Friday 11 September 2020

Gateway to Ham Radio (old Malayalam article) chapter - 10

അദ്ധ്യായം 10 - PLL , AGC നിയന്ത്രിത IF സ്റ്റേജുകൾ

റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഓസിലേറ്ററുകളിൽ ഏറ്റവും മികച്ചത് PLL (phase Loop Lock) ആണെന്നു കരുതിയിരുന്നകാലവും പോയി. ആധുനിക ഫ്രിക്വൻസി സിന്തസൈസറുകൾ ഇപ്പോൾ ഒന്നാം സ്ഥാനത്തു നിൽക്കുന്നു. 60 Km സ്പീഡിൽ തന്നെ വാഹനം ഓടിക്കുവാൻ ഒരു ഡ്രൈവറെ ചുമതലപ്പെടുത്തുന്നുവെന്നിരിക്കട്ടെ. ഡ്രൈവർ, സ്പീഡോമീറ്റർ റീഡിങ് 60 Km ൽ ആയിരിക്കത്തക്ക രീതിയിൽ സ്പീഡ് നിയന്ത്രിച്ചുകൊണ്ടേയിരിക്കും. തത്തുല്യമാണു PLL ന്റെ പ്രവർത്തനം. ഒരു VCO (Voltage Controlled Oscillator) യും ഒരു എറർ ഡിറ്റക്റ്ററും ഒരു Low pass Filter ഉം ചേർന്നാൽ ലളിതമായ ഒരു PLL സംവിധാനമാകും. ഒരു ഫിൽട്ടറായാണു PLL പ്രവർത്തിക്കുന്നതെന്നു സങ്കൽപ്പിക്കുക. ഇൻപുട്ട് പോർട്ടായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന PLL ന്റെ VCO ഭാഗത്ത് ഹാർമോണിക്കുകളും നോയിസ് ഡിസ്റ്റോർഷൻ ഘടകങ്ങളും എല്ലാം ഒത്തുചേരുന്നു. 455 Khz നാണു PLL സെറ്റ് ചെയ്തിരിക്കുന്നതെങ്കിൽ എറർ ഡിറ്റക്റ്ററിലുണ്ടാവുന്ന റഫറൻസ് വോൾട്ടേജ് 455Khz സിഗ്നലിനെ മാത്രം കടത്തിവിടുകയും ബാക്കി എല്ലാ ഘടകങ്ങളേയും സപ്രസ്സ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യത്തക്ക രീതിയിൽ വ്യത്യാസപ്പെടും. ഇവിടെ എറർ ഡിറ്റക്റ്റർ അതിന്റെ സ്വയം നിർണ്ണയശേഷി വഴി 455Khz സിഗ്നൽ മാത്രമായി കടത്തിവിടുന്നു. അടിസ്ഥാനപരമായി PLL, ഒരു സ്വയം നിയന്ത്രിത ഇലക്ട്രോണിക് സർവ്വോ ലൂപ്പ് ആണെന്നു പറയാം.

Coherant CW (CCW) ട്രാൻസ്മിഷനുമായി ബന്ധപ്പെട്ടാണ് PLL ആദ്യമായി പരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടത്. ഓരോ Khz ലും പരമാവധി QSO കൾക്കു വേണ്ടിയുള്ള ഗവേഷണമാണ് CCW വിന്റെ ആവിർഭാവത്തിനു കാരണം. ഒരു റിസീവറിലെത്തുന്ന സിഗ്നലിന് അത്യാവശ്യമായിരിക്കുന്ന bandwidth പകുതിയിലേറെയായി കുറക്കാൻ CCW നു കഴിയും. ഇതിൽനിന്നാണ് coherant സമ്പ്രദായങ്ങൾ ഉണ്ടായത്. PLL ന്റെ സാദ്ധ്യതകൾ ഫിൽട്ടറുകളിലും ഓസിലേറ്ററുകളിലുമായി മാത്രം പരിമിതപ്പെടുത്താനാവില്ല. FM മോഡുലേഷൻ/ഡീമോഡുലേ ഷൻ  പ്രവർത്തങ്ങൾക്കും പവ്വർ/വോൾട്ടേജ് ലിമിറ്റർ സർക്യുട്ടുകളിലും ആമ്പ്ലിഫയറുകളിലുമെല്ലാം PLL ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. Microwave, Satellite, VHF കമ്മ്യുണിക്കേഷൻ സംവിധാനങ്ങളിൽ ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്ത ഭാഗമായി  PLL മാറിക്കഴിഞ്ഞു.  

PLL ലെ VCO യുടെ ഇൻപുട്ട് പോർട്ടിൽ ലഭിക്കുന്ന/ഉണ്ടാവുന്ന ഫ്രീക്വൻസിയിൽ വ്യത്യാസം വന്നാൽ എറർ ഡ്റ്റക്റ്ററിലുണ്ടാവുന്ന വോൾട്ടേജ് ഇൻകമിംഗ് ഫ്രീക്വൻസിയിലുണ്ടാവുന്ന വ്യത്യാസത്തെ തടയാൻ വേണ്ടത്രയായി മാറും. ഇവിടെ ഏതു ഫ്രിക്വൻസിയാണോ നാമുദ്ദേശിച്ചത് ആ ഫ്രീക്വൻസിക്കായിരിക്കും Phase Loop, locked ആവുക. PLL ന്റെ ഈ പ്രവർത്തനത്തെ 'tracking' എന്നാണു പറയുക. ഇവിടെ noise suppressor ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നത് Low Pass Filter ആണ്. PLL ന്റെ ട്രാക്കിംഗിലുള്ള കൃത്യത സാധാരണ സംവിധാനങ്ങളേക്കാൾ നൂറോ ആയിരമോ മടങ്ങായിരിക്കും. PLL VCO കളിലുള്ള Perfect Integrator കളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി First order loop, Second order loop ഇങ്ങിനെയും PLL കൾ തരം തിരിക്കപ്പെടാറുണ്ട്. PLL കളിലെ ലോ പാസ്സ് ഫിൽട്ടറുകൾ തന്നെ ആക്റ്റീവും പാസ്സീവുമുണ്ട്. ഓപ്പറേഷണൽ ആമ്പ്ലിഫയർ (Operational Amplifier) IC കൾ (Op. Amp IC കൾ) ഉപയോഗിക്കുന്ന ആക്റ്റീവ് ഫിൽട്ടർ PLL കൾ ട്രാക്കിംഗിനു മികച്ചവയാണ്. PLL കളുടെ ഇൻപുട്ട് ഫ്രീക്വൻസിയിൽ ഒരു പരിധിയിൽ കവിഞ്ഞ വ്യത്യാസമാണുണ്ടാവുന്നതെങ്കിൽ ട്രാക്കിംഗ് നടത്താൻ PLL കൾക്കു കഴിയില്ല, പകരം ഒരു നിശ്ചിത റേഞ്ചിലുള്ള സ്റ്റബിലൈസേഷനായിരിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഈ റേഞ്ചിനെ PLL ന്റെ ലോക്കിങ് റേഞ്ച് എന്നു വിളിക്കുന്നു. ലോക്ക് സംവിധാനം പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനെ capture process എന്നു വിളിക്കുന്നു. Capture process ന് പ്രത്യേക acquisition method കളുണ്ട്.

PLL ലെ VCO യുടെ കണ്ട്രോൾ പോർട്ടിലേക്ക് മോഡുലേഷൻ നേരിട്ടു കൊടുത്താണ് ഫ്രീക്വൻസി മോഡുലേഷൻ നടത്തുന്നത്. ഡീ-മോഡുലേഷനിൽ ഫ്രീക്വൻസി വ്യതിയാനത്തിനനുസരിച്ച് റഫറൻസ് വോൾട്ടേജിലുണ്ടാവുന്ന വ്യതിയാനം ഡിറ്റക്റ്റഡ് ഇന്റലിജൻസായി ഉപയോഗപ്പെടുത്താം. FM റിസീവറുകളുടെ IF സ്റ്റേജിൽ PLL സമ്പ്രദായമാണുപയോഗിക്കുന്നതെങ്കിൽ ലിമിറ്റിങ്, ബാന്റ് വിഡ്ത്ത് കണ്ട്രോൾ ജോലികൾക്ക്  മറ്റൊരു സർക്യുട്ടറിയുടേ ആവശ്യമേയുണ്ടാവില്ല. AM റിസീവറുകളിലാണെങ്കിൽ ഡയോഡുപയോഗിച്ചുള്ള എൻവലപ്പ് ഡിറ്റക്റ്ററുകളേക്കാൾ പതിന്മടങ്ങു ഗുണമേണ്മയുള്ള coherant PLL detectors ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. അപസിഗ്നലുകളിൽ അമർന്നു കിടക്കുന്ന ദുർബ്ബലമായ desired frequency യെ സമർത്ഥമായി വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ PLLനു കഴിയും. Karaoke, 'sing alone' രീതിയിൽ റിക്കാർഡ് ചെയ്യപ്പെട്ട ഒരു ഗാനമേളയുടെ ശബ്ദത്തിൽ നിന്ന് ഗായികയുടേയോ ഗായകന്റേയോ ശബ്ദങ്ങൾ മാത്രമായി ഒഴിവാക്കപ്പെടുന്നു. ആർക്കും ആ ഭാഗം ഏറ്റെടുക്കാം. ഇവിടേയും PLL തന്നെ ഹീറോ. ഇൻപുട്ട് പവ്വറും, ഔട്ട് പുട്ട് പവ്വറും തമ്മിൽ PLL കളിൽ ആനുപാതിക ബന്ധമില്ലാത്തതുകൊണ്ടാണ് ഔട്ട് പുട്ട് പവ്വർ സ്റ്റബിലിറ്റിയും PLL കളിൽ സാദ്ധ്യമായിരിക്കുന്നത്. 

PLL കൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഫ്രീക്വൻസി സിന്തസൈസിങ്, ഇൻഡയറക്റ്റ് ക്ലാസ്സിൽ പെടും. ഡയറക്റ്റ് ക്ലാസ്സിൽ, റഫറൻസ് ഫ്രീക്വൻസിയുടെ സ്റ്റെപ്പുകളിലുള്ള ഫ്രീക്വൻസികളെ ഔട്ട് പുട്ടിൽ ലഭിക്കൂ. ഇൻപുട്ട് ഫ്രീക്വൻസിയുടെ ഹാർമോണിക്കുകളായോ റഫറൻസ് ഫ്രീക്വൻസിയുടെ സ്റ്റെപ്പുകളിലുള്ളതോ ആയ ഫ്രീക്വൻസികളാണ് ഇങ്ങിനെ divide by 'N' loop രീതിയിൽ രൂപീകരിക്കപ്പെടുന്നത്. Fractional 'N loop' രീതിയിൽ റഫറൻസ് ഫ്രീക്വൻസിയുടെ ഗുണിതങ്ങളിലോ ഭാഗങ്ങളിലോ ഉള്ളതല്ലാതെയുള്ള സിഗ്നലുകൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു. PLL കളെപ്പറ്റിയുള്ള ചെറിയ ഒരു പരാമർശം റേഡിയോ IF സ്റ്റേജുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തി ഇവിടെ നടത്തിയത് അസ്ഥാനത്താവില്ലെന്നു കരുതുന്നു. 

റിസീവറിലെ IF സ്റ്റേജിന്റെ പ്രവർത്തനം ആയാസരഹിതമാക്കുന്ന IC കൾ വ്യാപകമായി ഇപ്പോൾ ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. IF ആമ്പ്ലിഫയറായും ബാന്റ് വിഡ്ത്ത് ലിമിറ്ററായും, noice blanker ആയും, product detector ആയും, Pre-amplifier ആയുമെല്ലാം പ്രവർത്തിക്കുന്നതിന് ഒരൊറ്റ IC മതിയാവും. TA 7640 IC ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഒരു റിസീവർ IF സ്റ്റേജിന്റെ സർക്യുട്ട് ചിത്രം C-10/1ൽ കൊടുത്തിരിക്കുന്നു. 



CW, SSB സിഗ്നലുകളാണ് IF സ്റ്റേജിലൂടെ കടന്നു വരുന്നതെങ്കിൽ സാധാരണ രീതിയിലുള്ള envelop detector കൾക്കു പകരം BFO സിഗ്നലുമായി മിക്സ് ചെയ്ത് ഓഡിയോ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്ന പ്രോഡക്റ്റ് ഡിറ്റക്റ്റർ തന്നെ വേണം. മിക്സർ സർക്യുട്ടുകൾ single ended, single balanced, double balanced, ഇങ്ങിനെ മൂന്നു വിഭാഗങ്ങളിലുണ്ട്. സാധാരണ റേഡിയോകൾക്ക് single ended മിക്സറുകൾ മതിയെങ്കിലും double balanced മിക്സറുകൾ മികച്ച പ്രവർത്തനം കാഴ്ച്ച വെക്കുന്നു. DBM കളിൽ ഇൻപുട്ട് - ഔട്ട് പുട്ട് ഐസൊലേഷൻ കൂടുതലാണെന്നു മാത്രമല്ല മിക്സ് ചെയ്യപ്പെടുന്ന രണ്ട് ഫ്രീക്വൻസികളും സപ്രസ്സ് ചെയ്യപ്പെടുകയും, അവയുടെ വ്യത്യാസത്തിലും രണ്ടുകൂടി കൂട്ടിയ അളവിലുള്ളതുമായ ഫ്രീക്വൻസികൾ മാത്രമായി ഔട്ട് പുട്ടിൽ ലഭിക്കുക്കയും ചെയ്യും. മിക്സറിന്റെ ഔട്ട് പുട്ടിൽ ലഭിക്കുന്ന അനാവശ്യ സിഗ്നലുകളെ മുഴുവൻ അബ്സോർബ് ചെയ്യുന്ന ഒരു diplexer circuit നു പകരം DBM കളിൽ ഒരു സാധാരണ റ്റ്യൂൺഡ് സർക്യുട്ട് ധാരാളം മതിയാവും. ME 1496 (G) ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഒരു DBM സർക്യുട്ട് C-10/2ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.   



റിസീവറിന്റെ IF സ്റ്റേജിലെ AGC (Automatic Gain Control) സർക്യുട്ടാണ് റിസീവറിൽ ലഭിക്കുന്ന വിവിധ ശക്തിയിലുള്ള സിഗ്നലുകളെ ഏതാണ്ട് തുല്യമാക്കി റിസീവറിന്റെ ഡൈനാമിക് റേഞ്ച് നിലനിർത്തുന്നത്.  IF ന്റെ ഔട്ട് പുട്ടിൽ ലഭിക്കുന്ന AC സിഗ്നലിനെ എലിമിനേറ്ററുകളിലേതു പോലെ റെക്റ്റിഫൈ ചെയ്ത് ഒരു DC പൾസ്  ഉണ്ടാക്കുകയെന്നതാണ് ആദ്യഘട്ടം. ഈ DC വോൾട്ടേജ് ആദ്യ IF  ആമ്ഫ്ലിഫയർ സ്റ്റേജിലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററിന്റെ ബേസിലേക്ക് ഒരു റസിസ്റ്റർ വഴി കൊടുക്കുമ്പോൾ സിഗ്നലിന്റെ ശക്തിയനുസരിച്ച് ആദ്യ സ്റ്റേജിലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററിന്റെ പ്രവർത്തനം വത്യാസം വരുന്നു. ശക്തികൂടിയ സിഗ്നലാണു വരുന്നതെങ്കിൽ ആമ്പ്ലിഫിക്കേഷൻ കുറയത്തക്ക രീതിയിലുള്ള ഒരു ഡീ ജനറേറ്റീവ് ഫീഡ് ബാക്ക് സർക്യുട്ടാണ് AGC യെന്നു പറയാം. അതുകൊണ്ടു തന്നെ ദുർബ്ബലമായ സിഗ്നലുകൾ വരുമ്പോൾ AGC ഓഫ് ചെയ്യേണ്ടിയും ശക്തിയുള്ള സിഗ്നലുകൾ വരുമ്പോൾ AGC നിയന്ത്രിക്കപ്പെടേണ്ടിയും വരും. ഈ സൗകര്യങ്ങളും ചില റിസീവറുകളിൽ കാണാറുണ്ട്. 



ചിത്രം C-10/4ൽ AGC ഓൺ/ഓഫ് സൗകര്യങ്ങളുള്ള ഒരു 7 Mhz റിസീവറിന്റെ സർക്യുട്ട് കൊടുത്തിരിക്കുന്നു. ആക്റ്റീവ് സ്റ്റേജുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കാതെ ബാന്റ് വിഡ്ത്ത് ക്രമീകരിക്കുന്ന രീതിയും C-10/4ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇവിടെ ഒരു automatic noice limiter (ANL) സർക്യുട്ട് കൂടി IF സ്റ്റേജിനോടു ചേർത്തിട്ടുണ്ട്.  Puslse type noice കളെ 0.7V നു താഴെയാക്കുവാൻ ഈ ക്ലാമ്പിംഗ് സർക്യുട്ടിനു കഴിയും. RF സ്റ്റേജിൽ തന്നെ ആന്റിനായോടു ചേർന്നും ഈ ക്ലാമ്പിംഗ് സർക്യുട്ട് പ്രവർത്തിപ്പിക്കാം. 

അദ്ധ്യായം 9                                                                                    അദ്ധ്യായം 11

No comments:

Post a Comment