Термостат для генератора VCTCXO
Назад-
Здравствуйте!
Предлагаю конструкцию термостата для гетеродина 9936 МГц.
На составных транзисторах VT2 и VT3 собран усилитель с большим коэффициентом усиления. Обратную связь по току для температурной стабилизации обеспечивает R4. Сопротивления R2 и R3 выполняют роль нагревателей. В качестве датчика температуры применён германиевый транзистор VT1. Величина усиления определяется глубиной обратной связи по напряжению через сопротивление R1. Если выбрать R1 = 47 кОм переходные процессы имеют большее перерегулирование (выбег частоты), но завершаются быстрее. При значительном уменьшении этого сопротивления, процесс регулирования становится апериодическим без выбегов частоты, но затягивается на несколько часов. В настоящее время испытываю термостат с R1 = 20 кОм.
Для снижения тепловой инерционности термостат и умножитель собраны на небольшой плате толщиной 0,5 мм.
Снижение габаритов и уменьшение нагреваемой массы компонентов генератора и термостата важно применительно к SHF.
В качестве примера могу сказать, что попытка прикрыть схему умножения пластиной из тонкой жести (для «порядка» : ) на трёх опорных стойках, привели к тому, что ток термостата в установившемся режиме увеличился на 7 мА. А это приводит к излишнему нагреву, дополнительному теплообмену и снижению диапазона регулирования. По этой же причине отпилил немного КТ829Г.
В момент включения ток термостата должен быть максимальным 60 мА. В установившемся режиме при температуре окружающей среды 25 градусов, ток уменьшается приблизительно до 20 мА.
термостат.GIF
Генератор 138.GIF
MWSnap093.jpg
MWSnap094.jpg
MWSnap096.jpg
MWSnap097.jpg
MWSnap095.jpg
-
Если термокомпенсированный генератор частотой 23 МГц имеет температурную стабильность + - 1 РРМ это означает, что изменение частоты в регламентированном производителем температурном диапазоне составляет + - 23 Гц. Для 54 гармоники на частоте 1242 МГц это значение уже будет составлять + - 1,242 кГц. Или почти + - 10 кГц на частоте 9936 МГц. На самом деле ситуация несколько лучше, так как в любительской практике диапазон рабочих температур не -40 +85 градусов Цельсия, а несколько меньше. Кроме того, в Интернете есть информация, что частота для таких генераторов меняется линейно в функции температуры. (приятное обстоятельство, но за достоверность не ручаюсь)
Для наглядности нагреем генератор отдельно, что бы можно было сравнить с результатом работы в термостате.
На картинках изменение частоты термокомпенсированного генератора без термостата при нагреве настольной лампой до 40 градусов и последующем остывании.
Измерения выполнены на частоте 1242 МГц.
нагрев.jpg
остывание.jpg
-
Исследуем работу термостата.
На первой картинке включение генератора, переходный процесс и режим близкий к установившейся. Следующее изображение интенсивный нагрев корпуса термостата до 55 градусов. В течение 15 минут ток термостата уменьшается, а частота смещается вверх, что говорит о незначительном перерегулировании, выбег частоты составил +27 Гц. Дальнейшее нагревание, - уход частоты вниз на -40 Гц. относительно установившегося режима.
В течение последующего часа частота постепенно приближалась к исходной. (картинка отсутствует)
Установившийся режим после резкого интенсивного нагрева или охлаждения происходит через час-два.
Постепенный плавный нагрев с +25 до +45 градусов не создаёт колебательности системы регулирования, частота остаётся стабильной.
Работа генератора в таком режиме даёт колебания частоты не более 3 Гц.
включение.jpg
нагрев термостата
продолжение нагре
-
Настройка схемы умножения сложностей не вызвала. Два каскада умножения с маленькими ёмкостями связи С3 и С17 и эмитерный повторитель на VT3 обеспечивают полную развязку по частоте.
Много времени потратил на борьбу с низкочастотными флуктуациями сигнала, см. фото (частота 1242 МГц). Оказалось, так работал стабилизатор 78L05 неизвестного производителя (см. фото платы). Приобрёл в другом магазине с маркировкой WST, всё пришло в норму.
Контура L1-L3 имеют небольшие размеры, расположены низко над платой и практически не расстраиваются при установке в корпус термостата. Поскольку идея с тонкой пластиной над платой умножителя не прошла, опорные штырьки соединил жёсткой тонкой проволокой и припаял, что бы плата ровно фиксировалась в отсеке из пенопласта. Толщина пенопласта со всех сторон 10 мм.
Думаю параметры температурной стабильности можно улучшить, применив С3,С5 С17 с нулевым ТКЕ. Ну и конечно С13 лучше заменить (не случайно он так занумеровался :-) Полагаю, что эти элементы оказывают влияние на частоту генератора при изменении температуры.
Желательно так же для плавности юстировки растянуть редукцию R1 и добавить сопротивления по плюсу и минусу.
Дальнейшее улучшение параметров упирается в возможность получения достоверных результатов и без специального оборудования не имеет смысла.
Многократные включения генератора показывают незначительный разброс между включениями в установившемся режиме. Для контроля использую прогретый IC910H со стабильной опорой. Фактически частота в JT65B принимает значения 0, +3 и +5 Гц через 30 - 40 минут на частоте 1242 МГц.
Осталось переждать период интенсивного старения генератора и выполнить калибровку по рубидию.
С уважением, Владимир /R3GS/
73!
MWSnap098.jpg
-
Посмотрел с помощью "Signal Hound" опору на 23 МГц.
При измерениях использовал внутреннюю опору прибора 10 МГц и аттенюатор на входе 20 дБ
Уровень сигнала на выходе опоры около 10 дБм.
На фото №1 - СПШ в ближней зоне. На самом деле шумы могут быть и лучше. Позже подключу внешнюю малошумящую опору и посмотрю ещё раз. Пичёк в районе 400 кГц именно от испытуемого генератора. На частоте 9936 МГц шумы будут хуже на 52,7 дБ.
На фото №2 видны гармоники, включая 5-ю гармонику. При использовании этого генератора в качестве опоры к синтезатору, на выходе генератора желательно применить ФНЧ.
На фото №3 - спектр генератора в полосе 2 МГц. Лишние палки не только видны на картинке, но и слышны на трансивере.
№1 Noise 23 mHz.
№2 Garmonics 23
№3 23 mHz BW - 2
-
При использовании этого анализатора спектра надо быть осторожным и внимательным.
Сталкивался,что при подаче нескольких сигналов на вход он сам "фантазировал " и показывал огромное количество своих несущих,которых не было при просмотре хорошим HP анализатором. -
Александр, RW3AZ привет!
С гармониками ничего удивительного, - square wave написано в датшите. По поводу фазовых шумов серьёзная претензия в сторону мистера Гатлина…
В любом случае проблему фазовых шумов предлагаю рассматривать в другой ветке форума.
Здесь хотелось бы видеть схемные решения, конструкции и исследования коллег по проблеме термостатирования.
С уважением, Владимир /R3GS/
73!
-
Я думал, что Вам будет интересно..........
-
Промахнулся с настройкой генератора, хотя делал расчёты контуров (и достаточно точные), но так увлёкся вопросом термостатирования, что даже частоту померить поленился…
В результате, в схеме генератора (см. первое сообщение этой темы) контур
L1 – C5 настроен на 4-ую гармонику, его частота 92 МГц. Дальше на L2 – C16 получилось удвоение 184 МГц.
Исправленная схема во вложении, но нужно ей заниматься.
Вторая гармоника вытаскивается плохо из прямоугольника, её амплитуда меньше чем у третьей.
Умножался на 2, потому, что вычитал в и-нете, что это важно с точки зрения снижения фазовых шумов, и добротность нежелательно увеличивать. Если это не принципиально, то лучше два раза умножиться на 3, гораздо удобнее. Впрочем рассчитываю, что кто ни будь, откроет тему о фазовых шумах при умножении.
Удачно подобрал режим работы термостата.
В схеме генератора увеличил сопротивление R5 до 300 Ом., что снизило температуру в установившемся режиме.
В схеме термостата сопротивление R4 уменьшил до 1,2 Ом.
После этих изменений частота не меняется или максимум на одну цифру разрешения JT65B при изменении температуры с +24 °C до +40 °C, как при плавном нагреве, так и при интенсивном. Измерения на гармонике 1242 МГц.
Ток термостата при этом уменьшается примерно на 4,5 мА.
Что касается вопросов термостатирования, то при высокой температуре в камере термостата начинают течь транзисторы. А с низкой температурой термостат как бы и не нужен. О температуре в камере можно судить по выбегу частоты генератора, предварительно сняв температурную характеристику.
С уважением, Владимир /R3GS/
73!
Генератор 138 мГц
-
Цитировать
Умножался на 2, потому, что вычитал в и-нете, что это важно с точки зрения снижения фазовых шумов, и добротность нежелательно увеличивать. Если это не принципиально, то лучше два раза умножиться на 3, гораздо удобнее. Впрочем рассчитываю, что кто ни будь, откроет тему о фазовых шумах при умножении.
Владимир, умножать что на 2, что на 3 - разницы нет .
Ухудшение фазовых шумов при умножении = 20*Lg(N) , где N - коэффициент умножения.
Просто, для умножения на четное число лучше применять балансные схемы - КПД очень высокий. К примеру , умножитель со 100 в 400 МГц , на входе 10 дбм , а на выходе 8 дбм.
А если умножать 100 МГц в 5 раз, то лучшее, что у меня получалось при 10 дбм на входе, это
-3..-5 дбм на выходе.
Причем умножение на 7 и 9 раз намного сложнее реализовать с тем же КПД , как если бы умножать на 8. -
Владимир, еще что я заметил из схемы. Маловаты сопротивления в базах транзисторов, они шунтируют вход.
Я бы добавил базовый делитель для получения постоянного напряжения 0,4-0,5 В на базе транзистора. При этом получается меньшая зависимость умножителя от температуры и мощности генератора.
Так же было бы лучше включить коллекторы транзисторов в отводы контуров, чтобы не их шунтировать .
Ориентироваться необходимо на 3-4 мА ток покоя , при подаче мощности с генератора ток транзисторов должен возрасти до 15-20 мА. -
Владимир, умножать что на 2, что на 3 - разницы нет .
Иван, а 100 в 400, это учетверитель, или 2х2?
умножитель со 100 в 400 МГц , на входе 10 дбм , а на выходе 8 дбм.
А то мне сейчас надо 77,875 умножить на 16, думаю как это сделать? -
Цитировать
Иван, а 100 в 400, это учетверитель, или 2х2?
А то мне сейчас надо 77,875 умножить на 16, думаю как это сделать?
Иван, да , это учетверитель.
Главное - фильтры хорошие сделать, а то можно сразу на 8 умножить.
77,875 умножить на 4 легко, так же, как и 331,5 МГц далее еще на 4.
Я делал умножитель для трансвертера на 432 МГц, сделал удвоитель 101х2 , так после него пришлось аатенюатор ставить, да еще и далее умножитель еще на 2 сделал вообще на диодах пассивный.
На схемке я набросал простейшую схему умножения для четных гармоник. Если входного уровня хватает, вместо транзисторов можно поставить диоды, питание подавать в этом случае не нужно. Входной трансформатор наматывается на кольцах 20-50 ВН 3-5 мм трифилярной скруткой.
Транзисторы удобно между собой соединить пайкой - получается почти полная симметричность.
111.GIF
-
Спасибо за внимание. Про термостат не получается, будем о фазовых шумах разговаривать.Владимир, умножать что на 2, что на 3 - разницы нет .
Это теоретически, а практически обычно хуже.
Ухудшение фазовых шумов при умножении = 20*Lg(N) , где N - коэффициент умножения.
При умножении на 2 исходил из этого:
http://www.masters.donntu.edu.ua/2005/kita/babashev/diss/index.htm
Можно доверять этой информации?
-
У двухполупериодного выпрямителя достаточный уровень четных гармоник, свыше 2-й.ЦитироватьИван, а 100 в 400, это учетверитель, или 2х2?
Иван, да , это учетверитель.
А то мне сейчас надо 77,875 умножить на 16, думаю как это сделать?
Главное - фильтры хорошие сделать, а то можно сразу на 8 умножить.
Можно проделать "лабораторную работу" - я делал, это 5 минут.
Запускается любая программа анализатора спектра - Spectralab или любая SDR. Шнур входа ЗК нужно расположить рядом, или 1-2 витка вокруг импульсного БП (например, от мобилки). У этих БП сеть сразу выпрямляется мостом, мультипликативный фон создает массу гармоник (даже видно уровни, и можно оценить, насколько остальные слабее второй). По спектрограмме отчетливо видно, что уровни 200, 300,400 Гц значительно больше нечетных 150, 250 и т.д.
У некоторых компьютеров (особенно стационарных) на отрезок разомкнутого провода на вход ЗК хорошо видно и "свой" БП - не нужно подключать внешний.