Spínaný amplitudový modulátor - problémy s fází

[Milan]

Pro zkoušení a provozování starých rádií si chci zhotovit AM modulátor . Po neúspěšných pokusech s různými " modulovanými oscilátory" ,které se snad dají dovést k použitelnosti na jedné frekvenci laborací s pracovním bodem a laděnými obvody ,jsem se nechal inspirovat myšlenkou spínaného modulátoru , který by neměl být na nastavení citlivý a realizovatelný v širším pásmu frekvencí nosné i nf signálu. Představa je taková, že nebude
plynule přeladitelný , protože to nepotřebuji , ale 8-polohový přepínač umožní výběr kmitočtů cca tři na DV a pět na SV . Na KV lze využít harmonické ,použití nebude časté.
Funkce je jednoduchá, viz neumělý náčrt schématu , nf signál cca 4V šp. je emit.sledovačem ss posunut na cca 4,5 V střed a spínán obdélníkem nosné tranzistorem , v jehož kolektoru jsou pulzy nosné o amplitudě ss + - nf.
Pokud by to dolezlo k nule, byla by modulace 100% . V tomto zapojení lze lineární modulace dosáhnout tak do 90 procent , příčinou je sat.napětí tranzistoru a proud přes diodu b-c při přesycení. Odpor 15k odděluje rezonační obvod naladěný na nosnou a za ním je již modulovaný vf signál .
Pokud jsou ztráty v laď. obvodu přibližně stejné v daném pásmu, např. SV ,
je i amplituda modul. signálu stejná , zde tak do +- 10 procent.

Na nosné 1,5 MHz viz obrázek je modulace v pořádku . Při snížení frekvence nosné na cca 150 kHz viz obrázek se v zobrazení x/y místo lichoběžníku objeví "uříznutá trubka" a fázový posun mezi nf a modul. signálem. Čím větší frekvence nf , tím je posuv větší a elipsy "uříznuté trubky se zvětšují . Čili při např. hudebním signálu se výšky fázově posunou proti hloubkám ve vztahu k originálu nf. Zvětšením indukčnosti v laděném obvodu se to lepší,ale není to bez vlivu.
Domnívám se, že čím blíže je nf frekvenčně nosné , tím hůře nakmitává
laděný obvod, neb dostává méně energie ,takže třeba maximum modul.signálu nastane až ve chvíli, kdy je již nf signál za maximem ,což
viz obrázek působí posun fáze vůči nf signálu a elipsy v zobrazení x/y.

Otázka pro teoretiky - jaké jsou možnosti ,jak to jednoduše napravit ?

Díky za tipy.

[Bernard]

To bude tím, že dynamický odpor toho laděného obvodu pro 150 kHz moc poklesne. Zkus dát indukčnost 2,2 mH a příslušně menší kondenzátor na doladění.

[Milan]

Díky. Nevím sice , co myslíš přesně pod pojmem dynamický odpor u paralelního rezonančního obvodu , ale zvětšení indukčnosti ten posun skutečně zmenšuje. Fyzicky jsem tam na 150 kHz zkoušel 4 mH . Je to ale ekvivalentní zmenšování odporu 15k v sérii s rez.obvodem , jak jsem vyzkoušel v simulačním programu. Rád bych ale pochopil fyzikální podstatu toho jevu a indukčnost udržel co nejmenší kvůli potlačení vyšších , hlavně třetí a páté harmonické nosné, kterých je tam z těch obdélníků nosné až dost.

[Hill]

Impedance paralelního rezonančního obvodu se přece mění během přelaďování jedním prvkem s druhou odmocninou poměru L/C a jeho tlumením vnějšími prvky.
Musel bys zachoval poměr L/C pro každý nosný kmitočet (nebo alespoň v co nejmenším rozsahu hodnot) a také činitel jakosti Q, ten ale nejvíc limituje odpor 15k, přes který ten rezonanční odpor budíš.
Při nízké nosné frekvenci už také může být paralelní kapacita laděného obvodu tak velká, že se uplatní i vůči modulačnímu signálu, v němž už způsobí na modulační frekveni závislý fázový posuv, sice celkem malý, ale měřitelný.
Lepší by bylo přepínat celé rezonanční obvody a ještě je budit do odbočky, kde má rezonanční obvod menší impedanci a vnitřní impedance zdroje signálu méně ovlivňuje jeho vlastnosti. A to ještě nejsme u vazby na anténu.
S nízkým Q totiž moc účinně nepotlačíš parazitní vyzařování mimo žádané pásmo.

[Milan]

No s první částí tvého příspěvku bych moc nesouhlasil . Jistě se mění poměr L/C a Q pro různé frekvence / velikosti L,C ,ale když si představíš model rez.obvodu jako paralelní kombinaci L,C a nějakého odporu R ,představujícího ztráty , pak při vyladění / rezonanci tam zůstane jen ten odpor R ,čili dělič R s odporem 15k teoreticky nezávisí na frekvenci vyladění , pokud se v daném pásmu ztráty ( nikoliv Q) nebudou moc měnit .
To je vidět i při měření , kdy pro různé hodnoty L s C na stejné frekvenci nosné se amplituda výst. napětí moc nemění , viz třeba také Radiomuseum
Einfacher AM Modulator ...
Druhý tip jdu do dílny zkoumat , je na to ideální počasí , tam by mohl být ten zakopaný pes .

[danhard]

S klesající frekvencí se zvětšuje Q a tím se snižuje šířka pásma AM modulace.
Musíš to udělat tak, aby jsi měl na 150kHz dostatečně malé Q, odpovídající šířce pásma AM modulace.

[Hill]

Ano, na tak nízkých nosných frekvencích je nutné zvolit kompromis: potřebuješ obvod s co nejvyšším činitelem jakosti, aby potlačil co nejvíce parazitních směšovacích produktů vzniklých směšováním s neharmonickým průběhem nosné (ten obdélník je hlavní příčinou potíží), ale současně potřebuješ jen tak vysoký činitel jakosti, aby zůstala zachována jistá minimální šířka přenášeného pásma, obvykle je pak vhodnější na výstupu mírně nadkriticky vázaná pásmová propust.
Nebo použít sinusoscilátor (třeba i řízený smyčkou PLL podle té kmitočtové ústředny) a modulovat čistě harmonický signál.

[danhard]

Když je ten modulátor obdélník 1:1, tak je nejsilnější rušič 3. harmonická.
Při 150kHz potřebuješ Q tak kolem 10, 220uH má cca 200R a tlumení cca 2k.
Na 1,5MHz to bude mít ale Q tak mizerné, že to nebude dobře potlačovat harmonické.

Potřebuješ to přelaďovat v pásmech změnou indukčnosti, ne přepínáním těch kondů.

[sinclair]

Zkoušel jsi modulovat oříznutým nf signálem tovární signální generátor, třeba BM205 či BM368?

[danhard]

Počítám, že se to bude chovat podobně na modulaci spektrem.
Na měření s modulací sinem není zapotřebí šířka pásma, ta mění jen hloubku modulace, kromtoho modulovaný oscilátor je automaticky naladěný na nosnou

[Milan]

Omlouvám se, že jsem nereagoval, ale den a půl jsme byli bez proudu v půlce dědiny , takže jsem řešil mrazák, baterky, svíčky apod. Naštěstí to před chvílí EON zapnul .
Máte pravdu v tom, že ten fázový posun na obrázcích má původ ve vlastnostech rez.obvodu a lze to obecně jen vylepšit , nikoliv se toho zbavit.
Pustil jsem si v simulátoru sinus nosnou 150kHz modulovanou 10 kHz s cívkou cca 700 uH a opravdu posun je velký , podobně jako při buzení obdélníky.
Fyzicky jsem tam zkusil tlumivku asi 10 mH , vyladil a ten posun byl nepatrný .
Pak jsem změnil nosnou na cca 500 kHz ,modulační frekvence 10 kHz
a cívka asi 220 uH. Posun při vyladění propusti opět veliký. Když jsem
však poladil propust na bok tak na velikost 1/3 amplitudy signálu při vyladění, posun zmizel. To samé při poladění na druhý bok.

Dá se to zobecnit asi tak, že posun je tím větší, čím menší je rezonanční odpor ( tak jsem se to myslím učil já, dnes vidím všude dynamický odpor ), čili zde ovlivnitelně menší hodnota indukčnosti , a tím menší, čím je menší frekvence modulačního signálu .Ale také tím menší ,čím je blběji oproti rezonanci naladěna propust . Matematicky to budou nějaké diferenciální rovnice normálním smrtelníkem neřešitelné

.
Asi nejjednodušší cesta bude na výstupu přepínat celou propust včetně odporu (15k) kvůli možnosti mít na výstupu stejnou amplitudu na různých frekvencích .

Uvidím ,bude-li to mít pokračování, neboť jeden ze vstupů modul. signálu je plánován signál z FM modulu s citlivostí 3 uV a prutovou anténou na bedně téže - no nevím zda se mi povede odstínit /odfiltrovat to v jedné bedně , na prkýnku jen ten jeden HC14 zaruší celé SV,KV a VKV na rádiu v dílně .Musím tam dát něco pomalejšího.

Ještě bych se zeptal rád zdejších odborníků přes hifi - je vůbec takový fázový posun ve zvuku nějak slyšet (rozeznat proti originálu ) ? Mám namysli hudební signál, přičemž fáze se směrem k vysokým frekvencím posunuje o třeba deset stupňů. Napadlo mě,že když zatočím tónovou clonou nebo výškovým korektorem , tak ten posun asi udělám podstatně větší než tou modulací .

Díky za tipy / rady.

[Hill]

Na odborníka přes hifi bych se nepasoval, ale rád poslouchám přes zařízení, které toho zkazí co nejméně.
U jednokanálového signálu to nejspíš nepoznáš vůbec.
Fázový posuv se dokonce používal úmyslně při kódování zadních kanálů v kvadrofonních systémech SQ (Columbia) i QS (Sansui). Slyšel jsem oba a nemůžu říci, že by v reprodukci (a to i stereofonní) ty fázové posuvy nějak rušily.
V magnetofonech patří fázové posuvy k principu - korekce jich nadělají dost a dost. A což teprve různé obvody Dolby či DNL... nevím o tom, že by si někdo stěžoval.
To už větší paseku dokáže udělat sloučení dvou kanálů stereofonního signálu na mono, kde v originální nahrávce je fázový posuv zavedený úmyslně (například Leslie efekt), i když ani v něm to neruší vždy.

[Milan]

Tak jsem realizoval ten modulátor v jedné krabici s nf generátorem, čítačem a fm přijímačem . Opravdu nejnáročnější bylo odrušit / odstínit
vstup fm přijímače od vyšších harmonických modulovaného signálu -
nakonec pomohla krom hromady pocínovaného plechu také But.horní propust 7 řádu přímo na vstupu z antény a její oddělení BFR92 od samotného čínského fm modulu včetně odstínění. Bedna pochází z Te Brno
z nějakého testeru časovek ve výrobě , viz obrázky.
S tím fázovým posunem je to složitější - jednak je tam vliv v podstatě šířky pásma laděného obvodu , kdy s vyšším modul. kmitočtem se postranní pásma posunují na boky křivky , což jednak zmenší jejich amplitudu, jednak je to fázově posune , a také je tam vliv fázového posunu modulačního signálu v nf cestě modulátoru , tj. v zobrazení x/y se projeví jev "uříznuté trubky " i při modul. signálu třeba s frekvencí 20 Hz - na x osu jde signál z generátoru přímo , na osu y modul.vf. signál , ale uvnitř modulátoru díky malým kondům je to vůči generátoru fázově posunuto , a to je ta elipsa, viz
Liss. obrazce . Podobně samozřejmě na vyšších modul. frekvencích , záleží na šířce nf pásma ,které modulátor zpracuje , a to je vědomě samozřejmě omezeno.
Prakticky ověřena úroveň pole na sladěné Romanci- na feritku a plný vf signál , na Romanci drát asi 20 cm na ant. zdířce , dosah cca 2m , místo feritky drát cca 1 m , Romance 20 cm - dosah cca 5m . Víc nechci ,nebudu raději hrát sousedům .
Kdyby měl někdo zájem podobný "maslostroj " pro ukrácení dlouhé chvíle jako já realizovat, jsou schémata, desky a fotky k mání , ne ovšem v dokonalé podobě , takže rozsáhlejší zkušenosti se předpokládají ...