VXO en hun praktische toepassing
Vele maanden geleden kwamen VRZA-medewerkers, bij het zoeken naar een geschikte leverancier van kwartskristallen voor de door PAoMUS ontworpen filters, in contact met de technici van Neal Electronics in Den Haag.
Hier stuitten zij op een voor de zendamateur interessante technische ontwikkeling, een speciaal voor VXO gebruik ontwikkeld kwartskristal.
Hoewel de toepassing van dit kristal op professioneel gebruik was afgestemd, werd in onderling overleg een voor de amateur bruikbare uitvoering vervaardigd en in onderstaand artikel wordt naast de technische aspecten ingegaan op de praktische toepassing van een dergelijk VXO bij b.v. enige typen twee meter kanalen transceivers. Andere toepassingen, b.v. als VXO voor de Storno CQM-19 mobilofoon zijn in voorbereiding.
Wegens de hoge kosten welke aan detail-verkoop verbonden zijn werd besloten de verkoop in de amateur-sector in zijn totaliteit bij de vereniging onder te brengen en men wordt vriendelijk verzocht Neal Electronics niet direkt te benaderen.
De VRZA is Neal zowel als de diverse bij het projekt betrokken amateurs erkentelijk voor de reeds verleende en nog verder toegezegde medewerking.
In principe dient een kristal juist om de frequentie van een oscillator te stabiliseren, waarvoor dan de serie resonantie of de parallel resonantie frequentie van het kristal wordt gebruikt. Het kristal gedraagt zich als een serie dan wel parallel resonantie kring met een zeer hoge kwaliteitsfactor Q genaamd.
Conventionele LC-kringen hebben een Q van 60 - 150, terwijl kristallen gemakkelijk een Q van 10.000 kunnen bereiken.
Nu is het in alle oscillatorschakelingen mogelijk om in geringe mate de frequentie te beinvloeden en hiervan wordt dan ook dankbaar gebruik gemaakt om de gebruikelijke afregeltolerantie van kristallen, welke ca. 20 Hz/MHz ofwel ca. 0,002% bedraagt, nog verder te kunnen corrigeren. Dit vindt dan plaats m.b.v. een variabele serie of parallelcapaciteit.
Het is duidelijk dat deze correcties binnen zekere grenzen slechts plaats kunnen vinden en dat de afwijking afhankelijk van de kristalfrequentie maar enkele honderden Herz of slechts enkele kilo Herz bedraagt.
De mogelijkheid bestaat echter de frequentie over een veel groter gebied te verschuiven en zelfs wel tot ca. 10 kHz/MHz met de standaard oscillatorschakeling van figuur 1. In deze schakeling vormt de combinatie van capaciteiten tussen A en B een parallel resonantie be-lasting van het kristal en hiervoor kunnen waarden van 20-30-32 of 40 pF gebruikt worden, met als universele voorkeurswaarde 30 pF.
Om nu de frequentie van het kristal te variëren BUITEN het gebied tussen F serie resonantie en F parallel resonantie kan een zelfinductie in serie met het kristal geschakeld worden als aangegeven in figuur 2 (tussen A en B van figuur 1).
De frequentie van het kristal wordt door de aanwezigheid van deze zelfinductie verlaagd.
De mathematische berekening van de waarde van deze L is zeer gecompliceerd maar praktisch gebeurt er het volgende: bij kleine waarden van zelfinductie verandert de frequentie heel weinig (frequentie verlaging), om echter vanaf een bepaalde waarde zeer snel te veranderen. Bij gebruik van een variductor, zoals b.v. in afstemunits van autoradio's, is duidelijk te zien dat bij een lineair L-verloop het frequentieverloop verre van lineair is. Bovendien, en dat maakt deze schakeling moeilijk in het gebruik, varieert de afgegeven amplitude 1 op 5. De te bereiken frequentie-variaties zijn aanzienlijk en bedragen wel tot 15 kHz/MHz.
De bezwaren van een dergelijke schakeling liggen voor de hand. Immers bij toenemende L (verlaging van frequentie) wordt de stabiliteit steeds slechter, evenals de temperatuur-stabiliteit. Sommige toepassingen laten dit toe, b.v. indien een VXO gewenst is voor een wobbel-zender omdat een VXO dan nog altijd klassen beter is dan een VFO onder dezelfde omstandigheden.
Als frequentiebepalend element in een zender of ontvanger of b.v. als BFO is een dergelijke schakeling volledig ongeschikt en dus werd gezocht naar betere oplossingen van het probleem. In figuur 3 is een schakeling afgebeeld die het euvel van het variductor-effect en de amplitude-variaties opvangt met volledig behoud van maximale variatie en constante amplitude.
Met amateurmiddelen is een zodanige schakeling met dergelijke eisen niet realiseerbaar omdat aan stringente eisen wat betreft de kristal-eigenschappen moet worden voldaan. Het toe te passen kristal dient een bepaalde Q te bezitten, de statische capaciteit, de Fp/Fs afstand, alsmede de QL dienen aan bijzondere eisen te voldoen terwijl bovendien de parameters van de te gebruiken L en de grootte van deze L bepalend zijn voor de goede werking.
Na uitvoerig overleg werd besloten de kritische componenten onder te brengen in een behuizing, kwartskristal samen met bijbehorende specifieke zelfinductie. Daardoor wordt de VXO weliswaar gebonden aan een specifieke applicatie echter is maximale reproduceerbaarheid gewaarborgd en worden de risico's voor de amateur tot het uiterste minimum teruggebracht en beperken zich slechts tot het op juiste wijze nabouwen van de vereiste oscillatorschakeling. De oscillatorschakeling bevat dan echter Been frequentiegevoelige componenten en is eenvoudig reproduceerbaar.
Juist deze reproduceerbaarheid is het totaal nieuwe aan deze VXO-ontwikkeling, immers schakelingen waarbij gebruik wordt gemaakt van dit principe zijn al sinds jaar en dag bekend omdat ieder kwartskristal zich in principe leent voor VXO-gebruik. De toevalligheden die men tegen kan komen bij dergelijke schakelingen, die het gevolg zijn van onderlinge verschillen en afwijkingen in het kwarts, behoren tot het verleden en maken het de amateur van de toekomst mogelijk om eenvoudige schakelingen met tamelijk professionele eigenschappen te vervaardigen.
Indien de redaktie de medewerking krijgt die zij benodigt, dan zullen in de toekomst nog zeer vele applicaties met VXO-schakelingen in CQ-PA beschreven worden. Een zo'n toe-passing treft u in deze CQ-PA aan.