CW/CTCSS sinus tone oscillator.
Stabiel, geringe vervorming, geen sleutel klik.
pa0nhc print v 20121209. PCB 4.4     (201212 :  www.members.ziggo.nl/nvrecording)

20150121 layout

<<
 
    Introductie.
Deze schakeling produceert een zuivere sinus toon voor het opwekken van bv. 1750Hz, subaudible toon (71,9-88,5Hz), CW sounder toon of roger beep.
Gebufferde keying met 3,6V schakelniveau. Kan met een seinsleutel, maar ook door een TTL of CMOS digitale schakeling (callgever) gesleuteld worden.

Simpel analog circuit. Zonder speciaal IC, geen software.
Het frequentiebereik wordt ingesteld met vijf condensatoren van gelijke waarde (18Hz - 1uF, 18kHz - 1nF. 820Hz - 22nF).
Filterbandbreedte @ -3dB is + - 10%. Dit staat een fijn regeling van de toonfrequentie toe tot +- 10%.
Tweede harmonische vervorming : ca. -35dBc tov. de centrale filter frequentie.
 
Instelbare uitgangsspanning tot 1.2Vrms / 4Vpp.
Voeding: 12-15V / 11mA.
Laag brom- en ruisniveau. De schakeling kan altijd aan geschakeld blijven.
 
Printontwerp dat dubbelzijdig of jumperfree enkelzijdig te gebruiken is. Klein:  X x Y =  42.926 x 38.227 mm2.
Voor standaard onderdelen. Geen SMD.
Makkelijk te solderen door breede banen en praktische isolatie breedte.
Veel aardvlak voor goede HF immuniteit. Het printje is bedoeld om in een zenderbehuizing opgenomen worden,
 
Beschikbaar voor download voor home made of fabrieksmatige printjes : 2400DPI MASK file, direct 1:1 af te drukken.
 
LET OP: Stel in voor "Afdrukken in originele afmetingen".
Print met een inkjet printer in max. resolutie / verzadiging / contrast / kwaliteit.

   Gedetailleerde beschrijving.

Download files:

Xray view

Schematic (GIF 600DPI)

PCB MASK (PNG 2400DPI)

Top silkscreen (PNG 600DPI)

 

Partslist (DOC)

 

Schematic

Xray
PCB Xray view.
Alle banen bevinden zich aan de onderzijde (rood).
Top copper (groen) bevat geen verbindende banen. 
Indien dubbelzijdig gemaakt, moeten (indien mogelijk) de eilandjes met een kruisje er doorheen aan boven- en onderzijde gesoldeerd worden.



Topsilk
Bottom copper
Photo

Prototype.


    Hoe het werkt.
Als "Key" kortgesloten wordt oscilleert IC1a. Het sleutelsignaal wordt door IC1b gebufferd. Het schakelnineau is 3,6V.
De door IC1a gegenereerde blokgolf is ongeschikt om een zender te moduleren. Het signaal bevat te veel sterke harmonschen, en tijdens het aan/uit schakelen worden een flinke gelijkspannings sprongen veroorzaakt. De gelijkspanningsprongen zouden hoorbaar worden als sterke sleuteklik, en de harmonischen als onaangenaam scherp. Ook veroorzaken ze onnodig grote zender bandbreedte. Een nagevoegd lowpass filter zou niet effectief genoeg zijn. De gelijkspanningsprong zou niet verzwakt worden, en sleuteklik zou sterk hoorbaar blijven.

Daarom is een (dubbel) banddoorlaatfilter nagevoegd. Dit verwijdert niet alleen alle frequenties hoger dan de toon (alle harmonischen), maar ook alle frequenties lager dan de toon, en daarmee de gelijkspanningsprong en de sleuteklik. Het resultaat is een prettig te beluisteren signaal, dat zonder "rinkelen" en klik snel gesleuteld kan worden (40WPM).

Het  oscillogram laat een door 35Hz gesleutelde toon van ca. 820Hz zien. C1, C3, C4, C7 and C8 zijn allen 22nF
Voor een bv. 10x lagere toonfrequentie zouden deze condensatoren 10x zo groot in waarde gekozen moeten worden (82Hz -> 220nF) en omgekeerd.

De eigenschappen van het filter zijn zo gekozen, dat tot 40WPM gesleuteld kan worden, zonder dat "rinkelen" optreedt. Bovendien staat de bandbreedte van het filter toe, dat de oscillator tot + en - 10% naast de centrale filter frequwentie mag worden afgestemd. 

    Onderdelen.
Als deze toongenerator als sounder gebruikt gaat worden, is de stabiliteit en nauwkeurigheid van de opgewekte toon minder belangrijk. In dat geval kan voor alle condensatoren keramische van  het type X7R worden gekoze (NIET Y5V / Z5U !). P1 kan een eenvoudig trimpotje zijn.

De 1750Hz filters en CTCSS filters in repeaters zijn echter zeer smalbandig. Een 1750Hz toon en een sub audible toon MOETEN daarom nauwkeurig en stabiel zijn. 
Dit vraagt om een (door IC2)  gestabiliseerde voedingspanning, EN zeer temperatuur stabiele componenten voor de frequentie bepalende elementen : metaalfilm weerstanden en FILM condensatoren. Ook de 3,6V referentie moet stabiel zijn. P1 MOET dan (in verband met het makkelijk en nauwkeurig instellen) een 10slags CERMET instelpotmeter zijn, liefst met een zo klein mogelijke waarde (1kOhm of minder).

Behalve NP0 types zijn alle keramische condensatoren ONGESCHIKT voor kritische toepassingen. Hun waarde verandert aanzienlijk door gelijk- en wisselspanningen, temperatuur variaties en veroudering. Toegepast als koppelcondensator kunnen ze zelfs InterModulationDistortion (IMD) veroorzaken ! 

FILM condensatoren zijn stabiel. Ze veranderen bijna niet in waarde, en veroorzaken als koppelcondensator geen IMD.  Een reden om in kritische toepassingen (condensator microfoons) keramische condensatoren te vervangen door film condensatoren. Een goedkope upgrade (zie microfoon modificaties).

Met R14+R14a (27k + 6k8 in serie) en C1 wordt de gewenste toonfrequentie grof ingesteld. Met C1b kan gezorgd worden, dat de gewenste toonfrequentie met P1 ongeveer in de middenstand is bereikt.

Ook kan voor C1b een (keramische) condensator met geschikte waarde en POSITIEVE temperatuur coŰfficient gekozen worden, om de licht positieve temperatuur coefficient van de schakeling (ca. +0,5% @ + 30C) te compenseren. 

    Constructie.
De te gebruiken waarde voor C1, C3, C4, C7 and C8 zal meestal geen standaard waarde zijn. Daarom is voor elk van de condensatoren een tweede plaats parallel voorzien. Dmv. deze extra condensatoren kan (met voldoende nauwkeurigheid, 1%) de gewenste waarde worden bereikt. Omdat vele condensatoren een tolerantie tot 10% bezitten, is het verstandig om voor de montage, de waarde van de combinaties te meten. Met een moderne goedkope digitale universeelmeter is dit eenvoudig.

Boor alle gaten met 0,8mm

Boor de gaten voor D2 en de print connectoren met 1,2mm

Boor de drie schroefgaten met 3,5mm

Voordat u de onderdelen plaatst en soldeert, verbind u eerst beide massavlakken van de print met de massa aansluiting van de soldeerbout.
Dit voorkomt schade aan halfgeleiders.

Soldeer IC2. Soldeer pen 2 aan beide zijdes. Soldeer eerst aan de onderzijde.

Soldeer eerst C5, dan C6. Soldeer eerst de onderzijde en zorg dat aan de bovenzijde een kleine ruimte overblijft om de massa aansluitingen ook daar te kunnen solderen.

Soldeer D2

Soldeer IC1. Soldeer pen 11 aan beide zijdes.

Soldeer D1.

Soldeer alle weerstanden. Soldeer de massa aansluitingen van  R3, R6, R8, R11  aan beide zijdes.

Soldeer de overgebleven condensatoren. 

Soldeer P1, P2, P3.

Soldeer de print connectors.

---

    Stel de trimpots voorlopig als volgt in:
P1 zodanig, dat tussen IC1 pen 1 en 2 ca. 34kOhm gemeten wordt
P2 zodanig, dat tussen de loper en massa 1kOhm gemeten wordt
P3 zodanig, dat tussen de loper en C9 0 Ohm gemeten wordt (max positie).

    Afregelen:

1 Verbind een oscilloscope (10V range) of een multimeter (2Vac range) met "Output".
2 Sluit 12-15Vdc power aan.
3 Controleer met een hoogohmige (digitale) multimeter de spanningen op IC1-4 (8.0Vdc) en op IC1-6-10-12 (3.6V dc).
4 Sluit "Key" kort.
5 Regel de frequentie mbv. P1 af op maximale output.
6 Regel P2 af voor maximale onvervormde spanning (5Vpp). Regel P2 daarna terug naar 80 % (4Vpp)
7 Stel nu P1 op de gewenste toonfrequentie in (maximaal + of - 10% tov. van de in punt 5 bereikte frequentie).
8 Regel P2 opnieuw af op 4Vpp.
9 Borg P1 en P2 met lak.
Van nu af aan moet de uitgansspanning ingesteld worden met P3. P1 en P2 niet meer verdraaien.


    Stabiliteit.
In de eerste paar minuten na het inschakelen loopt, als gevolg van het opwarmen van de chip in IC1, de frequemtie ca. 0,1% omhoog. De schakeling kan daarom het best altijd aangeschakeld blijven. Ruis en brom zijn minimaal.

De frequentie stabilteit is verder geheel afhankelijk van de kwaliteit van de (MKS2)  folie condensatoren. Vooral van C1.

    1750Hz 
Voor een toon van 1750Hz kan de waarde voor  C1, C3, C4, C7 en C8  als volgt berekend worden:
C = ((820 / 1750) x 22n) = 10.29 nF. Gebruik 10nF 1% + 270pF.
Het nauwkeurig afregelen op 1750Hz kan het makkelijkste geschieden mbv. een counter en 10s poorttijd.

    Sub audible tones (voor CTCSS).
Voor een filterfrequentie van 80 Hz kan de waarde voor  C1, C3, C4, C7 en C8 als volgt berekend worden:
C = ((820 / 80) x 22n) = 225.5 nF. Gebruik 220nf 1%. 
Met deze filter frequentie is nu elke toonfrequentie tussen 71,9 en 88Hz op te wekken.
Kies voor P1 250 of 500 Ohm en voor R14 een geschikte waarde (ca. 34k +- 10%)  zodat de instelling van P1 ongeveer in de middenstand uitkomt.

    BELANGRIJK: Waar een sub audible toon in de zender te injecteren ???

Er zal, als gevolg van het injecteren van de sub audible tone, geen zoemtoon hoorbaar worden MITS:
- de ingstelde toon deviatie niet meer dan 250Hz piek bedraagt (hetgeen ruim voldoende is in slechte signaal condities)
- de sub audible tone in de zender geinjecteerd wordt NA de begrenzer schakeling. Bv. via een geschikte serieweerstand die direct op de print aan het lopercontakt van de deviatiepotmeter is geslodeerd.

Een sub audible tone mag >>NIET<< ergens in de microfoonversterker van een zender worden ge´njecteerd !
Het begrenzer circuit van de zender zou dan onherroepelijk hevige intermodulatie vervorming veroorzaken.
En zal ook gedurende modulatiepieken het onmiddellijk kortstondig sluiten van de toonsquelch veroorzaken (hikken).

    Een afregel methode voor een sub audible toon frequentie.
Laat eerst de schakeling (zender) opwarmen tot bedrijfs temperatuur.
- Verbind de toon output van het printje met de X-input van een oscilloscoop.
- Verbind de Y-input van de oscilloscoop met de data-output van een ontvanger. (De toon is uit het luidspreker signaal weggefilterd, en daar niet meetbaar).
- Schakel de oscilloscoop over op X-Y mode, en regel X gain and Y gain and positie af.
- Stem de ontvanger op een repeater af die de gewenste toon uitzendt.
- Regel P1 af voor een stil staande ellips.
- Test de temperatuur stabiliteit door het printje enkele malen (mbv. een haardroger) te verwarmen en af te koelen.

De toon frequentie is correct ingesteld, als de ellips MINDER dan 1x 360gr per 12 seconden ronddraait.