Automatyczna Regulacja Wzmocnienia

[SP2JQR]

Pomierzyłem dziś wstępnie czasy regulacji Digitala 1000, MiniYesa i Piligrima z 4-fazowym ARW.

Digital 1000 - około 150ms

MiniYes - około 90 ms

Piligrim - około 2ms !!!

Różnica jest tak duża, że nie dało się użyć do pomiaru tej samej podstawy czasu.
MiniYes ma widoczne potężne przeregulowanie rzędu 800%, gdzie dla pozostałych TRXów wynosi ono około 200%.

Pomierzyłem wstępnie, gdyż do dokładnych pomiarów potrzebny jest specjalny układ synchronizacji oscyloskopu i bramkowania generatora. Na ten moment nie mam czasu na jego zrobienie. Generatorem i oscyloskopem sterowałem ręcznie, tyle razy, aż utrafiłem we właściwy stan nieustalony. Daje to małą dokładność ze względu iż sygnał generatora jest załączany przekaźnikiem, który sam z siebie generuje widoczne stany nieustalone.
Pomimo jednak tak prymitywnej metody pomiaru z zarejestrowanych obrazków wystarczająco dobrze widać różnice w pracy poszczególnych układów ARW.
Przy najdłuższej podstawie czasu w oscyloskopie działa układ rolowania. W tym zakresie widoczna częstotliwość nie jest częstotliwością wejściową, a różnicową między układem próbkowania a f-wejściową. W pomiarach użyłem generatora odstrojonego od częstotliwości dudnień TRXa o 1000Hz i 200Hz.
Sygnał widoczny u góry ekranu to częstotliwość akustyczna na wyjściu m.cz., a sygnał poniżej to sygnał błędu ARW (ten, który steruje S-metrem wzięty jednak możliwie blisko detektora ARW.
Dla najszybszej automatyki w Piligrimie zaobserwowałem czas opóźnienia startu sygnału ARW. Popatrzcie sami jak to wygląda na zdjęciach.
Zdjęcia robiłem aparatem ponieważ nośnikiem informacji w tym starym modelu oscyloskopu była dyskietka. Nie znalazłem pod ręką tak archaicznego nośnika, tudzież dziury w komputerze, do której mógłbym go włożyć...

Zdjęcia wkleję jak je pozmniejszam, serwer się burzy i nie przyjmuje takich dużych załączników, na ten moment nie mogę tego zrobić bo odpowiedni program mam w innym komputerze i w innym miejscu.
pzdr

[SP9FKP]

Odniosę się jeszcze do pomysłu wtórnej modulacji sygnału mcz. na podnośną. Próbowałem ale napotkałem problem z ograniczeniem zakresu automatyki przez szczątkową nośną modulatora DSB. Po kilku próbach doszedłem do wniosku, że o częstotliwościach radiowych raczej trzeba zapomnieć (problemy ekranowania itp.) ale można spróbować modulować na częstotliwość kilkunastu kiloherców i zastosować wąski notch dla poprawienia tłumienia nośnej.

[SP2JQR]

Jakiego modulatora użyłeś?
NE612 ma wytłumienie około 50dB. Powinno wystarczyć.
proponuję f=500kHz z rezonatora ceramicznego.

[SP9FKP]

Próbowałem z SBL-1 w podstawowym układzie. O kilkunastu kHz pomyślałem bo można próbować wykorzystać dekoder stereo jako modulator no i mamy gotowe notch'e na 19kHz.

[SP2JQR]

To dobry pomysł, choć bardziej skomplikowany niż z NE612, próbuj dalej - trzymam kciuki !

[SP9FKP]

Ciekawe czy dałoby się wzbudzić rezonator zegarkowy 32,768 kHz, a drugi zastosować w notch'u (myślę o NE612) ?

[SP2JQR]

To jeszcze lepszy pomysł, trzeba przeliczyć kondensatory w generatorze dla tej częstotliwości. Musi być czysty sinus, inaczej właśnie trudno zrównoważyć modulator. Na wyjściu modulatora daj wzmacniacz operacyjny, a sygnał wejściowy przeskaluj potencjometrem, aby wykorzystać cały zakres dynamiczny układu.

---

Zapomniałem o jeszcze jednym szczególe - do detekcji zastosuj podpolaryzowaną diodę lub jeszcze lepiej układ diody idealnej na wzmacniaczu operacyjnym.

---

Jeszcze jeden szczegół przyszedł mi do głowy: wypróbuj też 500kHz. 32kHz jest dobra ze względu na zrównoważenie, ale przy braku ekranowania będzie siać harmonicznymi. Warto nawet pod tym względem przetestować 1MHz (też wystarczy ceramik) lub jeszcze więcej biorąc za kryterium jak najmniej prążków w pasmach amatorskich.

[SP2JQR]

Cześć
Zainstalowałem w końcu program do zmniejszania obrazów. Mogę teraz przedstawić wyniki pomiarów ARW trzech TRXów w postaci wykresów z oscyloskopu cyfrowego.
Nie udało się zastosować jednakowej skali czasu do pomiarów. Różnice są tak porażająco duże, że na tej samej skali byłby widoczny tylko jeden wykres. Zwróćcie więc uwagę na nastawę podstawy czasu u góry w lewym rogu ekranu. W prawym górnym rogu jest widoczny pomiar czasu regulacji. Jes to przybliżony czas, ponieważ nie ustawiałem bardzo dokładnie wielkości 10% przeregulowania sygnału zgodnie z definicją przy tego rodzaju pomiarach. Różnice w czasie regulacji Piligrima z czterofazową ARW są tak porażające, że większa dokładność jest całkowicie zbędna. Niestety nie chciało mi się już wracać do pierwotnego układu ARW w Piligrimie i mierzyć układu oryginalnego. Prawdopodobnie też byłby i bez przeróbek najlepszy, może ktoś inny się pokusi o taki pomiar.
Wniosek z pomiarów jest jasny. Piligrim ma zdecydowanie najlepsze pod względem dynamicznym ARW po przeróbkach. Prawdopodobnie również i bez przeróbek.
W związku z tym w Piligrimie wykonałem najwięcej pomiarów.
Na trzech wykresach widoczne są pomiary trzech kolejnych etapów regulacji.
Pierwszy etap to opóźnienie regulacji - od momentu pojawienia się sygnału do początku startu regulacji występuje pewien czas zwłoki. Spróbujcie podyskutować zkąd ten czas się bierze. Jest on bardzo krótki i do pominięcia w porównaniu z czasami regulacji, ale nad tym można jeszcze popracować. Moim zdaniem jest to czas potrzebny do wzrostu sygnału od poziomu szumów do poziomu około 0,7V czyli progu przewodzenia tranzystorów detekcji ARW. Gdyby podpolaryzować te tranzystory to ten czas można zmniejszyć, ale może się mylę - sprawdźcie to. Opóźnienia związane z filtrami i pasmem przenoszenia nie bierzemy pod uwagę, gdyż oba sygnały były mierzone za układem filtrów, gdzie pasmo przenoszenia jest szerokie ( nie mierzyłem go), być może jednak ma znaczenie też czas propagacji elementów.

Układ ARW w Piligrimie ma dwie stałe czasowe ładowania. Jest to wyraźnie widoczne w pomiarze. Najpierw występuje szybka regulacja związana z ładowaniem pierwszego kondensatora o małej pojemności dające bardzo mały czas regulacj rzędu 2ms a potem doładowuje się drugi większy kondensator - około 8ms - zapewniając jednocześnie dużą dokładność regulacji

Pomiary pozostałych TRXów czyli Digitala 1000 i MiniYesa są całkowicie poza konkurencją. Czas regulacji ARW w Digitalu 1000 wynosi około 150ms. Jest to typowy czas dla klasycznego ARW wykonanego w torze m.cz. bez przeróbek. Prawdopodobnie czas regulacji dla SP5WW byłby podobny. W przypadku MiniYesa czas ten jest nieco krótszy i wynosi około 90 ms, ale mamy tu z kolei do czynienia z bardzo wielkim przeregulowaniem sięgającym na oko prawie 1000%. Powodem tego jest wielki zapas dynamiki tego TRXa co dla systemu ARW nie jest korzystne. To też tłumaczy wielką wrażliwość tego TRXa na zakłócenia impulsowe.
W Digitalu 1000 jest widoczne wyraźne limitowanie wielkości sygnału przez nasycone wzmacniacze na poziomie około 200%. Podobnie jest w Piligrimie.
Widać z tego, że należałoby obalić mit o konieczności stosowania wielkiej dynamiki we wzmacniaczu p.cz. (m.cz. dla homodyny).
Aby nie było znacznych przeregulowań należy stosować limitowanie sygnału na poziomie około 200%. Nie zwalnia to oczywiście z konieczności zachowania w przedziale pracy dobrej liniowości wzmacniaczy.
Popatrzcie sami więc na wykresy, może jeszcze jakieś wnioski wyciągniecie - warto to wszystko uwzględnić przy konstruowaniu nowych TYRXów.

[SP9FKP]

Kolejny raz można się przekonać, że kilka obrazków jest warte tysiąca słów. Ale do rzeczy. Z wielu aspektów działania ARW jeden parametr jest głęboko i żarliwie dyskutowany. Jaki ma być zakres regulacji, innymi słowy, jaka ma być dynamika ? Na pierwszy rzut ucha, jak największą. W tą stronę poszedł K6OLG budując swoją pośrednią na AD600. Uzyskiwany zakres regulacji przekracza 120 dB. Czy aby na pewno potrzebny jest taki zakres ?
Jeśli liczyć w skali S to od S1 do S9+30 dB (a więc w typowym dla KF zakresie dynamicznym sygnałów) mamy zaledwie 84 dB. Jeśli do tego mamy odłączany wzmacniacz 12dB i tłumik 12 dB to wystarczy 60 dB. Potwierdza to pośrednia z K2, w której pracuje MC1350 z katalogową regulacja wzmocnienia tego rzędu.
Pozostaje problem stacji lokalnej, pracującej z sąsiedniej ulicy. Na pewno przekroczy ten zakres. I co wtedy ? Ano wtedy wystarczy użyć regulatora siły głosu ( z potencjometrem logarytmicznym) i dołożyć brakujące 30 dB tłumienia. Do tego nie jest potrzebna dynamika ARW ale dynamika toru odbiornika, który i takie sygnały musi przenieść bez zniekształceń aż do potencjometru. Jeśłi jeszcze weźmiemy pod uwagę, że ARW nie powinna pracować od S1 ( co innego wskaźnik S-metra) by wyeliminować nieprzyjemny efekt "pompowania" szumu a nasze ucho też ma niezłą automatykę, to ile tak naprawdę potrzeba ?

[SP2JQR]

Odpowiedź pozornie jest prosta: Zakres regulacji ARW powinien wynosić tyle ile wynosi tłumienie poza pasmem użytecznym użytego do odbioru filtru.

Zauważmy jednak, że wiele amatorskich konstrukcji ma bardzo proste filtry, których tłumienie pozapasmowe nie przekracza 40dB. Również konstrukcje używające np. filtrów o katalogowym tłumieniu poza pasmem rzędu 90dB rzadko kiedy są wykonane w taki sposób, że wykorzystują ten parametr - np. dla Digitala 942 używającego PP9 to tłumienie również ledwo osiągało 40dB - reszta to przesłuch poza filtrem. Podobnie jest w innych konstrukcjach. Mi osobiście nigdy nie udało się wycisnąć z filtru PP9 więcej jak 85dB pomimo wszelkich środków zaradczych.
Czy warto więc stosować ARW o większym zakresie działania? Odpowiedź jest dwojaka:
1. Po pierwsze absolutnie warto, gdy tor wejściowy odbiornika ma wystarczającą dynamikę, pomimo słabszego filtru. Dzięki temu nie musimy bez przerwy stać przy radiu i załączać np tłumik, gdy zacznie nadawać kolega z tego samego osiedla - tłumienie drugiej wstęgi i innych sygnałow będących z boku nie ma najmniejszego znaczenia, ponieważ i tak będą przykryte silnym sygnałem. Znaczenie będzie mieć wówczas tylko czytelny odbiór kolegi na podobnym poziomie głośności jak pozostałe stacje. W dobrym radiu tłumika praktycznie nie używamy, nawet w przypadku nadawania z tego samego osiedla.
Inny problem powstaje, gdy kolega na tym samym osiedlu pracuje kilka kanałów obok. Wówczas nic nie poradzimy pomimo wielkiej dynamiki wejściowej radia i dobrego ARW, ponieważ zastosowany filtr selektywny nie da rady go wytłumić. Musi więc być działanie równoległe w postaci powiększenia tłumienia filtu p.cz. do poziomu wyznaczonego możliwościami dynamicznymi toru wejściowego.

2. Po drugie można stosować mniejszy zakres regulacji, jeśli zakres dynamiczny toru radiowego i tak nie pozwala na przenoszenie bez zniekształceń dużych i jednocześnie małych sygnałów. Wówczas stosowanie większego zakresu regulacji nie ma większego sensu, bo i tak wcześniej powstaną zniekształcenia t torze wejściowym i żadne ARW tu już nie pomoże. W tym momencie dopiero jest całkowicie uzasadnione, a wręcz konieczne zastosowanie tłumika, a nawet kilku stopni tłumienia lub potencjometru. Tylko w takich radiach należy stosować odpowiednio dobrane tłumiki.
Mocnym odbiornikom też tłumik może się przydać, ale tylko w przypadku nadawania kilowatami z sąsiedniego bloku.

Jak to jest w przypadku Piligrima?
Przedstawione obrazki prezentują jedynie pomiar dynamiczny czasów regulacji, a nie zakresu regulacji, jak też nic nie mówią o nachyleniu regulacji.
Zakres regulacji ARW w Piligrimie sięga maksymalnie poziomu około 70dB. Wszystko zależy od egzemplarza zastosowanego feta w układzie regulatora - dla słabszych tranzystorów będzie około 60dB. Zastosowany filtr ma tłumienie poza pasmem też około 70dB. Można powiedzieć, że jak na to radio to dobór jest prawidłowy, gdyby nie fakt, że to radio posiada znacznie większą dynamikę stopni wejściowych. Źle jest dobrane wzmocnienie stopnia sumującego czterofazowy sygnał. Pierwszy przesterowuje się wzmacniacz OP filtru, ale zaraz po nim właśnie ten stopień. Jednak ARW nie wyrabia już dużo wcześniej. Po wyskalowaniu S-metra okazało się, że ARW pracuje w moim radiu prawidłowo do poziomu +28dB ponad S-9, a powyżej z powodu ograniczenia zakresu regulacji następuje przesterowanie. Skalując S-metra musiałem lekko oszukać poziom S-9 +30dB i bardzo radykalnie oszukać S-9 +40 (S-9+60dB to pomyłka). Regulacja w zakresie 70dB jak sobie policzycie to zaledwie poziom S-9 +20dB !!! Biorąc pod uwagę, że regulacja nie zaczyna się od zera to jest odrobinę tych plusów więcej. Jak to się ma do prawie każdego normalnego fabrycznego radia, gdzie +60 ponad S-9 to norma - niech każdy odpowie sobie sam. Dynamika stopni wejściowych tego radia absolutnie pozwala na pełne wykorzystanie możliwości pomiarowych zastosowanej syntezy. Trzeba poszerzyć zakres regulacji ARW o około 40dB i to powinno wystarczyć.
Nie narzekajmy więc koledzy, że to złe radio, tylko dopracujmy go, aby wycisnąć z niego wszystko co ono może, a może znacznie więcej !
Do dzieła koledzy konstruktorzy.
Ja ze swej strony jak będę miał więcej czasu zrobię dokładne pomiary zakresu regulacji i jakieś wykresy w EXCELu, może wtedy sprawa będzie jeszcze jaśniejsza, cierpliwości...