EXPERIÊNCIAS COM VXO
6/DEZEMBRO/2004
atualizada 14/6/2005
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Necessitando de um VXO para construir um XCVR simples, para CW em 20m, montei o circuito abaixo:
C1, C2 - 150pF, Xc = 75 ohms
C9 - 300 pF
L1 - 5 uH Xl = 440 ohms
O circuito é conhecido por "Super VXO", inventado por JA0FAS e JH1FCZ em 1980, e nada mais é do que a colocação de 2 ou mais cristais iguais em paralelo.
Escolhi de início os valores de R1 a R5 para uma polarização de 10 mA em cada transistor. Para isso utilizei o OrCAD PSPICE mas há diversos programas prá isso, e também pode ser feito na calculadora, as contas são simples. A escolha dessa corrente foi após consultar os datasheets dos respectivos transistores, observando dissipação permitida e ganho em frequência. Assim a condição em DC fica ótima como oscilador e amplificador. Num segundo momento, o BC548 poderá ter a corrente diminuída, assim o aquecimento interno é menor e a estabilidade maior. O FET poderá ter a corrente diminuída para diminuir o consumo, não há razão para consumo maior do que necessário. Para isso bastará observar no osciloscópio a saída sob carga e aumentar R4.
O circuito funcionou direito. Com L1 = 5 uH e C9 = 300 pF, experimentei 1, 2 e 3 cristais (nominal 14060 kHz) em paralelo.
Resultados:
1 cristal 14052 a 14063 delta F = 11 kHz
2 cristais 14045 a 14065 delta F = 20 kHz
3 cristais 14033 a 14065 delta F = 32 kHz
Experimentei também um indutor toroidal de 10 uH (na verdade 2 de 5 em série) e comparei com um choque azul também de 10 uH. O choque deu péssimo rendimento, a saída de 10 dBm caiu para -4 dBm, e a estabilidade ficou ruim. Como ele faz parte integrante do circuito tanque precisa ser de qualidade. O problema do pequeno choque é a resistência Rs elevada (medi 13 ohms em DC, portanto é mais em RF)) e o uso de ferrite, que faz a indutância variar muito com a temperatura, e portanto a frequência.
O próximo passo é aumentar a varredura de QRG possível, incluir uma sintonia fina de recepção (RIT, receiver incremental tuning) e finalizar essa etapa.
Utilizei o varicap BB112 pois foi o que permitiu a variação necessária de frequência. Usando cristais de 14,060 MHz, queria chegar em 14 MHz. O BB112 suporta 12V, máxima tensão reversa, segundo o datasheet ele tem sua melhor faixa entre 1 e 8 Volts. Para permitir o máximo de variação de QRG, coloquei 10V regulados por um LM317L, um 78L10 seria mais simples, dispensando os dois resistores. Esses dois integrados têm uma queda de quase 2V, quando em baixa corrente, no caso 20 mA. Portanto, para haver regulação, a alimentação não pode ser menor do que 12V. É importante medir quando o VXO for usado em transmissão. Se a tensão cair abaixo de cerca de 11,7V, o circuito ficará sem regulação e a frequência irá variar acompanhando a manipulação (piado) ou modulação. Usando 8V, como fiz no início com um 78L08, esse problema fica afastado mas a variação de frequência conseguida é um pouco menor.
Seria interessante que o VXO fosse até 14,1 MHz, assim toda a banda de CW seria coberta. Isso não é possível. Com um VXO somente podemos descer de QRG. Às vezes se consegue uma frequência maior do que aquela marcada no cristal. Isso acontece porque o fabricante do cristal especifica uma capacidade em paralelo. Se essa capacidade for menor então a frequência subirá um pouco. Mas isso não é o princípio de funcionamento do oscilador VXO. Para mudar a frequência do XTAL colocamos indutância em série, e depois um capacitor variável, para poder variar a QRG final.
Uma melhora no funcionamento foi obtida com o resistor de 68 ohms no emissor do BC548. Esse resistor controla a realimentação. Sem ele, o controle dessa variável depende só do divisor capacitivo.
Utilizei dois varicaps na sintonia principal. Quando se utiliza somente um, num semi-ciclo o varicap conduz (como diodo comum), isso aumenta o ruído de fase do oscilador. Além disso a tensão saída muda muito conforme a sintonia. Mesmo sendo para um equipo simples, custa pouco melhorar, e "de grão em grão...", é a soma desses pequenos detalhes que produz um resultado diferenciado. O circuito de RIT está num ponto de menor tensão, por isso deixei um só varicap ali.
O indutor de 10 uH foi feito com 46 espiras de fio 30 sobre núcleo toroidal T50-6. A variação de frequência obtida foi de 13,998 a 14,052 MHz. Com uma carga de 50 ohms na saída, medi 8 Vpp no dreno do J310 e 10 dBm (10 mW) na saída. O transformador de banda larga foi feito com 10 espiras no primário e 3 espiras no secundário sobre núcleo FT50-43.
Para a utilização pretendida num equipo simples, o estágio buffer tem a saída diferente. Em transmissão, o estágio seguinte é de alta impedância (porta CMOS), em recepção basta 200 mVpp para o NE602. No lugar do transformador de banda larga será empregado acoplamento RC. Os valores dos resistores serão escolhidos para os níveis de excitação adequados.
OUTRAS BANDAS
Não experimentei em outras bandas mas é simples ter um ponto de partida. Os capacitores de 100 pF deverão mudar proporcionalmente, p. ex., para 7 MHz usar 200 (220), para 3,5 MHz 470... O choque de 1000 mH serve bem para todo o segmento de HF. O acoplamento de 8,2 pF muda proporcionalmente. O capacitor de 100 pF do RIT e o indutor de 10 uH precisarão de experimentação, este último também pode começar por proporção (p. ex., para 7 MHz usar 22 uH...). Quanto maior o indutor maior será a variação e menor a estabilidade pois a frequência passará a depender menos dos cristais.
Para frequências acima de 14 MHz pode-se experimentar diferentes varicaps de menor capacidade, ou então capacitores em série. Os 2 capacitores de 100 pF atuam no controle da realimentação e também na extensão de faixa dos varicaps.
O resistor de 68 ohms pode ser ajustado assim: coloca-se um "jumper" em seu lugar e faz-se o acerto da extensão coberta pelos varicaps. Quando tudo estiver certo, coloca-se o resistor, e vai se aumentando o valor até que pare de oscilar, retrocendendo então até voltar a funcionar. O valor ideal é o maior que permitir oscilação. Verificar ligando e desligando em posições diferentes do potenciômetro de QRG ligado aos 2 varicaps (sintonia principal). Desse modo a realimentação será apenas a necessária, excesso de realimentação positiva distorce desnecessariamente o sinal na saída (parágrafos aumentados em 14/6/2005).
14/6/2005 - novas experiências:
Coloquei em curto os cristais para transformar o circuito num VFO LC comum. O circuito funcionou variando de 7,5 a 11 MHz, com corrimento de frequência.
Observei também a grande influência no valor do indutor L1, por isso é importante que seja estável em temperatura. Com apenas duas espiras a mais, a variação de frequência pulou para > 100 kHz (13.943 a 14.046). Como o cristal que disponho é de 14.060, essa excursão maior não interessa. Com cristais de frequência maior pode-se obter maior extensão de cobertura, com estabilidade.
A amplitude na saída é bastante uniforme, não mais que 0,1 dB de variação em todo trecho coberto.