OK1HDU (Hamradio, electronics, travelling, photography, ok7u...)
599.cz - Homepage 599.cz - Homepage Memorial OK1WC SOTA - Vrcholy v éteru Optimalizováno pro web... Než něco pošlete dál, přečtěte si ... hoax.cz
     Dnes: 17. 08. 2018    fotogalerie na 599.cz spaceweather.com Bouřky v Česku v novém okně Bouřky v Evropě v novém okně Ionogram Průhonice v novém okně Contest calendar WA7BNM v novém okně RSS summary of the last 7 articles    
O   Hlavní menu
Hlavní stránka

Zajímavé odkazy

Download

Zasílání novinek

O   Seznam rubrik
mínus technika, bastleni
mínus provoz, závody
mínus Od krystalky k SSB
mínus ostatní

f e e d b a c k

O   Počasí v Holicích
JO70XC


O   VOACAP KV Online

O   VOACAP pro CB
Šíření na CB

PHPRS fórum


<a3>Od krystalky k SSB</a3>

Zpět Od krystalky k SSB - Kapitola 10 (a)

Vydáno dne 30. 09. 2008 (22694 přečtení)

VFO V pokračování jsem přeskočil několik, pro mne vcelku nezajímavých kapitol. (Doufám, že se k nim někdy dostanu). V této desáté kapitole je popsána stavba a teplotní stabilizace oscilátoru s proměnným kmitočtem. Dneska se oscilátory běžně řeší pomocí fázového závěsu (PLL) nebo přímou digitální syntézou (DDS) nebo kombinací obou těchto metod. Na druhou stranu u volně kmitajícího oscilátoru je nejsnadnější dosáhnout nejvyšší čistoty výstupního signálu. Také oscilátor s varikapem můžeme použít ve smyčce PLL.


CRYSTAL SETS TO SIDEBAND

© Frank W. Harris 2004, REV 09

Kapitola 10

Oscilátory s proměnným kmitočtem

Laditelný oscilátor (Variable Frequency Oscilator – VFO)

Být uvězněný na jednom pevném kmitočtu daném krystalem,tě určitě přestane dříve nebo později bavit. Rád bys měl na svém zařízení ladicí knoflík, kterým bys proladit celé pásmo, a ne pouze pár kilohetzů. Vypadá to jednoduše, ale skutečnost je složitější. Problém je, že bez stability dané krystalem bude běžný VF oscilátor ujíždět během tvého vysílání o stovky Hz. Přátelé, s kterými komunikuješ mají pravděpodobně moderní transceivery s úzkými, stabilními filtry. Na jejich straně tvůj signál rychle zmizí mimo propustné pásmo filtru. Jejich digitální stupnice je možná kalibrovaná na desetiny Hz a s velkým potěšením ti tedy oznámí TVŮJ PROBLÉM.

Ujíždění kmitočtu je v dnešní době problém

V dřívějších dobách, dejme tomu 1950 byla šířka propustného pásma v přijímačích obvykle obrovská, řekněme 10 nebo 20 khz. Tvůj kmitočet mohl tedy ujíždět poměrně dost, aniž by si toho protějšek vůbec všimnul, natož aby tě přestal slyšet. Navíc tehdy každý trochu ujížděl, takže to ani nestálo za povšimnutí. V ještě dřívějších dobách, dejme tomu 1930 signály couraly tak hodně, že amatéři často museli ladit přijímač jednou rukou a zároveň druhou zapisovat přijímaný text.

vfo

VFO 5Mhz laděné proměnným kondenzátorem

Krystalový oscilátor můžeme nahradit stabilním oscilátorem proměnného kmitočtu. Tato kapitola shrnuje vše co jsem zjistil během mé odyssey přes šest prototypů VFO. Moje první VFO cestovalo stovky Hz a vyslechl jsem fůru připomínek. Když jsem přidal teplotní kompenzaci, dotáhl jsem nestabilitu směrem dolů na 20 Hz za minutu. Některé stanice si 20 Hz driftu všimly a pár z nich mě na to i upozornilo. Nakonec jsem postavil superstabilní napájecí zdroj pro VFO a dostal jsem se na drift dolů okolo 5 Hz. Doporučuji ti nerozpakovat se a snažit se rovnou o těch 5 Hz. Podle knížky ARRL Handbook je nestabilita +/- 5Hz maximum, jaké lze dosáhnout bez použití fázového závěsu (PLL).

Vybavení měřící technikou pro vývoj VFO je přesný multimetr pro měření napětí až na úroveň milivoltů a kmitočtový standard. Superpřesný, moderní přijímač může stačit, ale čítač kmitočtu je pro tento účel lepší. Největší problém při stavbě stabilního VFO je dodržet všechny detailní instrukce jak to dělat. Pokud jsi jako já, budeš mít problém uvěřit, že všechny ty maličkosti je opravdu potřeba dodržet. Ano, pár detailů se dá obejít, ale čím více kompromisů uděláš, tím bude tvé VFO méně stabilní.

VFO na nízkém kmitočtu je stabilnější než na vysokém kmitočtu

Pro krátkovlnné vysílače, pracující na 160 ti metrech (1,8 – 2,0 Mhz) nebo na 80 ti metrech (3,5 – 4,0 Mhz) je praktické postavit VFO, které pracuje přímo na těchto kmitočtech. Tento signál z VFO můžeš přímo zesílit. Například pokud máš QRP na 80 m založené na krystalovém oscilátoru, můžeš VFO na 80 m připojit přímo do patice pro krystal. Možná bude dobré poněkud zeslabit signál z VFO než ho připojíš místo krystalu, ale VFO může skutečně nahradit krystal a můžeš s ním přeladit celé pásmo. Pokud se ti podaří postavit opravdu prvotřídní VFO pro 40 m, toto pásmo bude také velmi užitečné. Bohužel, při stejné úrovni složitosti a přesnosti je kmitočtová nestabilita přímo úměrná kmitočtu. Pravděpodobně zjistíš, že někde nad 5 Mhz je již nestabilita příliš vysoká na to aby šla udržet pod 5 Hz za minutu. Abychom postavili stabilní VFO pro pásmo 40 m nebo vyšší, musí být VFO na nízkém kmitočtu „konvertováno“ nahoru na požadovaný vyšší kmitočet. Konverzí je míněno přičtení signálu z VFO k vyššímu kmitočtu krystalového oscilátoru a následně vyfiltrování ze směsi kmitočtů. Konverze kmitočtu je popsána v 11.kapitole.

S ohledem na šířku většiny amatérských pásem, potřebujeme aby VFO šlo přeladit alespoň o 0,5 Mhz. Čím vyšší bude základní kmitočet VFO, tím větší ladící rozsah můžeme dosáhnout. Návrhy v ARRL Handbook jsou na různých kmitočtech v rozsahu od 1,75 do 9 Mhz. Moje VFO pro CW vysílač má rozsah od 3,5 do 4,0 Mhz a druhé pro přijímač a SSB vysílač je od 5,0 do 5,5 Mhz. Z mého dnešního pohledu, kdybych začínal znova, stavěl bych jako první VFO na 5 Mhz, jelikož tento kmitočet se ukázal jako více univerzální. Nevýhoda tohoto 5 Mhz oscilátoru je, že nemůže být použito přímo na některém amatérském pásmu a tedy pro každé pásmo je potřeba konvertor. (Ano, 60 metrů by šlo. Jenže na 60 ti metrech není povoleno CW a generovat SSB přímo na vysílacím kmitočtu by vyžadovalo techniku posunu fáze, která se dnes používá velmi zřídka).(pozn: u nás není toto pásmo povoleno vůbec).

Tranzistory JFET

Tranzistory řízené polem s hradlem vytvořeným PN přechodem (zkratka JFET – Junction Field Effect Transistor) jsou ideální pro návrh VFO. Na rozdíl od bipolárních tranzistorů, proud mezi elektrodami drain a source (cosi jako kolektor a emitor) neprochází přes žádný PN přechod. PN přechod mění svoje vlastnosti s teplotou. Z tohoto důvodu oscilátory s bipolárními tranzistory mají větší nestabilitu, než oscilátory s JFETy. JFET funguje stejně jako MOSFET, ale řídící elektroda- gate je vytvořena přechodem PN. JFETy byly vysvětleny a použity v oscilátoru VFO pro přímosměšující přijímač v 7.kapitole.

Konkrétní schéma VFO - Základní oscilátor

V principu je zapojení VFO téměř stejné, jako zapojení krystalového oscilátoru. Elektricky je krystal ekvivalent k LC rezonančnímu obvodu. K ladění VFO můžeme použít buď proměnnou kapacitu, nebo proměnnou indukčnost. Pokud vím, nedá se vhodná proměnná indukčnost ani koupit, ani vyrobit na koleně. Z toho plyne, že ladící prvek bude muset být proměnný kondenzátor, nejspíše jeden z těch, které jsi použil na nastavení kmitočtu krystalu ve tvém QRP.

vfo schema

Obrázek nahoře je v podstatě to co najdeš ve svém ARRL Handbooku. Používá JFET tranzistor. Oscilátor je typu COLPITTS a pozná se podle zpětné vazby pomocí kapacitního děliče C3 a C4. Kdykoli napětí na source stoupá, část této změny je přenesena přes C3 na gate. To ještě více otevře JFET. To znamená kladnou zpětnou vazbu, čímž zajistíme oscilace. Základní LC rezonanční obvod, který určuje kmitočet je složen z C1 a L1. C2 je kapacitní trimr na dostavení rozsahu ladění.

Jaké jsou hodnoty C1, L1, C2, atd.? Odpověď není jednoduchá. Začneme s kvalitním proměnným kondenzátorem pro C1, jak je vysvětleno níže. Z mnoha důvodů bude C1 nejspíše někde okolo 30 pF. S tímto kondenzátorem a potřebou ladícího rozsahu 0,5 Mhz musíme ostatní součástky zjistit metodou pokusu a omylu. Je velmi těžké tyto hodnoty zjistit výpočtem, protože kondenzátory C3, C4 a dokonce i dioda 1N914 se podílejí na celkové kapacitě laděného obvodu. Nesnaž se zjistit tyto hodnoty teď, okamžitě, dokud jsi nenastudoval celou tuto kapitolu a nevypracoval si plán pro tvé VFO. Jak uvidíš později, C2, C3 a C4 jsou součástí strategie teplotní kompenzace a z toho důvodu musejí být určeny jako první. Pokud budeš mít jasno okolo C3 a C4, potom se zabývej L1 a C2.

Dioda 1N914 v gate tranzistoru vypadá jako nepotřebná, ale její úkol je fungovat jako ochrana proti otevření přechodu báze JFET tranzistoru. Pokud by totiž oscilace byly příliš silné, PN přechod hradla by se dostal na 0,6 voltu. Dioda pomůže předejít tomuto stavu. VFO jako celek je napájeno napětím 12 voltů. Avšak vlastní oscilátor a buffer (oddělovací stupeň) jsou napájeny 5 volty ze stabilizátoru se Zenerovou diodou. To je proto, aby se v oscilátoru ztrácelo co nejméně energie a předešlo se ohřívání jeho součástek.

Celkové schéma VFO

celkové schema

Zde máme celkové schéma VFO kromě součástek teplotní kompenzace. Jak vidíš, VFO obsahuje také oddělovací stupeň (buffer) a výstupní zesilovač. Teplotní kompenzace je speciální obvod, kterým nahradíme buď C2, nebo C4.

Buffer (Oddělovač)

Obvod bufferu odděluje vlastní oscilátor od výstupního zesilovače. Jinak by byl oscilátor ovlivňován zátěží na jeho výstupu. Věř mi to, nebo ne, bez tohoto bufferu by se měnil kmitočet oscilátoru, pokud bys měnil zátěž na výstupu. Buffer je připojen k ostatním stupňům přes C5 a C6. Tyto kapacity by měly být co nejmenší, aby se omezila vazba mezi oscilátorem a výstupním zesilovačem.

Výstupní zesilovač

Výstupní zesilovač zvyšuje výstupní úroveň z VFO na úroveň potřebnou k buzení vysílače. Ve vysílači je tímto buzeným stupněm obvykle směšovač o kterém bude řeč v příští kapitole. Avšak pokud je VFO navrženo pro 80 m pásmo, pak může následující stupeň za VFO být řetězec zesilovačů ve třídě C určený k výkonovému zesílení na výstupní úroveň, řekněme 5 nebo 50 wattů. Výstupní zesilovač VFO musí poskytnout alespoň 2 volty špička-špička sinusového signálu. Jelikož úmyslně držíme signál oscilátoru a bufferu velmi malý, musí být výstupní zesilovač lineární (třída A) abychom dostali š-š signál 2 až 5 voltů. Vstup tohoto tranzistoru je napájen odporem 33k , takže tento stupeň je stále otevřen.

Dolní propust (Low pass filter)

Abychom nevysílali harmonické mimo amatérské pásmo, měl by být vstupní signál do vysílače co nejčistší sinusovka. Dolní propust na výstupu zeslabí většinu harmonických nad požadovaným kmitočtovým rozsahem. Zde je Čebyševova dolní propust navržená pro zátěž 500 ohmů. V 6.kapitole byly ukázány Čebyševovy filtry navržené pro 50 ohmů. Ale tady nepotřebujeme velký výkon, pouze napětí. A proto je filtr navržen pro 500 ohmů, což znamená spoustu výkonu pro tento účel. Uvedené hodnoty jsou jak pro 80 m VFO (3,5-4,0 Mhz), tak pro 5 Mhz VFO (5,0-5,5 Mhz).

50 tajných tipů, jak zabránit nestabilitě

Dejme tomu, že jsi právě postavil VFO, aniž by sis přečetl následující odstavce: Poprvé to zapneš a budeš velmi zklamán, neboť zjistíš, že to ujíždí o 100Hz za minutu, možná i více. Nestabilita je způsobena změnami teploty. Součástky se s teplotou roztahují a smršťují a to způsobuje malé změny v jejich kapacitě a indukčnosti. Vzduch, který vane kolem desky, nedovolí teplotě aby se ustálila. Omezit nestabilitu znamená omezit změny teploty a vybrat součástky, které se mění s teplotou co nejméně.

Stavba VFO je podobné umění jako tajemství receptu na babiččin nezaměnitelný štrůdl nebo (nerozumím: the fine points of building Cub Scout Pinewood Derby racers.) Jak zjistíš, musí existovat alespoň 50 způsobů, jak zlepšit stabilitu. Mě se nikdy nepodařilo postavit VFO, které by bylo úplně stabilní a asi se mi to nikdy nepodaří. Nejspíš proto, protože znám pouze 14 níže vyjmenovaných. Pokud z nich dodržíš co nejvíce budeš schopen, měl by ses dostat pod 20 Hz – a – možná – pod 5 Hz.

  • Tajemství č.1: Tranzistor řízený polem (JFET). První tajemství stabilního VFO je, že musíš použít JFET místo bipolárního tranzistoru. Jak bylo popsáno dříve, tranzistor řízený polem je lepší, protože je méně citlivý na teplotu. Používám 2N3823, 2N5484 a 2N4416 JFETy s N-kanálem. Mám dojem, že jakýkoli malý FET s kanálem N funguje dobře.

  • Tajemství č.2: Utěsni VFO do oddělené plechové krabičky. Obrovské zlepšení způsobí obyčejné zabránění proudění vzduchu ve VFO. Aby se teplota alespoň měnila pomalu, použij silný materiál. Tenoučká hliníková krabička se ohřeje a zchladne poměrně rychle. Na druhou stranu, JAKÁKOLI krabička znamená obrovské zlepšení oproti součástkám ve volném proudu vzduchu.

  • Tajemství č.3: Použij jednostranný plošný spoj. Dvoustranný plošný spoj funguje jako kapacita. Tenké kovové fólie jsou nanesené na izolační vrstvě. Bohužel výsledný kondenzátor má veliký teplotní koeficient. Když se teplota zvyšuje, deska se roztahuje (tloustne) a kapacita desky se zmenšuje. Když je VFO postaveno na pájecích bodech a cestičkách plošného spoje, jejichž kapacita proti zemi se mění, kmitočet oscilátoru bude mírně nestabilní.

  • Tajemství č.4: Umísti desku s oscilátorem dále od kovových částí konstrukce. Stejný princip jako v předchozím případě. Nemontuj jednostrannou desku paralelně blízko kovové stěny krabice. Minimalizovat kapacitu mezi spoji a kovovou krabicí.

  • Tajemství č.5: Vybírej pečlivě všechny součástky, které ovlivňují oscilátor, a také je pečlivě instaluj. Všechny indukčnosti a kapacity v oscilátoru by měly mít co nejmenší teplotní činitel. Podíváme-li se na schéma, nejsou to jenom kondenzátory C1 a C2, které ovlivňují kmitočet. Kondenzátory v sérii s kondenzátorem 220 pF, C3, C4 a dokonce i C5 ovlivňuje kmitočet. Třeba jenom nepatrným způsobem, ale VŠECHNY součástky, které jsou v kontaktu s těmito kondenzátory, mohou mít vliv na stabilitu kmitočtu. Tedy včetně diody, VF tlumivky, tranzistoru, a odporu 100 k.

  • Tajemství č.6: Měl bys pečlivě vybrat mechanický proměnný kondenzátor. Sehnat opravdu dobrý mechanický proměnný kondenzátor není jednoduché, ale je to jediné dobré řešení. Vyber si kondenzátor s kapacitou asi 30 – 60 pF, nikdy ne větší. Kondenzátory s velkou kapacitou jsou příliš citlivé na změny teploty. S menšími nedosáhneš potřebné přeladění. Vyhni se kondenzátorům s hliníkovými deskami – příliš se kroutí s teplotou. Nejlepší materiál je mosaz. Pokus se sehnat kondenzátor se silnými plechy a širokými mezerami. Papírové s tenkými plechy jsou sice malé, ale ochotně se kroutí s teplotou.

    Pokud se kapacita mění lineárně s úhlem natočení, kmitočet se bude měnit nelineárně. Ideální je pokud je průběh kondenzátoru tak nelineární, aby se kmitočet LC obvodu měnil lineárně. Protoč kondenzátor přes celý rozsah a uvidíš, že desky rotoru u kompenzovaného proměnného kondenzátoru nemají jednoduchý tvar půlkruhu. Jak se otáčejí, nezapadají do sebe spolu s deskami statoru v jednom bodě. Korekce nelinearity ladění není velký problém, ale není na škodu se zde o ní zmínit.

  • Tajemství č.7: Varikapy jsou nejstabilnější ladící součástka. Koupit kvalitní, mechanicky a teplotně stabilní proměnný kondenzátor není lehké. V Collinsech kdysi používali k ladění VFO speciální cívky s vytahovacím jádrem z práškového železa, ale nikdy jsem žádné takové neviděl v prodeji. Dobrým řešením tohoto problému je varikap laděný kvalitním potenciometrem. Varikap je druh křemíkové diody ovládaný stejnosměrným napětím. Podle mých zkušeností jsou varikapy teplotně mnohem stabilnější, než mechanické kondenzátory. Jsou také, což je rovněž důležité, mechanicky mnohem odolnější. Můžeš rukou klepat na svoje VFO a ačkoli ostatní součástky mohou vibrovat, varikap svou kapacitu nezmění.

    Bohužel při použití varikapů budeš mít nelineární stupnici kmitočtu. To znamená – vysoké kmitočty budou na stupnici velmi roztažené, zatímco spodní konec pásma může být stlačen jen na několika stupních. Z tohoto důvodu může být užitečné kompenzovat to nelineárním průběhem potenciometru. Varikapy jsou detailně probrány níže.

  • Tajemství č.8: Použij pevné kondenzátory typu NPO.(označení materiálu a technologie výroby). Až si budeš kupovat kondenzátory, sháněj se po tomto typu. U nich lze předpokládat minimální teplotní koeficient. Použij je pro všechny pozice, které mohou mít vliv na LC rezonanční obvod.

  • Tajemství č.9: Abys dosáhl danou hodnotu, použij více kondenzátorů NPO paralelně. Pokud musíš použít pevné kondenzátory paralelně s C1 nebo C2, je lepší použít jich několik menších paralelně, než jeden veliký. Teplota menšího kondenzátoru se stabilizuje rychleji než velkého.

  • Tajemství č.10: Teplotní kompenzace LC laděného obvodu je nutnost. Stálo mě to čtyři prototypy, než jsem to vzal na vědomí, ale teplotní kompenzace se stejně důležitá jako ukrytí VFO v plechové krabičce. Mnoho lidí tvrdí, že se jim to povedlo i bez kompenzace, ale mě nikdy. Nepoužití teplotní kompenzace předpokládá, že všechny kondenzátory a indukčnosti ve VFO mají nulový teplotní koeficient. Jinak musejí všechny součástky s negativním koeficientem být pečlivě vyváženy součástkami s kladným koeficientem. Přeji ti hodně štěstí až se do toho pustíš ! Kompenzační obvod je popsán níže.

  • Tajemství č.11: Použij vzduchovou cívku. Jako obvykle, nejpohodlnější je použít cívku s jádrem z práškového železa. Bohužel práškové železo mění s teplotou svoji permeabilitu. (koeficient určující indukčnost). Tím, že nepoužijeme železo jsme vyloučili dalšího původce nestability. Jako malou kostru vzduchové cívky jsem s úspěchem použil kryt starého pera. Do plastické hmoty jsem vyvrtal malé dírky do kterých jsem vložil kousky tvrdého měděného drátu, které slouží jako drátové zakončení.

    Pokud použiješ práškové železo, tak z nabídky materiálů CWS(Amidon) by měl typ 7 mít nejlepší teplotní stabilitu. CWS Bytemark (Amidon) #6 mi také fungoval přiměřeně dobře, ale #7 by měl být o pár procent lepší. Pokud namotáš cívku měděným drátem na kostru z plastu, měď bude také nepatrně měnit rozměry s teplotou. A jelikož vzduchová cívka vyžaduje více závitů, je větší nebezpečí, že měď bude s teplotou měnit jak rozměry, tak mezi-závitovou kapacitu a dokonce odpor. Nakonec, vzduchová cívka bude fungovat také jako transformátor s blízkými součástkami, zatímco toroid je v tomto lepší. Ach jo. Nic není dokonalé.

    Jakmile budeš mít cívku hotovou a nastavenou na správný rozsah, zafixuj ji pomocí epoxy k desce. Bez tohoto zafixování se bude kmitočet chvět při sebemenších vibracích. Jednou jsem také zkusil cívku nastavitelnou jádrem. Tyto cívky se velmi pohodlně nastavují, ale jsou mechanicky a teplotně velmi nestabilní.

  • Tajemství č.12: Perfektní stabilizace napětí pro VFO je nutností pro stabilní kmitočet. Napájecí napětí 12 voltů pro VFO jako celek musí být stabilizované. Běžné stabilizátory, jako třeba LM317 nebo LM7812 ustabilizují napětí na 0,1 voltu. To stačilo na stabilitu kmitočtu do 20 Hz. Ale abychom dosáhli stability lepší než 5 Hz, musíme stabilizovat napětí na pár milivoltů. Abych toho dosáhl, postavil jsem precizní zdroj, který napájí pouze VFO. Výstupní napětí bude tím stabilnější, čím menší proud budeme ze zdroje odebírat. Napájecí zdroj je detailně rozebrán níže.

  • Tajemství č.13: VFO by mělo mít co nejmenší vlastní spotřebu. Čím menší bude spotřebovaný příkon, tím méně tepla se vyrobí uvnitř VFO boxu. Zároveň, čím menší spotřeba, tím snáze vyrobíme stabilnější napájecí zdroj. To je také důvod, proč bylo VFO navrženo pro výstup 500 ohmů místo 50ti, jak je obvyklé. VFO jako celek by nemělo mít spotřebu větší než 20 mA DC. Ještě lepší by bylo vejít se do 10 mA.

    Můj příští pokus bude postavit VFO, kde by byl vlastní oscilátor a buffer ukryt v plechovém boxu, zatímco výstupní zesilovač by byl mimo, aby nemohl ohřívat vnitřek boxu. Také chci zkusit postavit oscilátor na nižším napětí, třeba 1,5 až 3,0 volty.

  • Tajemství č.14: Zapoměň na oscilátory s elektronkami. Vy, pamětníci, můžete být v pokušení použít oscilátor s elektronkou. První, co jsem zkusil, bylo modernizovat staré elektronkové VFO, jenže elektronky příliš topí a tím velmi znesnadňují teplotní kompenzaci. S tímto břemenem by byla spousta problémů. Pro výstupní zesilovač lze použít bipolární tranzistor. Ne však pro oscilátor. Navíc JFET lze použít jak pro zesilovač, tak pro buffer.

Mechanický převod ladění a ukazatel kmitočtu

Abychom byli schopni naladit se s naším VFO přesně na kmitočet protistanice, je nezbytné použít mechanický převod mezi ladicím knoflíkem a proměnným kondenzátorem. Můj názor je, pro celý rozsah kondenzátoru by měl ladicí knoflík vykonat alespoň tři otáčky. Bez použití převodu bude přesné naladění přijímače nebo vysílače na kmitočet protistanice velmi obtížné. Nejčastější řešení je planetový převod. Bývá připevněn pomocí šroubků na hřídel vyčnívající z VFO boxu. Mechanizmus ladicího převodu bývá obvykle kombinován se stupnicí a ukazatelem, s možností kalibrace. Na papírovou stupnici můžeme nakreslit kalibrační značky. Je dobré chránit papírovou stupnici plastovou fólií.

stupnice

Na VFO na obrázku výše jsem použil originální stupnici od National Company. Díky zájmu o QRP v poslední době, se opět po nějaké době objevily. Porozhlédni se po inzerátech v amatérských časopisech. Bohužel, tyto stupnice jsou docela drahé. Pro některá z mých VFO jsem použil převody z armádních přebytků, které nemají ukazatel ani stupnici. Ukazatel jsem vyrobil ze super tenkého plošného spoje a stupnici z bílého kartónu zakrytého pomocí 1/8 palce Lucite plastic a přišroubované na přední panel.

Pokud použiješ ladění pomocí varikapu, jak je popsáno níže, můžeš převod vyřešit pomocí víceotáčkového potenciometru. Tím se vyřeší problém s převodem, ale zůstane problém se stupnicí. Někteří amatéři to řeší postavením čítače nebo digitálního voltmetru. Já bych byl velice opatrný se stavbou digitálních obvodů do amatérského zařízení. Podomácku zkonstruované digitální obvody téměř vždy generují VF rušení, které bude vadit při poslechu slabých signálů. Podíváme-li se na výrobce komerčních zařízení, vývoj digitální technologie vypadá jednoduše. Ale bohužel všechny mé digitální hračky produkují konstantní „šum“.

Ladění varikapem

VFO s varikapem

Když jsem stavěl nový přijímač, musel jsem zkonstruovat další VFO. Rozhodl jsem se že v tomto prototypu zkusím nahradit mechanický proměnný kondenzátor varikapem. PN přechod v závěrném směru se chová podobně jako kondenzátor. Navíc, nejen že se chová jako kondenzátor, on to je kondenzátor. Zajímavá věc je, že se změnou stejnosměrného (DC) napětí v závěrném směru, řekněme od 0 do 10 voltů, může být kapacita měněna jako u proměnného kondenzátoru. Čím vyšší napětí je na diodě, tím více iontů v polovodiči je spotřebováno a tím menší náboj může být uchován. Jinými slovy, PN přechod v diodě mění svoji kapacitu v nepřímé závislosti na přiloženém napětí. Varikap je napětím řízený kondenzátor.

VFO laděné varikapem. Potenciometr na desce nastavuje napětí na varikapu.

vfo s varikapem

Varikapy jsou speciální křemíkové diody vyvinuté speciálně pro tento účel. Na druhou stranu, viděl jsem zapojení VFO, kde byla pro tento účel použita běžná křemíková dioda, jako 1N914, nebo 1N4148. Jedna z nevýhod většiny varikapů je, že nemají příliš velkou kapacitu.Většinou je to 5 až 20 pF. Z tohoto důvodu jsem příliš nevěřil, že mi varikap poskytne dostatečný rozsah přeladění. Zjistil jsem, že se to dá obejít použitím dvou, nebo více varikapů paralelně a zmenšením hodnoty zpětnovazebních kondenzátorů C3 a C4. Ladicí rozsah není problém.

Později jsem si koupil varikap typu MV104 od Motoroly, který má kapacitu 110 pF (!!!). Tato součástka je schopná poskytnou široký ladící rozsah potřebný pro pokrytí pásma 10-ti metrů. Jiná možnost použití je, provozovat ji v úzkém rozsahu ladicího napětí a tím lépe vyřešit problém s nelinearitou ladění.

Výhody ladění varikapem jsou:

  • Varikapy jsou mechanicky stabilní. Předpokládáme-li, že potenciometr, kterým ladíme varikap je mechanicky stabilní, potom výsledné VFO bude mechanicky stabilní. Můžeš bouchat pěstí do stolu ale kmitočet přijímače se stěží zachvěje.

  • Varikapy jsou teplotně stabilnější, než mechanické kondenzátory. Když jsem s pomocí fénu testoval VFO s mechanickým konzenzátorem, zjistil jsem že závan horkého vzduchu na desku způsobil, že kmitočet vyletěl, nebo se propadl o stovky Hz, nebo někdy až kHz. Když jsem podrobil moje varikapové VFO stejnému testu, změna kmitočtu byla nesrovnatelně menší.

  • Varikapy jsou dostupné. Dobrý mechanický proměnný kondenzátor je těžké sehnat, ačkoli použitelné kondenzátory má občas skladem RF Parts Co. Naproti tomu varikapy lze koupit kdykoli od Digi-Key, Mouser i od ostatních firem.

  • Varikapy jsou velmi malé. Jeden z těch co používám je velikosti zrnka písku. Připájet ho na desku vyžaduje velkou trpělivost, ostrou pinzetu a hodinářskou lupu. VFO modul s varikapem může být mnohem menší, než VFO s mechanickým kondenzátorem. Varikap může být laděný potenciometrem, který je na předním panelu několik palců vzdálený od desky.

  • VFO laděné varikapem může být laděno pomocí fázové smyčky (PLL). Jelikož VFO s varikapem je laděno pomocí proměnného stejnosměrného (DC) napětí, může být součástí moderní konstrukce oscilátoru s PLL. Doma vyráběné VFO nemusí být svázáno se starými technologiemi.

Problémy v varikapy

Bohužel, varikapem laděné VFO je nelineární. Na druhou stranu to lze změnit na výhodu. Jak se mění napětí na varikapu, změna kmitočtu, kterou to vyvolává je nelineární. Po připojení nízkého napětí, jsou díry a elektrony v PN přechodu ochotně vyplněny a kapacita se prudce sníží. Po této počáteční rychlé změně je potřeba stále větší a větší napětí, aby se zaplnilo více děr a spotřebovalo více elektronů v polovodiči typu N. Jinými slovy, čím širší ladicí rozsah vyžadujeme, tím nelineárnější je vztah mezi napětím a kmitočtem. Tím se roztahuje ladění horního konce pásma. Například, pokud je varikap využit na maximum jeho rozsahu, pak 75% rozsahu napětí je potřeba na pokrytí 25% celkového kmitočtového rozsahu.

Předpokládejme, že tě zajímá především CW provoz. CW část pásma je vždy na spodním a fonická na horním konci pásma. Problém s linearitou můžeš změnit na výhodu tak, že kmitočtový konvertor pro VFO ve tvém vysílači, nebo přijímači navrhneš tak aby byl horní konec rozsahu VFO na dolním konci každého pásma. CW signály mají nepatrnou šířku pásma, Několik Hz a telegrafní úseky pásem bývají obvykle přeplněny. I když SSB úseky pásem bývají někdy rovněž přeplněny, jsou několikrát širší a jednotlivé signály zabírají 3 kHz. Jinými slovy, správné roztažení pásma (malá změna kmitočtu při velkém otočení knoflíku),je důležité pro CW pásmo, ale již ne tolik pro fone. Samozřejmě, že pro fone SSB je přesné naladění také důležité. Ale později uvidíš, že dostavení kvality hlasu je mnohem snazší pomocí knoflíku BFO, nežli laděním VFO.

  • Příklad: Rozsah VFO ve vysílači je 5,0 až 5,5 Mhz. Abychom vysílali na 40 m (7,00 až 7,300), vysílač musí mít 12,5 Mhz lokální krystalový oscilátor, čímž dosáhneme 7,00 až 7,500 Mhz. Čili: 12,5 Mhz minus 5,5 Mhz = 7,0 Mhz. V tomto případě horní konec ladění VFO pokrývá dolní konec amatérského pásma. Naproti tomu, pokud použiješ krystal s kmitočtem 2 Mhz (2,0 Mhz plus 5,3 Mhz = 7,3 Mhz), bude horní konec VFO pokrývat horní konec fone pásma, kde roztažení není příliš důležité. Pokud jsi teď trochu zmatený, konvertory kmitočtu jsou detailně vysvětleny v 11.kapitole.

    Offset kmitočtu při vysílání.

    V souvislosti s VFO pro vysílač existuje ještě jeden problém, který sis zatím možná neuvědomil. Pokud jsi ladil starý přijímač s širokým filtrem pro CW, slyšel jsi tón, který se spolu s laděním měnil od vysokého přes nízký až zmizel (nulový zázněj), a potom znova stoupal k vysokému tónu. Pokud bys naladil přijímač přesně na kmitočet protistanice, měl bys ji v nulovém zázněji. Její CW signál by měl tak nízký kmitočet, že bys nebyl schopen ho přijímat.

    Toto řeší moderní transceivery tím, že nastavují kmitočtový offset (rozdíl mezi kmitočtem přijímače a vysílače) obvykle na 700 nebo 800 Hz. Dnešní dokonalé transceivery také nepřijímají spodní část signálu, pokud operátor nepřepne na LSB na předním panelu. Obecně se dolní postranní pásmo (LSB) používá na 160, 80, a 40-ti metrech, zatímco horní postranní pásmo (USB) na 60, 30-ti metrech a výše. S moderním přijímačem s úzkým filtrem si nemusejí moderní radioamatéři ani uvědomovat, že existují dvě postranní pásma. Závěr je ten, že když odpovídáš na CQ s tvým Home Made VFO, musíš se odladit správným směrem o asi 700 Hz nad, nebo pod jeho nulový zázněj. Jinak tě vůbec nebude slyšet. Old timers byli zvyklí prolaďovat, ale ti moderní amatéři ne. Je mi jasné, že jsem se s tímto problémem setkal když jsem poprvé zapnul můj Home Made Rig. Jenom pár stanic schopných mě slyšet. Ale když jsem na někoho promluvil, dostal jsem dobrý report.

    VFO pro transceiver

    Pokud budeš stavět VFO pro transceiver, bude použito jak pro příjem, tak pro vysílání. Jak bylo vysvětleno dříve, může se hodit přidání varikapem laděného offsetu do VFO, abys mohl přijímat a vysílat na nepatrně odlišných kmitočtech. Prostě přidej varikap s nízkou kapacitou paralelně s hlavním laděním. Princip je stejný jak byl popsán pro ladění varikapem, akorát rozsah ladění bude méně než 1 kHz.

    Precizní napájecí zdroj pro VFO

    Jedno z mých VFO trvale ujíždělo směrem nahoru o 200 Hz za hodinu. Byl jsem zmatený až do chvíle, kdy jsem si všiml, že můj zdroj 12 voltů pro VFO měl nepatrný drift směrem dolů. Běžné stabilizátory napětí jsou velmi hrubé v porovnání s teplotně kompenzovanými integrovanými stabilizátory. Stabilizátory jako třeba LM317 nebo LM7812 cestují setiny voltu za minutu, zvláště, pokud je zátěž vyšší než 100 miliampér. Jednoduchý stabilizátor se zenerovou diodou klidně dovolí změnu napětí na oscilátoru jednu, nebo dvě desetiny voltu. Řešením je postavit precizní stabilizátor napětí. Tento stabilizátor 12 voltů by měl být umístěn vně boxu s VFO. Pokud je to možné, tak vše, co produkuje teplo by mělo být umístěno vně boxu s VFO.

    Přesné zenerovy diody.

    Trik, jak postavit přesný, teplotně kompenzovaný zdroj je v použití přesné referenční Zenerovy diody. Běžné Zenerovy diody mění svoje napětí s teplotou. Přesné „Zenerovy diody“ jsou integrované obvody, které se chovají jako Zenerovy diody, ale obsahují teplotní stabilizační obvod a mohou být nastaveny přesně na dané napětí. Zenerova dioda LM336-5,0 může být pomocí trimru nastavena přesně na 5,000 voltu. Je navržena tak, aby měla nejlepší teplotní kompenzaci přesně na tomto napětí. S výjimkou trimru a diod, je tato součástka používána jako normální zenerova dioda.

    přesná zenerova dioda

    Precizní zdroj 12 voltů DC

    Přesný stabilizátor napětí na obrázku níže pochází z katalogu pro analogové obvody od National Semiconductor. Tento stabilizátor udrží napětí pro VFO v rozsahu asi 2 milivolty. Je v něm použit programovatelný stabilizátor LM317T (to T znamená pouzdro TO-220). Výstup tohoto „velkého“stabilizátoru je „upraven“ precizní zenerovou diodou, aby bylo výstupní napětí konstantní. LM317 stabilizuje napětí na odporu 1,2 kohm na asi 1,2 voltu. Dále přesná reference udržuje napětí na odporu 620 ohmu na přesně 6,2 voltu. Tedy 1,2 + 5,000 voltů. Jelikož napětí na odporu 620 ohm je konstantní, tak také proud skrz trimr 1k je rovněž konstantní. Tím pádem můžeme pomocí trimru 1k nastavit celkové napětí.

    přesný stabilizovaný zdroj

    Z důvodu abychom zachovali vysokou míru stability, tento stabilizátor napájí pouze VFO. Když jsem zkusil napájet tímto zdrojem ostatní stupně vysílače, zátěž stoupla na několik set miliampér. A přesto, že oba obvody pracovaly podle specifikace, zvýšený odběr naprosto znehodnotil milivoltovou přesnost stabilizace. Doplnil jsem moje staré - kondenzátorem laděné VFO tímto přesným stabilizátorem a zjistil jsem, že kmitočet je stejně stabilní jako u mého novějšího VFO s varikapem. Zkouším snížit napájecí proud mého VFO pod 10 mA. Pokud potřebuješ více, než 3 volty špičkového výstupního napětí, zjistíš, že je to problém. V celkovém schématu VFO na obrázku dříve, kde potřebujeme čistý sinusový signál 5 voltů š-š je odebíraný proud těsně pod 20 mA. Možný způsob je nastavit napětí stabilizátoru přesně na hodnotu potřebnou pro dosažení potřebné výstupní úrovně. Dá se například místo 12 voltů použít stabilizace na 8 nebo 10 voltů.

    Oddělená stabilizace pro oscilátor

    Pokud tvé VFO spotřebovává více než asi 10 mA, můžeš napájet vlastní oscilátor uvnitř boxu zvláštním přesným stabilizátorem 5 voltů místo běžné zenerovy diody.

    Zdvojovač napětí pro bateriové napájení

    Pokud máš síťové napájení, bude právě popsaný stabilizátor fungovat bezvadně, s výjimkou výpadku proudu. Pokud však bude tvůj vysílač napájený z baterií, výstupní napětí rychle spadne, jestliže baterie klesne pod 12 voltů. Jedno řešení je provozovat VFO na stabilizovaném napětí 9 voltů. V tom případě bude stabilizátor stále dodávat stabilizovaných 9 voltů, i když napětí baterie klesne na 10V. Na druhou stranu, pokud tvé VFO používá k ladění varikap, možná potřebuješ alespoň 10 V na dosažení potřebného přeladění. Moje řešení tohoto problému je - nejdříve zdvojnásobit nestabilizované napětí z baterie. Začnu-li z dvojnásobného napětí baterie, moje VFO bude mít vždy alespoň 12 voltů. Tento zdvojovač napětí nemusí být příliš výkonný, protože VFO má spotřebu maximálně 10 – 20 mA.

    V pokračování 10. kapitoly bude popis zdvojovače napětí a způsoby teplotní kompenzace VFO.



  •    | Celý článek |      e-mailtisk clánku
     

    Zpět (klikni)

    O   Novinky
    24.11.2017:
    Update na webu DXFC
    Dneska jsem updatoval info na webu DXFC

    24.11.2017:
    Update fotoalba
    Do fotoalba jsem přidal fotky z letošní dovolené v Tureckém Oludeniz.

    23.09.2016:
    Finální výsledky RSGB IOTA Contestu 2016
    Pořadatel IOTA contestu zveřejnil výsledky letošního kola závodu.

    11.08.2016:
    Výsledky MMC HF 2016
    Pořadatel závodu Marconi Memorial Contest HF vydal konečné výsledky letošního (2016) kola závodu. K dispozici jsou rovněž přijaté deníky a statistiky.

    13.02.2016:
    Tesla HF CW Contest
    Pořadatel zveřejnil oficiální výsledky loňského ročníku Tesla HF CW Contestu (Tesla memorial HF)

    O   kalendář
    <<  Srpen  >>
    PoÚtStČtSoNe
      1 2 3 4 5
    6 7 8 9 10 11 12
    13 14 15 16 17 18 19
    20 21 22 23 24 25 26
    27 28 29 30 31   

    O   Radary ČHMU

    O   Statistika
    Návštěvy od 18.5.2015


    Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
    Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
    nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.