Video sync detector voor het schakelen van een relais

20130215-IMG_1196-800pxInleiding
Via de mail kreeg ik van een mede zendamateur de vraag, of ik ook een schema had van een video sync detector voor het schakelen van een relais. De bedoeling was dat er een relais zou worden omgeschakeld, zodra er een videosync gedetecteerd werd.

Dat leek mij ook wel een handige schakeling om bijvoorbeeld aan een ontvanger aan te sluiten en dat zodra er horizontale synchronisatiepulsen ontvangen worden, dat er dan een relais omgeschakeld zou worden. Ideaal bovendien voor ATV repeaters als een soort squelch. Daarom leek het me zinvol, om het schema hier te delen (zie verderop in de tekst).

 

De oplossing
In de Electron van december 2011 stond een schakeling beschreven, die ontworpen was door Hans PA0JBB (zie dit uitgebreide artikel op deze site). Deze schakeling was gemaakt om van LCD videomonitoren de videosquelch te omzeilen (“No Signal” blauw scherm). Dat gebeurde door de horizontale sync pulsen van het binnenkomende videosignaal te scheiden, om deze vervolgens aan te bieden aan een SAA1101 IC. Dit IC maakt eigen sync-pulsen en kan zich synchroniseren aan de pulstrein van het gescheiden signaal. En als er geen signaal is (maar ruis), dan gaat het IC gewoon door met zijn eigen sync pulsen.  En dat is nou net waar LCD videomonitoren in trappen. Die openen namelijk de “squelch” zodra er sync pulsen aangeboden worden.

Eén onderdeel uit die schakeling kon ik goed gebruiken. Namelijk de sync scheider. Deze sync scheider filtert de ruis enigszins en versterkt de sync pulsen. Deze worden aan het einde geïnverteerd, zodat er +5V pulsen overblijven. Dat is het niveau waar de SAA1101P aan kan synchroniseren. In geval van het ontbreken van een videosignaal (ruis), komt er nauwelijks wat uit deze sync scheider.

Dit wilde ik gebruiken om verder mee te werken. Mijn idee was, om met de 5V pulsen een elko op te laden om daarmee een transistor open te sturen, die op zijn beurt weer een relais kan schakelen. Maar zo eenvoudig ging dat niet…

20130215-IMG_1185-800pxOptimalisatie
Bij het wegvallen van het videosignaal moet de elko ook ontladen worden. Simpel, een parallel weerstandje en klaar… ? Nou deels. Het probleem is om een goede balans te vinden. Want ik wilde de sync scheider ook niet teveel belasten en de elko moest met lichte vertraging opgeladen worden. Dus zit daar een weerstand in serie. Zet je vervolgens een weerstand parallel aan de elko, dan krijg je een spanningsdeler. Oplossing: kleine elko, grotere weerstandsverhoudingen.

Toen maar eens een transistor aangesloten om als schakeltor te gaan dienen. Ik merkte dat de transistor niet echt lekker in geleiding kwam. Ik gebruikte aanvankelijk een BC547, maar dan houd je altijd een spanningsval over de collector-emitter overgang. Het relais schakelde daar wel door, maar begon kritisch aan en uit te schakelen als de lading op de elko niet echt goed ging. De elko werd namelijk behoorlijk belast door de basis-emitter overgang, die ik met een weerstand van 6k8 aanstuurde. De collectorspanning ging “zweven”. Dus dan maar overgaan op een FET?

Dat bleek een erg goed idee. In de video squelch killer van PA0JBB werd een BS170 gebruikt. Een goedkoop FET-tje die een hele lage Drain Source weerstand heeft zodra er een spanning op de gate wordt aangeboden. Er is dan nauwelijks sprake meer van spanningsval in actieve toestand. Ander voordeel is de zeer hoge ingangsweerstand aan de gate. Dus dan werd de elko ook niet meer belast. De BS170 heeft bovendien een mooie drempelspanning voordat hij in geleiding komt.

De schakeling leek het nu behoorlijk goed te doen, maar er was iets wat roet in het eten gooide: als er een ontvanger gebruikt wordt, dan is er immers ruis zodra het signaal wegvalt. De sync scheider weet dat aardig weg te filteren, maar dat bleek niet voldoende. De restanten ruis laadden de elko toch nog behoorlijk op, waardoor de BS170 toch nog open ging. Wat kon ik doen…

Low-pass filter
20130215-IMG_1189-800pxNa veel dingen uitgeprobeerd te hebben (balanceren onder andere met de weerstanden), bedacht ik mij ineens, dat het wellicht nuttig kon zijn om een “low-pass” filter aan te brengen. Ruis bevat veel hoge frequenties namelijk. Pulsen ook wel, maar alleen op de steile flanken. Zodra de pulsen “hoog” zijn, dan maken ze gelijkspanning. En dat komt gewoon door dat low-pass filtertje heen (grotendeels).

20130215-IMG_1187-800pxHet filtertje is eenvoudig te maken: namelijk door een kleine C naar massa achter een weerstand te zetten. Je hebt dan een RC filtert. De weerstand was er al, dus dit was een hele simpele toevoeging. En met die C kun je nu heel eenvoudig de “gevoeligheid” bepalen, waarbij de schakeling het onderscheid maakt tussen ruis en sync pulsen. Nóg een voordeel dus! Een soort squelch regeling dus.

Schema
Klik op de afbeelding om deze te vergroten. Ik heb niet de tijd genomen om het over te tekenen op de computer, dus we gaan even nostalgisch kijken naar mijn slechte tekenkunsten :)

20120215_Video_Sync_Detector_and_Switch

BS170
BS170
BS170.pdf
518.5 KiB
700 Downloads
Details...

20130215-IMG_1188-800px

Bouwen
Ik heb eerst een proefopstelling gemaakt op een breadboard. De sync scheider zat al in de video squelch killer, dus die heb ik eerst gebruikt om af te tappen. Toen het allemaal werkte, heb ik het geheel op een gaatjesprint gebouwd.

Welke relais zijn geschikt
Zowel gewone als reed relais (beide getest ook). Bekijk de datasheet van de BS170 welke stroom hij kan leveren voor de spoel. Zet in elk geval een diode over de spoel om deze af te blussen zodra de stroom door de spoel wordt afgeschakeld (tegen-EMK).

Hysteresis tegen het klapperen van het relais
Het relais zorgt voornamelijk zelf voor de hysteresis (aangrijpspanning is hoger dan de afvalspanning). Verschillende typen relais kunnen dus ook verschillen in de hysteresis laten zien. Maar de BS170 komt vrij resoluut in geleiding als de spanning op de gate voldoende hoog is. De elko vóór de gate dempt het op en neer springen van de spanning af, dus dat zorgt voor een veel rustiger schakelgedrag.

Vertraging
De elko is er niet alleen maar om van de pulsjes een constante spanning te maken. De elko dempt ook; als de ingangsspanning loopt te springen, dan maakt de elko daar een “gemiddelde” van. Door de drempelspanning van de BS170 kunnen we daarmee ook ruis negeren (mede dankzij het low-pass filter).

Ik heb het laden en ontladen dus vertraagd. Deze vertraging is nog behoorlijk kort gehouden, maar is wel enigszins merkbaar. Zodra een videosignaal wordt aangeboden, dan duur het héél even voordat het relais inschakelt. En dat geldt ook voor het afvallen.

Waar reageert de schakeling ook op?
Ik heb gemerkt dat het low-pass filter niet in staat is om sterkte WiFi signalen te filteren. Dit doet na een tijdje toch het relais activeren. Maar dan moet je wel de ontvanger in de 2,4 GHz band zetten, middenin de WiFi brei. De meeste andere storing wordt onderdrukt in de sync scheider en het low-pass filter. Dat maakt de schakeling redelijk selectief voor videosignalen.

Terminate
De video-ingang kan gewoon doorgelust worden naar een uitgang. Als er dan een monitor of zender op aangesloten wordt, dan is de videobron keurig belast met een impedantie van 75 Ohm. Als er geen monitor of zender wordt aangesloten, dan moet er een weerstand parallel worden geschakeld over de ingang. Aangezien de schakeling vrij hoogohmig is, kan deze weerstand rond de 75 Ohm gekozen worden. Meestal is de 82 Ohm uit de E12 reeks voldoende. Vooral als je de belasting van de schakeling meerekent. Zet er eventueel nog een 1k weerstand aan parallel om op 75 Ohm te komen.

Ik ga deze terminate weerstand schakelbaar maken op de achterkant van de behuizing. Ik had voor het gemak dan ook maar bedacht, om dat dan te gaan uitvoeren met een dubbelpolige schakelaar: zodra de terminate weerstand wordt bijgeschakeld, wordt de uitgang afgesloten.

Eigen optimalisatie, tips & tricks
Verander de weerstandswaarden niet teveel. Deze zijn redelijk in balans. De waarden van de condensatoren zijn wel naar wens te “tweaken”. De 680p C in het lowpass filter kan veranderd worden naar waardes tussen ca. 300 en 900pF, waarbij de laagste waarde de grootste gevoeligheid oplevert en dus ook voor storing. Ergens zul je een ondergrens bemerken, waarbij het relais al wordt geactiveerd door de ruis van de ontvanger. Maak het eventueel schakelbaar met een schakelaar die een extra C-tje parallel schakelt.

De elko is nu op 4,7uF gekozen. Dat gaf een goede balans tussen de responstijd en de demping. Deze waarde kan ongeveer veranderd worden tussen 2 en 15uF schat ik.

Een LED als indicator op de Drain van de BS170 kan handig wezen. Gebruik dan tussen de LED en de Drain een weerstandje van ca. 270 Ohm. En de + van de LED aan de 5V.

20130215-IMG_1191-800px

5V of 12V relais
Ik heb alleen maar 5V relais geprobeerd. Maar ik verwacht geen problemen als je een 12V relais wil gebruiken. De BS170 trekt alleen maar de andere kant van de spoel naar massa. De rest van de schakeling kan uitsluitend op 5V werken.

Testpunten / oscilloscoop
Als je gaat tweaken, dan zijn er een paar interessante testpunten, waarop je een scoop op aan kunt sluiten. Gebruik de probes in x10 stand, vanwege de lagere capacitieve invloeden. De spanningen vallen allemaal binnen het 5V bereik, dus kan de scoop op 0,1V/div (de probe staat immers op X10). Zet de tijdbasis op ca. 20uS/div.

  • Meet op de collector van de BC557 (net boven de weerstand); in geval van een goed videosignaal moeten daar pulsen zichtbaar zijn van bijna 5V. Als dit veel lager is, varieer dan de emitterweerstand tussen 120 en 800 Ohm. Hoger betekent ook eerder 5V pulsen, maar te hoog maakt de 0V doorgangen van de pulsen rimpelig.
  • Meet op het punt achter de 4k7 weerstand en de kleine C om de invloed van het lowpass filter te bekijken.
  • Meet op de Drain van de BS170 om te zien in hoeverre deze in geleiding komt. 5V in rust, bijna 0V in actieve toestand. Zorg eens voor een ruiserig signaal om te zien wanneer deze spanning gaat variëren en bekijk op welke spanning het relais aantrekt en op welke spanning deze afvalt. Dat is de hysteresis die we nodig hebben.

Stroomopname schakeling
ca. 20mA met reed relais. ca. 100mA met een klein relais.

Suggesties of opmerkingen?
Gebruik bij voorkeur het reactieveld hieronder.

 

Een reactie plaatsen