Tips voor de constructie van stabiele oscillatoren
Ben van de hoofdoorzaken waardoor de zelfbouw in gevaar komt is de slechte reproduceerbaarheid van oscillator en VFO-schakelingen. De meesten onder ons zullen ooit wel teleurstellende resultaten hebben behaald!
Binnen het redaktionele streven om de zelfbouw zo veel als mogelijk is te stimuleren, past dit uitstekende artikel van PAoSIP. Geen theoretische droge kost maar een praktische handleiding voor hen die de soldeerbout niet schuwen!
De print
Gebruik voor de constructie van een VFO altijd dubbelzijdige printplaat, waarbij de ene zijde het massavlak wordt en de andere zijde wordt benut voor de printsporen. Het is hierbij een vanzelfsprekende zaak dat de onderdelen die aan de massakant van de print gemonteerd worden geen sluiting tegen het massavlak mogen maken.
De gaatjes waar de aansluitdraden van de diverse componenten doorheen steken worden daarom aan de massazijde verzonken. Dit verzinken kan gebeuren met een grote boor of met een in de ijzerwinkel verkrijgbare z.g. soevereinboor, het gaat prima z6 uit de hand zonder machine of boortol. Zie fig. 1.
Fig. 1.
Het gebruik van dubbelzijdige printplaat heeft een aantal voordelen. De warmte overdracht tussen de verschillende onderdelen wordt er door bevorderd en de grote koperoppervlakte fungeert uitstekend als koelvlak. Daarnaast fungeert de koperlaag vanzelfsprekend als afscherming en tenslotte geeft het de mogelijkheid transistoren in metalen behuizing lekker stevig op het aardvlak vast te solderen. Dit laatste is te zien in fig. 2.
Fig. 2.
De onderdelen
Op basis van de ervaringen opgedaan bij de bouw van ruim vijftien VFO's kan worden gesteld dat bij voorkeur oude onderdelen worden gebruikt waaraan al eerder gesoldeerd is. Door dat solderen zijn de onderdelen geouderd en in de praktijk blijken ze zich daardoor stabieler te gedragen!
Over keramische condensatoren kan worden opgemerkt dat deze vaak een gekleurde ring of gekleurde bovenzijde hebben, hetgeen betekent dat het exemplaar een zekere temperatuurs-coefficient bezit. In oude kanalenkiezers uit het buizentijdperk worden vaak exemplaren met een zwarte ring aangetroffen; die kunnen erg nuttig zijn zoals we verderop zullen zien.
Over de behandeling van keramische condensatoren valt het volgende op te merken: onder geen voorwaarde mogen de draden hardhandig omgebogen worden maar het onderdeeltje wordt met een tangetje aan een van de aansluitdraden vastgehouden en de draad wordt na het tangetje omgebogen. Op deze wijze voorkomen we dat er op en in het componentje mechanische spanningen ontstaan die zich bij een VFO kunnen uiten als kleine sprongetjes in de frequentie.
Niet alleen condensatoren maar ook kleine weerstanden kunnen door een verkeerde behandeling aanleiding voor ongewenste verschijnselen zijn; buig ze via de bovenstaand beschreven methode en voorkom kraken e.d.
De draadjes van de diverse componenten dienen zodanig voorgebogen te zijn dat het onderdeeltje los in de print zit en er, voor het solderen, zonder belemmering uitgetrokken kan worden. Ook dit dient weer om spanningen van mechanische acrd te voorkomen.
De spoel
Veelal wordt in technische uiteenzettingen uitsluitend aandacht besteed aan de spoel en gaat men voorbij aan de andere componenten die deel uitmaken van een oscillatorschakeling. Misschien is dat wel terecht omdat de spoel een van de meest belangrijke is en er in de praktijk veelvuldig gezondigd wordt tegen de regel dat juist hierin geen mechanische spanningen mogen optreden.
Een beproefde methode is de volgende: de spoel wordt gewikkeld op een gewoon plastic spoelvormpje, waarna de wikkelingen worden vastgelakt met nagellak (kleur onbelangrijk). Het is uit den boze om hier een- of twee-componenten lijm toe te passen!
Ook al weer ter voorkoming van spanningen worden de wikkelingen niet al te strak gelegd. Vervolgens wordt de spoel ondergebracht in een kartonnen of plastic kokertje, dat vervolgens wordt volgegoten met kaarsvet. Deze substantie is elektrisch aardig neutraal, vocht krijgt geen enkele kans, er zit na stoning geen beweging meer in terwijl toch achteraf de mogelijkheid aanwezig blijft het te slopen en er een winding bij te leggen of of te halen.
Het solderen
Ook het solderen van componenten in een VFO moet op een speciale wijze gebeuren. Allereerst worden alle onderdelen op de normale manier vastgesoldeerd waarbij er op wordt gelet dat geen enkel component onder mechanische spanning staat. Vervolgens worden alle soldeerverbindingen gecontroleerd waarna met de warme bout alle soldeerverbindingen nog een extra beurt krijgen. Hierdoor wordt bereikt dat de door de eerste soldering ontstane spanning in de componenten weer wordt weggenomen!
Montage
Iedere beginneling op het glibberige pad van de VFO constructeur zal geneigd zijn de print stevig vast te solderen in een sluitend doosje en dit doosje stevig verankeren op het chassis. Daarmee wordt bereikt dat materiaalspanningen optreden die er pas na maanden en maanden weer uit zijn.
Een veel betere methode is de print a.h.w. aan de afstemcondensator op te hangen door deze er m.b.v. twee boutjes tegenaan te bevestigen. Afstemcondensator en print worden daarna samen in een doosje ondergebracht zonder dat dit omhulseltje de print raakt. Afgezien van het ontbreken van materiaalspanningen heeft deze methode tot voordeel dat de warmte-overdracht naar de print veel trager is omdat lucht nu eenmaal een slechte geleider is.
Frequentie modulatie
Bij oscillatoren die als VFO in zenders voor VHF/UHF worden toegepast kan de wens naar voren komen frequentiemodulatie te plegen. Dat kan uitstekend m.b.v. een varicap, zoals we al vele malen gezien hebben in eerder in CQ-PA beschreven schakelingen.
Bij een dergelijke schakeling is het raadzaam de varicap licht met de oscillator te koppelen. Een schema is gegeven in vorenstaande fig. 3.
Fig. 3.
L1 en C2 vormen de feitelijke oscillatorkring, waarbij zelfinductie en capaciteit vanzelfsprekend bepaald worden door de gewenste frequenties. C1 is een trimmer van goede kwaliteit en met een capaciteit van ca 15 pF. R1 en R3 hebben respectievelijk een waarde van 10k en 1 k.
Met de trimpot R2 (22k) wordt de zwaai ingesteld. De spanning die aan deze trimpot wordt aangeboden dient bijzonder stabiel te zijn omdat elke spanningsvariatie immers frequentievariatie geeft en dat is wel het laatste dat we willen bereiken!
Omdat een varicap verre van lineair over zijn hele gebied werkt, moet een compromis gezocht worden tussen de mate van aankoppeling d.m.v. C1, de instelspanning via R2, het aangeboden LF modulatie-signaal en de gewenste zwaai bij een bepaalde vervorming. Een regel hierbij is, dat de instelspanning via R2 altijd groter is dan het maximale piekniveau van het modulerend signaal.
Temperatuur compensatie
Moderne keramische condensatoren hebben geen kleur codering om de capaciteit aan te duiden. De waarde staat met lettertjes (cijfertjes) op het condensatorlichaam afgedrukt en m.b.v. een loep kunnen we (meestal) wel ontcijferen wat er staat.
Voor speciale doeleinden vervaardigt de electronische industrie keramische condensatortjes waarvan bekend is in hoeverre de capaciteit verandert onder invloed van de omgevingstemperatuur. Iedere condensator is in feite gevoelig voor temperatuursveranderingen echter, in 99 van de 100 gevallen zal de daardoor veroorzaakte capacitieve verandering niet van invloed zijn op de schakeling. Keramische condensatoren met een gespecificeerd z.g. temperatuurcoefficient bezitten naast de met cijfers opgedrukte waarde een kleurcodering in de vorm van een gekleurde ring of gekleurde bovenzijde (zie fig. 4). Als regel zijn deze condensatoren twee a drie keer zo kostbaar als ongespecificeerde condensatoren en daarenboven erg moeilijk verkrijgbaar.
Fig. 4.
De temperatuurcoefficient geeft aan hoeveel een condensator onder invloed van een bepaalde temperatuursverandering in waarde verandert. Een condensator met een positieve temperatuurcoefficient zal bij stijgende temperatuur groter worden, terwijl een condensator met een negatieve temperatuurcoefficient kleiner in waarde zal worden.
De temperatuurcoefficient wordt aangegeven in ppm/°C, voorafgegaan door de letter P voor positief en N voor negatief. De afkorting ppm/°C wil zeggen parts per million per degree Celsius.
De kleurcoderingen hebben de volgende betekenis:
| rood/violet | P 100 |
| zwart | NP nul |
| bruin | N 033 |
| rood | N 075 |
| oranje | N 150 |
| geel | N 220 |
| groen | N 330 |
| blauw | N 470 |
| violet (paars) | N 750 |
| oranje/oranje | N 1500 |
Door het bovenstaande lijstje is onmiddellijk verklaard hoe het komt dat deze condensatoren moeilijk verkrijgbaar zijn. Geen onderdelenhandel wenst 10 soorten condensatoren met ca 25 verschillende waarden in voorraad te houden!
We geven een rekenvoorbeeld van de capaciteitverandering van een condensator van 220 pF met een temp. coeff. van P 100 bij een temperatuurstijging van 10° C.
Door het bovenstaande is duidelijk geworden dat het mogelijk is door condensatoren met verschillende temp. coeff. te kiezen, het frequentieverloop in oscillatorschakelingen te minimaliseren. Ook is duidelijk geworden dat fabrikanten van apparatuur het in dit opzicht eenvoudiger hebben dan amateurs i.v.m. de gemakkelijker verkrijgbaarheid.
Toch valt het in de praktijk allemaal wel mee omdat wij amateurs naar hartelust kunnen slopen uit bestaande apparatuur en we meestal door slim te zijn het aantal moeilijke componenten kunnen beperken. Een voorbeeld daarvan is nevenstaande schakeling die ook praktisch zeer efficient is.
L1 en C5 vormen de oscillatorkring, C1 en C3 zijn goede trimmers van ca 30 pF. C1 t/m C4 vormt de temperatuur stabilisatie. De condensator C2 heeft b.v. een zwarte ring (gemakkelijk verkrijgbaar) voor temp. coeff. = NP nul. C4 heeft dezelfde capacitieve waarde maar b.v. een paarse ring (N 750).
Gaan we de VFO opwarmen en ontdekken we dat de frequentie omlaag loopt, dan wil dat zeggen dat de condensator met de negatieve temp. coeff. een groter werkzaam aandeel in de schakeling moet hebben. Dat is dus C4!
Door nu trimmer C3 iets in te draaien en C1 zoveel uit te draaien tot de frequentie weer klopt kunnen we bereiken dat het verloop minimaal wordt als gevolg van variaties van de temperatuur! Al met al is voor deze opzet zegge en schrijve een keramische condensator met bijzondere eigenschappen benodigd en, mits we attent zijn op de veranderende temperatuur, behoeft deze beslist geen temp. coeff. van N 750 te bezitten maar kunnen we vermoedelijk volstaan met een N 150 condensatortje en die zijn al een stuk gemakkelijker verkrijgbaar!
Het zal duidelijk zijn dat het af te raden valt veelvuldig condensatoren met verschillende temp. coeff. in en uit te solderen. Voor het beoordelen van betrouwbare resultaten zou iedere keer bijzonder lang gewacht moeten worden, immers, de condensatoren moeten afkoelen na iedere soldering!
De resultaten
Bovenstaande praktische tips werden hoofdzakelijk vergaard tijdens het veelvuldig nabouwen van in UKW-Berichte gepubliceerde VFO's ontwikkeld door DJ5HD. Worden alle beschreven vingerwijzingen opgevolgd dan bezit de in fig. 5 getekende schakeling een verloop van 2500 Hz in een week, op een frequentie van 28 MHz. Bij grote tot zeer grote temperatuurafwijkingen binnen een half uur wijkt de frequentie niet meer af dan 650 Hz.
Fig. 5.
Literatuur
- UKW-Berichte, Heft 2 1970.
PA0SIP.