PE0PIM verbetert polyfase netwerk

De publicaties over de enkelzijbandgenerator en -detector van Dick van Graas, PA0DEN (hij won er een prijs mee in de zelfbouwwedstrijd!) in Electron van oktober en november hebben het polyfase I.f.-netwerk weer in de belangstelling gebracht. Pim Niessen, PEoPIM, wijst erop dat het netwerk niet is bedacht door HA5WH maar door M.J. Gingell van STL U.K. Dat had ik kunnen weten want ik heb er in deze rubriek een beschouwing aan gewijd in Electron van 1977 op pag. 63. Daarin wordt ook het artikel genoemd waarin Gingell het netwerk beschrijft. Het stond in Electrical Communications, Vol. 48, No 1-2, 1973 en het heet ‘Single Sideband modulation using asymmetric polyphase networks’. Ik schreef toen verder: “Dat is een nogal moeilijk verhaal vol wiskunde. Het is de verdienste van Peter Martinez, G3PLX, dat hij de essenties ervan in wat eenvoudiger vorm heeft gebracht en die zijn te vinden in Pat Hawker’s rubriek ‘Technical Topics’ in Radio Communication van december 1973.” PE0PIM heeft voor zijn ATARI ST computer een programma geschreven waarmee snel een polyfase netwerk is te ontwerpen dat een bepaalde onderdrukking van de ongewenste zijband in een e.z.b.-generator zal opleveren. Daarbij wordt ervan uitgegaan dat de overige delen van de schakeling perfect zijn en dus geen degradatie van de zijbanddemping veroorzaken. Pim stuurde een listing van het programma mee, die is 15 pagina’s lang en bevat 1030 regels! Van het netwerk geeft het programma in grafiekvorm als functie van de frequentie fasefout, zijbanddemping, ingangsimpedantie en uitgangsimpedantie.

Met zijn programma heeft Pim ook het netwerk van HA5WH nagerekend. Het blijkt niet optimaal. Vooral rond 1000 Hz is de fasefout ruim 1 graad en loopt de zijband demping terug tot 57dB. Pim heeft zelf een polyfase netwerk met zeven polen ontworpen, dat is één meer dan het netwerk van HA5WH. De gebruikte componenten hebben echter standaard E-12 waarden, terwijl HA5WH een aantal condensatoren parallel schakelt. Het netwerk van PE0PIM geeft theoretisch een onderdrukking van de ongewenste zijband van minstens 65 dB over het audiofrequente gebied 270.. .3600 Hz. Het schema is afgebeeld in fig. 10.

 

Om de goede werking niet ongunstig te beïnvloeden moet het uit een zeer lage bronimpedantie worden gevoed. Het beste uit twee 100% tegengekoppelde opamps (spanningsvolgers). Voor de uitgangen geldt dat die met precies gelijke weerstanden moeten worden belast. Het meest zekere is om die uitgangen helemaal niet te belasten door er vier spanningsvolgers achter te schakelen, zoals PA0DEN ook doet. In tegenstelling tot het Dome-netwerk voor 90 graden fasedraaiing tussen twee takken zijn de componentenwaarden in het polyfase netwerk niet heel kritisch. Maar binnen één sectie moeten ze onderling wel zo goed mogelijk aan elkaar gelijk zijn. Weerstanden met 1% en 0,1% tolerantie zijn goed verkrijgbaar, zegt Pim. Wanneer alleen 5% weerstanden beschikbaar zijn adviseert hij stellen van vier onderling gelijke exemplaren uit te zoeken met een nauwkeurige ohmmeter. Condensatoren vormen een ander verhaal. Exemplaren met kleine tolerantie zijn in kleine aantallen meestal niet leverbaar. Daarom heeft Pim het netwerk zo ingericht dat alle condensatoren dezelfde waarde van 10 nF hebben. Door hiervan een flinke partij aan te schaffen kunnen we de bruikbare exemplaren uitzoeken (de rest is nooit weg). Daartoe promoveren we er één tot referentiecondensator. Van de andere wordt de afwijking ten opzichte van het referentie-exemplaar gemeten. Uit de gemeten groep selecteren we nu stellen van telkens vier onderling zo goed mogelijk gelijke exemplaren. Het beste stel komt aan de uitgangzijde van het netwerk en het slechtste aan de ingang. PE0PIM gebruikte Siemens MKM condensatoren.

 

Voor het vergelijken van de condensatoren maakte Pim de capaciteitsverschil indicator van fig. 11. De schakeling rond R1, C1 en U1 vormt een oscillator die tegelijkertijd de twee one-shots van U2 triggert. R4, R5 en Cref bepalen de impulsbreedte op aansluiting 6 van U2. R2, R3 en Cx doen dat voor de impulsbreedte op aansluiting 10 van U2. Met R3 worden verschillen in de schakeling zelf weggewerkt. Wanneer Cx en Cref verschillen in capaciteit verschijnen impulsen aan uitgang 3 van exclusive-or-poort U4. R9 en C3 integreren de impulsen en de meter geeft de gemiddelde waarde en dus de afwijking tussen de condensatoren aan. Om aan te duiden welke condensator de grootste van de twee is zijn U3, Ti en Di toegevoegd. De LED brandt alleen wanneer Cx kleiner is dan Cref. De dimensionering van fig. 11 is gericht op condensatoren van 10 nF. Wanneer we ook andere waarden willen vergelijken moeten we erop letten dat de one-shots U2 terug zijn in de uitgangstoestand voordat ze opnieuw worden getriggerd. Eventueel de klokfrequentie verlagen door C1 en/of R1 te vergroten. Aan de ander kant houden we de klokfrequentie zo hoog mogelijk omdat dit de gevoeligheid van de schakeling verhoogt (meer impulsen per tijdseenheid aan de uitgang van U4). Ook is het gunstig de voedingsspanning zo hoog mogelijk te maken tot maximaal 15 V. Om de gevoeligheid te bepalen nam Pim voor Cx en Cref twee condensatoren van 10 nF en maakte de meteruitslag minimaal met R3.

Toevoegen van een 50 pF, 1% condensator aan Cx veroorzaakte een spanning van 40 mV op de meter. Omdat 10 mV nog afleesbaar is weet Pim dat verschillen van 0,1% nog kunnen worden vastgesteld.

Al met een fraai stuk werk van PEoPIM!

Met een polyfase netwerk als dit wordt de deur geopend naar directe-conversie ontvangers die qua zijbandonderdrukking niet al te veel onderdoen voor superheterodynes met een kristalfilter in de midden frequent. Mits ook het 90 graden faseverschil in de h.f.-takken zeer nauwkeurig kan worden gehandhaafd over het gehele ontvangfrequentiegebied. PAoDEN vermijdt die h.f.-faseverschuivende netwerken maar zijn methode kan door het beperkte frequentiegebied van de HEF4029B- schakelaars hetaas niet rechtstreeks op de ontvangfrequentie werken, zoals bij directe-conversie ontvangst noodzakelijk is.