Een stabiele VFO - voor je zender

Een Variabele Frequentie Oscillator

Het verslag 'Zenden op de Korte Golven' sloot ik af met enkele conclusies die deels gebaseerd waren op dat experiment en deels gebaseerd op theorie die ik in het kader van dat experiment er op nasloeg:

Een stabiele variabele zender zonder degelijke stabiele VFO bestaat niet.

Dus werd de zender met de EL84 weer gesloopt en begon een nieuw experiment. Zoals de Engelsen zo mooi kunnen zeggen, The proof of the pudding is in the eating.

In de oude doos op zolder zaten ook nog een paar roemruchtige 402 spoelen. Daarom even de makkelijke weg volgen en een VFO met deze spoel bouwen.

Ook nu nog te koop!

Voor je nu denkt. Shit zulke spoelen heb ik niet. Laat je niet ontmoedigen. Je kunt die spoelen op een Duitse site ook vandaag nog gewoon kopen. Kijk even op  deze site en je bent in business.

KICAD: een afrader

Voor het tekenen van dit schema probeerde ik het tekenprogramma KICAD uit. Kort door de bocht: een afrader.

Het schema blinkt in zijn weergave niet uit in duidelijkheid. Vind je wel? Verder is de logica in dit programma erg onlogisch voor met Microsoft vertrouwde gebruikers.

Heb je het na een dag zoeken en proberen het een beetje onder de knie dan blijkt het programma zeer onstabiel. Klik je bijvoorbeeld een symbool uit een schema aan dan kunnen er drie pop-up menu’s tevoorschijn komen met elk andere deelfuncties. Welk van de drie verschijnt is steeds weer een verrassing. Ook functies die je oproept werken niet altijd. Moet je het nog een keer doen. Het programma herbergt hiernaast nog veel meer onhandige verrassingen.

Ik ga een ander tekenprogramma zoeken en uitproberen.  

Terug naar de variabele oscillator zelf

Voor de buis gebruikte ik een ECC91 omdat dit een buis is die tot in het VHF gebied voor dit soort functies te gebruiken is. Bovendien schijnt een triode beter geschikt te zijn voor het bouwen van een stabiele VFO dan een penthode. Waarom dit zo is kon ik nog niet achterhalen.

Aanvankelijk probeerde ik het bijgaande schema uit dat in juni 1957 is gepubliceerd en een klassieker is geworden. In Nederland publiceerde Jan Poortman over dit schema. Hij heeft het schema iets aangepast en in de praktijk gebouwd en getest. Bij mij werkte het echter niet.

Achteraf denk ik dat dit misschien is veroorzaakt doordat ik het stuurrooster van de rechtse triode open had gelaten. Dat deed ik omdat ik die later aan de buffertrap wilde koppelen.

De ontwerper van deze stabiele VFO, Robert J. Ropes, memoreert een kathode stroom van 1,4 mA. Dat levert een -vG op van 14 volt en dat kan een aardige instelling op de grens van klasse A - B zijn. Mijn moderne 6j6 buis (=ECC91) bleek 3mA te consumeren. Dat resulteert in een kathode spanning van 30V. De linker triode sloeg dicht (vG =-30V).   

Als je naar het schema kijkt zie je dat hier van deze dubbeltriode een enkele triode wordt gemaakt doordat beide triodes op alle onderdelen parallel zijn geschakeld. En, let op! Robert J. Ropes neemt als uitgang voor de oscillator een aftakking op het primaire afstemcircuit. De buis wordt minimaal uitgenut.

Een andere opzet

Terugkoppeling over de 402 trafo

Na dit eerste mislukte stabiele VFO experiment probeerde ik een terugkoppeling vanuit de kathode via de 402 trafo wikkeling 5-6. Ook dat werkte niet. Maar ik had misschien de aansluiting moeten omdraaien. De kathode aan 6 en pin 5 aan massa. Dat heb ik echter niet uitgeprobeerd. Achteraf jammer ☹

Terugkoppeling vanaf de anode

Het hiernaast gegeven schema werkte als een zonnetje. (Let op, de tekening van de buis bevat een fout in de pin-nummering).

Mijn nieuwe opzet voor een stabiele VFO is geïnspireerd door een artikel in Practical Electronics (UK) van mei 1966. Voor de terugkoppeling gebruikten zij een trimmer van 30pf.

Extra motivatie voor dit experiment vond ik in het gegeven dat terugkoppeling via een condensator minder harmonische signalen opwekt dan terugkoppeling via een spoel zoals bij de EL84 AM zender.

Dat heeft er mee te maken dat een spoel voor hogere frequenties een grotere impedantie laat zien. Het gevolg is een sterker signaal (hogere spanning op het stuurrooster) voor die hogere frequenties. Bij een condensator is dat juist andersom.

Deze oscillator werkte dus als een zonnetje maar elk voordeel heb zijn nadeel. De Oscilloscoop laat zien dat de sinus aan de anode en aan de kathode niet erg fraai is.

De onderkant van de sinus vlakt flink af en bereikte niet zijn volle vorm. Ik bedacht me dat de roosterspanning mogelijk iets te negatief was waardoor de negatieve slinger de buis dicht kon knijpen.

Ik probeer de Jan Poortman methode voor de uitgang van de oscillator. Het rechtse rooster.Als ik het rooster losmaak van de massa valt de buis stil. Ik hang een eenvoudige voltmeter aan het rooster en de buis begint weer te ‘zingen’….

Ik pak het schema van Jan er nog eens bij. Bij hem ligt dat rooster voor HF signalen via de condensator en de weerstand aan massa. Ik probeer een weerstand van 1 MΩ naar massa en het werkt. Ik probeer nog een paar weerstanden. 47kΩ levert op de scoop het mooiste resultaat op.

Helemaal goed wordt het echter niet.

Als je meer ziet heb je ook meer uitdagingen

Je ziet hier ook mooi geïllustreerd hoe ieder voordeel een nadeel herbergt. De Owon oscilloscoop biedt voor een redelijke prijsje veel inzicht maar dan zie je dus ook dat die sinus dus niet zo fraai is ☹.  (zie afbeelding links)

Wat experimenteren met een kleinere R2 aan de kathode met respectievelijk 1200Ω en 1000Ω leverde verbetering op maar niet voldoende.

De datasheet van de ECC91 geraadpleegd  en wat staat daar! Voor oscillator toepassingen wordt een RK van 220Ω geadviseerd! (P.S. dat soort gegevens staat gewoon op Internet, google naar ‘datasheet’ gevolgd door buisnr )

Die weerstand van 220Ω aan de kathode gehangen en de sinus ziet er al beter uit maar helemaal fraai is het niet. Zie afbeelding links.

Helemaal stabiel is het ook nog niet. De frequentie springt iets tussen twee waardes.

Een stabiele VFO met een mooie sinus

Kijk ik op de secundaire wikkeling van de 402 trafo in de afstemkring (aansluiting 5-6) dan zie ik een prachtige sinus. De buis is dus inderdaad de oorzaak van de vervorming.  

Ik denk dat zich hier wreekt dat de linker triode een andere functie heeft namelijk oscilleren dan de rechter die moet versterken, het signaal voor de terugkoppeling leveren. Ze moeten dat wel met een gemeenschappelijke kathode doen.

Nadeel van signaal aftakken op de afstemkring is dat een wijziging in de belasting op die aftakking  de afstemkring beïnvloedt. Ik ga dat oplossen door de verbinding te laten verzorgen door een heel klein trimmertje van 40pf tussen het secundaire deel van de oscillatorspoel en de buffertrap. Levert dat toch een stabiele VFO op? We gaan het zien.

Het rechter rooster koppel ik weer los en hang hem met een klein weerstandje aan de massa. Daarmee blijft de buis mooi oscilleren terwijl er toch een kleine rem op zit.

Een buffer toevoegen

Voor het creëren van een stabiele VFO is een buffer van belang. Een buffer die de invloed van vervolgschakelingen op de oscillator uitbant of minimaliseert.

Een buffertrap die er dus voor zorgt dat veranderingen in vervolgschakelingen geen invloed op de oscillator heeft lijkt me een goede praktijk. Ik herinner me nog goed hoe bij het EL84 experiment een verandering in de antennekring direct invloed had op de oscillator frequentie.  

De buffertrap van Jan Poortman. Het is een kathode volger, zie hiernaast. Opvallend is dat de rechterbuishelft er voor spek en bonen bij hangt. Maar dit schema leek mij een goede start om mee te beginnen. Jan gaf hoog op over de werking daarvan.

Ook deze buffertrap werkte aanvankelijk nauwelijks. Ik koppel het tweede rooster aan het andere rooster en dat helpt iets.

De buffer buffert uitstekend. Ik kan de uitgang kortsluiten naar aarde en dan nog geeft de oscillatorkring geen krimp en blijft ongestoord signaal produceren.

Een stabiele VFO mede dankzij een 2^e afstemkring

Op basis van mijn ervaring met de EL84 op de korte golven wilde ik een tweede afstemkring. Die plaatste ik tussen de Oscillator en de buffer in. De dubbele variabele afstemcondensator heb ik uitgerust met trimmertjes zodat verschillen tussen beide kringen kunnen worden bijgesteld.

De koppeling tussen Oscillator en buffer laat ik over de 402 rf trafo lopen.

Nadeel van dit alles is dat er veel signaalverlies optreedt. De buffer levert ook geen versterking op maar verzwakking! Die versterking voer ik op door de waarde van de kathode weerstand ruim te verdubbelen naar 12k. Dat kan probleemloos doordat de roosterspanning via de weerstandconstructie met R3, R4, R5 en R6  op 1 volt afstand van de kathode blijft.

Het uitgangsignaal verdubbelt door mijn wijziging maar blijft toch nog ver beneden het niveau dat de oscillator produceert. De onafhankelijkheid van de oscillator blijft intact.

Of het uitgangssignaal voldoende is om een eindtrap aan te sturen vraag ik me ernstig af. Bovendien vind ik het gegeven onbevredigend dat de buffer buis niet alleen als buffer werkt maar ook als signaalverzwakker.  Het schema ziet er nu zo uit:

Terzijde: Powerpoint i.p.v. Kicad

Dit schema van de stabiele VFO in ontwikkeling is gewoon in PowerPoint getekend. Ik hoor graag van je wat jij van deze tekening vindt in verhouding met het hierboven getoonde Kicad exemplaar en je ervaring met andere tekenprogramma's.

Persoonlijk vond ik in het vele aanbod van tekenprogramma’s niets dat de moeite waard is. De duidelijkheid en de manipuleerbaarheid van PowerPoint heeft mijn voorkeur.

Ik heb wel een hulpmiddel samengesteld dat het werken met PowerPoint faciliteert. Als je dat wilt uitproberen dan kun je dat hulpmiddel hier downloaden.

Voor een robuuste en stabiele VFO

de soldeerbout nog een keer ter hand nemen

Ik wilde de tweede triode als signaalversterker inzetten. Voorwaarde hierbij is dat die tweede triode de eerste buffertriode niet zodanig beïnvloedt dat hierdoor de belasting op de tweede afstemkring wijzigt. Dat laatste zou namelijk de stabiliteit van die tweede afstemkring nadelig beïnvloeden.

In de oude doos van zolder vind ik een HF smoorspoel van 100mH. Dat is de F4 van Amroh die niet meer verkrijgbaar is. Maar op Mouser.com kun je voor minder dan twee Euro een 100 mH HF smoorspoel krijgen.

Die moorspoel hang ik in de anodeleiding van de tweede buffertriode. Aan die anode koppel ik een uitgangscondensator om die uitgang van de gelijkspanning te scheiden.

Het resultaat valt zwaar tegen. Het uitgangssignaal van die anode is nog zwakker dan voorheen op de kathode. Ook op die kathode is de uitgangsspanning zwakker dan voorheen :-(.

De tweede triode van de buffer uit zijn slaap halen

Ik besluit de tweede triode echt als versterker in te zetten en voor het HF-signaal te voeden vanuit de kathode. De kathode volger wordt gesloopt. De kathode ligt nu via de weerstand van 220Ω aan massa. Het rooster hang ik rechtstreeks aan massa.

Trots en tevreden bekijk ik het resultaat. Een prachtige sinus, een stevige uitgangsspanning die is vertienvoudigd in signaalsterkte en nu 3,6V meet. De robuustheid is behouden. Ook nu heeft kortsluiting van het uitgangssignaal geen enkele invloed op de oscillator. Op de uitgang van de tweede afstemkring blijft het signaal ongestoord en ongewijzigd aanwezig.

Stabiele VFO, het schema

Het onderstaande schema toont het (voorlopig?) eindresultaat van deze stabiele VFO. In een uur operationele werktijd zie ik geen verloop van de frequentie. Ook harmonische signalen ontbreken. De sinus vorm is die uit het boekje.

1 watt LPAM mogelijkheden (1485 kHz)

Wil je aan de slag met een 1 watt licentie op de 1485 kHz dan biedt deze VFO een voldoende stabiele draaggolf om met een EL84 of vergelijkbare buis in de eindtrap je tot dat vermogen te beperken.

Vervang dan de variabele afstemcondensator door een vaste condensator van 120pf. Met de 30pf trimmertjes in combinatie met de instelmogelijkheden die de kern van de 402 spoelen biedt kun je dan nauwkeurig op de licentiefrequentie afstemmen.

Meer LPAM power

Wil je meer power dan heb je een licentie voor een van de andere MG frequenties nodig. Met deze VFO en een EL84 zou je al een straal van 3 tot 5 km van je favoriete muziek kunnen voorzien.

Natuurlijk heb je voor zo'n bereik een goede antenne nodig. Maar ja, wat is een goed antenne op deze lage frequenties binnen de mogelijkheden van een doorsnee Nederlandse woning en tuin. Meer hierover in LPAM Antenne die weinig ruimte vraagt.  

De VFO moet nu wel iets meer stuurspanning leveren.

Ik heb die hogere stuurspanning eerst geprobeerd te bereiken door de tweede triodebuis (de scheiding- en versterker trap) op een hogere voedingsspanning (150V) aan te sluiten.

Dat gaf inderdaad een sterker uitgangssignaal maar de buis werd er ook onrustig door. Het uitgangssignaal werd springerig en was niet meer zo stabiel als voorheen. Die optie heb ik daarom weer losgelaten. 

De oplossing bleek eenvoudig. Door de twee triodes van de ECC91 parallel te schakelen kreeg ik uitgangsspanning van ruim 13 Volt (RMS) wat voldoende is om zo'n eindbuis lekker aan te sturen.

De kathode is al gemeenschappelijk en door nu de anodes met elkaar te verbinden evenals de stuurroosters bereik je dit effect. Kortsluiting op het uitgangssignaal kan probleemloos optreden. De oscillatorbuis geeft geen krimp en blijft ongestoord zijn ingestelde signaal afgeven :-)  

Het schema ziet er nu als volgt uit.

Vervolgprojecten

Met deze stabiele VFO zitten er direct weer vervolgtrajecten in mijn hoofd. Zoals een herbouw op een definitief chassis. Een test op hogere frequenties zoals de 80m band en de 10m band, een versie met kristallen, aansturing van een eindtrap etc. Maar eerst heb ik nog wat antenne projectjes in de planning. Nog volop te doen dus 😊.  

Reageren of een suggestie over deze stabiele VFO of de tekenhulp delen? Site bezoekers en ik horen dat graag van je. Geef je reactie onder aan deze pagina.
-
Koos Overbeeke

Terug van een stabiele VFO naar De Radio Amateur Zenders

Reactie van Site volgers

Jan A

Ik zie geen voedingstrafo op je projecten. Hoe doe je dat?

..Koos

De voeding betrek ik van een externe voedingseenheid die ik speciaal voor experimentele projectjes heb samengesteld. 

Jan P

Een stabiele VFO - voor je zender

Hallo Koos, ten eerste leuke, informatieve site. Alles duidelijk en ook voor leken begrijpelijk uitgelegd.
Dan nog even iets over mijn Harris-oscillator. Het is misschien op mijn schema niet helemaal duidelijk, maar de de roosters van de beide 6J6-buisjes zijn per buis met elkaar verbonden. Dus dat die rechter triode van de buffer er voor spek en bonen bij hangt klopt niet, die doet wel degelijk mee. Ook bij de eigenlijke oscillatorbuis zijn de beide roosters doorverbonden. Vandaar je eerste slechte resultaten. Maar goed, het is leuk en leerzaam om met schakelingen te spelen. Dat zouden meer mensen moeten doen. Veel succes met je website en hobby en ga zo door.
Mvgr, Jan P

..Koos

Hallo Jan,

Dank voor je reactie en vriendelijke woorden. Ik zal de tekst in dit artikel hiermee een aanvulling geven.

👍