De QSO verbeteraar als bouwpakket

Eerder verschenen in de Electron van maart 2024 (jaargang 79) blz. 119-111.

In de Electron van oktober 2023 (blz. 468-470) beschrijft Thieu, NL-199, een schakeling waarmee de verstaanbaarheid van gesprekken op de verschillende amateurbanden te verbeteren is. Met het ouder worden neemt bij veel mensen het gehoor van met name voor de hogere geluidsfrequenties af. De beschreven schakeling compenseert dat door juist de hogere frequenties extra te versterken. In feite hetzelfde als gehoorapparaten proberen te doen maar daar wil niet iedereen direct aan geloven. Het schakelingetje ziet er eenvoudig uit en het is zeker iets dat ik in de toekomst wil gaan gebruiken.

Figuur 1: Printplaatje van FAR Circuits.

Zoals Thieu in zijn artikeltje schrijft bestaat er ook een printplaatje, zie figuur 1, van de schakeling dat te bestellen is bij het bedrijfje FAR Circuits van Fred KF9GX. De schakeling is gebaseerd op wat beschreven is door Hal Kennedy, N4GG, in het artikeltje An Audio Intelligibility Enhancer dat verschenen is in de QST van januari 2005 (blz. 28-32). De onderdeelcodes komen overeen met het schema in dat artikel (figuur 3 op blz. 30).  

Voedingsschakeling

Figuur 2: Voedingsschakeling.

Zoals gezegd is de schakeling redelijk eenvoudig maar toch kun je tegen wat eigenaardigheden oplopen bij de opbouw. Vandaar dat ik de bouw hieronder wat uitgebreider beschrijf samen met metingen die ik tussendoor heb uitgevoerd. We beginnen met de voeding, zie figuur 2. Er vallen twee zaken op. Het eerste is dat de LED die moet aangeven dat het apparaatje is ingeschakeld vóór de spanningsregelaar is aangesloten. Persoonlijk zou ik dat ná de spanningsregelaar doen zodat je meteen een idee krijgt of de voedingsspanning daadwerkelijk bij de schakeling aankomt. Het tweede is de spanningsregelaar zelf. Het is de gebruikelijke 5 Volt regelaar die met een weerstandsnetwerkje van R22 en R23 zo is ingesteld dat de uitgangsspanning van de schakeling 10 Volt bedraagt. Het is eenvoudig na te gaan dat de gekozen weerstandswaarden ook inderdaad daartoe leiden als je weet dat de stroom “onder uit” de spanningsregelaar (pootje 3), praktisch onafhankelijk van de belasting, 4,5 mA bedraagt. De spanningsdeler achter de regelaar stelt de opamps in de schakeling in op de halve voedingsspanning zodat de amplitude van het signaal maximaal kan zijn.

Thieu heeft er in zijn schakeling voor gekozen om geen spanningsregelaar toe te passen. Dat kan goed gaan bij een onafhankelijke voeding. Wel moet goed gelet worden op de aangelegde spanning en de maximale voedingsspanning voor de vermogensversterkers. Ik kom daar verderop op terug.

Als de schakeling op de gemeenschappelijke voeding voor een transceiver wordt aangesloten kan het zijn dat tijdens het zenden storing ontstaat in de schakeling. Een spanningsregelaar zal dat effect aanzienlijk dempen. Als luisteraar heb je dat probleem natuurlijk niet maar er is geen reden om aan te nemen dat amateurs die ontvangen én zenden geen baat zouden kunnen hebben bij deze schakeling.

Figuur 3: Printplaatje met voedings-schakeling.

De printplaat voorziet in gaatjes voor printpennen met een diameter van 0,8 mm. Mijn pennen zijn 1,3 mm, dus ik moest ze wat ruimen om groter te krijgen. Er is voldoende koperoppervlak beschikbaar voor de grotere pennen, overigens. Je kunt natuurlijk ook meteen aansluitdraden aan de print monteren maar omdat ik ook uitgebreid meten wilde heb ik soldeerpennen gebruikt, zie figuur 3.

Aanwijzingen voor het bouwen: (1) let op de oriëntatie van de LED. Het “platte vlakje” – zoals aangegeven op de printplaat – is niet altijd aanwezig, maar wel is altijd aan die kant de aansluitdraad een stukje korter; (2) de spanningsregelaar houdt zijn rug naar de zijkant van de printplaat, zie ook de foto 3. 

Meetresultaten: zodra aan de klemmen linksboven op de print voldoende spanning wordt aangeboden zal de LED gaan branden. Boven ongeveer 12 Volt gaat de spanningsregelaar stabiliseren en zal aan de +-pool van C20 een spanning van praktisch 10 Volt worden gemeten. Gebruik hiervoor een eenvoudige universeelmeter. Blijft de spanning echter mee-variëren met de aangeboden spanning, dan is de spanningsregelaar óf defect óf verkeerd gemonteerd. Als de 10 Volt wordt gemeten dan zal op het knooppunt van de twee weerstanden R24 en R25 de helft van die spanning staan, ongeveer 5 Volt.

Vermogensversterkers

Figuur 4: Schakeling vermogensversterker(s).

De vermogensversterkers bestaan uit de LM386 met wat extra onderdelen, zie figuur 4. Bij de aanschaf van het IC is het even opletten want er zijn drie uitvoeringen: LM386-N1, LM386-N3 en LM386-N4 met respectievelijke maximum voedingsspanningen van 6 Volt, 9 Volt en 16 Volt. Vanzelfsprekend moet de laatste gekozen worden voor onze schakeling. De anderen kunnen zonder meer ook gebruikt worden, maar dan moet de voedingsschakeling – dus de waarden van de weerstanden R22 en R23 – worden aangepast. Voor de geluidskwaliteit zal het weinig uitmaken, verwacht ik.

Thieu heeft de ingangsweerstand R8 (R18 voor de tweede vermogensversterker) vervangen door een potmeter van 10 kΩ. Ik heb dat niet gedaan. Naar mijn mening zijn er nog voldoende mogelijkheden om het volume aan te passen. Mocht dat later onpraktisch blijken, dan kan de potmeter worden toegevoegd via de gemeenschappelijke contacten van de schakelaar S1, zie verderop.

Figuur 5: Printplaatje met een gemonteerde vermogensversterker.

Aanwijzingen voor het bouwen: Natuurlijk even goed opletten op de manier waarop het IC gemonteerd moet worden. Een klein probleempje ondervond ik met de ingangscondensator C7 (C16 voor de tweede vermogensversterker).  Die is zo groot dat er te weinig ruimte overblijft voor de naastliggende printpen. Ik heb dat opgelost door een extra gaatje te boren, zo’n 2 mm van de ingangscondensator verwijderd.

Figuur 6: Frequentiekarakteristiek van de vermogens-versterker.

Metingen: om de kwaliteit van de vermogensversterker te meten heb ik aan de uitgang, de soldeerpen bij C8 (of C17) een 8,2Ω/1W weerstand aangesloten. Met een signaalgenerator bood ik, via de soldeerpen bij de ingangscondensator C7 (of C16), een wisselspanning aan met een amplitude van 1 Volt en een frequentie van 1kHz. De versterking van het IC is nominaal 26 dB oftewel 20x. De verzwakker gevormd door de weerstanden R7 en R8 (of R17 en R18) is ongeveer 22x, dus we verwachten aan de uitgang ongeveer 0,9 Volt wisselspanning. De schakeling levert dan minder dan 100 mW, dat kan het IC gemakkelijk hebben.

Nadat allebei de versterkers op de printplaat zijn gebouwd kunnen ook wel wat meer uitgebreide metingen gedaan worden: de frequentiekarakteristiek opnemen, zie figuur 6. Ik heb twee verschillende metingen gedaan, namelijk een met onbelaste uitgang en een met de bovengenoemde belasting van 8,2Ω. Het verschil in respons is enorm: waar de onbelaste versterker praktisch 1x versterkt over het hele frequentiebereik van 20Hz – 20 kHz geeft de belaste versterker pas de volle versterking vanaf ongeveer 100 Hz, het kantelpunt van het RC-netwerk gevormd door de belasting en de uitgangscondensator C8(17). Hoe ik de meting gedaan heb? Wel, ik hang daarvoor via een USB-verbinding aan mijn laptop een PicoScope 2204A met twee kanalen en een signaalgenerator. Een gratis software pakketje, Frequency Response Analyzer, doet vervolgens vrijwel automatisch de analyse en geeft de resultaten in een CSV-bestand. De plaatjes maak ik met het open-source programma GNUPLOT.

Actieve filter

Over het actieve filter is in de voorgaande artikelen, dat van Thieu zowel als dat van Hal, al veel geschreven. Het idee is de frequentiekarakteristiek zo in te richten dat die tegengesteld is aan die van het verouderde gehoor. Meer hoge tonen dus met gelijkblijvende lage tonen. De schakeling van het actieve filter, zie figuur 7, bevat dan ook twee identieke opamp-schakelingen om dat effect te bewerkstelligen.

Figuur 7: Schakeling van het actieve filter

In het schema zijn de frequentiebepalende elementen R4(14), C4(13), R3(13) en C3(12) bij de eerste opamp U1C(D) en R6(16), C6(15), R5(15) en C5(14) bij de tweede opamp U1B(A), nauwkeurige exemplaren opgenomen. Hal N4GG nam weerstanden uit de E24-reeks met 1% tolerantie maar condensatoren met 10% tolerantie. Terecht heeft Thieu voor de weerstanden de dichtstbijzijnde waarde uit de E12-reeks genomen met de gebruikelijke 5% tolerantie. De precieze ligging van de kantelpunten in de frequentiekarakteristiek is niet zo belangrijk naar Thieu’s idee. Ik stem volledig in met die keuze.

Figuur 8: Compleet bestukte printplaat.

Aanwijzingen bij het bouwen: het enige kritische element is het 14-pens IC van het type LM324 met de vier opamps, zie figuur 8. Dat moet goed georiënteerd zijn, dus met het inkepinkje in het IC naar het zwarte vlakje op de printplaat. Vergeet niet de soldeerbrug “JUMPER” naast het IC aan te brengen.

Figuur 9: Frequentiekarakteristiek van het actieve filter.

Metingen: Net als bij de vermogensversterkers heb ik ook van de actieve filters de frequentiekarakteristiek opgenomen. De resultaten waren aanvankelijk een beetje vreemd, zie figuur 9. Daarom heb ik ook maar, met MS-Excel, een berekening gedaan om mee te vergelijken, de zwart gestippelde lijnen in figuur 9. Het idee was dat voor de lage frequenties, tot ongeveer 100 Hz, de karakteristiek vlak zou zijn met een versterking van 1x oftewel 0 dB. Voor hogere frequenties zou de versterking toenemen tot een plateau vanaf ongeveer 5 kHz. Het plateau voor één trap (3 dB/oct) zou liggen bij ongeveer 5x versterking, dus 14 dB, en dus voor twee trappen bij 25x, 28 dB. Maar al voordat het plateau bij hogere frequenties gehaald wordt daalt de karakteristiek alweer om te voorkomen dat hogere dan audiofrequenties versterkt worden. Ook bij de laagste frequenties is er niet echt een plateau. De verantwoordelijke daarvoor is de koppelingscondensator C2(11) met ingangsweerstand R2(12), waarvan de kantelfrequentie ligt bij ongeveer 16 Hz.

Complete schakeling

Figuur 10: Samengestelde schakeling.

Om de verschillende onderdelen die op de printplaat zijn gebouwd te laten samenwerken zijn een tweetal schakelaars en twee 3,5 mm jack chassisdelen nodig, zie figuur 10. Met de ene schakelaar, S1, kun je kiezen tussen 3 dB/oct of 6 dB/oct versterking en met de tweede schakelaar, S2, kun je de versterker overbruggen. Voor de voeding kan je ook een chassisdeel gebruiken, die staat niet in figuur 10 aangegeven.

Figuur 11 Complete schakeling in een transpa-rant kastje.

Hoe je een en ander samenbouwt is ieders eigen smaak. Ik heb er zelf een doorzichtig kastje omheen gebouwd, zie figuur 11.

Natuurlijk heb ik de schakeling ook zelf gebruikt. Ik ben behoorlijk slechthorend en draag daarom hoorapparaten. Zonder die hoorapparaten en met een koptelefoon op is de kwaliteit van het geluid van de QSO-verbeteraar met schakelaar S1 in de stand 3 dB/oct al evengoed als dat van mijn hoorapparaten. De tweede stand, 6 dB/oct, is slechts af en toe een verbetering. Dat hangt af van de hoeveelheid ruis op de achtergrond. De koptelefoon kan overigens niet met mijn hoorapparaten samen gebruikt worden, die gaan dan “rondzingen”. Voor mij is dit dus een geweldige verbetering!

Bouwpakket

Wilt u de schakeling ook bouwen? Van de printplaat heb ik nog een bescheiden voorraadje liggen, daar reken ik € 8 per stuk exclusief verzending voor. Ik heb ook een onderdelenlijst samengesteld waarmee u in een keer alle benodigdheden kunt bestellen bij één firma. Deze beschrijving, de originele figuren en de onderdelenlijst zijn beschikbaar via deze link. Mochten er vragen zijn, dan ben ik vanzelfsprekend bereid die te beantwoorden, liefst via pa2kop@veron.nl

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *