Buizen Zender Bouwen met een DDS Oscillator Kit
Een zender met buizen bouwen en met een DDS oscillator Kit. De ARDU 5351. Ik hoor je denken. Kun je met buizen ook al DDS technieken toepassen?
Voor de niet ingewijden. Wat is DDS?
DDS staat voor Directe Digitale Synthese. Het is een methode waarbij twee signalen met een verschillende frequentie worden samengevoegd voor het creëren van een derde, de gewenste frequentie.
Tot zover niets nieuws. Dat doen we al honderd jaar in radio’s en in zenders.
Bij DDS gebruikt men één referentie kristal. Bijvoorbeeld een kristal van 1 MHz. Ook niets nieuws. Zo’n kristal, weten we, kan zeer nauwkeurig een frequentie helpen opwekken.
Maar, zo zagen we al eerder, kristallen worden bijna niet meer gemaakt, je kunt er niet aankomen bijvoorbeeld voor een frequentie van 1395 kHz.
Maar kristallen voor 1 MHz worden nog wel gemaakt en veelvuldig gebruikt. Ook worden er kristallen gemaakt speciaal voor DDS schakelingen. Vaak zijn dat kristallen van wel 25 MHz of nog hoger.
In een DDS wordt die frequentie van bijvoorbeeld 1 MHz genoteerd als een digitaal getal en dat getal wordt in een register van een microprocessorchip opgeslagen.
Wanneer wij nu bijvoorbeeld op 1395 kHz willen uitzenden geven wij die frequentie op aan die microprocessor. Vervolgens rekent hij uit welke frequentie hij met 1000.000 Hz moet mengen om op 1.395.000 Hz uit te komen.
Uit onze radio praktijk weten we dat dit kan met 395.000 Hz of met 2.395.000 Hz. Beide frequenties zullen als één van de mengproductie 1.395.000 Hz opleveren.
Nu gaat een microprocessor niet net als wij met buizen, spoelen en condensatoren (afstemkringen) aan de slag. Nee die processor doet waar hij heel goed in is.
Hij telt digitaal de getallen die horen bij bijvoorbeeld 395.000 en 1.000.000 bij elkaar op en de uitkomst, digitaal 1395000.
Dat getal wordt weer digitaal opgeslagen en daarna komt die 1395000 als een blokgolf (enen en nullen) naar buiten.
In geavanceerde DDS/functiegeneratoren gaat die blokgolf door een DAC circuit (DAC = Digitaal-Analoog-Conversie) waardoor we een analoog signaal van 1395 kHz beschikbaar hebben.
Zo lang als die processor foutloos kan rekenen, en dat kunnen die dingen, zo lang blijft er stabiel in ons voorbeeld 1395 kHz beschikbaar.
- DDS Oscillator Kit -
Geeft zo’n DAC geen vervorming?
Nee, is het directe antwoord.
Ben je sceptisch. Sluit eens een goede geluidsbox aan op je mobieltje. Zet Spotify aan op dat mobieltje en luister naar de kwaliteit van het geluid. Dat geluid wordt digitaal door de lucht verzonden en daarna in jouw mobieltje met een DAC omgezet in analoog geluid.
- DDS Oscillator Kit -
Waarom een buizen zender uitrusten met DDS oscillator?
De met ECC91 buis uitgeruste oscillator in de 30 watt zender werkt goed evenals de oscillator die in de 20 watt voorganger van deze zender functioneerde.
Die buizen oscillator in de 20 watt 807 zender functioneerde zelfs uitstekend en toonde zich zeer stabiel. Het verloop in frequentie over een dag was nooit meer dan 20Hz. Maar een zender dagelijks 12 uur in bedrijf gaf na een maand toch een afwijking van 300Hz.
Is dat iets om je zorgen over te maken?
Nou nee,
-
je kunt dat eenvoudig bijstellen (hoewel voor een leek is het wat moeilijker) en;
-
niemand van je luisteraars merkt dit.
Het bewijs
Van 1972 tot 1974 stemden hele volksstammen hun radio af op 538 meter op de middengolf. Dat is waar Radio Veronica te horen was. Echter Radio Veronica zond niet uit op 538 meter (557kHz) maar op 539 meter (556kHz). 538 bekte promotie technisch veel beter dan 539 (538 op volle kracht).
Niemand van het gewone luisterpubliek had in die tijd in de gaten dat hun favoriete station 1000hz verder zat dan werd omgeroepen.
Maar,
zo betoogden mijn vrienden die tot nu toe met de 20 watter en de 807 buis op zijn laatste benen in de lucht zijn, andere LPAM zenders werken met een DDS oscillator en daarbij is het verloop nihil: “Dat willen wij ook”.
- DDS Oscillator Kit -
Ook vooral handig op de korte golf banden
Oké. Hoewel ik in principe met buizen werk, gewoon hobbymatig een leukere techniek waarbij je nog zelf na mag denken, toch zie ik ook wel voordelen bij zo’n DDS benadering.
En, waar ik opgroeide, in Zeeland, kenden ze een gezegde dat luidde: Als je bekend staat als iemand die altijd vroeg op is, dan kun je wel eens uitslapen.
Snap je hem?
Het voordeel dat ik zie is dat een heel precieze afstemming, zeg maar op minder dan 5Hz nauwkeurig, met traditionele technieken toch heel moeilijk valt waar te maken. Zeker op de Korte Golf Banden (80-10 meter) heb je met zo’n DDS een voordeel te pakken.
En met moderne technieken zoals DDS, Directe Digitale Synthesizers, kan dat wel. DDS is feitelijk het genereren van zeer nauwkeurig te definiëren analoge signalen met behulp van digitale techniek.
Welke DDS module ga je dan toepassen voor je Zender?
Ik ging op zoek en al snel kwam ik er achter dat reguliere verkoopkanalen voor radio elektronica onderdelen dit soort modules niet aanbieden.
Bij collega’s met een 1Watt zender op 1485 kHz zag ik een DDS functiegenerator operationeel voor de opwekking van de zender frequentie. Die functiegenerator koste alleen al 350 Euro en dan moet de zender nog komen. En dat voor een 1Watt zendertje!
Dat leek me geen reële oplossing.
Er zijn wel wat redelijker geprijsde functiegeneratoren op de markt. Functiegeneratoren op basis van DDS techniek maar daar was ik niet naar op zoek. Deze functiegeneratoren zijn meer bedoelt voor het opsporen van fouten in apparatuur of het controleren van de goede werking.
- DDS Oscillator Kit -
Voor een DDS kit die je kunt inbouwen in je zender kom je al snel uit bij AliExpress, juist ja, Chinese kitjes die met nogal vage in slecht Engels geformuleerde bewoordingen worden aangeboden.
Enkele kleinere Europese handelaren bieden dit materiaal ook aan en geven soms betere informatie. Maar die voorbeelden van exotische DDS kits schrok mij nog meer af (zie voorbeeld links).
Ik heb nog veel uitdagingen voor de boeg in analoge buizentechniek. Een klein uitstapje naar een digitaal hulpmiddel is oké maar ik wil me nu niet in digitale programmeermodi en databusstructuren verdiepen.
Verder zoeken en dan kom ik bij een Spaanse site die kits aanbiedt die je zonder digitale avonturen aan kun sluiten en inbouwen in bijvoorbeeld de DIY LPAM Zender.
De ARDU-5351 VFO
De Spaanse firma QRPHAMRADIOKITS biedt kant en klare modules aan die al geprogrammeerd zijn en geen databusaansluitingen nodig hebben (het kan wel). Je hoeft alleen maar wat printplaatvoetjes te solderen een voedingspanning aan te sluiten en een coax kabeltje voor de output en je kunt hem gebruiken.
- DDS Oscillator Kit -
Er is een duidelijke installatie en gebruikshandleiding beschikbaar. Je moet wel solderen op heel kleine printjes. Daarom is het voor een beginnende soldeeramateur niet direct geschikt of juist een uitdaging.
Natuurlijk moet je voor dit bijna kant en klare product iets meer betalen maar de prijs blijft laag. Voor 5 tientjes komt hij naar je toe. Dat klonk me allemaal als muziek in de oren dus ik bestelde hem. Een week later werd hij door tante Post afgeleverd.
Ik bedacht me daarbij dat deze oscillator met VFO functie en een bereik van 50kHz tot 99,9MHz ook heel handig is om toe te passen in korte golf zenders met een breed bereik (van 160m tot 10m).
De uitgangsspanning is 3 VPP.
Schema DDS oscillator met ECC81 buffer
Dit ontwerp pas ik toe in de LPAM zender waarmee mijn vrienden willen gaan uitzenden.
- DDS Oscillator Kit -
Toelichting
De voedingspanning voor die DDS module is 9-14Volt. Ik besloot op 12V te gaan zitten. In eerste instantie dacht ik dat die 12 V met een spanning verdubbelaar en een stabilisator schakeling heel goed van de 6,3 V gloeistroomspanning te maken valt.
De module gebruikt slechts maximaal 100mA.
Echter het is een goede gewoonte om de bij de voedingstrafo de midden aftakking van die 6,3V aan massa te hangen. En dan kom je met die gelijkgerichte 12V in de problemen.
Die 12 V kan niet meer met massa verbonden worden. Tenzij je heilige rook uit je apparaat op prijs stelt want dan is dit een mooie kans.
Daarom nog maar een klein trafotje ingezet. Die levert ruim 12V wisselspanning en dus 18V piekspanning.
Gelijkgericht wordt dat ongeveer 17,5V die we naar een forse condensator voeren voor afvlakking van de rimpel die aanvankelijk zo’n kleine 6 V is. Die condensator hoeft ook weer niet heel groot te zijn omdat we slecht 100mA stroom afnemen.
Een vuistregel bij deze lage spanningen is 3000 microfarad per 1 ampère stroom. Met 500 µF (470) moeten we hier dus goed uit de voeten kunnen.
De Zener van 13 V helpt ons samen met de BD139 om de rimpelspanning definitief te elimineren en levert een gestabiliseerde uitgangsspanning van 12,3V.
De ARDU 5351
Over die module, het schema en gegevens kun je alles vinden op de website. Ook handleiding en gebruiksinstructies.
- DDS Oscillator Kit -
Hierboven zie je de onderdelen zoals je ze krijgt aangeleverd en hoe het er na montage conform de handleiding uit ziet.
Talloze mogelijkheden en functies ingebouwd in deze ARDU 5351
Deze VFO biedt veel meer mogelijkheden dan wij in de 30 watt LPAM zender gebruiken.
Standaard zijn functies ingebouwd die vooral handig zijn bij gebruik in zenders en ontvangers voor de korte golf amateur banden.
Om er enkele te noemen:
- 3 uitgangen, twee met een instelbare vaste frequentie en een VFO uitgang
- Bandbreedte instellingen zodat je bijvoorbeeld de VFO op de 80 meterband kunt begrenzen
- Aansluiting voor een S-meter
- Instelbare scheiding tussen zend- en ontvangfrequentie
- Een RIT functie (RIT = fine tuning van ontvangstfrequentie terwijl de zendfrequentie constant blijft)
- Instelbare frequentiestappen
- etc.
En nog veel meer, allemaal bedienbaar met één knopje en te volgen op het display.
Schrikken
Toen we de DDS Oscillator Kit voor het eerst aan de spanning hingen en een scoop op de uitgang aansloten schrokken we.
Wat bleek nadat we de frequentie op 1395 kHz hadden ingesteld? Er kwam een prachtige blokgolf van 1395 kHz uit de kit. Daar had ik eerlijk gezegd niet op gerekend.
Javier (leverancier), een mailtje gestuurd met de vraag hoe we hier een sinus spanning van kunnen maken en per kerende mail (Hoezo snelle service 😊 Reageerden alle leveranciers maar zo snel) 2 uur later kwam zijn reactie binnen.
Reactie: Buizen zender en ontvanger circuits lossen dit zelf op (transistor circuits ook overigens).
Dus de proof of the pudding is in the eating. En ja hoor, het werkt. (zie afbeelding).
- DDS Oscillator Kit -
Hoe kan dit?
Kort door de bocht en zonder in zware theorie te verzanden. Een blokgolf is de samenvoeging van een sinusvormig signaal, het basissignaal met heel veel andere sinussignalen.
Die andere signalen hebben een veel hogere frequentie, een frequentie die een veelvoud is van de frequentie van het basissignaal. Zie bijgaande vereenvoudigde afbeelding met samenstelling blokgolfsignaal.
De buizen, de trafo, de weerstanden en condensatoren in de buffer en drivertrap van de 30 watt lpam zender zijn samengesteld om Middengolf signalen te versterken.
Signalen met een veel hogere frequentie worden stapje voor stapje in de drie trappen (2 * buffer met ECC81 en 1 * driver met EL84) geblokkeerd of weg gefilterd.
Van blokgolf naar sinusgolf, een eenvoudig filter bouwen
Je kunt ook actief een filter bouwen voor het omzetten van een blokgolf naar een sinusgolf.
Dat kan heel eenvoudig zoals je ziet op onderstaand schema.
- DDS Oscillator Kit -
Vier weerstandjes en vier condensatortjes is alles wat je nodig hebt voor dit zogenaamde laagdoorlaatfilter. Normaliter kies je die weerstanden en condensatoren allemaal gelijk.
De formule voor de berekening staat in dit schema. Bijvoorbeeld voor 1395 kHz kies ik weerstandjes van 1000 ohm. De condensator die daar bij die frequentie bij hoort is dan 114pF. 112pf (1*100 + 1*12) zal ook nog redelijk werken.
Reken het maar na.
Een zender met 1 of 2 buizen met de ARDU 5351 aansturen
In de 30 watt zender zijn twee buffertrappen en een driver trap aanwezig die samen van de blokgolf een sinusgolf kunnen maken.
Vaak heb je die ruimte niet omdat je een zender met 1 buis, of met 2 buizen wilt aansturen met zo’n DDS oscillator.
Dan is er een tweede oplossing en dat is de afgestemde kring. Zo’n afgestemde kring maakt van de meest vreselijke signalen een mooi sinusvormig signaal. Een voorbeeld hiervan dat iedereen kent is de Class C eindtrap in een zender (zie antenne vermogen verdubbelen voor uitleg class C).
- DDS Oscillator Kit -
Hierbij een schema van de ARDU 5351 ingebouwd in een twee buis zender, een MOPA. (MOPA= Master Oscillator (buis 1) en Power Amplifier (buis 2, de eindbuis)).
Tot zover, deze DDS Oscillator Kit biedt veel mogelijkheden waar we vast nog veel plezier mee gaan beleven.
Vragen, reacties of aanvullingen geef ze hieronder aan.
-
73, Koos Overbeeke
Terug van Buizen Zender Bouwen met een DDS Oscillator Kit naar De Radio Amateur-Zenders