Dubbelzijband modulator met de 4066 bi-directionale schakelaar

Hoe kwam je trouwens aan de onderdelenwaarden voor je 15kHz-laagdoorlaatfilters? De TL072 zal daarin niet goed genoeg zijn - eigenlijk krijg ik zelfs met ideale opamps al problemen met de werking.

Alle actieve filters ontwerp ik met programma "Filter Pro" van Texas instruments.
Daarbij is mij opgevallen dat voor de laatste filter sectie, waar de Q het hoogste is, ook de gain-bandwitch het hoogste uitvalt.
En die is flink hoger als voor een TL072 is.

"tijd is relatief"
Frederick E. Terman

Honourable Member

Ja, dat viel me ook op. En bij volle uitsturing op de hoogste frequenties slurpt die grote condensator tientallen mA.

Ik zie dat je nog een extra vraag met figuur had bijgeplaatst.
Je linker modulator is niet dubbelgebalanceerd. Behalve het DSB signaal, komt daar ook het audio zelf onverzwakt uit (zie plaatjes).
Voor HF-toepassingen valt dat niet op, doordat de uitgangskring de audiofrequenties niet doorlaat.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Je linker modulator is niet dubbelgebalanceerd. Behalve het DSB signaal, komt daar ook het audio zelf onverzwakt uit

Als ik het juist heb dan maak je een dubbel gebalanceerde modulator door tweemaal het schema uit figuur 1 parallel te schakelen.
Dan verkrijg je het schema uit figuur 3.
Door de transistoren met schakelaars te vervangen, verkrijg ik hetzelfde principe.

"tijd is relatief"

@Martin V: ja, dat klopt. Maar let ook even op de audio vervorming van het differentiële transistorpaar. Zonder emitterdegeneratie weerstanden mag het audio signaal slechts in het millivolt bereik liggen.

Er is, behalve een DSP-oplossing of 4-kwadrant lineaire vermenigvuldigers, echt niets beters en simpelers dan een gewone HEF 4066 en een filter met constante groepslooptijd. Vind ik.

Verwissel audiosignaal en schakelsignaal in je laatste schema en dan is het ook goed. Tenminste: de onderlaag kan met emitterweerstanden worden gelineariseerd.

Frederick E. Terman

Honourable Member

door tweemaal het schema uit figuur 1 parallel te schakelen.

Maar nu heb je gewoon létterlijk tweemaal hetzelfde parallel gezet. Dat gaat niet helpen.

Wat je zou kunnen doen, is de 'HF'-schakelspanning rechts in tegenfase zetten.
Ook moet je de signalen niet optellen, maar aftrekken; het rechter paar moet dus andersom aangesloten worden.
De rechter tor rechts moet dus parallel met de linker tor links.
De linker tor rechts moet parallel met de rechter tor links.

... en dan heb je de MC1496 weer.

Uiteraard komt hier nog heel wat bij kijken om het werkend te krijgen (zie ook daarvoor de MC1496 en z'n familieleden). Hier gaat het alleen even om de polariteiten.
Zelf zou ik óók gewoon een 4066 nemen. :)

Hieronder: Gilbertcell (hier MC1496) in de sim. NB hieronder zijn in de bovenste paren niet de collectors, maar de bases in tegenfase.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Martin V,

Een gebalanceerde modulator bestaat uit twee standaard amplitude modulatoren die zijn gerangschikt,
in een uitgebalanceerde configuratie om de draaggolf te onderdrukken zoals weergegeven in het volgend blokschema.

Aangenomen wordt dat de AM modulatoren ( om het even welke ) maar om in jou ontwerp te blijven laten we uitgaan van een schakel AM modulator wel identiek zijn, met uitzondering van de teken omkering van het modulerende signaal toegepast op de ingang van een van hen.
Dus de output van de twee modulatoren kan worden uitgedrukt als :

s1(t) = Ac [1 + ka m(t)] cos (2πfct)
s2(t) = Ac [1 - ka m(t)] cos (2πfct)

s2(t) aftrekken van s1(t) :
s(t) = s1(t) - s2(t)

s(t) = 2ka m(t) Ac cos (2πfct)

Vandaar dat, met uitzondering van de schaalfactor 2ka, de gebalanceerde modulator uitgang gelijk is aan het product van het modulerende signaal en de draaggolf.....

Toch nog even voor de duidelijkheid, misschien even terug naar de AM schakel modulator schema !

En de AM DSB-SC modulator

Vermenigvuldiging van een signaal met een blokgolf of een pulstrein is in werkelijkheid een schakelhandeling.
Het omvat het periodiek in- en uitschakelen van het signaal m(t) en kan worden bereikt door een eenvoudig niet-lineair (schakel)component zoals een diode.
Op basis van de aard van de onderdrukking van de drager en/of het bericht aan de uitgang van de schakelaar, wordt dit een dubbel gebalanceerde schakel modulator genoemd.
Een banddoorlaatfilter wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat alleen de gewenste AM-golf wordt geproduceerd aan de uitgang gecentreerd op de draaggolffrequentie.

Met andere woorden je kunt volstaan met een schakel diode, f.e.t. of een transistor :D
Uiteraard bepalen de karakteristieke eigenschappen de kwaliteit.... bij de diode ring modulator en de Gilbert cell is de stroombron belangrijk !
De MC1596 ( mil spec ) is zoals @Frederick laat zien een Gilbert cell die kan je ook bouwen.
Ik denk dat de enige drijfveer om zelf een ontwerp te maken zou kunnen zijn de verkrijgbaarheid van deze nogal verouderde techniek,
waarmee ik niet bedoel dat het niet goed zou zijn in tegendeel !

Uiteindelijk denk ik ( de keuze is aan jou ) dat het schakel principe in welke vorm dan ook het beste is,
ik gebruik in mijn coder van verleden jaar een transistor array.
Dit is een moderne versie van de CA3054 niets meer of minder dan 6 losse transistoren in een chipje.......

Ik denk dat het zinvol is om een schakelingetje te bouwen kost niet veel moeite en je zie gelijk wat er gebeurt.
Wel de componenten van het filtertje even aanpassen naar jou frequenties 38 kHz.
En voor de simpele ( duidelijkheid ) heb ik een balans getekend je kunt hier uiteraard een dubbele balans van maken :D
Ik heb vanochtend nog even snel de ringmodulator gebouwd 4 diodes en 5wweerstandjes werkt prima niets mis mee 38 kHz filtertje erachter en gaan :P

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Het eerste schema, blokje rechts 'som' is fout, moet zijn 'verschil'.
Tweede schema, potmeter bij OP1, foute waarde: de versterking moet hier op −1 afgeregeld kunnen worden.

Wel een vrij ingewikkelde uitleg. 'AM-modulatoren (om het even welke)' hoeven helemaal niet de complete draaggolf door te laten; het is geen 1930 meer.

--
Als je dan tóch een opamp moet gebruiken, dan is daarmee veel eenvoudiger een echte dubbelgebalanceerde modulator te maken door er een fetje aan toe te voegen:

Met de fet 'aan' is dit een inverter; met de fet 'uit' is het een volger (reken maar na!). Zowel audio als carrier worden dus onderdrukt.
(idee: Martin Zirpel: Operationsverstärker; Franzis-Verlag 1977)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Frederick E. Terman,

In het eerste blokje is de som het optelpunt :)
Nu probeerde ik juist een iets te simpele uitleg voor @Martin V :S als jij het al ingewikkeld vindt dan ben ik daar niet in geslaagd denk ik !
Het schema met de F.E.T. die heb ik al laten zien zo gebruik ik de LF398 even voor @Brightnoise je kunt hem ook als een gewone schakelaar gebruiken.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Je schrijft:

s2(t) aftrekken van s1(t) :
s(t) = s1(t) - s2(t)

Dat is een verschil, geen som.
Ik heb nog extra goed gekeken of ik in het schema een minteken over het hoofd gezien had. :)

Jouw opamp+fet als DBM moet ik gemist hebben, waar was dat ongeveer?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Frederick,

Dat dacht ik wel is in rood niet zo duidelijk ;)
Ik bedoel met de LF398 die zit er in nog mooier deze heb ik tussen de middag nog even aangestoken werkt prima.....
Waar @Martin V terecht mee worstelt is de verkrijgbaarheid van de diverse I.C. dat is dan ook de reden dat,
ik soms een Gilbert cell maar discreet bouwt of een kwadrant vermenigvuldiger om maar iets te noemen.......

In mijn coder even voor @Martin V gebruik ik een equivalent van een 7e orde elliptisch laagdoorlaat filter,
alleen op een iet of wat speciale manier geschakeld.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hallo Frederick E. Terman en Henk,

Zo er komt opeens heel veel informatie op mij af, met geweldige ideeën.
Henk dat een dubbelzijband modulator in feite twee amplitude modulatoren zijn is mij duidelijk.
Je stuurt op één kant de HF draaggolf er in en tussen die twee AM modulatoren haal je het signaal er weer uit.
Doordat de fase op iedere uitgang hetzelfde is, is er geen amplitude verschil tussen de beide uitgangen.
Het resultaat is dat er ook geen HF signaal is op de uitgangen tussen de beide modulatoren.
Alleen wanneer de DC instelling wordt veranderd in van één van de transistoren in één van de modulatoren, ontstaat er een fase verschil.
Dat veranderen doet de LF spanning, welke in tegenfase op iedere modulator wordt ingestuurd.
Dit fase verschil op de uitgang van de beide modulatoren is de dubbelzijband modulatie.
Terwijl op iedere modulator de audio in tegenfase wordt ingestuurd
Ik hoop dat ik het op de juiste manier toegelicht heb.
Volgens jouw afbeelding:

Wordt de som spanning tussen de beide modulator uitgangen gebruikt voor de uitgang.
Volgens mij is dat niet helemaal juist, het gaat hier om het spannings verschil tussen de modulatoren, de uitgang is immers een transformator of een gekoppelde kring.
In deze afbeelding:

Hier herken ik de DSB modulator door de diodes te vervangen in bi directionele schakelaars:

Het HF signaal wordt in tegenfase aangestuurd en op ieder moment is één van de twee schakelaars gesloten m(t).
De modulatie wordt hier niet in tegenfase ingestuurd.
Wanneer ik jouw afbeelding met de twee dioden, verander naar vier dioden dan krijg ik dit:

Ook hier is het HF signaal in tegenfase.
In feite zijn het twee modulatoren waarvan het verschil in fase tussen die twee uitgangen wordt gebruikt.

Frederick E. Terman ik vraag mij of die BS170 Mosfet wel nodig is in jouw afbeelding.
Een opamp is een spanningsgestuurd component, dus dan is het toch voldoende om alleen de spanning op dat punt in te sturen.
Maar het is wel een mooie manier om zo een dubbelzijband signaal op te wekken, er is alleen slechts één opamp nodig.

Om het dubbelzijband signaal weer te detecteren zat ik te denken aan de onderstaande schakeling met een opamp.

Omdat opamps tegenwoordig snel genoeg zijn om die ook voor HF te gebruiken, kwam ik op dit idee.
Een dual-gate Mosfet wordt immers ook gebruikt als product detector om het BFO signaal op gate 2 in te sturen.
De diode in mijn schakeling detecteert het DSB signaal samen met de HF draaggolf, in de opamp gebeurd naar mijn mening hetzelfde (frequentie vermenigvuldiging) als in een product detector met de dual-gate Mosfet. Het heet immers niet voor niets product detector.

"tijd is relatief"

Op 13 januari 2022 23:48:30 schreef Martin V:

Frederick E. Terman ik vraag mij of die BS170 Mosfet wel nodig is in jouw afbeelding.
Een opamp is een spanningsgestuurd component, dus dan is het toch voldoende om alleen de spanning op dat punt in te sturen.
Maar het is wel een mooie manier om zo dubbelzijband op te wekken, alleen een opamp maar nodig.

.

dat fetje is in die schakeling een noodzaak. een opamp versterkt gewoon het spanningsverschil tussen zijn twee ingangspoten héél veel. het eindelijk resultaat van de schakeling met opamp hangt vooral af van de schakeling, niet van de opamp op zich. met enkel wat weerstanden errond wordt het dus nooit een DSBM. ( kom nu niet af met een voorbeeld met een OTA erin, das geen klassieke opamp..)

Ha Martin V,

Even mee gelezen het tekeningetje van de balans modulator is denk ik wel duidelijk, kijk ook nog eens naar de berekening !
Wat ik heb proberen te laten zien is het verschil tussen AM dubbelzijband en de onderdrukte draaggolf.
Dit is voor het gemak een enkele balans, met een dubbel balans is het rendement hoger en de onderdrukking van de draaggolf groter.
Ik denk in de praktijk dat je ergens rond de -50 dB uitkomt je kan volstaan met - 40 dB ( eis ).....

Nu kun je de AM modulator opbouwen als een schakel modulator of als een kwadratische modulator ( mixer ) beiden hebben in de praktijk voor en nadelen !
Ook de schakel modulator kan je met een sinus bedienen voldoende amplitude en geen of nauwelijks harmonische,
tenslotte is in je AM zender de draaggolf ook geen blok :D

Beide modulatoren zijn lineair voor de duidelijkheid wat bedoel ik met lineair;

Amplitudemodulatie wordt gekenmerkt door het feit dat de amplitude A van de draaggolf Acos (2πfct + φ) wordt gevarieerd in verhouding tot het basisband (bericht) signaal m(t).
Omdat de amplitude lineair gerelateerd is aan het berichtsignaal, wordt deze techniek ook wel lineaire modulatie genoemd.

Niet-lineaire modulatie werkt als een niet-lineair systeem: de bandbreedte van het gemoduleerde signaal is groter,
en kan worden gewijzigd in termen van verhouding tussen twee spectrale componenten met betrekking tot het modulerende signaal.
Als voorbeeld is de jou wel bekende FM / PM modulatie hierbij blijft de amplitude van de draaggolf constant ongeacht de variaties van het modulerende signaal ( audio )........

Als ik tijd vrij kan maken zal ik een experiment proberen of ik met een AM modulator een DSB-SC kan maken :?
Verder moet je in gedachten houden dat de nadruk niet ligt op het onderdrukken van de draaggolf maar,
de kwaliteit van je audio !

Het demoduleren van je DSB_SC ( ik heb een universele demodulator ) die is ontzettend handig bij dit soort ontwerpen / experimenten.
Ik kan met dit kastje lang geleden ontworpen, alle AM / FM gerelateerde modulatie vormen demoduleren.
Voor DSB-SC is inderdaad een product detector of een Costas loop nodig.
Maar hier geldt het zelfde het gaat uiteindelijk om de kwaliteit van het terug gewone signaal !

Eergisteren heb ik met mijn demodulator de ringmodulator en schakelaar ( LF398 ) gemeten op de werking.
Het tekeningetje van @Frederick zit in de LF398 zonder hold condensator is het een gewone schakelaar !

Het is zeker interessant om te kijken welke mogelijkheden er zijn aan de andere kant zal je compatibel moeten zijn met het systeem ( de radio ontvanger ).
Toch denk ik dat jou eerste idee om te schakelen met de CD4066, ik beveel dan weliswaar een betere schakelaar ( 74FST3125 ) aan maar met de zelfde werking,
wat in het geheel niet verkeerd is.

Belangrijk aspect zijn de filters die moet je zoveel als mogelijk uit de weg gaan of adaptief maken.
Ik gebruik aan de ingang geen L,C. filters meer maar een afgeleide 7e orde Chebyshev,
nu weet ik even niet precies uit het hoofd wat de eigenschappen waren.
Maar rond de 18 kHz doorlaatband - 3 dB 15 kHz -0,25 dB 19 kHz -53 dB 38 kHz -65 dB rimpel in de doorlaatband < 0,15 dB,
een hele kleine componenten gevoeligheid en standaard componenten.

Voor de rest heb ik alleen nog maar een 150 kHz laagdoorlaatfilter en een sper op 133 kHz.
Mijn balans modulator is een CA3054 dat is een dual dfferential Amp 120MHz zeg maar een Gilbert cell zoals jij die getekend heb deze heeft EOO 2,- Euro :)
Ik laat het wel weten van mijn experiment !

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hallo Henk, Frederick E. Terman en Kris van Damme,

opeens zie ik het overzicht tussen de twee verschillende dubbelzijband modulatoren.

Er zijn modulatoren welke ingestuurd worden met het audio signaal met één enkele fase, maar dan moet het HF signaal ingestuurd worden welke in tegenfase met elkaar zijn.

En er zijn modulatoren waarvan het audio signaal ingestuurd wordt met twee audio signalen welke in tegenfase met elkaar zijn.
Het HF signaal wordt aangestuurd met één fase.

Frederick E. Terman;

Als je dan tóch een opamp moet gebruiken, dan is daarmee veel eenvoudiger een echte dubbelgebalanceerde modulator te maken door er een fetje aan toe te voegen:

Met de fet 'aan' is dit een inverter; met de fet 'uit' is het een volger (reken maar na!). Zowel audio als carrier worden dus onderdrukt.

Deze methode spreekt mij heel erg aan, sterker nog ik ga dat eens proberen op de testbank.
Alleen die lompe BS170 Mosfet staat me niet zo aan.
En wel om het volgende, de Mosfet heeft een gate-source capaciteit van 60pF.
Echter snel schakelen doet deze wel met een turn on en off time van maximaal 10nS.
Mijn idee was om de Mosfet te vervangen door een CD4066 bi directionele schakelaar, maar mogelijk kan dat ook wel een slecht idee zijn, omdat een CD4066 ook geen ideale schakelaar voor HF frequenties is.

Ik kreeg nog een ander idee, wat ik wel even wil laten zien maar ik vind het iets wat te complex.
Dit zijn twee allpass filters waarvan de fase wordt geregeld door varicap dioden.
Door iedere varicap met het LF signaal in tegenfase aan te sturen ontstaat er een fase verschil op de uitgang van iedere opamp.

Voor mij is het niet zo belangrijk om deze verschillende soorten van DSBSC modulatoren te gebruiken.
Inmiddels heb ik een complete bouwbeschrijving van een redelijk professioneel ontwerp van een stereocoder gevonden.
Hiervan heb ik laatst een topic van geopend en dit ga ik dus bouwen.
https://www.circuitsonline.net/forum/view/157032
Het mooie van dit ontwerp dat alles veel makkelijker werkt, er zijn geen moeilijke filters meer nodig onder andere.
Maar het plezier in dit topic, vind ik het leuk om de verschillende modulatoren te bespreken.

"tijd is relatief"
Frederick E. Terman

Honourable Member

Mijn idee was om de Mosfet te vervangen door een CD4066 bi directionele schakelaar

Dat zal prima werken. Mocht je 4066 toevallig een fabrikaat zijn met een wat hogere 'aan'-weerstand, dan kun je die 10k-weerstanden groter nemen.

Die 170 zwierf hier nog, het is een TO92 torretje en dus een stuk kleiner dan de DIL8-opamp waar hij naast zit. :)
Inderdaad kun je af en toe wat spijkertjes zien van het schakelen van de 38 kHz, maar die schaaf je met een klein C'tje wel weg, nog afgezien van eventuele andere filtering die nog komt. Trouwens, de 4066 zal hetzelfde laten zien.

Je schema met de varicaps moet in het veld van stereocoders beslist nieuw genoemd worden. :)
Je maakt hier AM door fase-onbalans in de twee takken - google: Chireix. Je moet je daarbij wel afvragen hoe lineair de faseverschuiving door de varicap is (vergeet niet dat die tegelijk audio en 'HF' (38 kHz) ziet), en hoe lineair dan weer de omzetting van PM naar AM bij de optelling van de twee fasen. Hoewel, misschien heffen de vervormingen elkaar wel gedeeltelijk op!

Voor die paar mV die je zo kunt krijgen (met in het signaal ook nog vele volts van de aansturende audio!), zou ik de moeite niet nemen, maar het is een leuk gedachtenexperiment.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Martin V,

Jou laatste tekening is met een redelijk hoge H.F. draaggolf, of de fase starheid gehaald wordt :?
Maar waarom de fase regelen je moet A.M. toepassen, je L.F. draai je dat is goed meer is niet nodig......
Ik denk dat je een V.C.A. wil maken die doet wel wat je wil doen......

Even je andere linkje gevolgd hoe ga je de R2R lader uitvoeren dat zouden 0,1 % weerstanden moeten worden niks mis mee maar,
zonder 5,5 digit meter kan jij die niet meten !
Daarbij komt dat je ze met een A.C. stroom zeg 100 kHz zou willen meten.
En ook hier moet je het multiplex signaal filteren misschien minder heftig maar goed.

Ook hier geldt meten is weten, ik gebruik 210 stappen ( 256 keer ) maar dan wel met een A.D.C. 24 bit van Lineair technology is helemaal niet kostbaar want de snelheid stelt niets voor :)
Maar die levert keurige blokjes en geen gerommel erachter......
Heeft het nut :? de demultiplexer synchroniseert aan de 19 kHz en maakt er doormiddel van een verdubbeling 38 kHz draaggolf van.
Voor de filters lijkt het in eerste instantie.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.