Przepis na klasyczne VFO

[SP4NSJ]

Panie i Panowie, pierwsze moje radio sp5ww już dawno funkcjonuje i ma się świetnie/ jedynie jego zamiłowanie do pływania lekko denerwuje/. Teraz kończę drugie sp5ww z dds. Pomysł realizuje w obudowie z plexi, widać pięknie jak na dłoni co "siedzi" wewnątrz radia. Już w wyobraźni cieszę się stabilnym odbiornikiem amatorskim. Jednak moim marzonkiem jest zbudowanie radia w 100% analogowego ze stabilnością zbliżoną do dds. Wklejam VFO sp5ww i proszę o konkretne porady, na który element zwrócić szczególną uwagę, ale co najważniejsze jaki konkretnie zastosować np. kondensator czy inny element aby generator "stał" w miejscu. Niech ten wątek będzie przewodnikiem dla początkujących radioamatorów takich jak np. ja Zależy mi na tym akurat VFO. Pozdrawiam i oczekuję na wskazówki.

[SQ4AVS]

W pełni analogowe stabilne VFO bez układów takich jak choćby FLL to tylko odpowiedni sposób nawinięcia cewki plus bardzo żmudna kompensacja za pomocą kondensatorów o różnych współczynnikach termicznych zmian pojemności. Moim zdaniem w obecnych czasach można o tym całkowicie zapomnieć. Polecam dla wszystkich nie tylko zaczynających przygodę z krótkofalarstwem, zdecydowanie najlepszą polską książkę Poradnik ultrakrótkofalowca wbrew pozorom jest tam bardzo dużo opisów przydatnych też również na kf, dodatkowo jest wyczerpujący opis vfo. Technologia poszła do przodu ale książka nadal powinna znaleźć się w bibliotece każdej osoby zajmującej się radioelektroniką http://www.swiatradio.com.pl/virtual/dow..._Ultra.pdf

[SP7CLB]

Moim zdaniem, nieczęsto spotykane, nieskomplikowane i najbardziej stabilne analog VFO dla TRX z pcz 9MHz można wykonać z dwu generatorów kwarcowych, mieszacza i prostych 3-el. filtrów dolnoprzepustowych . Pierwszy pracuje na wysokiej częstotliwości + 4x powielacz dając ok. 100MHz w układzie VXO i możliwość przestrojenia o 500kHz. Drugi generator ma przełączane kwarce na 3-cie lub 5-te overtony, które pracują na częstotliwościach niższych o częstotliwość VFO. Wyjścia generatorów "popychają" zrównoważony mixer diodowy. Sygnał różnicowy jest filtrowany prostym filtrem pi dolnoprzepustowym i ew. wzmacniany w jednotranzystorowym wzmacniaczu, jeżeli potrzebny wysoki poziom sygnału VFO (heterodyny). Układ ma też tę zaletę, że przy jednakowych cięciach kwarców odchyłki temperaturowe w dużej mierze się kompensują i również daje b.czyste spektrum. Trudność polega tu na zdobyciu kwarców o pożądanej częstotliwości, ale można to robić stopniowo, na kolejne pasma. W wolnej chwili przeanalizuję ten układ w LTSpice i podam tu.

[SP9LVZ]

W klasycznym VFO (tak jak tym przytoczonym na schemacie z przed lat).... należy użyć starych kondensatorów styrofleksowych lub mikowych, kondensatory sprzęgające do diod pojemnościowych NPO, cewkę nawinąć na amidonie T50-2, zamiast diod zenera użyć stabilizatorów i wyjdzie wystarczająco stabilne VFO.... Można się też zastanowić nad wykonaniem stabilniejszego układu generatora Hartley'a też na FET-ach (aktualnie takie użytkuję z powodzeniem).
Błędem w kwestii niestabilności termicznej jest wykorzystanie "zwykłych" kondensatorów ceramicznych i cewki nawijanej na karkasie z rdzeniem tak jak w oryginalnym układzie tego generatora, który przed laty też wykonywałem i wykorzystywałem oczywiście w takiej konfiguracji był niestabilny.

[SP2JQR]

Swego czasu modyfikowałem TRX Bartek, w którym w generatorze VFO zastosowałem tranzystor BF966 oraz odpowiednie kondensatory rurkowe oznaczone kolorami i tzw. czekoladki (kondensatory mikowe) dzięki którym uzyskałem idealną kompensację i praktycznie brak wybiegu częstotliwości VFO zaraz po włączeniu. To oczywiście działało z oryginalną cewką zastosowaną w Bartku, która jest dosyć duża.
Schemat tego zmodyfikowanego Bartka narysowany ręcznie można wykopać z internetu.

Poniższy schemat został powtórzony przez kilka osób z bardzo dobrym skutkiem, musi być oryginalna taka jak w Bartku cewka. W innym przypadku trzeba sprawdzić stabilność i ewentualnie dostosować kompensację do zastosowanej cewki.


W dzisiejszych czasach brak jest dostępnpści kolorowych kondensatorów z różnymi współczynnikami temperatury, ale kondensatory mikowe obecnie głównie stosowane w audio są nadal produkowane, dostępne są elementy NPO. Można na nowo odświeżyć temat i opracować układ na obecnie dostępnych elementach.

Główna zasada jaka obowiązuje przy konstruowaniu stabilnych generatorów to jak najsłabsze sprzężenie z elementem czynnym, ale nie na granicy wzbudzenia, ponieważ wtedy rosną szumy fazowe.
Elektrody elementu czynnego powinny być zablokowane jak największymi pojemnościami. Wtedy zmiany pojemności międzyelektrodowych wstutek wybiegu termicznego zaraz po załączeniu prawie nie mają wpływu na ogólną pojemność obwodów i zmiana częstotliwości jest niezauważalna.
W dzisiejszych czasach wszyscy wolą stosować DDSy i układy SI, bo w łatwy sposób dają stbilność i możliwość programowania wraz z odczytem na wyświetlaczu.
Zrobienie dobrego VFO to znacznie trudniejsze zadanie, ale wydaje się nadal przy obecnie dostępnych elementach wykonalne.

[SP9FYS]

(16-02-2021 10:30)SP9LVZ napisał(a):  W klasycznym VFO (tak jak tym przytoczonym na schemacie z przed lat).... należy użyć starych kondensatorów styrofleksowych lub mikowych, kondensatory sprzęgające do diod pojemnościowych NPO, cewkę nawinąć na amidonie T50-2, zamiast diod zenera użyć stabilizatorów i wyjdzie wystarczająco stabilne VFO.... Można się też zastanowić nad wykonaniem stabilniejszego układu generatora Hartley'a też na FET-ach (aktualnie takie użytkuję z powodzeniem).
Błędem w kwestii niestabilności termicznej jest wykorzystanie "zwykłych" kondensatorów ceramicznych i cewki nawijanej na karkasie z rdzeniem tak jak w oryginalnym układzie tego generatora, który przed laty też wykonywałem i wykorzystywałem oczywiście w takiej konfiguracji był niestabilny.

To jest bardzo uproszczone podejście, ale umożliwia uzyskania generatora który nie będzie płynął więcej niż kiloherc na godzinę.
Podstawą do uzyskania wysokostabilnego generatora jest:
1. Solidna konstrukcja mechaniczna wszystkich elementów generatora.
2. Zastosowanie kompensacji termicznej elementów obwodu generacyjnego w tym termostatu gorącego.
3. Użycie elementów o możliwie najwyższej dobroci w obwodzie generujacym
3. Zastosowanie stabilnego z natury układu generatora.
W/w. założenia dotyczą generowania sygnału heterodyny w sposób bezpośredni, tj bez udziału pętli stabilizujących, układów przemiany itp.
W warunkach amatorskich daje się uzyskać stabilność długookresową na poziomie kilkudziesięciu herców na godzinę przy f~5-10MHz. To oczywiscie daleko odbiega od nawet prostych syntez ale sygnał jest nieporównanie bardziej czysty, bez harmonicznych i zakłóceń fazowych.
__________
Powyższe zastrzeżenia wykluczają stosowanie materiałów o niskiej stabilności temperaturowej, tj. kondensatorów ceramicznych w krytycznych miejscach za wyjątkiem ich świadomego(!) stosowania dla skompensowania dryfu częstotliwości, elementów ferrytowych - w tym rdzeni toroidalnych do konstrukcji cewek, elementów półprzewodnikowych o niskiej stabilności temperaturowej - w szczególności diod pojemnościowych.
Nie wszystkie układy generacyjne dają sygnał o wymaganej stabilności.
Najmniej stabilne są układy ze sprzężeniem indukcyjnym (historycznie najstarsze): Meissnera i Hartley'a.
Bardziej stabilne są układy Colpittsa i Clappa różniące się między sobą strukturą obwodu generującego (odpowiednio - równoległy i szeregowy), najbardziej stabilne są układy Franklina i Vackara - szczególnie ten ostatni jest wyjątkowo stabilny; patrz link https://www.qsl.net/va3diw/vackar.html.
Budowa stabilnego generatora jeżeli nie przetrenowało się tego na prostszych układach jest zniechęcająca. Zwłaszcza kompensacja dryftu temperaturowego wymaga anielskiej cierpliwości i to pod warunkiem, że się wie co się robi.
R.

[SP7CLB]

W podanym przykładzie VFO Vackara jest tempatrimmer jest to kondensator o stałej pojemności, ale zmiennym współczynniku temperaturowym, którym można doprowadzić układ, przy dużej cierpliwości do 0 dryftu. Nie widzę jednak możliwości nabycia tegoż na krajowym rynku. Pozatem trzeba by mieć ich tyle ile VFO-s.
http://www.ngunn.net/kwradios/nonKW/_Oxley_Trimmers.pdf

[SP2JQR]

Możliwość jest. Można zamiast specjalnego kondensatora zastosować kompensację elektroniczną.
Do kompenascji VFO należy dodać diodę pojemnościową w podobnym schemacie jak w układzie RIT. Czujnikiem temperatury może być zwykła dioda jedna lub kilka w szeregu. Przy pomocy wzmacniacza odwracającego napięcie uzyskamy przeciwny kierunek zmian napięcia sterującego vaicapem. Jeśli pomiędzy napięciem odwróconym i nieodwróconym umieścimy PRek regulacyjny to pośrodku nie będzie zmian napięcia, a w skrajnych położeniach uzyskamy dodatnią i ujemną zmianę w funkcji zmiany temperatury.
W sposób może trochę bardziej skomplikowany, ale jeszcze w miarę prosty uzyskamy układ podobny w działaniu do powyżej opisanego kondensatora.
Taki układ stosowałem w epoce analogowej i w pewnym zakresie temperatur działał poprawnie zapewniając prawie kwarcową stabilność VFO.
Tu jednak zasadnicza uwaga: vfo musi być porządnie zbudowane mechanicznie i w stabilnym z natury schemacie tak jak napisał kolega SP9FYS.

[SQ5KVS]

Dodając do tych rzeczy o których koledzy wspomnieli - odsuń elementy VFO jak najbardziej od źródła ciepła (radiator itp) oraz od przewiewu. Zdecydowanie polecam ekranowanie, VFO najlepiej się czuje pod grubą "pierzynką" , bez przeciągów ale również bez wpływów pola magnetycznego (nawet taki dławik 1mH nawinięty na ferrycie potrafi zmienić swoją indukcyjność pod wpływem pola z transformatora sieciowego i mamy modulację FM). Dlatego nieraz się całe VFO zalewa (w zasadzie nie polecam bo potem jest brudno) różnymi masami, kładzie styropian itp. Dbać o to aby generator jak najmniej "czuł" obciążenie zwłaszcza jeśli jest niskoimpedancyjne i przełączane (np. jeden mixer diodowy przy odbiorze, drugi do modulatora przy nadawaniu), więc odpowiednie stopnie separacyjne, fet i/lub układ ze wspólną bramką.
Cewki powietrzne, ale na niższe częstotliwości może być problem z ilością zwojów, wtedy rdzenie które mają małą wrażliwość temperaturową, np T37-6 https://toroids.info/T37-6.php (patrz temperature stability) porządnie przyklejone do płytki.
Nie używaj kondensatorów ceramicznych (chyba że w obwodach odsprzęgających a i to równolegle z jakimś dobrym) - nie dość że temperaturowo są do bani to jeszcze mają bardzo przykry efekt mikrofonowania (są piezoceramiczne). Zwłaszcza jeśli są to SMD które przejmują naprężenia płytki.
Kupując kondensatory NP0 i stryrofleksowe w popularnych sklepach typu TME i porządny rdzeń, ekranując to tak aby nie było przeciągów i zapewniało stabilność temperaturową, stabilność napięcia zasilania i obciążenia, można zrobić generator który osiągnie po kilku minutach na tyle stabilną częstotliwość że da się spokojnie prowadzić łączności SSB i CW bez ciągłego ganiania korespondenta. Może nie będzie najlepszy, ale wystarczający.

[SP9FYS]

(16-02-2021 12:37)SP7CLB napisał(a):  W podanym przykładzie VFO Vackara jest tempatrimmer jest to kondensator o stałej pojemności, ale zmiennym współczynniku temperaturowym, którym można doprowadzić układ, przy dużej cierpliwości do 0 dryftu. Nie widzę jednak możliwości nabycia tegoż na krajowym rynku. Pozatem trzeba by mieć ich tyle ile VFO-s.
http://www.ngunn.net/kwradios/nonKW/_Oxley_Trimmers.pdf

Taki kondensator łatwo robi się "na piechotę".
Niezbędny jest kondensator motylkowy. Do okładzin stałych podpina się kondensatory o dodatnim i ujemnym wsp. temp. odpowiednio, a rotor do obwodu rezonansowego.
Obracając rotor uzyskuje się kondensator kompensujący o dodatnim lub ujemnym współczynniku temperaturowym.

(16-02-2021 14:01)SQ5KVS napisał(a):  Poza tymi rzeczami o których koledzy wspomnieli -....

Czyżbym miał wrażenie, ze nie lubisz czytac długich wpisów?
R.