Просмотр полной версии : Как повысить стабильность кварцевого генератора с варикапной подстройкой?
Вопрос знатокам теории и практики построения кварцевых генераторов. Итак, имеется кварцевый генератор с подстройкой, используемый в качестве опорника синтезатора самодельного трансивера, рабочая частота - 1024 KHz, резонатор - старый советский в корпусе Б1. Поскольку синтезатор весьма древний по схемотехнике, для обеспечения мелкого шага перестройки в этот генератор введена варикапная подстройка частоты (управляющее напряжение - в диапазоне 1.5-5 Вольт, максимальный необходимый диапазон подстройки - 35 Гц). Методом "научного тыка" было найдено, что искомые параметры при сохранении приемлемой линейности регулировочной характеристики (т.е. зависимости частоты от приложенного к варикапам напряжения) достигается при отсутствии (закорачивании) катушки L1 и исключении конденсатора С10 (вполне достаточно емкости С9 (6-30 pF)). Однако термостабильность, увы, не радует - при прогреве трансивера частота на диапазоне 28 Мгц (Fгет ~ 23 MHz) уходит за час примерно на 100-120 Гц вниз, что соответствует примерно 5 ppm. Причем, судя по всему, связано это именно с изменением параметров именно кварцевого резонатора, так как принудительный нагрев паяльником остальных деталей задающего генератора не приводит к заметному дрейфу частоты.
Прекрасно понимая, что любые методы увода частоты кварцевых генераторов в принципе приводят к понижению ее стабильности, хотелось бы понять - а какие факторы влияют на нее (прежде всего, номиналы и соотношения емкостей с цепях обратной связи, корректирующих цепочках, резонансный промежуток используемого кварца и его добротность, тип используемой схемы итд) и как их минимизировать? И каковы основные принципы создания подобного генератора с подстройкой, обеспечивающего хотя бы 1ppm при прогреве на 5-10 градусов?
Буду рад как теоретическим, так и практическим советам. Схема используемого генератора - во вложении.
Александр Макеев
12.11.2017, 14:24
А нестабильность регулирующего напряжения исключили? Я бы сначала смотрел его.
Без компенсационных элементов (в конце концов, хоть терморезисторов, управляющих варикапом) вряд ли удастся получить требуемую точность. Гораздо проще, на мой взгляд, сделать термостат, без всякого шаманства с оптимизацией. И требуемый результат удастся получить гораздо быстрее.
А что до собственно вопроса - для начала бы выяснить температурную характеристику резонатора без увода частоты. Подозреваю, что она и сама по себе не обрадует...
Информация для размышления.
Радиостанция «Ангара-1». От термостата уже отказались. Применили функциональный генератор компенсации ухода частоты кварца от температуры.
А нестабильность регулирующего напряжения исключили? Я бы сначала смотрел его.
Разумеется. Пробовал подключать цепь подстройки на стабилизированные +5V. Ничего не меняется. Что, впрочем, не удивительно, так как диапазон перестройки синтезатора за счет подстройки опорника в моем случае составляет всего 256 Гц, и чтобы увести частоту на 100 Гц, нужно изменение управляющего напряжения на входе REF TUNING в районе вольта.
ex EW1DC
12.11.2017, 14:52
Первое, что следовало бы сделать, это проверить стабильность питающих напряжений. После этого обратить внимание на стабильность температуры и температурный режим конденсаторов, входящих в генератор. Сам по себе кварц не должен так сильно изменять частоту. Возможно влияние какой то емкости, которая изменяется от температуры..
RU3AEP,
Попробуйте посмотреть выбег частоты без катушки. Для такой низкой частоты кварца в ней, скорее всего, немало витков, при нагреве может меняться индуктивность. Как вариант, попробовать понизить частоту кварца параллельно включенной емкостью (в небольших пределах) ну и совсем радикальное - утяжелить пластину.
Просмотрел, вы оказывается грели детали...
Попробуйте посмотреть выбег частоты без катушки. Для такой низкой частоты кварца в ней, скорее всего, немало витков, при нагреве может меняться индуктивность.
Писал в первом сообщении, но повторю еще раз - катушка L1 у меня в реальной схеме отсутствует (закорочена). А конкретная частота генерации в данном случае не очень важна. Куда важнее стабильность в сочетании с дапазоном перестройки и ее (перестройки) линейностью.
Я конечно на Гуру не тяну..но все же:ржач:
Запитать варикап и сам генератор от разных стабилизаторов.
Емкости подобрать по ТКЕ, варикапами тоже можно поиграть. бывает у них меняется емкость при стабильном напряжении.
Кварц поместить в "термос".
Катушку так же в "термос".
Сам генератор в "коробочку" из дюрали троечки , все цепи питания через проходные кондеры.
Может помог чем....сорри:-(
Варикап тоже грели? и кп307? Может поиграться с режимом кп и снизить амплитуду. А другой кварц на близкую частоту для проверки. Конечно есть генераторные кварцы с термостабильной точкой.
рабочая частота - 1024 KHz, резонатор - старый советский в корпусе Б1.
Может быть подобрать резонатор с лучшими параметрами?
http://www.quartz1.com/price/group.php?p1=1024&group=430
Владимир_К
12.11.2017, 16:00
По теории кварцевых генераторов книга Альтшуллер "Кварцевые генераторы". Она есть в интернете. Если не найдете, могу сбросить.
http://nashol.com/2011043054738/kvarcevie-generatori-altshuller-g-b-elfimov-n-n-shakulin-v-g.html
Также, когда-то давно, делал ГПД по описанию Попова.
http://cqham.ru/vfo.htm
Там датчик температуры на переходе КТ315 и варикап в контуре для компенсации температурного ухода. Устройство, наверное можно применить и для кварцевого.
А вообще, я бы собрал другой синтезатор. У Вас есть много чего, в том числе индикатор от синтеза Тарасова. В моем синтезаторе как раз используется такой:smile:. Схему, прошивку могу сбросить, а при желании и исходник. Хотя, я наверное немного путаю, это речь наверное о предыдущем Вашем трансивере, который на счетчиках...
рабочая частота - 1024 KHz, резонатор - старый советский в корпусе Б1.
Интересно что у Вас за кварц. На фото имеющийся экземпляр на 1024 кГц
274796274797
если предположить, что у Вас так же тип кварца РК170
http://www.quartz1.com/price/techdata/%D0%A0%D0%9A170%D0%9 1%D0%90.pdf
То в зависимости от группы частота кварца может очень сильно зависить от температуры.
КОгда проверил все кварцы на 500кГц, что у меня были,то положил их подальше а сделал генератор на кварце 20 000кГц с делением до 500кГц. Получил очень стабильный генератор 500кГц с возможностью подстройки под любой имеющийся ЭМФ.
Скорей всего некачественный кварц. Это нонсенс чтоб резонатор на1024 так плавал в комнатных условиях. На 500кГц не смог никакими силами сдвинуть ни емк. ни инд. Единицы Герц.
Применили функциональный генератор компенсации ухода частоты кварца от температуры
И здесь, поскольку увод частоты уже есть, проще добавить что-то подобное: посмотреть зависимость от температуры, добавить ее измеритель и схему формирования подправки в напряжение варикапов
КОгда проверил все кварцы на 500кГц,
Аналогично отправил бОльшую часть своих кварцев на 500кГц в помойку, т.к. банально плыла частота. Нашел отличный кварц, частота как вкопанная. Но цена на любителя.
274801
Это я к тому, что качественная вещь дешевой не бывает.
что соответствует примерно 5 ppm
IMHO вполне реально такой уход скомпенсировать, ну может придется отдельный варикап под эту подстройку завести, поскольку суммировать напряжение подправки не совсем правильно из-за возможного изменения крутизны перестройки
Прежде всего, большое спасибо за ответы.
Варикап тоже грели? и кп307? Может поиграться с режимом кп и снизить амплитуду. А другой кварц на близкую частоту для проверки.
Насколько я помню, да. Грел и варикап, и КП307. Разумеется, частота из-за этого менялась, но гораздо слабее, чем при прогреве кварца. А вообще у меня сложилось впечатление, что чем сильнее "утянута" частота, тем более восприимчива она становится к внешним факторам, включая температуру. В моем случае, чтобы обеспечить необходимую перестройку за счет варикапов, частота изначально довольно сильно утянута от своего естественного значения за счет малых емкостей С9 и С10. Собственно поэтому похоже и наблюдается такая чувствительность к температуре.
А другой кварц на близкую частоту для проверки.
Наверное, так и надо сделать, когда достану эту плату из трансивера для лабработ. Благо теперь у меня есть довольно точный и стабильный частотомер.
Нашел отличный кварц, частота как вкопанная.
Ага, я тоже с такими кварцами имел дело - частота стоит железобетонно. Покупал их в "кварце" ещё где то в 90 годах.
Скорей всего некачественный кварц. Это нонсенс чтоб резонатор на 1024 так плавал в комнатных условиях. На 500кГц не смог никакими силами сдвинуть ни емк. ни инд. Единицы Герц.
Не забываем, что упомянутые 120 Гц относятся к выбегу частоты синтезатора на 10-м диапазоне, где она равна порядка 23 МГц. Выбег опорника 1024 КHz при этом в 23 раза меньше, т.е. не более 5 Герц (!).
Интересно что у Вас за кварц. На фото имеющийся экземпляр на 1024 кГц
У меня на резонаторе написано вот что:
РГ-06
какой-то логотип
9306 (очевидно, год и месяц выпуска)
6 и ромбик.
Больше никаких опознавательных знаков на нем нет. В "Кварце" я эти резонаторы заказывал как http://www.quartz1.com/price/model.php?akt=5369.0 8
Судя по имеющейся PDFке, это соответствует изменению частоты на +-20 ppm в температурном интервале -10 - +60 оС. Итого чуть более 0,5 ppm/градус.. Так что наблюдаемые 5 ppm при прогреве, наверное, не сильно далеки от паспортных данных.
Зафиксируйте частоту генератора при комнатной температуре. Нагревая резонатор (частота пойдет вниз), определите точку перегиба (частота пойдет вверх). Если разница больше 5 ppm, дело в резонаторе. Физику (ТЧХ резонатора) не обманешь. Лечение-термокомпенсация.
Скорей всего некачественный кварц. Это нонсенс чтоб резонатор на1024 так плавал в комнатных условиях.
"Так" - а "как", собственно ? Для какой dT был отмечен уход на 5 ppm ? Обращаю внимание - типично у импортного ширпотреба (о характеристиках СССРовского изделия можно только гадать, в качестве пособия для гадания подойдет справочник под редакцией Позднякова) приводится +-50 ppm для всего температурного диапазона (который типично 90...125 градусов). Т.о. имеем до ~1 ppm/градус (ну, возможно, что у низкочастотных резонаторов чуть лучше, но вряд ли радикально). А учитывая что характеристика вблизи экстремумов более пологая, самоочевидно, что вблизи 25 градусов крутизна и того больше. А для электронного устройства, если только оно не микропотребляющее с батарейным питанием, 5 градусов от прогрева при комнатной - это еще очень скромно.
А поскольку требуется на порядок лучшая стабильность - полагаю, что термостатирование самый простой вариант (и для комнатных условия и 0.1 ppm вполне достижимо). С термокомпенсацией же придется повозиться куда больше, а результат будет хуже, вне всякого сомнения. Какой-нибудь здоровенный ГПД с резонатором термостатировать достаточно трудоемкая затея, а в пределах одного-двух спичечных коробков - задача детская, на один вечер.
RU3AEP - как вариант действий:
1) отключить от кварца цепь увода частоты на варикапе
2) на кварц установить "грелку" Precision crystal heater 40° QH40A http://shop.kuhne-electronic.de/kuhne/en/shop/professionell/prof-zubehoer/Precision+crystal+he ater+40%C2%B0+QH40A/?card=724 (проверял в нескольких изделиях - работает хорошо) и измерить кратковременную нестабильность частоты
3) подключить к кварцу с "грелкой" цепь увода частоты и измерить кратковременную нестабильность частоты
4) сравнить и сделать выводы для определения что вносит решающий вклад в нестабильность частоты
Да, кстати, если 1024 kHz это не строгое требование, и устроит, например, 19.2/19=1010.5 kHz, то VTCXO на 19.2 MHz это вполне ширпотребное и совсем недорогое изделие (~70 центов за корпус), и плюс делитель на логике...
Добавлено через 22 минут(ы):
Нашел отличный кварц, частота как вкопанная. Но цена на любителя.
Правда, что ли ? http://www.piezotron.ru/rk230.shtml
Те же 1 ppm/C.
Это я к тому, что качественная вещь дешевой не бывает.
Однако это вовсе не означает, что хлам за десятикратную (а в данном случае за стократную) цену перестает быть хламом. Увы...
RU3AEP - как вариант действий:
1) отключить от кварца цепь увода частоты на варикапе
2) на кварц установить "грелку" Precision crystal heater 40° QH40A http://shop.kuhne-electronic.de/kuhn...H40A/?card=724 (проверял в нескольких изделиях - работает хорошо) и измерить кратковременную нестабильность частоты
3) подключить к кварцу с "грелкой" цепь увода частоты и измерить кратковременную нестабильность частоты
4) сравнить и сделать выводы для определения что вносит решающий вклад в нестабильность частоты
Наверное, примерно так и придется сделать. Правда, вместо той самой немецкой "грелки" нагревать резонатор буду более простыми и менее точными методами - думаю, для оценки ситуации этого должно хватить.
Кстати, заметил еще вот что: в данном трансивере опорные генераторы (частота 5500 KHz) собраны по той же самой схеме на резонаторах примерно того же типа, что и опорник синтеза. Причем из-за расположения близко к выходному каскаду греется блок опорников гораздо сильнее, чем синтезатор (вчера после работы в режиме приемы на протяжении всего дня и довольно длительного QSO (минут 30) на полной мощности его корпус был весьма теплым). Тем не менее, замеренный уход его частоты составил не более 10 Гц (что составляет 2 ppm).
Интересно, что может быть основным фактором такого различия с стабильности - то, что резонатор на 11 МГц (именно такой там используется) при прочих равных в принципе более стабилен, чем на 1 Мгц по конструктивным причинам (хотя по даташитам вроде бы сильного различия нет) или тот факт, что в опорнике генерируется частота, всего на 300 Гц отличающаяся от номинальной, и, стало быть, влияние корректирующей LC-цепочки минимально? (для проверки этого стоит проверить стабильность того же опорника в режиме инверсной боковой, где он сдвинут более чем на 50 ppm)?
P.S. В общем, как обычно - чем дальше в лес, тем больше дров.
то, что резонатор на 11 МГц (именно такой там используется) при прочих равных в принципе более стабилен, чем на 1 Мгц
Такое в принципе исключено. Нагрейте паяльником оба резонатора и посмотрите уход частоты. Я уверен что 11 МГц убегут намного быстрее и дальше чем 1 МГц.
Имеется в виду ОТНОСИТЕЛЬНАЯ стабильность, а не абсолютная. Сегодня вечером постараюсь провести этот эксперимент и доложу о результатах.
RU3AEP :
Наверное, примерно так и придется сделать. Правда, вместо той самой немецкой "грелки" нагревать резонатор буду более простыми и менее точными методами - думаю, для оценки ситуации этого должно хватить.
Вместо немецкой "грелки" можно использовать вариант конструкции термостата Владимира Прокофьева, RA3ACE - опубликовано в Радио 1988, №2 http://radioway.ru/1988/02/prostoi_termostat_dl ja_avtogeneratora.ht ml.
Или модификации - например, решение от EW6GB http://qsl.net/ew6gb/ocxo.html
2 RU3AEP
А Вы уверены, что резонатор в корпусе Б1 на частоту 1 МГц кварцевый? Не пьезо? Уж больно мал по габаритам.
http://www.kxk.ru/dustyattic/v1_660139_22.php
На 1 MHz существуют резонаторы и в "полноразмерном" HC49. А в Б1 можно и на 500 kHz сделать.
А в Б1 можно и на 500 kHz сделать.
Пьезоэлемент. Цельный кристалл правильной формы вряд-ли влезет.
А Вы уверены, что резонатор в корпусе Б1 на частоту 1 МГц кварцевый? Не пьезо? Уж больно мал по габаритам.
Уверен.. Пруфлинк http://www.quartz1.com/price/techdata/РГ06БА-6АП&РГ06БА-6АС&РГ06БА-7АС&РГ06БА-8АС&РГ06БА-6ЕУ&РГ06БА-6ЕХ&РГ06БА-6ВС&РГ06БА-6ВТ&РГ06БА-6ВУ&РГ06БА-6ДТ&РГ06БА-6ДУ&РГ06БА-6ДХ.pdf
RU3AEP,
В Вашей схеме генератора ВЧ напряжение на варикапе вероятно высокое. Может быть варикап открывается на пиках?
Сегодня вечером постараюсь провести этот эксперимент и доложу о результатах.
И всё таки что показал нагрев резонатора на 11 МГц и 1 МГц?
Увы, не успел провести этот и другие эксперименты. Сделаю на днях.
Прошу прощения за долгое молчание, но после некоторых "лабораторных работ" проблема, похоже, решена. Причем самое интересное (и не совсем приятное) - это то, что я сам до конца так и не понял, в чем она состояла.
Что было сделано:
1) Перво-наперво, еще раз был проведен селективный нагрев элементов схемы с контролем ухода частоты. Грелись задающий транзистор, варикапы, конденсаторы в цепях обратной связи, собственно резонатор. Выяснилось, что нагрев резонатора наиболее способствует уходу частоты вниз, эффект от прогрева всех остальных элементов если и есть, то меньше по крайней мере на порядок. Уход частоты при прогреве кварца до ~60оС составил в районе 100 ppm (!), что явно превышает все разумные пределы. Прогрев всего блока с помощью фена приводил к уходу частоты примерно той же величины.
2) Далее - было выяснено, что в схеме по каким-то причинам конденсатор C5 заменен на резистор сопротивлением 30 Ом.. Причем сделано это было явно не случайно - обратная замена приводила к тому, что сигнал на выходе счетчика U1 почему-то пропадал. Это навело на мысль, что тут что-то не в порядке и, как это порой бывает, схема работает явно трансректальным образом.
3) В итоге было найдено, что вместо 300 килоом на место R10 впаян резистор 300 Ом (!).. Ясное дело, что при таком значении КП350 должен был быть закрыт и то, что сигнал каким-то образом проходил через него, являлось следствием либо неисправности транзистора (скорее всего), либо каким-то чудом.
4) Замена R10 на нужный номинал, введение C5 и впайка заведомо исправного нового КП350 дали должный результат - все заработало ровно так, как и должно было быть. А после контрольного прогрева всего блока феном было очень приятно убедиться, что теперь уход частоты стал как минимум в 5 раз меньше (справедливости ради стоит отметить, что к этому моменту и кварц был поменян на аналогичный из той же партии, так что установить, что же было причиной нестабильности, увы, не удалось). Контрольные замеры ухода частоты в рабочих условиях показали, что на диапазоне 10 м с момента включения она уплывает не более чем на 10-15 Гц (!), причем вначале довольно быстро уходит в одну сторону, а затем плавно в другую.
В общем, мораль всего этого такова:
1) Чудес не бывает. И если кварцевый генератор на добротном резонаторе плывет почти как ГПД, то в нем явно что-то не так, и это что-то надо обязательно найти.
2) Надо быть более внимательным и смотреть на то, что впаиваешь в платы.
3) Если даже все как бы заработало, то дополнительно очень желательно контролировать хотя бы осциллографом уровни сигналов в разных точках схемы, чтобы убедиться, что все происходит именно так, как и должно быть, а не вопреки тому, что получилось. Изначально на стоке Q2 уровень был раз в 5 меньше, чем на затворе - если бы это было замечено раньше, то с большой вероятностью этой темы и не возникло бы..
4) Наверное, не стоит заводить подобные темы на форуме до тех пор, пока сам не убедился в отсутствии косяков, неисправных деталей и прочего...
4) Наверное, не стоит заводить подобные темы на форуме до тех пор, пока сам не убедился в отсутствии косяков, неисправных деталей и прочего...
Слово "наверное" здесь совсем не к месту :-P
Знал бы прикуп... не паял :smile:
Нее... я, всё равно бы ПАЯЛ :roll:
Если даже все как бы заработало
И я обычно говорю коллегам - если что-то не работает, то там что-то сделано неправильно. А если что-то работает, то это еще ни о чем не говорит :)
Powered by vBulletin® Version 4.1.12 Copyright © 2024 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved. Перевод: zCarot