan stijgt het vermogen van de zender. De modulatie-index stijgt lineair en de ontvanger geeft een sterker audiosignaal af.

Vanaf een bepaald vermogen treedt de automatische voumeregeling van de ontvanger in werking. Daardoor wordt de versterking van de ontvanger begrenst en wordt ook de amplitude van het audiosignaal beperkt. Er treed een compressie door de automatische volumeregeling van de ontvanger.

Het signaal van de VRT werd ontvangen door een FM ontvanger en naar de AM zender gestuurd. Door de automatische compressie is het signaal zeer aangenaam en niet vervormd. De dynamiek van de FM uitzending wordt samengedrukt zonder dat het echt opvalt.

Het uitgangssignaal hangt sterk af van de gebruikte ontvanger, en met mate de werking van de automatische volumeregeling, want onze zender zendt met een veranderlijk vermogen.

Het ontwerp werd verschillende keren bijgewerkt. De tijdsconstante voor de zendvermogenregeling was niet optimaal. De originele ingangscondensator van 100nF werd vervangen door één van 4.7nF. De responstijd werd enorm verbeterd: als het geluidssignaal plots sterker wordt, dan reageert de zender sneller (1ms attack), en bij een stilte zakt het vermogen terug in 100ms (decay). Het "pompen" dat je soms hoort bij slecht ingestelde compressors hoor je hier niet meer. Het is wel belangrijk dat de zendbuis correct gemoduleerd wordt (juiste amplitude) zodat de zwakke passages toch boven de ruis uitsteken, en de sterke passages niet voor een oversturing zorgen. De zender heeft overigens een reserve (headroom), zie cijfers boven.

De correcte werking van een zender gebeurt met een oscilloskoop. We analyseren enkele skoopbeelden op de volgende pagina.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's