inleiding
|
Eén van de eerste zelfbouw GPSDO's is gemaakt door Brooks Shera; W5OJM (SK). Bertrand Zauhar (VE2ZAZ) heeft een beter/eenvoudiger ontwerp gemaakt en ook als bouwpakket beschikbaar gesteld. Waarbij Brooks het ontwerp baseerde op faseverschil, baseert Bertrand het ontwerp op het tellen van pulsen. Momenteel wordt er nog gebouwd aan beide tijdstandaarden en de vorderingen kunnen hier worden gevolgd. Het is een meer-maanden-project, dus het kan even duren voordat er ontwikkelingen worden getoond.
De print is in ieder geval in 2015 al samengesteld en het resultaat is hieronder te zien.
|
|
HP 10811-60111 OCVCXO hulp print
|
De oscillator dat gebruikt gaat worden is een HP 10811-60111 OCVCXO. Via de link is meer gedetaileerde informatie te vinden over de betreffende oscillator. Hieronder staat beschreven hoe een ondersteunende print is gemaakt voor de oscillator.
Uit "nader onderzoek" is gebleken dat de print onder de oscillator uitsluitend gebruikt is om de signalen door te geven en de oscillator te kunnen monteren en dat er geen elektronica meer in gebruik is. Er was al een chip verwijderd en een aantal weerstanden om de aansluitingen van de oscillator door te geven naar de contacten van de print. Hier waren draden aan gesoldeerd. Besloten is om een nieuwe print te ontwerpen vanwege een aantal voordelen, namelijk:
- geen overbodige vomponenten meer;
- compactere print;
- toevoeging van een 12 VDC regelaar zodat er maar één voedingsspanning nodig is
- toevoeging van een diode zodat de (dure) oscillator is beschermd tegen ompolen;
- aansluit mogelijkheid van oven monitoring signaal;
- toevoeging van ferriet kralen om de signalen van en naar de oscillator te zuiveren van hf storing.
Omdat het ontwerp relatief eenvoudig is, is besloten om het ontwerp met de hand te maken en te bouwen. Het is mogelijk om met software een print te ontwerpen en deze te laten etsen/frezen. Uit een afweging van tijd, kennis en geld is besloten om de print toch zelf te vervaardigen. Een afbeelding van het "creatieve proces" is hieronder te zien. Aanvankelijk was het plan om een koel element toe te voegen aan de 7812 spanningsregelaar, maar daar is van afgeweken. De spanningsval is ongeveer 12 VDC en de stroom is maximaal 40 mA. Dus de ontwikkelde warmte is nog geen half Watt. Wanneer de regelaar op de print is gemonteerd, is aangenomen dat het koper de warmte wel weg zal leiden.
Hieronder staat een foto van het resultaat vanaf de bovenkant gezien. De coax connector en de "card edge connector" zijn hergebruikt. Alle (niet hf) signalen zijn met ferriet ontstoord. De aansluitingen van links naar rechts zijn: 10 MHz uitgang, EFC ingang (-5...+5 VDC), oven monitor uitgang en +20...30 VDC voeding in. Er zijn test punten gemonteerd om draden aan te kunnen solderen. Het massa contact is iets naar de rand van de print gehaald. Dit met de gedachte dat coax mooier kan worden gemonteerd. De elco is met een draadje tegen de print bevestigd zodat deze mechanisch sterk bevestigd is. De elko is liggend gemonteerd omdat de hoogte tussen de print en de oscillator te beperkt is om een elco verticaal te kunnen plaatsen. De gaten van de print zijn met een boortje afgeschuind om per ongeluk massa contact te voorkomen.
Hieronder staat de onderkant van de print afgebeeld. Met een hand frees zijn alle sporen gefreesd. Met een kleine veil zijn de groeven nog een keer dieper/breder gemaakt zodat het zeker is dat er geen ongewenste contacten meer zijn. Na het solderen is de print vrij gemaakt van hars door middel van een tandarts haakje en met een messing borstel is het overige hars en vuil verwijderd.
Hieronder staat het eind resultaat. De print kan met vier boutjes worden gefixeerd. De componenten zijn "verstopt" onder de oscillator en de contacten zijn goed bereikbaar voor aansluiten van de bedrading.
Na controle op kortsluiting en meten van de spanningsregelaar, is de oscillator gemonteerd voor de "rook test". De test is geslaagd, er is geen rook ontsnapt. ;-) De stroom is 500 mA bij 24 VDC, zoals het hoort. Bij het opwarmen wordt de stroom beperkt tot maximaal 500 mA. Na vier minuten en 36 seconden schakelt het oven monitoring contact naar een lagere spanning ter indicatie dat de oven op temperatuur is. Ook de stroom van de oven loopt terug. Het duurt nog wel even voordat de oscillator de stabiele frequentie heeft bereikt. Ook het EFC contact werkt goed. Wanneer de spanning hoger wordt, daalt de frequentie en omgekeerd. Ook het uitgangssignaal ziet er prima uit. Het was de vraag of het hand gefreesde spoor negatieve invloed zou hebben op de signaalkwaliteit, maar daar lijkt gelukkig geen sprake van.
|
|
distributie versterker
|
20160830 - Om meerdere externe apparaten te kunnen voeden met een 10 MHz signaal is een distributie versterker nodig. Door de weerstand van de apparaten moet het signaal versterkt worden zodat er voldoende signaal overblijft voor alle apparaten. Ook moeten de uitgangen “ontkoppeld” worden zodat bij reflecties in de kabels andere uitgangen niet worden beïnvloed. Het ene apparaat verwacht een zuivere sinus en het andere apparaat verwacht een blokgolf. De meeste apparaten gebruiken 10 MHz, meer er zijn ook apparaten die 1 MHz of zelfs 5 MHz nodig hebben. Om alle mogelijkheden compleet te maken, kan de impedantie van de aansluitingen ook verschillen.
De wens is dat er één universeel ontwerp komt dat alle variabelen zoals frequentie, golfvorm en impedantie per uitgang kan selecteren.
frequentie aanpassing; 10, 5 en 1 MHz
Het ingevoerde signaal is 10 Mhz. Om 5 MHz te “maken” wordt het ingekomen signaal door twee gedeeld. Om 1 MHz te “maken” wordt het signaal eerst door vijf en daarna door twee gebeeld. In één 74HC390 chip kunnen de genoemde delingen worden uitgevoerd. Let er wel op dat bij delen door vijf het resultaat geen blokgolf is maar een puls. Bij delen door twee ontstaat er wel een blokgolf. Dus om door tien te delen waarbij een blokgolf gewenst is, moet er eerst door vijf en vervolgens door twee gedeeld worden. Het resultaat na delen is een 5 V blokgolf.
van blokgolf naar sinus
Het signaal dat uit de deler komt is een blokgolf. Een blokgolf bestaat uit “oneindig” veel overtonen (harmonischen) van de grondfrequentie. Dus om van een blokgolf een sinus te maken, is een laagdoorlaatfilter (Low Pass Filter) nodig. Met de software applicatie “Elsie” is het mogelijk om dergelijke filters te ontwerpen. Ik kende het programma van naam, maar ik had het nog nooit gebruikt. Gebleken is dat het redelijk eenvoudig is om te bedienen en al snel is het gewenste resultaat behaald. Er is een 10 MHz 7-pool Chebycheff filter ontworpen met 50 Ohm aansluitingen als laagdoorlaatfilter. De doorlaat karakteristiek van een Butterworth filter is vlakker en heeft een minder steile flank. Een steile flank is wel gewenst en omdat het om één gewenste doorlaat frequentie van toepassing is, is het Chebycheff ontwerp gekozen. Om een voldoende steile flank te krijgen is een 7-pool filter geselecteerd. (Totaal van zeven componenten.) Hieronder staat het schema van het ontworpen filter. De componenten waarden zijn afgerond naar bestaande componentwaarden.
Hieronder staat het bijbehorende plot van de ontworpen filter. Rekenkundig kan worden voorspeld hoe het gedrag van de filter is en het is duidelijk dat 10 MHz nagenoeg volledig wordt doorgelaten en dat de eerstvolgende harmonische van 20 MHz al snel rond de 60 dB wordt onderdrukt.
Van “junkbox” componenten is een snelle test gemaakt wat het gedrag is. Omdat de beschikbare componenten relatief ver van de gewenste waarde liggen (en omdat ik geen spoelen wilde wikkelen voor deze snelle test) is de exacte doorlaat frequentie geen 10 MHz. Maar voor de test is het ontwerp voldoende van kwaliteit. Er is een blokgolf van de functie generator (blauwe/bovenste lijn) ingevoerd aan de ene kant van het filter en het uitgangssignaal is ook zichtbaar gemaakt (gele/onderste lijn) op de oscilloscoop. Doordat de signalen niet aangepast zijn op impedantie is de blokgolf erg vervormd. Wel is het uitgaande signaal zeer netjes! De theorie is in ieder geval bevestigd en met deze kennis kan verder worden ontworpen en getest. Zo moet er voor 1 en 5 MHz ook nog een LPF worden bepaald en getest. Met deze kennis kan de gewenste schakeling verder worden ontworpen…
20161102 - Ondertussen is er meer ervaring met Elsie opgedaan en zo is ontdekt dat een banddoorlaat filter effectiever is. Er is maar één component meer nodig ten opzichte van een laagdoorlaatfilter en de sper demping is groter. Het verlies in doorlaatdemping is nauwelijks relevant omdat het signaal later toch nog versterkt/gedempt moet worden om de juiste signaalsterkte te verkrijgen. Dus een paar tiende decibel verlies extra is niet relevant. Hieronder staat een ontwerp voor een 10 MHz band doorlaat filter met veel onderdrukking van haarmonischen.
impedantie aanpassing
Wanneer er een weerstand in serie wordt geplaatst met het uitgaande signaal, dan geldt de waarde van de weerstand als de impedantie van de aansluiting. 50 Ohm is gebruikelijk om dat de meeste coax kabels 50 Ohm zijn. Maar 1 Kilo Ohm is ook denkbaar. Het plan is om deze twee weerstanden op te nemen in het ontwerp zodat met een “jumper” de gewenste impedantie kan worden geselecteerd.
|
|
behuizing
|
Er is een 19" 3 HE behuizing op de kop getikt via 2dehands.nl. Oorspronkelijk was het een interface module voor een ontvanger ten behoeve van onderzoek aan de universiteit van Wageningen. De inhoud is verwijderd en de componenten kunnen gebruikt worden voor andere projecten. (Onder andere twee gestabiliseerde Delta voedingen en een handje vol met 4000/7400 series chips.)
De panelen aan de voorkant en aan de achterkant zijn ook verwijderd. Er zijn drie aluminium panelen van 3mm dik op maat gemaakt. Eén paneel voor de voorkant, één voor de achterkant en één voor de bodem waarde modules op gebouwd kunnen worden. Nu moeten de componenten en modules worden ingemeten zodat er een CAD tekening gemaakt kan worden. Dan kan er digitaal "worden geschoven" met de inhoud van de kast zodat alles optimaal past. Onder het motto: "Twee keer meten, één keer zagen..."
|
|
Arduino controller
|
Tekst volgt...
|
|