Ruisbron
Dat de ruisbron een handige aftegelhulp kan zijn heeft u kunnen zien in het artikel over de "Warbler" in CQ-PA september 2001. Maar hoe werkt de ruisbron en hoe maak je er eentje?
Alles ruist
Als alles ruist in de elektronica, zelfs een eindje draad, dan behoeven we niet veel moeite te doen om een ruisbron te maken. In principe is dit waar, maar we willen natuurlijk wel flunk wat ruis en reproduceerbare ruis opwekken. Ook dat blijkt niet zo moeilijk te zijn... dat is een kwestie van het uitzoeken van die onderdelen die meer ruisen dan andere.
De beste controleerbare ruisbronnen zijn "ruisbuizen" maar daar hoefje tegenwoordig niet meer mee aan te komen. De verkrijgbaarheid is slecht, de voeding niet zo eenvoudig en de werking valt voor UHF knap tegen.
Zenerdiodes
Een halfgeleider kan ook ruis produceren maar gewoonlijk in geringe mate... tenzij we van het "lawine-effect" gebruik maken dat in zenerdiodes optreedt. Bij het overschrij den van een bepaalde spanning, de zenerspanning, gaat de in sperrichting gemonteerde diode plotseling enorm geleiden. Een lawine van elektronen komt los en door de vrij grote stroom die dan loopt daalt de spanning en stopt de stroom... als er tenminste een weerstand in serie met de zenerdiode is geschakeld die de stroom door de diode tot een veilige stroom beperkt. Voor het opwekken van een constante lawine is een stroombron die de stroom door de diode tot een veilige waarde beperkt een goede methode.
Iedere zenerdiode heeft een stroom waarbij een maximaal ruisniveau wordt verkregen en dan moet u denken aan 5..8mA. Zeners met een zenerspanning groter dan 8V geven meer ruis dan die met een lagere zenerspanning.
Een flink aantal zeners heb ik aan de tand gevoeld; die, die in de junkbox aanwezig waren. Helaas varieerde de ruisopbrengst enorm waardoor een betrouwbare nabouw van een ruisbron in de probleemzone gaat komen.
Zenerende transistor
Fig. 1. Links in het schema ziet u de stroombron waarvan de rode LED dient voor het constant houden van de basisspanning op ca 1,6 V waardoor over de weerstand van 1,5 kΩ een spanning staat van 1,6 - 0,6 = 1,0 volt. Dat geeft een stroom van ⅔ mA en plink wat ruis in de BC307 in het middelste gedeelte van de schakeling. De BC307 is een PNP-tor waarvan de b/e-overgang in sperrichting staat. Met een NPN-tor gaat het net zo goed, maar deze moet wel 'andersom' worden aangesloten... dus met de emitter aan de stroombron en de basis aan de 56 Ω weerstand.
De basis-emitter overgang van een transistor is een diode en iedere diode kan men laten zeneren, dus ook een b-e overgang. Tot mijn verrassing blijken de gewone laagfrequent siliciumtransistoren uit de serie BC107..BC547 goed te ruisen en een reproduceerbare opbrengst te geven. Zoals bij iedere ruisbron is de ruis op lage frequenties veel harder dan die op hoge frequenties.
Je zou verwachten dat een VHF- of UHF-tor meer ruis produceert dan zo'n goedkoop LF-geval maar dat is duidelijk niet het geval; een UHF-tor produceert bedroevend weinig ruis!
Het verdient aanbeveling wat te experimenteren met de emitterweerstand in de stroombron. Met het verkleinen van deze weerstand neemt de geleverde stroom toe en in sommige gevallen ook de ruis.
Constructie
Omdat de ruis bij toenemende frequentie afneemt is gepoogd om de capacitaire effecten ten gevolge van de bouwwijze minimaal te houden en daarom is geen printje gebruikt. De constructie hangt in de lucht in een metalen doosje. Bovendien zijn alle verbindingen zo kort mogelijk gehouden om ook de gevolgen van paracitaire zelfinductie zo klein mogelijk te houden. De ruisbron is gemakkelijk in een weekend te realiseren. De weinige onderdelen zullen zelfs in een bijna lege junk-box nog wel te vinden zijn. De twee condensatoren van 4,7 nF zijn niet kritisch; 10 nF mag ook.
Fig. 2.
Hoeveel herrie?
Goeie vraag en niet zo eenvoudig te beantwoorden. Met een ontvanger (FRG 7700), waarvan de S-meter was geijkt met een meetzender, is de volgende grafiek voor HF tot stand gekomen. Maar er is een probleem en dat wordt duidelijk als we het beeld bekijken dat ik kreeg op mijn zelfbouw spectrum-analyser afgestemd op de 10 m-band met een bandbreedte (= hele scherm) van 600 kHz. Bedenk daarbij dat dit een dynamisch bewegend beeld is met springende toppen en dalen. De vraag hierbij is nu toch wel wat we nu eigenlijk meten? De toppen, het gemiddelde...? Tussen de toppen en dalen zit een verschil dat groter is dan 30 dB. Op het waterval display, waarbij u van boven op de grafiek van de spectrum-analyser kijkt, zijn de toppen goed als gele stippen te onderscheiden.
Fig. 3. Met de FRG7700 als spanningsmeter
Fig. 4. Schermafbeelding van de zelfbouw spectrumanalyser.
Op een verenigingsavond was een professionele spectrum-analyser beschikbaar en daarop was het volgende beeld te zien. De dB's zijn (in combinatie met de gegevens van de FRG7700) zo goed mogelijk omgerekend naar µV.
Fig. 5. Al bij ca 30 MHz is een drastische afname van het ruisniveau duidelijk merkbaar... maar tot 2 GHz komt de opgewekte ruis nog boven de eigenruis van de spectrum-analyser uit. Voor het verrichten van metingen of afregelen op UHF is (te) weinig ruis voorhanden. Dan zal er versterkt moeten worden... maar dat is een ander en gecompliceerder verhaal.
Bastiaan, PA3FFZ.