de radio amateur logo

middengolf zenders met betere audio kwaliteit

 

 

 

Middengolf Zenders met betere audio kwaliteit

Middengolf zenders met betere audio kwaliteit is daar behoefte aan?

Als je op Internet kijkt zie je dat er nog een aardige groep knutselaars en radio amateurs is die het leuk vinden om een Middengolf Zendertje te bouwen en/of mee te experimenteren. 

Sommigen om daarmee buurtradio te bedrijven, anderen om op hun oude buizenradio’s weer lekker naar muziek te kunnen luisteren. En weer anderen, zoals ik zelf, omdat het leuk is om te knutselen en te experimenteren met verbeteringen aan bestaande of nieuw bedachte concepten.

Ook al publiceert lang niet iedereen hier over, bovenstaande verzameling buizen zendertjes en onderstaande collage zenderschema’s laat zien dat hier in Nederland nog aardig wat met buizen wordt gehobbyd.

 

een collage van AM zenderschemas

Overigens bestaat er ook nog een overvloed van aanbod op het gebied van IC zendertjes. Al voor minder dan twee tientjes koop je zulk spelgoed. De kwaliteit daarvan is heel wisselend.

En ja, knutselplezier en de trots van het zelf gebouwd hebben, dat ga je met zo’n klein zwart Chinees doosje natuurlijk niet beleven. 

 

Betere audio kwaliteit krijgen

Of je nu met een 6550 eindbuis, een 807, een EL84 of een ECF80 werkt, of je nu 0,2 watt of 20 watt als zendvermogen gebruikt, zo’n penthode werkzaam als AM modulator levert vervorming op.  En die vervorming kun je vrij eenvoudig ongedaan maken.

 

Waarom hoor en lees je weinig over die audio kwaliteit van buizen zenders?

Heel eenvoudig. De meeste zenders worden gebouw door radio amateurs die op de korte golf een zo groot mogelijke afstand willen overbruggen met hun zender.

Het geluid dat ze overbrengen moet goed verstaanbaar zijn maar verder gaan die eisen niet. Zenders die voor audio weergave worden gebruikt zijn vaak gebouwd door dezelfde amateurs of zijn afgeleid van die korte golf zenders.

De laatste tijd begint er in Amerika (USA) echter meer belangstelling te ontstaan voor verbetering van juist die geluidskwaliteit van AM zenders. Die belangstelling wordt veroorzaakt door de vrijgave van de middengolf voor laagvermogen AM zenders (lpam).

 

 

Hoe ontstaat die vervorming in je AM zender?

vervorming in je AM zender

Voor we gaan kijken naar middengolf zenders met betere audio kwaliteit gaan we eerst even kijken naar de oorzaken van die mindere kwaliteit.

 

Er zijn drie oorzaken!

Meestal wordt er in deze zogenaamde LPAM zendertjes  gebruik gemaakt van Anode modulatie. En bij een penthode of tetrode buis moet dan het schermrooster meegemoduleerd worden om tot 100% modulatie te kunnen komen.

 

Mee-gemoduleerd schermrooster

Vaak gebeurt dit door het schermrooster via een weerstand (Rg2) te verbinden met de audio voeding en de hoogspanning. Je ziet dat in onderstaande tekening afgebeeld met een stippellijn waar een ❶ bij staat.

 

modulator buis AM zendertje vereenvoudigd schema

Deze weerstand RG2 in serie met het schermrooster (G2) zorgt ervoor dat de schermspanning mee kan variëren met het audio signaal dat door de audiio transformator op de hoogspanning wordt gesupperponeerd.

Via weerstand Rg2 ontvangt het schermrooster dus de zelfde spanningvariaties als er naar de anode gaan. De weerstand Rg2 kiest men daarbij zo groot dat het schermrooster beneden zijn maximale stroomsterkte blijft bij een aangelegde spanning, de HSPA. Dat laatste is voor elke buis weer een andere waarde.

- middengolf zenders met betere audio kwaliteit -

 

Zelfmodulerend schermrooster

Bij deze methode wordt de weerstand Rg2 rechtstreeks met de hoogspanning verbonden. Je ziet dat in bovenstaande tekening afgebeeld met een stippellijn waar een ❷ bij staat.

Ook nu zal de spanning op het schermrooster meebewegen met het audio signaal zoals dat aan de Anode wordet aangeboden.

Hoe dat kan?

Bij een hoge anode spanning, de positieve swing van een geluidsgolf trekt die anode meer electronen in de buis naar zich toe. Het schermrooster vangt nu minder electronen en de schermroosterstroom neemt dus af.

Een lagere stroom door de weerstand Rg2 laat minder spanning vallen over die weerstand. Minderspanningsverlies over de weerstand dus de schermroosterspanning neemt toe!

Zit het audio signaal in een negatieve swing dan daalt de anode spanning flink en wordt minder aantrekkelijk voor vrije electronen in de buis. Het schermrooster zal daardoor weer meer electronen kunnen vangen. De schermroosterstroom neemt toe.

Een hogere stroom door de weerstand Rg2 geeft meer spanningsverlies over die weerstand. Dus schermroosterspanning neemt af.

De weerstand Rg2 in serie met het schermrooster zorgt er dus voor dat de schermspanning hoger is als de anodespanning hoog is, en lager als de anodespanning laag is. Dit noemen we 'zelfmoduleren'.

Soms zie je dat er in plaats van een schermroosterweerstand een spoel wordt gebruikt. Dat maakt niet uit. De zelfmodulerende werking is daarbij hetzelfde.

 

Beide methoden kennen tekortkomingen

Beide technieken, zelfmodulerend en meegemoduleerd, hebben tekortkomingen die de kwaliteit van het audio signaal schaden.

 

 

Middengolf Zenders met betere Audio Kwaliteit

Wat gaat er mis met die modulatietechnieken? Wat moeten we doen om middengolf zenders met betere audio kwaliteit te krijgen?

 

1. Wat gaat er precies fout bij mee-gemoduleerde schermroosters?

Het mee-gemoduleerde schermrooster werkt net iets te goed. Dat veroorzaakt vervorming in het audio signaal. Een plaatje kan dat verduidelijken.

 

uitgangssinaal uit balans  

Hier is sprake van over-modulatie. Bij een positieve swing van de audio golf neemt de anodestroom en daarmee de uitgangsspanning als gevolg van te hoge schermroosterspanning iets te veel toe.

Bij de negatieve swing van het audio signaal bereikt de anodestroom als gevolg van te lage schermroosterspanning te vroeg de nullijn (geen anode stroom meer).  Hierdoor raakt het gemoduleerde signaal (evenals het audio signaal) uit balans.

Het scoop beeld in bovenstaande afbeelding is van de Bouwpakket Zender met EL84 die ook licht met dit euvel te kampen heeft. Je ziet dat de positieve flanken van het signaal net iets hoger reiken dan de negatieve flanken.

Kortom: wanneer de modulerende golfvorm negatief is heeft je buis extra schermspanning nodig, en omgekeerd als de golfvorm positief is heeft de buis minder schermspanning nodig.

 

Het gevolg van deze ontwerp tekortkoming?

laf geluid

Om vervorming te vermijden moet je het niveau van het audio signaal temperen. Je kunt geen 100% modulatiediepte bereiken. Door het audio signaal te temperen haal je de over-modulatie en de vervorming weg.

Je krijgt dan echter op de anode en daarmee op de uitgang van je zendertje maar een modulatiediepte van ruwweg 80%. Je geluid wordt daarmee wel vervormingsvrij maar je krijgt ook een beetje laf geluid.   

Een betere audio kwaliteit voor middengolf zenders die met deze schakeling zijn uitgerust is mogelijk door de schermroosterspanning anders uit te rusten. Verderop hierover meer.

 

 

2. Wat gaat er precies fout bij het zelf-modulerend schermroosters?

Een zelfgemoduleerd schermrooster werkt aardig.  Maar het kan beter. De Modulatiediepte wordt nooit meer dan 70-80%. Hierdoor ontstaat een laf geluid. Dat geluid kan worden verbeterd door de swing in de schermroosterspanning wat te versterken.

Het probleem is hier dat bij een nagatieve swing op de anode de schermroosterspanning iets te hoog blijft en dat ook bij een positieve swing het schermrooster net iets te weinig meebeweegt.

 

3. Dan is er nog een derde storingsbron

Om middengolf zenders met betere audio kwaliteit te bereiken vraagt dat we ook het probleem van de ontkoppelcondensator (Cg2) oplossen.

 

de ontkoppelcondensator die aan het schermrooster moet hangen

Die ontkoppelcondensator is helaas broodnodig en kunnen we niet weghalen.

Waarom niet?

Die condensator dient als ontkoppeling voor de radiofrequenties die door de buis lopen. Dankzij deze condensator blijft de schermroosterspanning stabiel voor de hoge radio frequenties.

Haal je hem weg dan gaat het schermrooster meedansen op deze hoge frequenties waardoor een groot deel van het penthode effect verloren gaat. Je krijgt dan een soort van triode met een lagere versterkingsfactor dan de penthode kan bieden.

Maar helaas,

deze voor de audio frequenties relatief kleine condensator heeft toch ook een klein effect op de audio variaties die het schermrooster bereiken. Onderstaande afbeelding laat dat effect zien op de audio die uit de buis komt. De tekening geeft een overdreven beeld van wat er gebeurt.

 

vervorming die ontstaat door schermrooster ontkoppel condensator

Wat je ziet is dat deze condensator tijdens zijn opladen en ontladen een kleine tijdelijk fase verschuiving veroorzaakt (een vertraging in doorgifte). Hierdoor vervormt het signaal.

 

 

De oplossing voor deze drie tekortkomingen

De schakeling die middengolf zenders met betere audio kwaliteit tot gevolg heeft.

We pakken het vereenvoudigde modulator schema weer op om te laten zien hoe je middengolf zenders met betere audio kwaliteit kunt realiseren.

 

schema voor middengolf zenders met betere audio kwaliteit

De oplossing van de drie hiervoor geschetste tekortkomingen van power modulatie met een tetrode of penthode buis is relatief eenvoudig. Je kun hem vrij eenvoudig in elke bestaande zender inbouwen. Toepassen in een nieuwe schakelingen is kinderspel.

 

 

Een nieuw ontwerp voor de modulatie van het schermrooster

Je ziet in bovenstaande tekening dat het schermrooster nu deels wordt gevoed vanuit de audio modulatie schakeling en deels rechtstreeks vanuit de hoogspanning.

De weerstand Rg2A is nu echter wat groter genomen dan hij eerst was en daardoor wordt het schermrooster nu minder mee-gemoduleerd. Over-modulatie vindt nu niet meer plaats.

Maar doordat het schermrooster nu minder spanning krijgt zakt ook de versterking van de buis.

Weerstand Rg2, ook van een hogere waarde dan de oorspronkelijke roosterweerstand, zorgt er nu voor dat die schermroosterspanning weer op pijl komt. Weerstand Rg2 zal een zelf-modulerend effect hebben zoals we eerder zagen maar we zagen ook dat dat effect lager is dan bij mee-modulatie.

De twee weerstanden samen moeten zorgen voor precies de juiste schermroosterstroom en de juiste schermroostermodulatie.  

In de praktijk blijkt dat voor middengolf zenders met betere audio kwaliteit de mee-modulatie op 60% moet worden ingesteld en zelf-modulatie op 40%.

 

Het effect van de ontkoppelcondensator neutraliseren

Je ziet dat er een condensator is toegevoegd (Cg2A) parallel aan de mee-modulatieweerstand (Rg2A). Die condensator zorgt ervoor dat het verstorende effect dat Cg2 heeft op het audio signaal wordt geneutraliseerd.

Deze hele schakeling voor betere audio kwaliteit bij Amplitude Modulatie (AM) is uitgevonden door Dean H McGorrill uit Arizona, USA.

De praktijk wijst uit dat er wat rekenregels zijn die je moet toepassen.

 

Rekenregels ten behoeve van Middengolf Zenders met betere Audio Kwaliteit

De som van de weerstanden Rg2A en Rg2B moet gelijk zijn aan de weerstandswaarde die je zou toepassen als je alleen Rg2B in je schakeling had zitten. 

Als voorbeeld (oude situatie):

rekenregels

  • De schermrooster weerstand = 25kohm
  • Het spanningsverlies over die weerstand bij geen audio en 100% RF input =250V
  • De schermroosterstroom= 10mA.

 

De rekenregels

  1. Rg2A is 40% van de totale weerstandswaarde. Deze weerstand neemt 60% van de schermroosterstroom voor zijn rekening (6 mA).

         R = 250V/6mA= 41,6 KΩ afgerond 42k.

  1. Rg2B is dan 60% van de totale weerstandwaarde. Deze weerstand neemt 40% van de schermroosterstroom voor zijn rekening (4 mA).

         R = 250V/4mA= 62,5 KΩ afgerond 62k.

  1. De neutralisatie condensator Cg2A is 60% van de waarde van Cg2.

Dat is het. Twee weerstandjes en een condensator veroorzaken een betere geluidskwaliteit van je AM modulatie, middengolf zenders met betere audio kwaliteit.
-
Koos Overbeeke

Terug van middengolf zenders met betere audio kwaliteit naar de radio amateur.nl Eureka

 

 

Je reactie en/of vraag
Vrijwel dagelijks ontvang ik vragen en reacties. Je krijgt altijd antwoord.

Bij publicatie zal alleen een Vraag en Voornaam zichtbaar zijn op de site.


Magic Word?