Fragen zur Schaltung des K2 Nr01 - KSB2 SSB Board

Zitat von DK7JB

Könnt ihr mir die RX/TX Umschaltung und die ALC erklären? Wie funktionieren diese Schaltungsteile?
Welche Aufgabe hat die Diode D4 am Ausgang des Modulators?

CW-RX:
[RXC] ist "high", die Dioden D6 und D10 schließen die Pins 1-3 an den Ports P2/P3 kurz und das CW Filter wird damit in den ZF-Pfad eingeschleift. Die Dioden D8 und D12 sperren, womit das SSB Filter außer Betrieb wäre, die Dioden D9 und D13 schließen das SSB-Filter zusätzlich an Ein- und Ausgang kurz.

SSB-RX:
[RXS] ist "high", die Dioden D8 und D12 schleifen das SSB-Filter nun im ZF-Pfad ein. D6 und D10 sperren, das CW Filter ist damit außer Betrieb, D7 und D11 schließen es zusätzlich am Ein- und Ausgang kurz.

SSB-TX:
[TXS] ist nun an der Reihe "high" zu werden, Diode D4 und D14 ist durchgeschaltet, alle anderen Dioden in der RX-Filterumschaltung sind aus. Die Reihenfolge ist nun MIC-Kompressor,Produktmodulator, SSB-Filter, dann weiter über den [SSB]-Anschluss zur Leistungseinstellung [PWR CTRL] und zur [ALC], wonach das Einseitenbandsignal schlußendlich über den Emitterfolger Q2 (Q3 ist bei SSB gesperrt) an Pin7 von P1 ausgegeben wird.

ALC:
Dss SSB Signal gelangt zuerst zur Leistungseinstellung [PWR CTRL]. Diode D1 bildet mit R10 (100Ohm) einen über Ausgang B des DA-Wandlers MAX522 einstellbaren Spannungsteiler. Es folgt unmittelbar der einstellbare ALC-Spannungsteiler bestehend aus R8 und D2. Der Ausgang A des DA-Wandlers MAX522 stellt die ALC-Schwelle ein, diese Spannung wird am Emitter von Q1 angelegt und legt fest ab wann dieser Transistor anfängt zu leiten und einen Stromfluß durch D2 (Teil des ALC-Spannungsteilers) zur Folge hat. Dazu müssen die Spannungsspitzen von VRFDET (momentane Sendeleistung) höher als [ALC THR] + 0,7V werden.

Zitat von DK7JB

Welche Aufgabe hat die Diode D4 am Ausgang des Modulators?

Bei SSB-TX ist Diode D4 durchgeschaltet ([RXS] = "low") und leitet das Doppeseitenbandsignal zum SSB Filter durch. Bei SSB-RX ist [RXS] "high", D4 ist damit gesperrt und trennt den Produktmodulator im Empfangsfall vom SSB-Filter komplett ab. Das ist notwendig da die Ausgangsimpedanz des NE602 von 1,5k sonst parallel zum Ausgang des SSB-Filter liegen würde.

Hallo Jörn,

Zitat von DK7JB

- Ist es richtig, dass wenn ein Gleichstrom durch die Dioden fließt auch ein HF-Strom fließen kann und wenn die Diode sperrt auch kein HF-Strom fließen kann? Habe ich die Einzelheiten richtig in das angehängt Bild eingezeichnet? Wieso schließen D9 und D13 das SSB-Filter zusätzlich an Ein- und Ausgang kurz? Ist der Grund die Masseverbindung über die beiden 2k7 Widerstände?

die Dioden sind als normale Ein-Aus Schalter (SPST) zu sehen, fließt ein relativ hoher Gleichstrom über die Dioden werden diese niederohmig und die HF kann auch ohne große Verluste drüberlaufen. Der Gleichstrom- und HF-Pfad ist richtig eingezeichnet, die Drossel und der 2k7 Widerstand liegen dabei parallel zum 150Ohm Signalzug (hier Eingang ZF-Filter), belasten diesen aber, da beide Bauteile relativ hochohmig sind, kaum. Zu beachten ist, dass sobald z.B. [RXC] auf high wechselt, gleichzeitig [RXS] low ist (und sein muss!), das erledigt hier, still und leise, der µC auf dem SSB-Board.

Sobald [RXC] high wird fließt nun auch durch die Dioden D9 und D13 Strom. Die Dioden ziehen über ihre nun niederohmige Diodenstrecke den Ein- und Ausgang des SSB-Filters (niederohmige Trafowicklung) über C6 und C10 nach Masse.

Zitat

- Welche Aufgabe hat der Widerstand R5 mit 470 Ohm? Werden durch die "Umschaltbaugruppen“ die Impedanzen verändert?

Ich kann irgendwie keinen R5 Widerstand ausmachen. Wo sitzt der genau? Inwiefern die Impedanzen durch die Bauteile in der Umschaltgruppe verändert werden steht weiter oben.

Zitat

- Das Dämpfungsglied am Angang hat eine Impedanz von 150 Ohm und der CW-Filter braucht 150-200 Ohm.
- Gelten RP1 mit 2k7 Ohm Widerständen als HF-hochohmig, so dass das Signal nicht verfälscht wird?

Exakt, die 2k7 Widerstände sowie die 100µ Drosseln RFC1 und RFC2 sind als genügend hochohmig im Vergleich zu den 150Ohm anzusehen.

Zitat

- Die ALC habe ich so verstanden, dass sie bei niedrigem Mikrofonpegel das Signal stark verstärkt und bei hohem Mikrofonpegel das Signal weniger verstärkt.

Verstärken nicht aber abschwächen. Die Leistungseinstellung und die ALC werden über 2 Dämpfungsglieder realisiert. Jeweils ein fester 100Ohm Widerstand und ein veränderlicher in Form einer PIN-Diode (1N4007) bilden nun einen über Gleichstrom einstellbaren Spannungsteiler. Grundsätzlich bräuchte man keine ALC, der Kompressor bergrenzt ja seine max. Ausgangsspannung und der QRP-Leistungsverstärker kann im Endeffekt gar nicht übersteuert werden. Die ALC wurde wohl wegen der optionalen 100W Enstufe vorgesehen.

Zitat

Kannst du bitte noch etwas genauer erklären, wie das Signal beeinflusst wird, dass am Marker "SSB" in die ALC eingespeist wird? Hierbei ist mir das Zusammenspiel von Q2 und Q3 noch unklar?

Das ALC-Regelglied besteht aus R8 (100Ohm) und D2 (1N4007). Zusammen bilden diese einen einfachen Spannungsteiler, wobei ein Widerstandswert durch eine Diode nachgebildet wird. Die Höhe des Gleichstromes durch die Diode bestimmt wie niederohmig die Diode und damit wie stark das [SSB] Signal abgeschwächt wird. Reagiert nun z.B. die ALC wegen viel zu hoher Sendeleistung wird Q1, auch abhängig von der [ALC THR] Spannung, mehr oder weniger durchgesteuert und treibt einen Gleichstrom durch D2, die Diode wird niederohmig und dämpft das Einseitenbandsignal. Die ALC-Ansprechzeit ist sehr gering, wie lange es allerdings dauert bis der Normalzustand wiedereinkehrt wird über die Zeitkonstante des RC Gliedes R4/C38 entschieden.

Q2 und Q3 sind einfache Puffer, hochohmig am Eingang (BAsis) und niederohmig am Ausgang (jeweilige Emitter). Beide arbeiten auf dem selben Emitterwiderstand, sperren sich also gegenseitig. Ist CW gewählt, leitet Q3 das BFO Signal über Pin 7 weiter zum Sendemischer. Q2 ist gesperrt und trennt damit den SSB Pfad ab. Schaltet man nun auf SSB dient Q2 als direkter Puffer für die ALC Und leitet das geregelte Einseitenbandsignal weiter zum Sendemischer. Q3 ist über die Emitterspannung von Q2 gesperrt und trennt das BFO Signal für den Produktmodulator (Pin 12) vom Sendezweig ab. Da nur Q3 als Trennstufe alleine nicht ausreicht hilft hier die Diode D3 (hochohmig da TCX = low) zusätzlich mit. Ohne diese Maßnahme wäre wohl die Trägerunterdrückung nicht ausreichend.

Jetzt habe ich doch noch R5 entdeckt. Dieser leitet nur den [RXC] Steuerpin, also Gleichstrom, zur anderen Seite der Filterumschaltung, ist beidseitig HF-mäßig kaltgestellt und hat damit keinen Einfluß auf irgendein ZF-Signal. Es wurde hier extra eine C-R-C Tiefpasskombination aus C6-R5-C10 vorgesehen um zu vermeiden, dass das noch ungefilterte ZF-Signal nicht doch, aufgrund endlicher Dioden-Sperr- bzw. Kurzschlusswirkung, die ZF-Filter über diesen Pfad umgehen kann. Dieser Umstand würde sich in verminderter Weitabselektion äußern.

Zitat von DK7JB

SSB-Rx
TXS: Muss TXS nicht low sein, damit D14 sicher sperrt?

Sobald irgendein Steueranschluß (z.B. RXC) high ist sind automatisch alle anderen niederohmig (low). D14 würde zwar in diesem Fall auch mit TXS = high mehr oder weniger gut sperren, ein Low-Pegel an diesem Anschluß gibt aber die nötige Sicherheit, dass das unter allen Umständen (z.B. sehr hoher Pegel in der ZF) auch gewährleistet ist.

Zitat

CW-RX
TXS: Ist TXS low? Oder spielt es egal?

Wie geschrieben, sobald ein Steueranschluss high ist sind automatisch alle anderen low und dienen, wenn notwendig, als Stromsenke. Der Gleichstrom der z.B. aus dem RXC Pin am µC herausfließt muss notwendigerweise im RXS Pin wieder hineinfließen, sonst würde die Filterumschaltung, aufgrund immerwährend hochohmiger Dioden, nicht funktionieren.

Zitat

SSB-TX
Wieso sperren alle Dioden außer D4 und D14? Sind RXS und RXC low?

Sobald man auf Sendung geht ist nur [TXS] und [MOD EN] high. Alle anderen Steuerpins müssen zwangsläufig low sein, bilden also einen Masseanschluss für Gleichstrom nach. Da [MOD EN] high ist, liegt am Ausgang vom NE602 auch ca. 5V an (intern liegt ein 1k5 Widerstand zwischen Pin 8 und 4 an), die die Diode D4 schaltet. D14 ist niederohmig da ja TXS high ist, alle anderen Dioden in der Filterumschaltung sind im gesperrten Zustand.

Zitat

Wie wird der CW-filter kurzgeschaltet?

[RXS] ist "high", alle anderen Steueranschlüsse sind damit auf Masseniveau. D11 und D7 werden von Gleichstrom durchflossen, sind dadurch niederohmig und schließen die Pins 3 der Stecker P2 und P3 (Ein- und Ausgang des CW-Filters) über die Kondensatoren C6, C10, C17 HF-mäßig nach Masse kurz.

Zitat

Ist es richtig, dass wenn ein Gleichstrom durch die Dioden fließt auch ein HF-Strom fließen kann und wenn die Diode sperrt auch kein HF-Strom fließen kann?

Hallo Jörn !

Ich habe PIN-Dioden auch erst nicht kapiert, beispielsweise nicht nach dem Wikipedia-Artikel. Vor drei Wochen habe ich mir das ARRL-Handbuch 2011 gekauft. Das Buch ist eine wahre Funkgrube, u.a. habe ich damit dann auch die PIN-Dioden verstanden.

Hallo Jörn,

ich hatte zu Beginn kurz ein Verständnisproblem bei den Bildern, deshalb schlage ich dir ein paar kleine Verbesserungen vor. Die Dioden werden als "offen" und "gesperrt" bezeichnet. Erst nachdem ich mir auch die PDF Datei angesehen hatte kam ich endlich darauf was damit gemeint ist. Du vergleichst, durchaus passend, die Diode mit einem Ventil, durch ein offenes Ventil fließt "Strom" durch ein geschlossenes/gesperrtes nicht. Ein Schalter (in diesem speziellen Fall Diode) hat jedoch die komplett entgegengesetzte Wirkung, in offenem Zustand fließt gar nichts, erst wenn der Schalter geschlossen wird kommt die HF weiter. Daher wären Begriffe wie "offen" (für eine hochohmige, gesperrte Diode) und geschlossen (für eine niederohmige, geschlossene Diode) vielleicht passender? Gleichzeitig könnte man das auch auf den entsprechenden Signalzug beziehen, ein offener Signalpfad führt keine HF, ein geschlossener dagegen schon.

Die Bezeichnungen "high" and "low" könnte man auch direkt mit "6V" bzw. "0V" (oder GND?) austauschen, das sind ja die tatsächlichen Spannungswerte die an den jeweiligen Stellen anstehen. Vorteil ist, man muss nicht extra erklären was man mit "high" und "low" überhaupt meint.

Zitat von Erklärungen zum SSB Modul K2_ver01

Die Dioden 1N4007 können übrigens nicht gegen 1N4001-1N4006 ausgetauscht werden!!!

Im Grunde genommen lassen sich hier alle erwähnten 1NXXXX Dioden als HF-Schaltdioden missbrauchen. Alle genannten SI-Dioden haben afaik P-S-N-Struktur, also bestehen nicht nur aus den üblichen P und N Schichten sondern bekommen, um hohe DC-Sperrspannungen auszuhalten, eine schwach dotierte S-Schicht verpasst. Damit ähnelt die 1N Reihe echten P-I-N-Dioden, die eine schwach-/undotierte intrinsische (selbstleitende) mittlere Schicht besitzen, werden daher auch gerne als Quasi-PIN-Dioden bezeichnet. Nachteil dieser 3. S-Schicht ist die nun sehr schlechte Sperrzeit (Reverse Recovery Time) der 1N Dioden, was sie als Gleichrichter bei HF unbrauchbar werden läßt. Genau diese Eigenschaft ist aber für unsere Zwecke ideal und ist bei PIN Dioden ausdrücklich erwünscht. Eine hohe Sperrzeit bedeutet das die darüber geleitete HF nicht gleichgerichtet werden kann (und soll), bis zu einer bestimmten unteren Grenzfrequenz bleibt die Diode für die komplette Signalperiode ein recht niederohmiger Widerstand. Ist die Diode in Vorwährstrichtung wird die S-Schicht mit Ladungsträgern überschwemmt, polt man die Diode um braucht es sehr lange um diese "Minoritätsladungsträger" wieder abzubauen, bei PIN-Dioden wird dazu die "Minority Carrier Lifetime T" im Datenblatt explizit angegeben. In den Datenblättern der 1N Reihe wird dies mit keiner Silbe erwähnt :P, die 1N4007 weist wohl die höchste "Sperrzeit" auf, hat dementsprechen die kleinste nutzbare untere Grenzfrequenz und wird als billige HF (Leistungs)-Schaltdiode favorisiert. Man darf jetzt trotzdem nicht darauf vetrauen, dass die HF-Eigenschaften der 1N4007 eines Herstellers identisch mit denen eines anderen Herstellers ist!

Wenn man für die 1N4007 ein T=0,5µs annimmt (leider schweigt sich das Datenblatt dazu aus) dann ergeben sich folgende Grenzwerte:

Untere Grenzfrequenz:

Fg = 1/(2 x PI x T) ~ 0,32MHz

In der Praxis hält man meistens einen 10fachen Sicherheitsabstand ein, damit lassen sich die "PIN Eigenschaften" der Diode (Empfangsbetrieb) bis zum 80m Band nutzen. Drückt man ein Auge zu läßt sich damit auch gut ein 160m Vorfilter o.ä. schalten.

Frequenzabhängige oberste HF-Leistungsgrenze:

Pmax = Idc x 2 x PI x F x T

Bem Vorspannen der Diode mit z.B. 100mA Gleichstrom lassen sich auf 80m ca. 1,1A HF drüberjagen. In der Praxis sollte man aber einen deutlichen Sicherheitsabstand einhalten und stets auch die max. Verlustleistung (Summe aus HF und DC!) der Diode im Auge behalten. Als lautloser TX-Schalter für eine ~10W QRP-Endstufe also durchaus geeignet.

Zitat von DK7JB

.Ich habe high und low genommen, da mir die genauen Pegel nicht ganz klar waren. Sind Mikrocontroller "LOW" wirklich 0,0V oder sind es 0,3V.

Es sind tatsächlich keine echten 0V, bei dem kleinen Strom liegt der Pegel sicher unter 0,3V. Sollte dir deine Neugier keine Ruhe lassen dann läßt sich der genaue Wert jederzeit schnell nachmessen :P.

Zitat

Bei durchgeschleiften "low" für den CW-Filter müsste das doch für die Filterkurve eine Rolle spielen, da die äußeren Dioden anders abgestimmt werden.

Nicht wenn der "low" Pegel so gering ist. Das die äußeren 2 Varikap-Dioden jetzt z.B. 0,3V weniger Abstimmspannung bekommen, hat kaum messbare Auswirkung auf die Filterkurve und hören wird man es schon gar nicht :D.

Zitat

Muss ich die 1N4007 vermessen, bevor ich sie mal in eigenen Schaltungen als HF-Schalter verwenden kann? Oder kann ich bedenkenlos bedrahtete oder SMD-Ausführungen von unterschiedlichen Herstellern verwenden?

Ist nicht notwendig. Nimmst du die 1N4007 für Schaltaufgaben im Frontend eines Empfängers dann spendiere der Diode auch eine ordentliche Portion Gleichstrom (20...40mA) und Sperrspannung im Aus-Zustand. Da die Sperrschichtkapazität mit ~15pF (@4V) recht hoch ist wäre eine hohe Sperrspannung von Vorteil.

die ganze 4000 er Serie hat nun gar nichts mit Hochfrequenz zu tun. Die Dinger wurden vor fast 50 Jahren als simple Gleichrichterdioden für Netzfrequenz konzipiert. Das ist ein richtiges Massenprodukt und entsprechend billig. Was nicht heisst dass man sie manchmal zweckentfremdet verwenden kann.

vy 72 HB9DKW Robert
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