Quello
che presento in questa pagina e' un semplice VFO con controllo di
ampiezza che genera una sinusoide di circa 8Vpp da 15KHz a 15MHz
mediante un unico condensatore variabile ad aria e 4 induttori
selezionabili tramite commutatore.
In realta' avevo intenzione di realizzare un VFO a banda ristretta da utilizzare come oscillatore locale per ricevere le onde medie, ovvero da 500KHz a 1600KHz circa, poi ho pensato sarebbe stato utile allargare la banda di frequenza suddetta per un uso piu' generale e quello che ne e' venuto fuori e' un ottimo lavoro; ampiezza del segnale praticamente costante con una variazione di circa 2dB solo sulla parte di frequenze piu' alte (da circa 10MHz a 15MHz), forma sinusoidale con valore medio pari a zero e veloce controllo di ampiezza.
Tenete conto che il tutto e' stato montato in aria lasciando i reofori dei componenti lunghi (non voglio tagliarli perche' li riutilizzo poi per altri progetti) per cui e' probabile che montando il circuito su scheda o effettuando i collegamenti tra i diversi componenti piu' corti scompaia quella piccola variabilita' sul livello del segnale generato alle più alte frequenze.
Mi preme dire che per avere un buon risultato occorre utilizzare induttori di qualita' con bassa resistenza serie, inoltre e' necessario controllare sul data sheet che la loro self-resonance sia piu' alta della piu' alta frequenza generata nella banda che gli compete. Nella figura sottostante e' riportato un grafico orientativo della self-resonance in funzione del valore dell'induttore.
Il condensatore e' del tipo ad aria a due sezioni, (io ne ho usata una) con capacita' che va da 40pF a 500pF circa, niente di speciale se non per il fatto che era montato in una vecchia radio a valvole.
Prima di proseguire vi invito a cliccare sul video sottostante per constatare con i vostri occhi la qualita' del segnale generato.
Video
Il circuito è il seguente.
Come si può vendere dallo schema l'oscillatore è un Colpitts con una leggera modifica che permette l'uso di un solo condensatore di sintonizzazione (C), infatti grazie al fet J1, che ha un ingresso ad alta impedenza, non è necessario utilizzare due condensatori per adattare la bassa impedenza presente sull'emettitore di Q2 a quella che dovrebbe vedere il gruppo risonante LC per avere un alto Q.
Come tutti sanno, progettare un oscillatore è più un arte che una scienza, al di la di dimensionare le reti di polarizzazione dei componenti attivi e assicurarsi che il guadagno della catena chiusa sia maggiore di uno per poter far innescare l'oscillazione il resto è fatto di predizioni, tentativi e miglioramenti sul banco di lavoro. Infatti la rappresentazione dinamica del circuito serve solo per studiare la fase iniziale dell'oscillazione quando il segnale è basso e l'analisi rientra in quella dei cosiddetti "piccoli segnali". Quando l'oscillazione è a regime le escursioni delle tensioni aumentano di molto ed è difficile, se non inutile, rappresentare l'oscillatore con un circuito equivalente.
La scelta di usare la configurazione a base comune è necessaria per avere oscillazioni a frequenze fino a fmax = FT / 2 (dove FT = frequenza di transizione), questa configurazione, infatti, minimizza il feedback interno del transistor in modo che e il suo guadagno in corrente rimanga costante in ampiezza e con minimo sfasamento fino alla suddetta frequenza, inoltre permette un maggior controllo sul feedback da parte circuiti esterni collegati al bjt.
Il funzionamento è il seguente:
Il BJT è polarizzato in zona attiva mediante R7, R8, R1, RVCR (la resistenza del JFET J2 che prima che si inneschi l'oscillazione vale circa 600 ohm), R1 serve anche per polarizzare il JFET J1, R3 serve a scongiurare oscillazioni non desiderate. I condensatori C3 e C4 sono dei corti circuiti dalle frequenze più basse che il VFO è in grado di generare. Nel momento iniziale il transistor ha un alto guadagno, l'oscillazione si innesca e cresce in ampiezza, corrispondentemente anche la tensione (negativa) rivelata da D1 e livellata da C1 aumenta facendo aumentare la resistenza tra drain e source di J2, questo fa diminuire la corrente circolante nel BJT diminuendone il guadagno che a sua volta fa diminuire l'ampiezza del segnale generato e conseguentemente la tensione rivelata. Il processo seguita fino a che il JFET J2 presenta la resistenza più alta possibile senza entrare in interdizione. In queste condizione il livello del segnale generato si aggira intorno agli 8Vpp su un carico di 100000 ohm.
Di seguito i valori degli induttori e le corrispondenti bande di frequenza:
100mH 15KHz - 72KHz
10mH 70KHz - 235KHz
820uH 232KHz - 656KHz
150uH 550KHz - 1.6 MHz
22uH 1.4MHz - 5MHz
2.2uH 4.3MHz - 15MHz
NOTE:
Se nella più bassa banda di frequenza notate una forma d'onda lievemente distorta, aumentate il carico RL finche' scompaia la distorsione.
Se avete necessità di pilotare carichi più bassi usate un inseguitore o prelevate, se vi è possibile, il segnale accoppiando magneticamente delle spire attorno alla bobina alle quali collegare il carico voluto; per esempio a me servivano circa 300mVpp nella banda dai 550KHz ai 1.6MHz su un carico di 1K, ho avvolto attorno alla bobina (una in ferrite) 4 spire di filo smaltato. Siccome non si conosce il numero delle spire della bobina che si compra si deve andare per tentativi fino ad ottenere la tensione voluta sul carico voluto.
Se notate che avvicinando la mano al JFET J2 si instaura un po' di rumore a bassa frequenza sul segnale in uscita aumentate C1 a 10n.
Buon lavoro.
Fabio
In realta' avevo intenzione di realizzare un VFO a banda ristretta da utilizzare come oscillatore locale per ricevere le onde medie, ovvero da 500KHz a 1600KHz circa, poi ho pensato sarebbe stato utile allargare la banda di frequenza suddetta per un uso piu' generale e quello che ne e' venuto fuori e' un ottimo lavoro; ampiezza del segnale praticamente costante con una variazione di circa 2dB solo sulla parte di frequenze piu' alte (da circa 10MHz a 15MHz), forma sinusoidale con valore medio pari a zero e veloce controllo di ampiezza.
Tenete conto che il tutto e' stato montato in aria lasciando i reofori dei componenti lunghi (non voglio tagliarli perche' li riutilizzo poi per altri progetti) per cui e' probabile che montando il circuito su scheda o effettuando i collegamenti tra i diversi componenti piu' corti scompaia quella piccola variabilita' sul livello del segnale generato alle più alte frequenze.
Mi preme dire che per avere un buon risultato occorre utilizzare induttori di qualita' con bassa resistenza serie, inoltre e' necessario controllare sul data sheet che la loro self-resonance sia piu' alta della piu' alta frequenza generata nella banda che gli compete. Nella figura sottostante e' riportato un grafico orientativo della self-resonance in funzione del valore dell'induttore.
Il condensatore e' del tipo ad aria a due sezioni, (io ne ho usata una) con capacita' che va da 40pF a 500pF circa, niente di speciale se non per il fatto che era montato in una vecchia radio a valvole.
Prima di proseguire vi invito a cliccare sul video sottostante per constatare con i vostri occhi la qualita' del segnale generato.
VideoIl circuito è il seguente.
Come si può vendere dallo schema l'oscillatore è un Colpitts con una leggera modifica che permette l'uso di un solo condensatore di sintonizzazione (C), infatti grazie al fet J1, che ha un ingresso ad alta impedenza, non è necessario utilizzare due condensatori per adattare la bassa impedenza presente sull'emettitore di Q2 a quella che dovrebbe vedere il gruppo risonante LC per avere un alto Q.
Come tutti sanno, progettare un oscillatore è più un arte che una scienza, al di la di dimensionare le reti di polarizzazione dei componenti attivi e assicurarsi che il guadagno della catena chiusa sia maggiore di uno per poter far innescare l'oscillazione il resto è fatto di predizioni, tentativi e miglioramenti sul banco di lavoro. Infatti la rappresentazione dinamica del circuito serve solo per studiare la fase iniziale dell'oscillazione quando il segnale è basso e l'analisi rientra in quella dei cosiddetti "piccoli segnali". Quando l'oscillazione è a regime le escursioni delle tensioni aumentano di molto ed è difficile, se non inutile, rappresentare l'oscillatore con un circuito equivalente.
La scelta di usare la configurazione a base comune è necessaria per avere oscillazioni a frequenze fino a fmax = FT / 2 (dove FT = frequenza di transizione), questa configurazione, infatti, minimizza il feedback interno del transistor in modo che e il suo guadagno in corrente rimanga costante in ampiezza e con minimo sfasamento fino alla suddetta frequenza, inoltre permette un maggior controllo sul feedback da parte circuiti esterni collegati al bjt.
Il funzionamento è il seguente:
Il BJT è polarizzato in zona attiva mediante R7, R8, R1, RVCR (la resistenza del JFET J2 che prima che si inneschi l'oscillazione vale circa 600 ohm), R1 serve anche per polarizzare il JFET J1, R3 serve a scongiurare oscillazioni non desiderate. I condensatori C3 e C4 sono dei corti circuiti dalle frequenze più basse che il VFO è in grado di generare. Nel momento iniziale il transistor ha un alto guadagno, l'oscillazione si innesca e cresce in ampiezza, corrispondentemente anche la tensione (negativa) rivelata da D1 e livellata da C1 aumenta facendo aumentare la resistenza tra drain e source di J2, questo fa diminuire la corrente circolante nel BJT diminuendone il guadagno che a sua volta fa diminuire l'ampiezza del segnale generato e conseguentemente la tensione rivelata. Il processo seguita fino a che il JFET J2 presenta la resistenza più alta possibile senza entrare in interdizione. In queste condizione il livello del segnale generato si aggira intorno agli 8Vpp su un carico di 100000 ohm.
Di seguito i valori degli induttori e le corrispondenti bande di frequenza:
100mH 15KHz - 72KHz
10mH 70KHz - 235KHz
820uH 232KHz - 656KHz
150uH 550KHz - 1.6 MHz
22uH 1.4MHz - 5MHz
2.2uH 4.3MHz - 15MHz
NOTE:
Se nella più bassa banda di frequenza notate una forma d'onda lievemente distorta, aumentate il carico RL finche' scompaia la distorsione.
Se avete necessità di pilotare carichi più bassi usate un inseguitore o prelevate, se vi è possibile, il segnale accoppiando magneticamente delle spire attorno alla bobina alle quali collegare il carico voluto; per esempio a me servivano circa 300mVpp nella banda dai 550KHz ai 1.6MHz su un carico di 1K, ho avvolto attorno alla bobina (una in ferrite) 4 spire di filo smaltato. Siccome non si conosce il numero delle spire della bobina che si compra si deve andare per tentativi fino ad ottenere la tensione voluta sul carico voluto.
Se notate che avvicinando la mano al JFET J2 si instaura un po' di rumore a bassa frequenza sul segnale in uscita aumentate C1 a 10n.
Buon lavoro.
Fabio