50

HOBBY

Usprawnienia

Świat Radio Maj 2006

Generator wzorcowy częstościomierza

Dobry wzorzec

Opisany w artykule generator

termostatowany ma stabilność rocz-

ną około 8*10

-8

. W układzie użyto

wysokostabilnego kwarcu 10MHz

w szklanej obudowie. W przypad-

ku użycia popularnego i łatwo do-

stępnego rezonatora kwarcowego

12,8MHz nieoptymalizowanego

pod względem stabilności tempera-

turowej stabilność długoterminowa

generatora jest rzędu 10

-7

. Wybie-

rając kwarc do generatora, należy

użyć rezonatora, którego obudowa

nie jest łączona przez lutowanie

(starsze wykonania). Rezonatory

z większą liczbą cyfr (np. 12800000,

a nie 12800) są na ogół bardziej sta-

bilne. Zmiany starzeniowe często-

tliwości generatora można zmniej-

szyć, podając układ sztucznemu

wystarzaniu przez okresowe na-

grzewanie generatora i chłodzenie

go w lodówce. W profesjonalnych

termostatach stosuje się kwarce

głównie o cięciu SC pracujące na

drganiach ponadpodstawowych

(w naszym wypadku prawie za-

wsze kwarce o cięciu AT). Gene-

ratory kwarcowe termostatowa-

ne do zastosowań profesjonalnych

umieszczone są w temperaturze,

w której rezonator charakteryzuje

się najmniejszą zmianą częstotliwo-

ści w funkcji temperatury. Dobrej

klasy generator termostatowany

kosztuje od 1000 zł wzwyż.

Opisany poniżej układ jest pod

względem elektronicznym bardzo

prosty w wykonaniu i uruchomie-

niu, wymaga jednak trochę prac

mechanicznych. Sam generator

kwarcowy jest konstrukcją typową

dla tego typu układów, tym nie-

mniej parę szczegółów jest wartych

uwagi. W układzie nie stosowano

trymera do regulacji częstotliwości

kwarcu lecz diody pojemnościo-

we. Wadą popularnych trymerów

jest kiepska stabilność termiczna

i czasowa. Tranzystor generatora

jest typem o niskiej f

t

(np. BF240).

Wszystkie kondensatory sprzęgają-

ce w układzie sprzężenia zwrotne-

go generatora są kondensatorami

styrofleksowymi (duża dobroć i wy-

soka stabilność termiczna). Punkt

pracy generatora ustawiamy rezy-

storem Ra (

rys. 1), tak by sygnał

na źródle tranzystora BF245 miał

amplitudę 20-50mV. Zastosowa-

ne wartości rezystorów polaryzacji

bazy, wartość opornika kolektoro-

wego i emiterowego nie są pomył-

ką, a wynikają z ustawienia opty-

malnego punktu pracy generatora

z punktu widzenia stabilności dłu-

goterminowej.

Prezentowany opis dotyczy modelu zaprojektowanego i wykonanego

przez autora. Układ jest na tyle uniwersalny, że może z powodzeniem być

wykorzystany w posiadanych miernikach częstotliwości.

W wielu częstościomierzach fa-

brycznych nawet z rozdzielczością

8 cyfr generator wzorcowy wyko-

nany jest z bramki logicznej i rezo-

natora kwarcowego. Taki generator

ma stabilność długoterminową rzę-

du 10 ppm, czyli 10

-5

(1 ppm – 10

-6

).

Oznacza to w praktyce, że tylko 5

cyfr jest cyframi znaczącymi (po-

kazującymi rzeczywisty wynik po-

miaru) a dalsze są przypadkowe

i zależą głównie od temperatury

pomiaru (głównym czynnikiem

decydującym o stabilności genera-

tora kwarcowego jest temperatura

rezonatora kwarcowego). Znacznie

lepsze pod względem stabilno-

ści od generatorów na bramkach

logicznych są generatory tranzy-

storowe, w których zastosowano

kompensację termiczną rezonatora

(tzw. generatory termokompenso-

wane). Stabilność długoterminowa

generatorów termokompensowa-

nych jest rzędu 1 ppm (10

-6

). Naj-

lepszą stabilność mają generatory

termostatowane tzn. takie, w któ-

rych generator pracuje w stałej

temperaturze. Posiadany przez au-

tora profesjonalny wzorzec firmy

MTI ma stabilność dzienną 5*10

-11

,

a roczną 3*10

-8

.

Rafał Orodziński

SQ4AVS
e-mail: [e-mail]

Rys. 1.

Wzorzec MTI

51

Świat Radio Maj 2006

Niezależność częstotliwości wyj-

ściowej od napięcia zasilania zapew-

nia zastosowanie stabilizowanego

napięcia zasilania 12V. Częstotliwość

wyjściową ustawia się za pomocą

potencjometru wieloobrotowego

przestrajającego diody pojemnościo-

we. Ewentualną korekcję częstotli-

wości dokonuje się tak dobierając

wartość kondensatora Ca (rys. 1)

by dla napięcia około 7-8V otrzy-

mać częstotliwość dokładnie równą

10MHz. Ustawienie częstotliwości

oscylatora wykonujemy po wyłą-

czeniu diody sygnalizującej załą-

czenie grzałki termostatu (ustabili-

zowaniu temperatury termostatu).

W układzie modelowym zmiana

temperatury generatora o 30 stopni

Celsjusza powodowała obniżenie

częstotliwości o 170Hz (na 10MHz).

Nie należy stosować mniejszych

napięć przestrajających oscylator ze

względu na mniej liniową charak-

terystykę przestrajania generatora

i większą wrażliwość na zmiany na-

pięcia przestrajającego w dolnym

zakresie charakterystyki napięcie-

-częstotliwość (

rysunek 2). Układ

stabilizujący temperaturę wykonany

jest na wzmacniaczu operacyjnym

741. Wzmocnienie układu ograni-

czone jest rezystorami 150Ω i 220kΩ.

Regulację temperatury wykonuje się

potencjometrem wieloobrotowym

10kΩ. Tak wykonany układ regulato-

ra temperatury wykazuje lepszą sta-

bilność temperatury niż regulatory

typu włącz-wyłącz. Jako przesuwnik

napięcia dla tranzystora BDX 53 za-

stosowano czerwoną diodę świecą-

cą, która płynnie obrazuje zmiany

temperatury w punkcie wyłączenia

termostatu (ustawionej tempera-

tury). Dioda LED D świeci w chwi-

li załączenia grzałki. Elementami

grzejnymi są tranzystor BDX 53 i 2

rezystory 6Ω. Rezystor 6Ω wykona-

no w postaci 3 zwojów drutu oporo-

wego z rezystora typu RAT (wartość

rezystora 24Ω). Rezystory grzejne są

połączone równolegle (wypadkowa

rezystancja grzałki wynosi 3Ω). Aby

wydostać drut oporowy z rezystora,

jego obudowę należy delikatnie zbić

młotkiem. Zaletą drutu oporowego

z rezystora typu RAT jest łatwość

lutowania. Stop oporowy stosowany

w spiralach grzejnych np. żelazka

nie daje się lutować.

Układ generatora umiejscowiony

jest w zaślepce miedzianej o średni-

cy 28 mm od instalacji centralnego

ogrzewania. Zastosowanie zaślepki

miedzianej (kubka) jako obudowy

generatora zapewnia równomier-

ny rozkład temperatury w całym

generatorze. Kubek miedziany jest

uziemiony. Tranzystor BDX 53 od-

dzielony jest od zaślepki miedzianej

podkładką izolacyjną posmarowa-

ną pastą termoprzewodzącą. Połą-

czenie elektryczne wewnątrz kubka

miedzianego należy wykonać za po-

mocą przewodu miedzianego, uży-

wając lutownicy dużej mocy. Autor

użył lutownicy oporowej o mocy

80W. W pierwszej kolejności należy

przylutować wszystkie przewody

wewnątrz zaślepki (miedź dobrze

odprowadza ciepło i elementy elek-

troniczne zbytnio nagrzewałyby

się, gdyby zostały zamontowane

w pierwszej kolejności). Rezonator

kwarcowy, diody pojemnościowe

i termistor przyklejone są za pomo-

cą kleju termoprzewodzącego do

spodu kubka (ponieważ część kle-

jów termoprzewodzących przewo-

dzi jednocześnie prąd, należy uni-

kać zabrudzenia klejem wyprowa-

dzeń elementów rezonatora i diod

pojemnościowych). Zewnętrzna

część kubka owinięta jest folią te-

flonową po posmarowaniu jej pastą

termoprzewodzącą i przyklejona

do powierzchni kubka klejem Po-

xipol. Uzwojenie jest nawinięte na

zewnętrznej warstwie folii teflo-

nowej i ustabilizowane za pomocą

kleju. Takie umocowanie uzwojeń

rezystorów grzejnych zapobiega

zwarciu zwojów przez miedzianą

obudowę generatora. Tranzystor

BDX 53 przymocowany jest do góry

kubka za pomocą podkładki izola-

cyjnej i pasty przewodzącej ciepło.

Płytka generatora zamocowana jest

w kubku miedzianym za pomocą

tulejki dystansowej, która stanowi

jednocześnie nakrętkę dociskającą

tranzystor BDX53. Do oczyszczenia

płytki generatora z resztek kalafonii

należy użyć spirytusu (aceton nisz-

czy kondensatory styrofleksowe).

Układ generatora po zaizolowaniu

gąbką umożliwiał osiągnięcie tem-

peratury 80°C. W układzie gene-

ratora ze względu na ograniczoną

ilość miejsca użyto dużo elemen-

tów w technologii SMD. Dociekliwi

mogą zbadać w jakiej temperaturze

ich rezonator ma najlepszą stabil-

ność termiczną (zwykle około 50-

-70°C), jednak wymaga to posiada-

nia dobrej klasy wzorca częstotli-

wości. Zamawiając wysokostabilny

kwarc do termostatu np. w OMIG-

-u, należy określić temperaturę

w jakiej generator ma pracować.

Opisany układ stabilizacji tem-

peratury może być z powodzeniem

zastosowany także do innych typów

generatora łącznie z generatorami

na pasma mikrofalowe. Cały układ

zamknięto w małej puszce po herba-

cie. Poprawę stabilności nawet o rząd

wielkości można uzyskać wzbudzając

kwarc na drganiach ponadpodstawo-

wych (overtonowych). Pobór prądu

przez układ przy napięciu zasilania

12V wynosi około 0,35A. W przypad-

ku użycia rezonatora 12,8MHz do

modernizacji kitu AVT3003 należy

tak dobrać wartość kondensatora

Ca, by dla napięcia przestrajającego

generator 7-8V uzyskać pełną zgod-

ność odczytu częstotliwości z często-

tliwością zewnętrznego wzorca (np.

synchronizowanego przez GPS lub

Warszawę I), na który ustawiamy

nasz miernik.

Rafał Orodziński SQ4AVS

Rys. 3. Odchyłka częstotliwości VXO od częstotliwości znamionowej
w funkcji napięcia

Rys. 2.

Mocowanie BDX53

Mocowanie kwarcu