3.2 Mic-Verstärker und VOX

Gespeichert von DL6GL am So., 27.11.2016 - 08:50

Update Rev. 4, 09.08.2020
Update Rev. 3, 20.11.2016

Der Dynamikkompressor mit dem SSM2167 in der Vorgängerversion war doch keine so gute Idee. Aktuelle Untersuchungen am NF- und HF-Spektrum deckten ein grauenhaftes Klirrverhalten auf. Also raus damit. Für OMs, die sich mit einem quäkenden Klang wie aus einer Blechbüchse zufrieden geben, sich dafür aber mit mehr komprimierter Power auf den Bändern hervortun wollen, sind die ursprünglichen Unterlagen (Platine Rev. 1 und Schaltung Rev. 2) im Download verblieben.

Mic&VOX Rev. 4 schematics

Abb. 3.2.1: Gesamtschaltung Rev. 4, 08/2020.

3.2.1  Mikrophonverstärker

Der Eingang des Mikrophonverstärkers kann mit Jumpern für Eingangswiderstände von 680 Ω bzw. 47 kΩ und für zwei- bzw. dreipolige Elektret-Mikrophone angepasst werden. Die Verstärkung ist über das Poti P8 von ca. 2- bis 26-fach einstellbar. Im Verstärkerzug werden rauscharme NE5532 verwendet.

Die zweite Stufe ist als Hochpass mit einer Grenzfrequenz von ca. 350 Hz geschaltet. Die zwei nachfolgenden Stufen bilden zusammen einen vierpoligen Tiefpass mit einer Grenzfre­quenz von 2,9 kHz. Damit wird eine akzeptable Filtersteilheit erreicht. Idee war, das Sprachspektrum gleich am Entstehungsort gezielt zu begrenzen. Die mit *) gekennzeichneten frequenzbestimmenden Folienkondensatoren (z.B. WIMA MKS-2) sollten ausgemessen werden. Die Toleranzen sind sehr groß. Den erreichten Gesamtfrequenzgang zeigt nachfolgendes Bild.

Mic-Verstärker, Frequenzgang

Abb. 3.2.2: Durchlasskurve des Mikrophonverstärkers.

Die Freeware FilterPro 2.0 gibt es auf der Texas Instruments Website wohl nicht mehr, siehe aber [8]. Zur Berechnung des Hochpasses gibt es ein Excel-Sheet im Download. Mit C7=C8=47nF und R10=20k, R11=10k ist die Grenzfrequenz 240Hz, mit R10=22k und R11=11k ist sie 220Hz bei -3dB für einen etwas volleren Sound.

An Stelle des Dynamikkompressors der Vorgängerversion sorgt IC3 als Aufholverstärker, mit der Rev. 4 nun als Zweifach-OpAmp mit einer regelbaren Spannungsverstärkung von ca. 7 bis 15. Der zweite OpAmp als Spannungsfolger koppelt das NF-Signal niederohmig an die 1kΩ-Eingangsimpedanz des DSB-Modulators aus.

Zweitonspektrum

Abb. 3.2.3: Zweitonspektrum 700+1.900Hz, 2Vpp am Ausgang 13.

Der hier verwendete AudioAnalyser von Sebastian Dunst für die PC-Soundkarte ist unter [9] frei verfügbar. Bei Messungen ist darauf zu achten, dass die Soundkarte nicht übersteuert wird und somit selber Klirr erzeugt. In meiner Konfiguration muss der Pegel unterhalb 500mVpp bleiben, in der Balkenanzeige des AudioAnalysers bis etwa -10dB. Also ggf. Spannungsteiler/Trimmer vorschalten.

3.2.2  Stummschaltung

Im CW-Betrieb deaktiviert eine +12V-Steuerspannungen am Anschluss 19 die VOX. Die über den Anschluss 20 in Rev. 3 vorgesehene Stummschaltung für den Mikrophonverstärker in der Betriebsart SSB-Empfang (RX) war nicht korrekt. Im Verlauf der Inbetriebnahme wurde damals die Korrektur eines Konstruktionsfehlers bei der Mutefunktion für SSB-RX nicht dokumentiert. Die sei hier nachträglich in "Mic&VOX_Rev4_2020_08" im Download nachgereicht. IC3 (TL081)  in Rev. 3 wurde durch einen Zweifach-OpAmp TL072 ersetzt. Zwischen beiden OpAmps, wobei der zweite als Spannungsfolger geschaltet ist, wurde ein weiterer N-MOSFET eingefügt, der, gesteuert vom +12V-Ausgang an Pin 9 des IC5, ohne Mikrophonsignal, also bei SSB-Empfang, den Ausgang stumm schaltet.
Für die Rev. 3 gibt es einen Workaround in "Mic&VOX_Rev3_2020_08.zip".

In diesem Zusammenhang wurde auch der RX/TX-Umschalter vor Quarzfilter und Mischer mit einer verbesserten Sperrdämpfung des RX-Zweiges zum ZF-Verstärker angepasst. Die AntiVOX-Funktion bei Betrieb mit dem Stationslautsprecher ist bisher nur oberflächlich getestet.

3.2.3  VOX und AntiVox

Die VOX hat die Aufgabe, über das Mikrophonsignal den Sender einzuschalten. Die AntiVOX soll verhindern, dass dies auch ungewollt durch den Stationslautsprecher beim Empfang geschieht. Die Grundidee stammt von VE3RGW [3], von 1997, aber immer noch gut.

Beide sind prinzipiell gleich aufgebaut und bedienen sich je eines retriggerbaren Monoflops mit dem CD4538. Ein normaler Monoflop kippt nach einem Triggersignal für eine eingestellte Zeit und kann erst danach das nächste Triggersignal verarbeiten. Während der Kippzeit ist er also "taub". Die Retriggerfunktion verarbeitet auch Triggersignale während der Kippzeit, so dass mit jedem Triggersignal die Kippzeit fortwährend verlängert wird. Somit bleibt der Sender aktiv, solange ein Mikrophonsignal anliegt und die Kippzeit noch nicht abgelaufen ist. Die Zeitkonstante (Abfallzeit) lässt sich über die 100k-Trimmer (P4 für VOX, P5 für AntiVOX) von ca. 0,2 bis 1,2 sec. einstellen.

An den Eingängen +TR des CD4538 wurde eine Triggerschwelle von etwa 5,6V gemessen. R21/R22 und R28/R29 stellen an den nicht invertierenden Eingängen und damit auch an den Ausgängen von IC4 jeweils eine Vorspannung unterhalb der Triggerschwelle von 4,4V ein. Mit einer Spitzenspannung des überlagerten NF-Signals ab 1,2V werden damit die Monoflops getriggert. Mit den Trimmern P3 (VOX) und P6 (Anti VOX) werden die Ansprechschwellen eingestellt. Die Verstärkung von IC3 (VOX) und IC4 (AntiVOX) muss ggf. mit den Gegenkopplungswiderständen R49 und R30 den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.

Die Kopplung von VOX und AntiVOX erfolgt über Dioden zwischen den negierten Q-Ausgängen der CD4538 (/Q) zum jeweils anderen Reseteingang. Wird die VOX aktiviert, springt Q (Pin 10) auf High, entsprechend /Q (Pin 9) auf Low und zieht damit den Reset der AntiVox (Pin 3) auf Low. Analog arbeitet die AntiVOX. Die Empfindlichkeit der AntiVOX ist an P6 mit Bedacht einzustellen, da hiermit die VOX gänzlich außer Funktion gesetzt werden kann.

Die VOX gibt am Q-Ausgang ein positives Signal, das die MOSFETs T3/T4 durchsteuert und damit +12V am Ausgang 14 zur Aktivierung des TX liefert. Ergänzend/alternativ wird mit dem MOSFET T2 eine PTT-Leitung am Ausgang 15 nach Masse geschaltet.

3.2.4  1 kHz-Generator

Über einen Taster kann ein 1 kHz-Signal für Abstimmzwecke zugeschaltet werden. Wie bei dem Sprachfilter oben sollten die frequenzbestimmenden C39 bis C41 ausgemessene Folienkondensatoren sein. Falls der Phasenschiebergenerator keinen Mucks, abhängig von der Stromverstärkung, von sich gibt, ist R46 für ein sicheres Anschwingen bei einer Ausgangsamplitude von ca. 0,6 bis 1Vpp zu variieren. Mit R46=91kΩ wurde der Sinus mit ca. 0,6Vpp halbwegs sauber, und der Generator schwingt noch sicher an.

Spektrum 1kHz-Generator

Abb. 3.2.4: Ausgangsspektrum des 1kHz-Generators mit R46=91kΩ.

Nachdem der Mikrophonverstärker mit P1 eingepegelt ist, wird mit P7 die Amplitude am Ausgang 13 auf 850mVpp für eine Vollaussteuerung des DSB-Modulators eingestellt.

3.2.5  Andere Frequenzen für die Mic-Tiefpässe

Wem die obere Grenzfrequenz zu hoch erscheint, kann die Tiefpässe umdimensionieren (berechnet mit Texas Instruments FilterPro 2.0 [8]):

fo (Hz) R12 R13 C10 C11 R14 R15 C15 C16
2.800 2k2 20k 4n7 15n 1k8 18k 2n2 47n
2.700 2k4 20k 4n7 15n 1k8 18k 2n2 47n
2.600 2k4 22k 4n7 15n 1k8 20k 2n2 47n
2.500 1k8 15k 6n8 22n 2k0 20k 2n2 47n
2.400 1k8 16k 6n8 22n 2k0 22k 2n2 47n

3.2.6  Bauteile, Platinen und Gehäuse

Das beschriebene Modul ist auf einer einseitigen Platine 100 x 52 mm passend zum Schubert-Gehäuse Nr. 6 [7] untergebracht. Die Ausführung ist komplett in SMD. Widerstände in der Bauform 1206, Kondensatoren in 0805, teilweise, wo Leiterbahnen zu überbrücken sind, in Bauform 1206. Statt Elkos als Abblock- oder Koppelkondensatoren > 1µF werden keramische SMD-"high caps" der Bauform 1206 zwecks Platzersparnis eingesetzt. Die frequenzbestimmenden Folienkondensatoren in den aktiven Filtern sind WIMA MKS-2, Rastermaß 5mm, die im Phasenschiebergenerator WIMA MKS-02, Rastermaß 2,5mm.

Was nicht passt, wird passend gemacht: An den bedrahteten frequenzbestimmenden Folienkondensatoren, Elkos und Trimmern wurden die Beinchen nach außen gebogenen und zugeschnitten. Die SMD-IC sind zumeist nicht mit einem Punkt für Pin 1 gekennzeichnet. Die Gehäuseseite mit Pin 1 ist stärker abgeflacht als die gegenüberliegende. Pin 1 ist links oben, wenn diese abgeflachte Seite in der Draufsicht links liegt.

Platine

Abb. 3.2.5: Platine des Prototyps (Rev. 3).

Referenzen

[1] Texas Instruments, SLOA093, Filter Design in Thirty Seconds
[2] Texas Instruments, SLOA058, A Single-Supply Op-Amp Circuit Collection
[3] VE3RGW, A fool-proof VOX (von 1997, aber genial), http://www.qsl.net/ve3rgw/sbvox.html
[4] http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/SSM2…
[5] W7ZOI et al, Experimental Methods in RF Design (EMRFD)
[6] http://www.QRPproject.de
[7] Schubert-Gehäuse: http://www.schubert-gehaeuse.de
[8] http://filterpro.software.informer.com/2.0/
[9] http://softsolutions.sedutec.de/