Stabilní oscilátor 130MHz

Oscilátor zařízení je často opomíjenou součástí zařízení. Přesto však může jinak kvalitní zařízení zcela degradovat. Na oscilátor klademe 2 hlavní požadavky. Požadujeme vynikající čistotu výstupního kmitočtu s minimálním šumem a extrémní stabilitu. Pro většinu použití by zcela stačila stabilita samotného krystalového oscilátoru. Já však toto zařízení vyrábím pro použití na EME provozem JT65. Při provozu JT65 jsou vysoké požadavky na krátkodobou stabilitu oscilátoru. Pro JT65 by kmitočtová odchylka během 1 minutové relace neměla přesáhnout cca 1 - 2Hz ! Proto jsem použil termostatovaný oscilátor, který je jinak oblíben pro použití v mikrovlnných stanicích. Tento oscilátor by měl dosahovat vysoké stability a vynikající čistoty výstupního signálu.

Oscilátor je notoricky známý, takže celkem nemá smysl se o něm příliš rozepisovat. Používá ho většina našich mikrovlných stanic. Vlastní oscilátor tvoří tranzistory T1+T3. Oscilátor kmitá na kmitočtu harmonického krystalu Q1. Krystaly jsem si za poměrně příznivou cenu nechal vyrobit ve firmě Krystaly Hradec Králové. Dal jsem na doporučení zkušenějších konstruktérů a objednal jsem kmitočet o 1kHz větší takže je objednaný kmitočet krystalu 130001kHz. Oscilátor pak skutečně šel snadno naladit na potřebný kmitočet 130,000MHHz. Podle zkušeností mikrovlnných amatérů popsaných na webu OK1EM je nejlepší při objednávce zadat požadovaný typ krystalu 20925. Vyhneme se tak přesnému specifikování parametrů krystalu což by mohl být problém. Krystal je pak levnější a víme že bude mít požadované parametry.

Pokud by se stalo, že oscilátor nekmitá, je třeba na cívce L1 přidat nebo ubrat 1-2z. Stejně tak pokud se oscilátor rozkmitá na jiném harmonickém kmitočtu než je žádaných 130MHz. Pro správné naladění oscilátoru doporučuji nejprve trimr CL1 nastavit doprostřed dráhy. Lívku L1 namotáme cca 10z drátem CuL ø 0,4mm na trn 2,5mm. Po zapnutí patrně oscilátor nebude kmitat. Proto do cívky L1 strčíme feritovou nebo měděnou tyčinku a jejím zasouváním či vysouváním se snažíme najít stav, kdy se oscilátor rozkmitá na žádaném kmitočtu. Podle toho pak přidáme či ubereme závity nebo roztáhneme cívku tak aby oscilátor trvale kmital na žádaném kmitočtu. Potom teprve jemně doladíme trimrem CL1 na přesný kmitočet. Trimrem lze kmitočet měnit o cca 500Hz. Důležitá je také hodnota kondenzátoru C4. V původní konstrukci byla uvedená jeho hodnota 18pF. Mě se jako optimální jevila hodnota cca 3,3pF. To ovšem může být velmi individuální. Doporučuji místo něj nejprve dosadit trimr cca 15pF a teprve po nalezení oprimální hodnoty kapacitu změříme a nahradíme pevným SMD kondenzátorem. Na místě dolaďovacího kondenzátoru CL1 je nutné použít kvalitní typ např od firmy Johanson, Tekelec a pod. Snažte se jím ladit co nejméně. Častým přelaďováním se postupně zhoršují jeho vlastnosti. Proto nejprve přibližně nastavte oscilátor změnami cívky L1 a kondenzátoru C4. Tepve pro jemné doladění kmitočtu použijte CL1. Oproti původní dokumentaci jsem místo původního tranzistoru T1 SST310 který se mi nepodařilo sehnat použil MMBFJ310 kteý jsem koupil u firmy Farnell. Oba tranzistory by měly být SMD obdoba tranzistoru J310. Signál z oscilátoru pokračuje do oddělovacího stupně osazeného tranzistorem T2. Na jeho výstupu je rozdělen do dvou větví pro RX a TX. Výstupní výkon na žádaném kmitočtu je asi 1,5dBm. Výstupní signnál by měl být velmi čistý a stabilní obsahuje však velmi vysoký obdah harmonických kmitočtů. Těch se ale snadno zbavíme v následujícím zesilovači 130MHz.

Termostat s topením je v pravé části schématu. Celá DPS oscilátoru je připevněna na 10mm tlusté hliníkové desce která vytápí prostor oscilátoru. do ní je zasunut termistor TH1. Napětí na něm je snímáno OZ LM358 a je porovnáváno s napětím z děliče které se nastavuje trimrem R20. Napětím na výstupu OZ se otvírá nebo zavírá topný tranzistor T3 který je přišroubován k vytápěcí kliníkové desce. Tranzistorem T3 protéká proud okolo 1 - 1,5A a vzniklým ztrátovým teplem se tato deska ohřívá. Proud tranzistorem T5 je snímán na odporech R28 a R29. Napětím na nich se otvírá tranzistor T4 a omezuje otevření tranzistoru T5 tak aby jím protékal maximální proud okolo 1,5A. Tranzistor T6 je určen pro vnější signalizaci vytopení oscilátoru. Spíná LED diodu na čelním panelu transvertoru. Když dioda zhasne je oscilátor vytopen na pracovní teplotu a můžeme za transvertor začít používat. Oscilátor by se měl vyhřívat asi na 50 - 55°C.

Klišé pro výrobu DPS fotocestou.

Mechanické provedení

Oscilátor je uzavřen v krabičce z pocínovaného plechu, která je na všech stranách o 5mm větší než DPS oscilátoru. Prostor mezi DPS a stěnami krabičky je vyložen isolačním materiálem - napřiklad polystyrenem nebo podobným materiálem. Ten zabrání unikání tepla z prostoru oscilátoru. Polystyren je i pod deskou oscilátoru a pod víkem oscilátoru.

DPS oscilátoru je přišroubovaná k hliníkové vytápěcí desce. Ta vytápí prostor oscilátoru a tepelně spojuje krystal, topný tranzistor a snímací termistor. V této desce jsou vyfrézovány otvory pro uvedené součástky. Pro lepší přenos tepla jsou prostory mezi součástkamui a deskou vyplněny teplovodivou vazelinou.

Protože si DPS vyrábím doma a neumím vyrobit prokovené spoje je spodní zemní plocha spojena se zemními plochani na straně součástek měděnými nýty o ø 1mm. V topné desce jsou pro hlavičky těchto nýtů vyfrézovány plochy do hloubky asi 1mm.