ARTIKEL

Signaalverwerking


Elektuur | 16 mei 2007 | Fotografie Elektuur

De ontvanger heeft meerdere ingangen. De ingangskeuze gebeurt met een ingangsmultiplexer 74HC4051 (IC6). De antenne-ingang ANT is via filters met de eerste drie ingangen verbonden. In de eerste stand van de ingangskeuzeschakelaar (breedband) wordt alleen een spoel (L6) gebruikt, die laagfrequent-signalen kortsluit. In de tweede stand (middengolf) is er een laagdoorlaatfilter met een afsnijfrequentie van 1,6 MHz, waarbij R12 de resonantieverschijnselen dempt. Dit filter voorkomt dat de middengolfontvangst verstoord wordt door de menging van harmonischen met kortegolfstations. In de derde stand wordt gebruik gemaakt van een simpel RChoogdoorlaatfilter dat het signaal van sterke middengolfzenders uitfiltert. Een andere ingang (PC1) is beschikbaar voor het aansluiten van een externe afgestemde kring of voorversterker. Verder zijn er nog drie vrije ingangen, bedoeld voor toekomstige uitbreidingen. De ingangsfilters op de print kunnen gezien worden als een soort basisuitrusting die in de meeste gevallen wel voldoet. Maar het is bijvoorbeeld denkbaar om extra steile laagdoorlaatfilters te gebruiken voor een nog betere onderdrukking van hogere harmonischen. Een andere mogelijkheid is het aansluiten van externe afgestemde kringen, waartussen dan met de multiplexer gekozen kan worden.

De actieve ingang wordt door de multiplexer doorgeschakeld naar uitgang COM (pen 3). Aan beide kanten van de multiplexer zijn koppelcondensatoren aangebracht. Via een weerstand van 1 MΩ naar de source-aansluiting van de BF245 wordt een voorspanning van 2,5 V op de schakelaar gezet. Dit voorkomt vervorming bij sterke ingangssignalen. (Zulke vervormingen ontstaan wanneer sterke signalen door de beveiligingsdioden aan de aansluitpennen worden begrensd.)

Op ingang A7 is een kalibratiesignaal beschikbaar dat afkomstig is van uitgang Clock-3 (Test-Clk) van de programmeerbare kristaloscillator. De oscillator wekt een blokgolf op met een frequentie van 5 MHz en een amplitude van 3,3 Vtt. Dat komt overeen met een signaalsterkte van S9 + 40 dB. Met dit signaal kan de in de software ge´ntegreerde veldsterktemeter zonder problemen gekalibreerd worden.

Klik hier voor een vergrote afbeelding

De JFET BF245 aan de uitgang van de multiplexer werkt als impedantie-omzetter. Daardoor wordt het HF-signaal met 100 kΩ relatief hoogohmig afgesloten. Zodoende kan bijvoorbeeld op ingang In2 een afgestemde kring met een hoge kwaliteitsfactor aangesloten worden. Op de laagohmige uitgang van deze sourcevolger staat een DC-niveau van ca. 2,5 V. Het signaal wordt vanaf hier via de mengtrap en de volgende opamp doorgevoerd naar de uitgang. Het is dan ook belangrijk dat op dit signaal geen laagfrequente stoorsignalen aanwezig zijn. Daarom wordt de voeding van dit gedeelte, VCC_HF, bijzonder goed gebufferd. De FET zelf zorgt voor een verdere ontkoppeling tussen het signaal en de voedingsspanning. Maar ook van de gate mag geen signaal komen dat in het middenfrequentgebied onder 24 kHz valt. Daarom ligt er direct aan de antenne-ingang een HFspoel die bijvoorbeeld 50-Hz-bromsignalen kortsluit naar de massa.

Vanaf de source-aansluiting gaat het signaal via twee weerstanden van 100 Ω naar de beide mengtrappen voor het I- en Q-signaal. Deze weerstanden verbeteren de symmetrie van de mengtrap omdat er toch een zekere spreiding is in de ON-weerstand van de analoge schakelaars. De mengtrap zelf bestaat uit enkelvoudige analoge schakelaars van het type HC4066, die samen een omschakelaar vormen. Ook hier ligt het DC-niveau op ca. 2,5 V, zodat de schakelaars een signaal tot 5 Vtt kunnen verwerken zonder overstuurd te raken. 

De MF-versterker bestaat uit twee exact gelijke trappen die elk een versterking van 40 dB leveren. Bij de keuze van het type opamp is de versterkingsbandbreedte (GBW) bij een voedingsspanning van 5 V van belang om bij signalen rond 20 kHz en een versterkingsfactor van tien maal nog zonder fasefouten te kunnen werken. Bij testen in het prototype van de auteur bleek de TL084 voor deze toepassing goed genoeg. Als voor IC5 een voetje gebruikt wordt, kan ook geŰxperimenteerd worden met andere (snellere) opamps.

De ingangstrap werkt als een verschilversterker. De dimensionering van de weerstanden is niet geoptimaliseerd voor de beste common mode rejection, maar wel voor een zoveel mogelijk gelijke ingangsweerstand op de inverterende en de niet-inverterende ingang. Experimenten hebben aangetoond dat het voor een goede fasereinheid en daarmee een goede spiegelfrequentieonderdrukking vooral belangrijk is dat de vier uitgangen van de mengtrap met exact dezelfde impedantie worden afgesloten. De ingangsimpedantie is ongeveer 5 kΩ op alle ingangen. Bij de niet-inverterende ingang is de belastingsweerstand van 4,7 kΩ in het schema te zien. Op de inverterende ingang zien we weerstanden van 10 kΩ. Doordat het signaal op dit punt precies in tegenfase is met het signaal op de uitgang, wordt die waarde door het tegenkoppelcircuit echter gehalveerd, zodat we uitkomen op 5 kΩ. Dat geeft voldoende gelijkheid in de impedantie van de beide ingangen.

De condensatoren van 2,2 nF vormen, samen met de inwendige weerstand van de analoge schakelaars, in de mengtrap en de voorschakelweerstanden van 100 Ω eenvoudige laagdoorlaatfilters met een kantelpunt op ca.100 MHz. Dit houdt HF-resten weg uit het LF-gedeelte van de schakeling. Het kantelpunt van deze filters ligt ver boven het ontvangstbereik, zodat de toleranties van de condensatoren geen fasefouten tot gevolg zullen hebben. Er kunnen dus zelfs keramische condensatoren gebruikt worden. Ook voor alle andere condensatoren in de signaalweg, die werken als hoogdoorlaatfilters met een kantelpunt van ca. 300 Hz, is een tolerantie van 10 Ó 20% geen probleem.

De laatste trap heeft een tienvoudige versterking (20 dB), maar deze kan met behulp van de analoge schakelaar worden teruggebracht tot een factor 1 (0 dB). Het signaal kan verzwakt worden met een waarde van 0 dB, -10 dB of -20 dB. Op die manier kan de software oversturing voorkomen. Omdat het ingangscircuit goed bestand is tegen oversturing, is deze verzwakkingstrap aangebracht bij de uitgang van de ontvanger. Dit is te vergelijken met een versterkingsregeling van een MF-trap.

EDITORS' CHOICE