Schaltungsvariante für den  Sparrow      

von Ralf Beesner                  
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Ich habe bei der LM358-Version für sauberere Verhältnisse zu sorgen versucht, indem ich die Eingänge auf etwa halbe Betriebsspannung gelegt habe; das hat 3 Widerstände gekostet. Die intervierenden Eingänge hängen etwas tiefer, damit aus den Komparatoren in Ruhelage ein "High" rauskommt.



Das NF-Signal ist ja im wesentlichen ein Gemisch aus Grundwelle und der 3-fachen Grundfrequenz, so dass sich gegenüber einem Sinus etwas steilere Flanken und eine Einsattelung (um das Maximum herum) ergeben. Geht man da mit einem Komparator ran. der ja nicht genau im Nulldurchgang der Schwingung schaltet, sondern irgendwo auf der Flanke, schaltet er nicht 50% der Zeit durch, sondern kürzer. Da der Komparator das Signal dreht, ist das Tastverhältnis am Ausgang also stets grösser als 50%, bei großen NF-Amplituden ist es nahe an 50%, bei kleineren schaltet der Komparator immer kürzer durch und das Tastverhältnis wird immer größer. Irgendwann verschieben sich dann die Signalflanken zwischen Takt und Datensignal so sehr, dass, wenn der Mikrocontroller das Datensignal übernehmen soll, das Datensignal zu dem Zeitpunkt immer auf "High" hängt. In der beigefügten Schaltung hatte ich später dem festen Spannungsteiler aus den zwei 1 MOhm-Widerständen ein Poti parallelgeschaltet. Da konnte man noch schöner sehen, wie sich das Tastverhältnis ändert, wenn man mit dem Schaltzeitpunkt auf der Flanke "rauf und runter rutscht".

An der Stelle kommen nun die antiparallelen Dioden aus deiner letzten Schaltungsvariante ins Spiel. Die verhindern nicht nur den von dir geschilderten Inversbetrieb der OpAmp-Eingangstransistoren, sondern begrenzen das Eingangssignal und versteilern die Flanken. Ersteres vermindert die Abhängigkeit des Tastverhältnisses vom NF-Pegel, zweiteres nähert das Tastverhältnis weiter an 50% heran. Die Signalformung mit den antiparallelen Dioden ist zwar etwas brachial, aber sicherlich die simpelste Lösung und anscheinend gut genug. Muss ich also mal nachbauen.

Bei meinem Problem-Notebook hatte ich auch erste Erfolge: es klappt nur mit den invertierten Wav-Dateien und in einem sehr engen Pegelbereich. Mit dem Wissen funktionierte es sogar mit der 3-Transistor-Schaltung, aber nur mit "handverlesenem" Pegel und dem Oszilloskop im Blick.



Komparatorschaltung mit LM339


Die letzte LM339-Variante , allerdings mit 4 Schottkydioden und ohne die 100k-Widerstände, läuft hier auf meinem Problem-Notebook Lenovo L530 endlich recht zuverlässig unter Windows7, ohne die Atinies zu verfusen.



Ich musste allerdings den 27 kOhm-Widerstand auf die Hälfte verkleinern, um die Reset-Schwelle herabzusetzen, und muss den Soundregler etwas unter 100 Prozent einstellen.

Allerdings läuft diese Schaltung nun gar nicht mehr unter meinem Lieblings-Linux. Auch nicht unter Debian7 - jedoch unter Kubuntu 14.04, wenn ich aplay oder mplayer zum Abspielen nehme (mit dem "Komfortplayer" Kaffeine geht's nicht).

Auf dem Oszilloskop sehen die Signale sehr schön aus - keine Trapeze mehr, sondern Rechtecke; das Tastverhältnis ist zwar etwas grösser als 50 Prozent, aber nicht mehr lautstärkeabhängig. Die Hardware dürfte also kaum noch zu verbessern sein.  

Dass es trotzdem unter Linux Glückssache ist, scheint wohl an irgendwelchen Eigenheiten der Soundkartentreiber zu liegen. Wer weiß, ob es die nur mit meiner Sound-Hardware und nur unter Linux gibt. Der Android-Unterbau basiert ja auf Linux; möglicherweise schlummern da auch einige Inkompatibilitäten - ich habe allerdings keine Ahnung von Android (nicht mal mehr ein Handy).

Signale aus der Soundkarte

So, ich habe mir mal angeguckt, ob sich die NF auf meinem Problem-Notebook zwischen Windows7 und Linux unterscheidet. Alles mit 330 Ohm Last am jeweiligen Soundausgang gemessen.

Unter Windows sind auf dem rechten Kanal sofort Schwingungen mit zu Anfang 1,4 V Spitze zu Null, dann setzt in den Tiefen von Windoof oder in meinem Player irgend eine Pegelregelung ein, die das Signal gleitend auf 0,8 V Spitze-Null abregelt. Auf dem linken Kanal kommen erst mal ein paar Hüpfer mit voller Amplitude, während die regelmäßigen Schwingungen bei etwa 1,2 V einsetzen. Pegeleinstellung jeweils auf 98%, der Wert, bei dem das Programmieren gerade noch klappt.

An der Stelle beginne ich mich bereits am Kopf zu kratzen - die Hüpfer zu Anfang hätte ich auf dem rechten Kanal erwartet, denn das ist doch der Datenkanal? Stattdessen finde ich die auf dem linken. Der Hüpfer-Kanal ist auch der mit dem stabileren Oszillogramm - das sieht mir mehr nach Takt als nach Daten aus. Wenn das nicht zu abwegig wäre, würde ich sagen, die Reset-Hüpfer sind auf dem falschen Kanal.

Unter Kubuntu sind es 1,4V, auf beiden Kanälen; sowohl beim Kommandozeilen-Player aplay als auch bei dem "Komfortplayer" Kaffeine (mit dem es nicht funktionierte).  Unter meinem Lieblingslinux (Slackware) sehen die Oszillogramme verwaschener aus (die übereinander liegenden Amplitudenlinien streuen um ca. 10% und der Hüpfer fehlt völlig (wtf?)! Da scheinen die Soundtreiber des verwendeten Kernels oder die Alsa-(Sound-)Utils eine Macke zu haben.

Hinweis zum Aufbau des Signals  von B.Kainka

Der Datenkanal (rechts) beginnt mit einem Vorspann, der nur den Reset-Zustand einschalten soll. Geleichzeitig beginnt links ein Dauerpegel, der SCK auf Null zieht. Erst mit einer Verzögerung setzen die Impulsserien an SCK ein. Die Idee ist, am Datenkanal darf man beliebige rumklappern, solange SCK still steht. Die Vollaussteuerung mit einem DC-Pegel dauert etwas 20 ms und dann noch einmal 20 ms mit entgegengesetztem Pegel. Hochohmig belastet sieht man diese andauernden DC-Pegel einigermaßen glatt, aber mit 330 Ohm und dem Soundkarten Ausgangs-Elko hat man bereits einen Hochpass, der wohl die beobachteten Hüpfer bewirkt.






Das Oszillogramm von Thomas Baum zeigt übrigens schon die kleine Impuls-Lücke für die Reset-Unterbrechung, hier am Beispiel der sehr kurzen Datenübertragung beim Fuse-Editor. Man sieht deutlich, dass der Vorspann wesentlich länger ist als die eigentliche Datenübertragung. Die vielen hellen Punkte im Signal sind Artefakte des Zweikanal-Choppers im Hameg HM203.

Alle möglichen Signalprozessoren, automatische Ohrschutz-Pegelwächter und sonstige Gemeinheiten rund um die Soundkarte sollen nach Möglichkeit abgeschaltet werden, was aber je nach Betriebssystem schwierig sein kann. Die Hoffnung ist aber auch, dass eine optimale Schaltung mit genügend Toleranz gegen viele dieser Softwarefilter immun sein sollte.



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