1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit
Deze 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit is een vervolg op de “MOPA, een Stabiel Middengolf zendertje”. Ook dit zendertje is een MOPA die is doorontwikkeld uit de “Bouwpakket Zender”.
De bouwpakket zender had namelijk enkele beperkingen, tekortkomingen. Wil je de details weten lees dan straks even hier verder.
Een stabiel zendertje met perfecte geluidskwaliteit. Een zendertje in en rondom huis of bedrijfsruimte. Een ontwerp dat je makkelijk na kunt bouwen, dat is het doel.
Die eerste MOPA werkte leuk maar tevreden was ik niet. De geluidskwaliteit moest veel beter kunnen.
Het doel was daarom een nog stabielere zender en een nog betere geluidskwaliteit. Een zender samengesteld met radiobuizen dat natuurlijk wel. De zender moet ook voor weinig geld gebouwd kunnen worden.
De doelstelling blijft dat deze zender niet meer dan €25 extra mag kosten en kan worden gebouwd als uitbreiding van de bouwpakketzender met EL84.
En dat is gelukt.
Nu lijkt het misschien als je naar sommige foto’s kijkt dat de zender met 3 buisjes is uitgerust. Maar, dat is niet zo en ook weer een klein beetje wel zo. Die zogenaamde ‘derde’ buis is een 0A2, een goedkoop gasontladingsbuisje dat zorgt voor stabilisatie van de oscillatorspanning.
En eerlijk is eerlijk. Dat buisje doet dat stabiliseren een stuk beter dan de Zener-diodes in het vorige MOPA ontwerp. Maar laten we bij het begin beginnen. De zoektocht naar een betere geluidskwaliteit.
FM kwaliteit op de Middengolf ?
Laten we eerlijk zijn. Dat kan natuurlijk niet. Al kun je een zender bouwen die dat flikt, de meeste radio’s kunnen de bandbreedte die je daarvoor nodig hebt niet verwerken.
Maar...
Als je goeie speaker boxen op je PC hebt aangesloten luister dan eens naar de bas riffs die deze klassieke Blaupunkt radio laat horen in combinatie met ons nieuwe zendertje.
Dat doen heel weinig middengolf zenders ons na. Mind you, ik heb dit nota bene opgenomen met een Samsung telefoon.
Je kunt het hieronder beluisteren: (maar zonder goeie boxen op je PC kun je die bassen natuurlijk niet horen)
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
Een super stabiele Master Oscillator
De zoektocht naar een eenvoudiger en betere oscillator ontstond op het moment dat de SDR-Play DX zichtbaar maakte wat onze MOPA, laat ik hem MOPA 1.0 noemen, wat die MOPA 1.0 uit zond.
Dit MOPA 1.0 zendertje werkte weliswaar redelijk stabiel maar zond daarbij niet alleen uit op 1300 kHz maar ook flink op 2600 kHz en zeer stevig op 3900 kHz.
Nu was dit allemaal op een laag vermogen en met een minimale antenne, maar fraai is het niet en feitelijk ongewenst. Wat natuurlijk ook niet helpt is dat zo’n 80 cm spriet antenne veel beter presteert op de 3900 kHz korte golf dan op 1300 kHz Middengolf 😒.
Op 400mter van huis hoorde ik mijn muziek op 3,9 MC nog uit de transistorradio komen. Dus dat moest beter kunnen.
Ik probeerde dat eerst met een EL84 in de MO met het idee die buis heel laag te belasten en dan een mooi basis signaal zonder harmonische signalen te verkrijgen.
Wat is ook probeerde, ook met een stuk of vijf andere buizen in de MO, het lukte niet. Dan maar weer in de oude buizen boeken duiken en zoeken naar mogelijke oorzaken.
Oscillatoren in class C zijn de boosdoener
Na enkele uurtjes napluizen van boeken was me duidelijk dat een in class C opererende oscillator altijd harmonische signalen oproept.
Om het eenvoudig te houden, de buis in zo’n oscillator (met transistoren is het precies hetzelfde) levert een flink vervormd signaal op de anode af.
Afstemkringen maken van dat anode signaal wel weer een mooie sinus, maar ook een tweede en derde harmonische.
Een MOPA met AM modulatie zie je zelden
In de ARRL boeken van de jaren ‘40, ’50 en ’60 kom je genoeg MOPA zenders tegen. Maar altijd zijn dat CW (morse code) zenders en nooit AM gemoduleerde telefonie zenders. En al studerende begreep ik waarom. Daar zijn twee redenen voor:
- Als je een beetje power uit die zender wilt halen moet je de oscillator ook in class C instellen. En dat geeft de nodige vervorming in je geluid. Bij een Morse signaal (alleen draaggolf) heb je daar geen last van.
- Zoals hierboven vermeld. De zender is tegelijkertijd op drie verschillende banden hoorbaar.
1. Vervorming in je audio, je geluid
Die vervorming in de audio had ik ook bespeurd en was de reden om op zoek te gaan naar betere prestaties van de MOPA.
De oorzaak van die vervorming valt vrij eenvoudig vast te stellen zodra je weet waar je naar moet kijken. In figuur 3 hieronder zie je hoe idealiter de anodepuls spanningen van een class C trap er uit zien.
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
Deze spanningspulsen ontstaan doordat de buis met een sterk negatieve stuurrooster spanning dicht staat en alleen op de toppen van de positieve pulsen aan het stuurrooster even volledig open gaat (maximale stroom gaat voeren).
Deze situatie doet zich voor als het stuurrooster door de voorgaande trap wordt voorzien van een mooie sinusspanning of een signaal met smalle positieve pulsen die wel in de gewenste frequentie verschijnen.
Kijk nu eens naar het signaal dat uit een class C oscillator komt. De afbeelding hieronder laat dat zien.
De afstemkring van de oasillator heeft een mooie sinus geproduceerd maar zoals je ziet wordt die al direct vervormd door de roosterstroom die de oscillatorbuis bij positieve spanning op het rooster genereert.
Op de anode ziet het er nog minder fraai uit. Afgezien van de scherpe hoeken die veel harmonische bijproducten opleveren zie je ook dat de positieve puls breed is. Veel breder dan de negatieve puls.
Dit soort signalen gaan we dus versterken in de PA en daarna moduleren met ons Audio geluid. Daar gaat het dus fout. In dat brede positieve deel van wat eens een mooie sinus was zit de bron van de vervorming.
Nou weet een afstemkring ook van dit misbaksel nog een aardig sinusvormig signaal te maken. We zouden dus een extra afstemfilter kunnen aanbrengen tussen de MO en de PA. Dat filter zou het vervormingsissue zeker opheffen.
Je ziet zo’n exta filter afgebeeld in onderstaand schema.
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
Wat daarmee niet wordt opgelost is de overlast van harmonische signalen. Bovendien wordt afstemmen van dit geheel nu wel erg ingewikkeld. Dit is daarom geen reële oplossing.
2. Overlast van harmonische signalen
Ook met een extra afstemfilter krijg je die harmonische signalen dus niet helemaal weg.
En wat nog erger is. We gaan die ongewenste signalen in de PA ook nog eens lekker versterken. Dat is dus ongewenst.
In professioneel ontworpen zenders wordt dit opgelost door een drivertrap tussen MO -de oscillator- en de PA -de eindtrap- te zetten.
De oscillator hoeft dan maar een relatief zwak maar mooi sinusvormig signaal te produceren. De drivertrap maakt daar in class A een stevig signaal van, voldoende om de PA aan te sturen en die laatste gaat pas in class C werken.
MOPA 2.0, een 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit
We gaan de oscillator een mooi sinusvormig signaal laten produceren. En daarvoor nemen we de EF89 maar nu in een class A schakeling. .
Om te beginnen hebben we de uitdaging opgepakt om de EF89 op een gestabiliseerde spanning van 150V te laten werken. De datasheets van deze buis geven die opening niet maar terwijl ik aan het studeren was kwam ik ontwerpen tegen van de firma Blaupunkt. Zij bouwden in de jaren’60 autoradio’s waarin dit buisje op 140 Volt werkte. Dat opent perspectief.
Bijkomend voordeel is dat we nu weer met een stabilisatorbuis kunnen werken. In het oude ontwerp gebruikten we noodgedwongen zenerdiodes. Zo’n zenerdiode werkt goed als je er een stabiel stroompje door stuurt en daarna de Zenerspanning door een transistor naar buiten laat brengen.
Zelfstandig, zonder de hulp van een power transistor werkt zo’n zenerdiode maar matig.
Ik had natuurlijk in plaats van die zenerdiodes ook een OA2 en een 85A2 in serie kunnen zetten. Maar daarvoor had ik onvoldoende ruimte op het chassis van de bouwpakket zender.
Hier zie je hoe dat er uit ziet in: De MO opnieuw ontworpen. Je ziet ook twee andere ingrijpende veranderingen.
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
Om voldoende versterking te krijgen hebben we een 2,5mH smoorspoel (2) in de anodeleiding opgenomen. Nu we voor mooie sinusvormige signalen gaan kan dat prima werken.
De grootste verandering zien we in sectie 3. De kathodeweerstand is vervallen, de roosterweerstand is fors groter in waarde en de roostercondensator is weg.
Het gevolg is dat rooster-kathode spanning vrij laag blijft. De catode spanning is continu ongeveer 1/3 van de roosterspanning (verhouding in spoelwindingen).
De afstemkring laat een mooie sinus van maximaal plus en min 10Volt ten opzichte van massa aan het rooster zien. De rooster-signaal-spanning ten opzichte van de cathode heb ik niet gemeten maar zal ongeveer 7 Volt zijn.
De buis beloont ons vervolgens door ook aan de anode een vervormingsvrij en harmonisch vrij sinussignaal te produceren. Onderstaan de afbeelding laat dat zien.
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
De waardes in dit scherm moet je maal 10 nemen en dan zie je in geel het roostersignaal 10 V (20VPP) en het anode signaal 65V (130VPP) . Keurige sinusvormige signalen.
Sluiten we de PA ingang, de roosterkring van de EL84 nu hierop aan dan zie je dat de ‘load’ de belasting voor de EF89 buis nu een stuk zwaarder wordt. De signaalspanning zakt hierdoor van 65V naar 40V (80VPP).
Het positieve deel van de sinusvorm worden aan het stuurrooster van de EL84 gedempt door de negatieve lading van de roostercondensator en de negatieve roosterstroom die de buis afgeeft op het moment dat het rooster positief wordt.
De maximaal positieve spanning die het rooster ziet is ongeveer plus 5 Volt. Het rooster staat bij dit signaal via de 330pF condensator en de 10k weerstand ingesteld op min 35V.
Die rooster instelling daar valt meer over te zeggen.
Automatisch Rooster Voorinstelling (Grid Bias)
Vaak zie je in zender schema’s voor de automatische rooster voorinstelling van de PA buis in Class C een roosterweerstand van 20k en een condensator van 100pF.
Waarom die juist die waardes vroeg ik me af en welke opties heb je hier? Over deze vraagstelling is bijzonder weinig gepubliceerd. Maar na lang zoeken vond ik het volgende.
Die 100pF en 20k zijn een soort van gemiddelde waarmee je meestal wel een werkend geheel krijgt. Maar het kan vaak beter en efficiënter.
Drie variabelen zijn van belang:
- De RC tijd van deze combinatie.
- De capaciteit van de condensator als zelfstandig element.
- De weerstandswaarde als zelfstandig element.
Let op! Een onjuiste rooster bias instelling kan fataal zijn voor je PA buis.
De RC tijd
Als vuistregel kun je aanhouden dat de RC tijd (weerstand in ohm maal de capaciteit in farad) ruim 4 tot 5 maal de frequentie moet zijn.
Dus, als de frequentie 1 MHz (1000.000 Hz) is dan moet de RC frequentie onder 250.000 Hz liggen.
Waarom?
De condensator krijgt negatieve roosterstroom aangeboden gedurende minder dan de halve tijd van de frequentie sinus. En de top spanning maar gedurende 1/10 deel van de sinus.
Die condensator moet in die tijd tot ruim 90 % van de spanning van het aangevoerde HF signaal worden opgeladen.
Die condensator zal zich vervolgens over de roosterweerstand gaan ontladen. De condensator moet daarom zoveel lading kunnen vasthouden dat ondanks de ontlading hij over een tijdperiode van 1 HF sinus hij minstens 85% van die spanning weet vast te houden.
Kijken we nu naar die veel gebruikte waardes van 20k en 100pf dan kunnen we uitrekenen dat de RC tijd hiervan 2 µSec is. Daarvan passen er 500000 in een seconde en dat is dus de RC frequentie 500.000Hz.
Voor toepassing op de Middengolf is deze veel gebruikte RC waarde dus niet zo geschikt!
We gebruiken in onze 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit 330pF en 10k. Dat geeft een RC frequentie van 303.030Hz. We mikken op een uitzendfrequentie tussen 1,2 en 1,4 MC. Deze waardes voldoen dus (bleek ook in de praktijk 😊)
Wil je onder in de Middengolf band gaan zitten, zeg in de buurt van op 600 kHz, dan kun je dus beter een condensator van 820pF nemen.
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
De Zelfstandige capaciteit van de Condensator
Die condensator moet dus, zoals gezegd, met zijn lading de hele sinus van onze zendfrequentie kunnen overbruggen. We zagen dat de RC tijd hierbij van belang is maar er is meer.
Nemen we bijvoorbeeld een condensator van 33pF en een weerstand van 100k dan zitten we weer op een RC frequentie van 303.030Hz.
Deze condensator zal in de praktijk te weinig capaciteit bezitten om de negatieve roosterstroom van de buis op te vangen. Bovendien kan die roosterstroom door de hoge roosterweerstand ook niet wegvloeien waardoor de roosterspanning tot hoge negatieve waarde zal oplopen. De buis slaat dicht.
Is de condensator te groot, bijvoorbeeld 3300pf en de weerstand is 1k dan creëer je daarmee een erg zware belasting op je oscillator of driver trap. Bovendien zal de EL84 meer roosterstroom moeten verdragen dan goed voor hem is.
De Zelfstandige waarde van de weerstand
We zagen al dat de waarde van die weerstand samenhangt met de waarde van de condensator. Maar enige speling is wel mogelijk. Van belang is dat de roosterstroom niet groter wordt dan de buis in kwestie mag hebben.
In ons geval zou die weerstand bijvoorbeeld 20k kunnen zijn. Maar dat levert een hogere negatieve bias op en daarmee een lager uitgangsvermogen.
Dat zou gecompenseerd kunnen worden als de oscillator een hogere spanning kon afgeven. Een hogere HF spanning zou een nog hogere bias spanning opleveren maar toch ook weer een hoger signaal piekje daarbovenuit.
Maak je de weerstand kleiner dan 10k dan loop je het risico op te grote roosterstroom. Ook de belasting op de oscillator wordt dan groter waardoor de spanning daalt die je vanuit de MO krijgt aangeboden.
Het schema: 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit
Over dit schema valt na alle voorgaande uitleg en toelichting niet veel meer te zeggen.
Hier is dat complete schema:
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
De splitsing van de voedingsweerstanden in de lijn naar de OA2 is essentieel. Als je de 1k weerstand weghaalt en R6 wijzigt in 7,7k dan zul je zien dat de OA2 gaat oscilleren in een frequentie van 0,1 tot 10 Hz.
Heeft jouw buisje ook bij de getoonde weerstanden al last van oscillaties (je ziet hem knipperen) maak dan R9 1k5 en R6 6,2k.
De bouw van dit zendertje
Voor een uitgebreide beschrijving van de basis, ga je naar de pagina van de bouwpakket zender.
Het chassis van de bouwpakket zender moet enkele extra gaten krijgen om extra montage steuntjes en twee buizen te kunnen monteren. De spoel is ook verplaatst om ruimte te maken voor de buisjes.
In de opzet op onderstaande foto zie je ook een extra montageplaatje voor de C1, de afstemcondensator die nu naast de spoel L! van de oscillator is geplaatst.
Je kunt er ook voor kiezen om die afstemcondensator onder in het chassis te laten waar hij beter is afgeschermd voor statische electriciteitsvelden die in huis aanwezig kunnen zijn.
Het is raadzaam om de gloeidraad aansluitingen van de EL84 te ontkoppelen voor HF overdracht.
De voeding voor dit MOPA zendertje
De voedingcircuit is eenvoudig en nagenoeg gelijk aan het voedingcircuit van de bouwpakket zender.
De weerstand Rv3 is nu wat groter gekozen en moet 1200 of 1500 ohm worden. Dat is omdat dit zendertje in de hoogspanning minder stroom gebruikt dan de bouwpakketzender. Hij levert immers ook minder vermogen aan de antenne!
Zonder die hogere weerstand loopt de spanning richting 280V en daarbij wordt de EL84 minder stabiel. Niet doen dus.
De condensatoren Cv2 en CV3 zijn van wezenlijk belang. Ontbreken die dan zul je merken dat je HF signaal doordring in het 230V electriciteitsnet. Dat signaal kan zich gaan moduleren met de 50Hz en een mooie brom in je radio's is het gevolg.
Testen!
Tijdens testwerkzaamheden kun je de 0A2 beter verwijderen uit de zender. Dat buisje vind het gebruik van frequent de standby aan en uit schakelen niet leuk en verslijt dan snel. Je monteert dat buisje pas als je overtuigd bent dat alles goed werkt.
Het schema:
Audio toevoegen
Voor dit 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit heb je een audio bron nodig die tot 4 watt (echte watts) volume kan aanleveren. Heb je zoiets niet direct beschikbaar dan kan een eenvoudig versterkertje met een ECL86 goede diensten bewijzen.
Je krijgt dan 1 buisje extra. Je kunt er voor kiezen dat in dit zendertje bij te bouwen. Neem dan een taartblik van 17,5 * 27,5 *7,5 als chassis.
Sluit er een eenvoudig BoomBoom bluetooth ontvangertje op aan (die kosten €40,-) en je kunt de hele dag Spotify afspelen op je oude radio's 😊
Het bereik van dit zendertje
Het bereik van 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit is beperkt. Dat bereik is met een sprietje van 80cm tot maximaal 2 meter als antenne maximaal 50 meter.
Op de korte golven kun je binnen 5 meter ook signaal beluisteren. De EL84 staat natuurlijk nog wel in class C. Maar het Pi filter doet zijn werk. Mits goed afgesteld.
Wil je dat afstellen echt goed doen breng dan nog deze aanvulling aan.
- 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit -
Met een multimeter aangesloten aan de banaanstekker chassisdeel kun je de spanning over de meetweerstand meten. Regel het pi filter af op zo laag mogelijke spanning.
Met 1 watt (maximaal 4 watt PEP) uitgangsvermogen kun je overigens een reikwijdte van 500-800 meter behalen. Daarvoor heb je dan wel een 10 meter hoge en opstaande antenne op de nok van je dak nodig.
Tot 2 km bereik met dit vermogen is ook haalbaar. Hoe je dat doet is voer voor een ander artikel: Meer bereik halen uit amateur zenders met een te kleine antenne.
Die laatste twee opties zijn alleen interessant indien je op 1485 kHz wilt uitzenden met licentie.
Voor gebruik in huis, tuin, keuken en bedrijf kun je met een voormeld sprietje maximaal 50 meter halen en dus veilig van je eigen muziek met topkwaliteit uit die goede oude radio’s genieten.
-
Koos Overbeeke
Voor een inleidend artikel ga je naar 'vorige'.
Terug van 1 Watt Middengolf Zender met FM kwaliteit naar de radio amateur Zenders
