Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik VCO Dimensionieren


von Stacy (Gast)


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Hallo liebes Forum!

Ich habe vor mir einen UKW-Superhet zu bauen. Ohne Röhren! Ich hab auch 
schon experimentell in frei fliegender Verdrahtung eine 
Versuchsschaltung zusammengebastelt, die erstaunlicherweise auch gut 
Funktioniert (damit kann ich auf einer (fast) festen Frequenz (~98MHz) 
Radio hören).

Soweit, so gut. Jetzt erweist sich der VCO als echter Stolperstein. Ich 
hab mich für einen Clapp in Emitterschaltung entschieden. Ich hab 
E-Technik jetzt nicht studiert, weswegen die Bauteilwerte nach Gefühl 
und viel probieren "dimensioniert" worden sind. Jedenfalls schwingt der 
Oszillator schön, aber auch bei meinem "besten" Versuch konnte ich 
mithilfe einer Kapazitätsdiode nur einen Bereich von etwa 90-95MHz 
abdecken. Darüber oder darunter schwingt er nicht mehr. Es liegt nicht 
an den min. bzw. max. Kapazitätswerten der Diode (zumindest laut 
Rechnung nicht). Ich weiß nach dem 34. Versuch einfach nicht mehr was 
ich noch ausprobieren könnte.

Das bringt mich zu der Frage ob jemand eine Schaltung für mich hat, oder 
noch besser ob mir jemand sagen kann wie ich das selber ausrechnen kann.
Also ein VCO von 88-108MHz.

Was ich noch gerne wissen würde: Wie gehen professionelle Ingineure da 
ran, wenn sie diskret einen spannungsgesteuerten Oszillator bauen 
müssten? Ich meine die machen sich doch bestimmt Vorgaben 
(Frequenzbereich, Phasenrauschen, Themperaturkompensation). Aber wie 
gehts dann weiter? Nach welchen Kriterien wählen sie z.B. die 
Grundschaltung aus? Für mich währe Hartley genausogut wie Clapp. Ich hab 
mich halt einfach für eine entschieden. Und wie werden dann die Bauteile 
dimensioniert? Ich meine jetzt nicht wie man die Frequenz des 
Schwingkreises aus L und C berechnet. Wobei ich auch hier nicht wirklich 
weis was ich da mache (laut Schwingkreisformel könnte ich ja auch mit 
1mH 400MHz erzeugen).

Fragen über Fragen. Ich hoffe es kann jemand ein wenig Licht ins Dunkel 
bringen :)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Stacy schrieb:
> Ohne Röhren!

Schade eigentlich :-)

Stacy schrieb:
> Es liegt nicht
> an den min. bzw. max. Kapazitätswerten der Diode (zumindest laut
> Rechnung nicht). Ich weiß nach dem 34. Versuch einfach nicht mehr was
> ich noch ausprobieren könnte.

Am besten erstmal mit dem Taschenrechner. Setze die max. Kapazität der 
Diode in die Thomson'sche Schwingkreisformel ein und berechne die 
Induktivität für 87,5 Mhz (+ZF, meistens 10,7Mhz), also für 98,2 Mhz.
Mach das gleiche für 108+10,7Mhz und nimm diesmal die min. Kapazität der 
Diode.
Jetzt weisst du, ob du parallel zur Kapadiode noch mehr C's schalten 
musst, um den Bereich einzuengen. Der Idealfall ist nun, wenn die 
Induktivität sich nicht mehr ändert zwischen den Bandgrenzen und du mit 
dem Bereich der Kapadiode das ganze Band überstreichst.
Oft sind Kapazitätsdioden auch für einen sehr weiten Spannungsbereich 
gebaut. Wenn du also den DC/DC Wandler auf 33 Volt sparen möchtest, 
berechne mit den Kapazitätswerten für z.B. 12 Volt am oberen Bandende.

von Wolfgang H. (Gast)


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Hi, Stacy,

> ...aber auch bei meinem "besten" Versuch konnte ich mithilfe einer
> Kapazitätsdiode nur einen Bereich von etwa 90-95MHz abdecken.
Wahrscheinliche parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten.

> ...Wie gehen professionelle Ingineure da ran, wenn sie diskret einen
> spannungsgesteuerten Oszillator bauen müssten?
Diese Anforderung dürfte es eigentlich nicht mehr geben. Außer 
vielleicht im Radiomuseum.

Als Bastler habe ich mich "frei geschwommen" durch Nachbau von 
Bauanleitungen.

> Nach welchen Kriterien wählen sie z.B. die Grundschaltung aus?
Wenn mich die Eigenkonstruktion mal nicht reizt, dann suche ich erst 
eine Beschreibung über ein ähnliches Produkt und baue das dann nach. Mit 
wachsender Erfahrung sind das dann ältere eigene Schaltungen, deren 
Bauteile schon im eigenen Maagzin liegen.

> Fragen über Fragen. Ich hoffe es kann jemand ein wenig Licht ins Dunkel
> bringen :)
Ah ja, wir erleben hier die Verdunkelungsfähigkeit der Fragen, 
insbesondere der falschen.
Besser: Nicht lange fragen, sondern ähnliches Produkt suchen, das 
nachbaugeeignet ist, nachbauen - und mit den ersten kleinen Erfolgen 
wächst der Spaß.
Sehr oft noch besser: Monatstreffen der Funkamateure in Reichweite 
aufsuchen. Erstens gibt es dort persönlichen Rat im Dialog von Angesicht 
zu Angesicht, zweitens könnte sich auch eine Stunde gemeinsamen Bastelns 
draus ergeben.

Ciao
Wolfgang Horn

von Stacy (Gast)


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Erstmal danke für die vielen Tipps!

Matthias Sch. schrieb:
> Am besten erstmal mit dem Taschenrechner. Setze die max. Kapazität der
> Diode in die Thomson'sche Schwingkreisformel ein und berechne die
> Induktivität für 87,5 Mhz (+ZF, meistens 10,7Mhz), also für 98,2 Mhz.
> Mach das gleiche für 108+10,7Mhz und nimm diesmal die min. Kapazität der
> Diode.

Da ich die Kapdiode aus einem alten Radio ausgebaut habe und auch kein 
Datenblatt dazu gefunden habe, kann ich den Wert nur schätzen. Wenn ich 
die Diodenspannung um 4V verändere, ändert sich die Frequenz um 5MHz. 
Zuviel oder zuwenig Kapdiodenspannung lässt den Oszillator nicht mehr 
schwingen. Deswegen gehe ich mal davon aus das die Kapazität der Diode 
nicht mein "Flaschenhals" ist, sondern eher das dann unangepasste 
Rückkopplungsnetzwerk.
Was nebenbei vielleicht noch ganz interessant ist: Ich probierte am 
Anfang mit normalen Dioden rum. Die ganz kleinen im Glaskörper hatten 
viel zu wenig Kapazität, und die großen (DO41) gingen gar nicht. Zuviele 
Verluste? Ich weis es nicht.

 Wolfgang Horn schrieb:
>Diese Anforderung dürfte es eigentlich nicht mehr geben. Außer
>vielleicht im Radiomuseum.

Echt nicht? Also ich meinte das mit meiner 2. Frage eher allgemein, 
nicht nur auf Radios bezogen. Nimmt man für benötigte Oszillatoren nur 
noch ICs?

>Wenn mich die Eigenkonstruktion mal nicht reizt, dann suche ich erst
>eine Beschreibung über ein ähnliches Produkt und baue das dann nach. Mit
>wachsender Erfahrung sind das dann ältere eigene Schaltungen, deren
>Bauteile schon im eigenen Maagzin liegen.

Das hatte ich mir auch schon gedacht. Allerdings spuckt Google meistens 
nur Röhrenschaltungen aus, und zum Schluss murkse ich dann trotzdem 
wieder selber rum. Aber wenn du vielleicht eine gute Anleitung in Petto 
hast? Wäre schön :)

Jedenfalls dachte ich, poste ich mal meine Schaltung, vielleicht kann 
mir ja jemand ein paar Tipps geben.
-D1, C1, C2, C4, C5 und L1 bilden den Schwingkreis
-C3 trennt L1 von Gleichspannung
-R1, R3 und C6 dienen zum Einstellen des Arbeitspunktes
-Es ist quasi ein Transistorverstärker in Kollektorschaltung. Damit 
keine Spannungsverstärkung. Deswegen "transformieren" C4 und C5 die 
Spannung hoch.
C4 und C5 sind deshalb so klein damit die Frequenz hauptsächlich von der 
Kapdiode abhängt.

Ist das alles soweit richtig?

von Stacy (Gast)


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Ups, Schaltung vergessen :)

von B e r n d W. (smiley46)


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Ich würd ein wenig anders dimensionieren:

R1 = 100
R2 = 1k
R3 = 10k
R4 = 100k

C1 = 100p
C2 = 5p (später für Bereich optimieren)
C3 = 5p
C4 = 4p
C5 = 8p
C6 = 1n

L1 = 150nF

Q1 = z.B. BF199

V1 = 5 Volt
Vabstimm = 2 - ... Volt

von W.S. (Gast)


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Stacy schrieb:
> Ups, Schaltung vergessen :)

Hmm.. C4 und C5 vertauscht und R2 zu niederohmig?

Hab ich heut bloß schon zuviel Rotwein intus? Mir sieht diese Schaltung 
eher aus wie ein Colpitts. Beim Clapp war doch C und L in Reihe..oder?

Also, wenn du nen Weitbereichs-VCO bauen willst, dann ist der Hartley 
das Richtige, denn dort ist die Spule angezapft und du kannst das C 
allein aus der C-Diode machen. Ansonsten ist der Colpitts sicherlich das 
Passende, denn so breit ist der UKW-Bereich ja nicht.

Wahrscheinlich taugt deine ausgelötete C-Diode nix. Ersetze sie mal 
gegen eine Doppeldiode, also als C in Reihe, gleichspannungsmäßig 
parallel. Also C2 weglassen, C1 gegen zweite Hälfte der Doppeldiode 
ersetzen.

Guck dich mal dort um:
"http://www.ebay.de/itm/30-St-BB505B-Varactordiode-18pF-axial-E0553-/130744234861?pt=Bauteile&hash=item1e70f6b36d";

W.S.

von B e r n d W. (smiley46)


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> Mir sieht diese Schaltung eher aus wie ein Colpitts.

Dito.

> R2 zu niederohmig

der bedämpft mit 100 Ohm den Schwingkreis zu sehr, das ist die 
Hauptursache.

> einen Bereich von etwa 90-95MHz
> abdecken. Darüber oder darunter schwingt er nicht mehr

Ich versteh das so, dass der Abstimmbereich vermutlich reichen würde, 
jedoch die Schwingung vorher abreisst. Dies war auch in der Simulation 
der Fall, mit den geänderten Werten schwingts von 3 bis > 10 Volt 
Betriebsspannung. Die Abstimmspannung sollte nicht viel kleiner als 2 
Volt werden.

C3 muss so klein werden, sonst neigt die Schaltung zu 
Pendelschwingungen.

> nen Weitbereichs-VCO bauen willst, dann der Hartley

C4 und C5 grenzen den Abstimmbereich ein, die entfallen beim Hartley

von Stacy (Gast)


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Sooo nach langem rumprobieren präsentiere ich nun meine Schaltung :D

Geht gut! Vll kanns sonst auch noch wer brauchen.

von moep (Gast)


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Hier noch ein Link zu einer Seite mit einer Menge VCO Schaltungen:

https://sites.google.com/site/linuxdigitallab/low-noise-crystal-experiment/vco-80mhz-180mhz-franklin

Viele Grüße,

moep

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