Problema con oscillatore colpitts

[Zorkk]

Salve, ho realizzato l'oscillatore colpitts come da schema ma noto una certa instabilità a mantenere una frequenza. In pratica slitta in + o in - di diversi khz, non nell'immediato, ma se lo lascio acceso dopo una mezzoretta lo trovo slittato anche di una decina di khz.



La domanda è quanto può essere stabile un colpitts come nello schema? quali sono gli accorgimenti da prendere per renderlo più stabile possibile?
Ho provato a variare un po i valori dei componenti, capacità e induttanza di accordo, cercando di stabilizzarlo il più possibile e devo dire che a volte sembrava anche che ci fossi riuscito, tipo slittava solo di qualche decina di hertz, ma comunque anche se lento lo spostamento si faceva sentire, alla lunga lo trovavo spostato lo stesso di  qualche khz. Grazie in anticipo e se ho omesso qualche informazione chiedete.

[r5000]

73 a tutti, manca il parametro più importante per rispondere, a che frequenza oscilla? solo dopo si può dire se è del tutto normale o c'è un problema, 10 khz a 100 khz sono tanti ma sono poco o nulla a 100 mhz, poi che alimentazione usi e come è costruito il circuito? in ultimo una foto potrebbe risolvere perchè facilmente si usano componenti o cablaggi poco adatti per fare un buon oscillatore, non a caso dove la stabilità e la precisone sono fondamentali si studia in modo molto approfondito tutto, dal mobile ai componenti stessi e i risultati buoni li ottenevano anche  80 anni fà prima dell'invenzione del pll ecc... quando gli oscillatori liberi erano l'unico modo per avere un vfo stabile...

[Zorkk]

Grazie della risposta r5000, diciamo che ho provato a farlo oscillare dai 7 ai 90 mhz con praticamente lo stesso responso di stabilità. Alimentato con lm317 regolato a 10v stabili, provato anche a batteria sempre con regolatore a 10v per escludere il problema alimentazione. Ho montato su breadboard anche se so che è una bestemmia in quanto a capacità parassita. ..

[Battilio]

Grazie della risposta r5000, diciamo che ho provato a farlo oscillare dai 7 ai 90 mhz con praticamente lo stesso responso di stabilità. Alimentato con lm317 regolato a 10v stabili, provato anche a batteria sempre con regolatore a 10v per escludere il problema alimentazione. Ho montato su breadboard anche se so che è una bestemmia in quanto a capacità parassita. ..

Diciamo che la risposta te la sei data da solo!
Per i circuiti a RF collegamenti corti, il più possibile, condensatori ceramici di buona qualità, particolare attenzione alla realizzazione e montaggio di C5 / L1 . Comunque per il "particolare" tipo di circuito non si puo pretendere più di tanto, sopratutto se sali di frequenza!

[Zorkk]

Ciao battilio, ora provo a realizzare il tutto su pcb seguendo queste indicazioni.  Ho notato che ci sono diverse versioni del colpitts con LC sul collettore (come in questo caso), su sulla base o sull emettitore, ci sono differenze tra queste in termini di stabilità? Vorrei usarlo per farci un vfo per un ricevitorino hf, mettendo pian piano a punto i vari stadi e cominciando appunto dall'oscillatore...

[Battilio]

Ciao battilio, ora provo a realizzare il tutto su pcb seguendo queste indicazioni.  Ho notato che ci sono diverse versioni del colpitts con LC sul collettore (come in questo caso), su sulla base o sull emettitore, ci sono differenze tra queste in termini di stabilità? Vorrei usarlo per farci un vfo per un ricevitorino hf, mettendo pian piano a punto i vari stadi e cominciando appunto dall'oscillatore...

La stabilità in frequenza, se premettiamo che l'alimentazione sia stabile, le capacità parassite siano ridotte al minimo, (anche il solo avvicinare la mano sul circuito può far slittare la frequenza) i componenti elettronici siano più che buoni, quello a cui si deve porre l'attenzione è la realizzazione del circuito LC più questo avrà una banda passante ampia più avranno slittamenti, per non parlare di armoniche! I circuiti che hai menzionato non sono poi cosi differenti per la stabilità.
Hai mai pensato di utilizzare un DDS? Che ne sono molti e ad un prezzo molto abbordabile!

[Zorkk]

Ciao, ci avevo pensato anch'io al dds sinceramente, ma non so come mi ero messo on testa di realizzare un oscillatote libero, però se non riesco a ottenere una stabilità decente mi sa che rivaluterò l'opzione. Mi potresti consigliare un dds abbastanza abbordabile e di semplice sviluppo?

[Battilio]

Ti ho risposto in PVT!  :mrgreen:

[microonda]

carissimo zorkk,  non è sufficiente postare lo schema senza i valori !!!   a che servono c2 e c3 in serie?  a che servono r1 ed r4 in serie   che transistor hai usato?     il condensatore variabile c5 che capacità tiene?    si tratta di un compensatore?    sapevi che per poter spaziare da 7 a 90mhz  bisogna variare anche c4???  inoltre ci vogliono parecchie bobine intercambiabili  per coprire da 7 a 90mhz .  per avere una buona linearità bisogna usare un transistor con almeno 300mhz come frequenza taglio e che abbia una bassa tensione di collettore tipo 2n709,  2n3510, ma anche i 2n918  e i bfy90 vanno bene .  inoltre per una maggiore stabilità il rapporto r2  r3 dev'essere il più basso possibile.  il rapporto fra r4 ed r2 dovrebbe essere massimo 3 volte.   lo devi fare su piastra millefori .  fammi sapere tutti i compensatori che hai  e se hai qualche porta bobine. in tutti modi ti dico subito che è impossibile spaziare da 7 a 90mhz con un solo circuito. ci vogliono almeno 4 oscillatori.  uno che va da 7 a 15 ,    uno che va da 15 a 30,   un altro che va da 30 a 60 e l'ultimo che va da 60 a 90mhz. allo schema metti tutti i valori

[r5000]

73 a tutti, a 7 mhz è migliorabile mentre sopra i 50 mhz è molto più difficile e pur con tutti gli accorgimenti slitterà in modo significativo, ok per la tensione stabilizzata ma l'lm317 di suo non è che stabilizza al mV e questo si riperquote comunque sull'oscillatore, 100 mV di ripple in alimentazione provocano pochi khz di slittamento nell'oscillatore libero a 1 mhz  e anche qualche decina di hz negli oscillatori quarzati, il discorso mille fori e montaggi rf è noto ma se fai tutto rigido e ben compatto non è così male ma se si montano tutte le resistenze in fila, si fanno piste e cavi lunghi diventa anche impossibile fare un circuito che sulla carta è perfetto, per i componenti devi utilizzare resistenze di precisione all'1% o meno e condensatori NPO, poi viene il problema del carico quado prelevi il segnale dall'oscillatore, non sai quante volte ho faticato per mantenere la stabilità dell'oscillatore quando al posto del frequenzimetro collegavo lo stadio sucessivo, è sempre valida la regola di prelevare poco segnale e amplificare con uno stadio in più ma anche così in pratica ne risente sempre, vuoi per l'alimentazione o per la schermatura e relativo disaccoppiamento con "tutto" c'è sempre un poco di deriva, il pll l'hanno inventato apposta perchè con la miniaturizzazione era improponibile fare dei buoni vfo e infatti i migliori oscillatori liberi sono grossi e pasanti,  comunque direi che se hai necessità di avere frequenze precise il dds è un'alternativa economica rispetto al pll che non è propio un circuito banale, dai 10 khz di deriva arrivi facilmente a qualche centinaio di hz ma poi si complica molto se vuoi scendere sotto questa soglia e và valutato in funzione a cosa serve...

[Zorkk]

Ciao microonda e grazie delle risposte,
Elenco componenti
R1= 47K       
R2 = R4 =10K
R3 = 200 ohm
C1 = C2 = C3 = 4,7 nF
C4 = C7 = C8 = 33 pF (o compensatorino per prova)
C5 = compensatore 20-160 pF
C6 = 100 nF
L1= bobina 2 uH (ho provato diversi valori
T1= transistor 2N2222
Alimentazione 10v (nell'articolo dice che poteva variare da 8 a 15 senza differenze in stabilità se non il semplice spostamento di frequenza)
Comunque a questo punto penso dipenda molto anche da come ho montato il tutto un po alla cialtrona. Comunque sta in questo momento sviluppando una piccola pcb seguendo lo schema e adattandola ai consigli ricevuti fino ora, cioè piste corte e prestare attenzione a realizzare il gruppo LC. Per quanto riguarda c4 e c5 del gruppo LC conviene che siano di uguale capacità? R5000 che intendi per montare tutte le resistenze in fila? tipo una dietro l'altra? che fenomeno si crea? lo chiedo perché di tante cose non ne ho ancora molta conoscenza. Hai detto che Lm317 non è il massimo, che stabilizzatore potrei usare? Un'altra cosa, alla base del 2n2222 che tensione sarebbe consigliabile mandare per farlo lavorare bene in questo caso? Di nuovo grazie a tutti per l'aiuto.

[r5000]

73 a tutti, uno stabilizzatore di tensione spesso viene considerato ideale quando non lo è affatto, http://hifiduino.wordpress.com/2011/03/29/new-breed-of-ultra-low-noise-regulators/ se hai un'oscilloscopio puoi provare i vari stabilizzatori tipo 7812 o lm317 e scopri che il multimetro indica la tensione continua ma non dice nulla del rumore e disturbi sovrapposti alla tensione continua che poi possono essere la causa del malfunzionamento in preamplificatori o oscillatori, aggiungiamo pure che spesso si usano alimentatori switching e il rumore non manca mai, esistono però dei dispositivi fatti apposta tipo questi
http://www.linear.com/product/LT1763
http://www.ti.com/ww/en/analog/tps7a30/index.shtml?DCMP=hpa_pwr_tps7a30&HQS=Other+OT+tps7a30-bt2  o si fà uso di circuiti tradizionali, tipicamente transistor e operazionali ma spesso anche circuiti ben più complessi, http://tangentsoft.net/elec/opamp-linreg.html se guardi lo schema di un'alimentatore per strumentazione non è uguale al classico alimentatore per rtx e meno ancora agli alimentatori universali basati propio su integrati tipo l'lm317 ecc... che sono ottimi per la maggior parte degli utilizzi ma c'è di molto meglio per applicazioni critiche, con questo non è detto che la tua deriva sia dovuta all'alimentazione perchè non abbiamo visto il resto e quindi potrebbe essere per come è costruito o per i componenti utilizzati, il riferimento alle resistenze in fila è per dire che spesso i circuiti stampati o la costruzione su mille fori viene fatta con tutti i componenti in fila belli ordinati ma che non fanno funzionare il circuito propio per la disposizione "sbagliata" dal punto di vista radio frequenza che vuole collegamenti molto corti e ragionati tenendo conto che ogni pezzo di filo o pista aggiunge al circuito teorico delle induttanze e delle capacità parassite oltre ad accoppiamenti indesiderati che fanno auto oscillare circuiti che non dovrebbero oscillare (ad esempio un preamplificatore...) o che nel caso degli oscillatori deformano la forma d'onda con l'aumento di armoniche e rumore nel segnale generato, più la frequenza sale e più diventa importante la costruzione del circuito che di suo solitamente è molto semplice ma in pratica non è scontato e solo chi ne costruisce uno dal nulla se ne rende conto perchè non è come lavorare con la corrente continua o i circuiti di bassa frequenza che pure loro hanno delle regole da rispettare ma con l'alta frequenza c'è altro e per esempio passare dalle vhf alle uhf si cambia mondo come passare dalle uhf alle shf ecc... il tutto è comunque tanto interessante che vale la pena faticare un pò per riuscire a fare qualcosa che funziona...

[r5000]

73 a tutti, complimenti per gli appunti, i miei sono finiti nella stufa perchè la carta si è talmente deteriorata che si sgretolava, sono passati appena 34 anni (anch'io sono vecchio HI!!!) ma sono bastati, però ho da parte alcuni quaderni delle scuole elementari e sono appena ingialliti, vai a capire il perchè... il pto è un'ottimo circuito perchè riduce la microfonicità dell'oscillatore (non c'è bisogno di condensatori variabili che possono vibrare...) ma meccanicamente và curato pure lui altrimenti il gioco della vite rende instabile la frequenza,  e poi bisogna risolvere il problema che la manopola sporge dal mobile e per questo non ho mai fatto nulla di definitivo, bisognerebbe fare un lavoro meccanico di fresa e alla fine ho sempre rinunciato, l'idea ce l'ho ma viene comunque ingombrante e macchinosa, il condensatore variabile al massimo ha bisogno della demoltiplica per la sintonia fine e l'indicazione della posizione, con il pto è difficile avere un'indicazione di posizione a meno che usare il frequenzimetro ma allora a quel punto si usa un pll che è pure meglio per la stabilità e la possibilità di avere memorie ecc... però il circuito è molto valido, le autoradio senza pll degli anni 70\80 spesso utilizzavano un tuner con il pto propio per la migliore stabilità e minore microfonicità, in macchina le vibrazioni non mancano....

[r5000]

73 a tutti, la colla a base di polistirolo e trielina la uso anche per sigillare le viti all'esterno e non fanno ruggine, è meglio anche del blocca filetti se non viene usata dove si scalda troppo, per il pto non ho foto sotto mano ma se cerchi le foto di autoradio vintage ne trovi diverse e sono pure fatte bene ma usano sempre sistemi difficilmente riproducibili senza un tornio \ fresa, per ovviare ho pensato a trasformare la manopola da tonda a quadrata e infilarci sopra un tubo quadrato che ovviamente alla fine monta la manopola, il tutto occupa il doppio della lunghezza della barra filettata ma resta sempre il problema visualizzazione che si può risolvere alla vecchia maniera con cordina e scala parlante ma diventa tutto molto più grande e macchinoso, la costruzione di iz4sjp si presta bene per un'indice lineare ma poi devi fare la finestra rettangolare nel mobile e anche quello non è semplice da fare senza un minimo di attrezzi (almeno un trapano a colonna con la morsa a croce...) è solo per questo ho un pò lasciato da parte il tutto anche se prima o poi dovrò metterci le mani visto che le stesse problematiche da risolvere ci sono anche per i condensatori variabili sotto vuoto che ho da parte in attesa dell'idea buona...

[Zorkk]

Salve iw3rim, 73 anche a te! bei appunti i tua!!! mi frullava nel capo anche a me il PTO ma diciamo ho abbandonato l'idea proprio a causa del problema che ha descritto r5000, ovvero il sapere dove mi trovo in frequenza...Sarebbe però uno spettacolo abbinato ad un frequenzimetro da pannello!
Tornando al colpitts sono andato avanti e lo ho realizzato su pcb come da foto allegate:







Ho usato dei trimmer al posto di r2, r3, r4 per poter variare a piacimento la polarizzazione del transistor e la resistenza di emettitore osservandone ( quando avrò spero a breve l'oscilloscopio) la emissione dato che questo è a scopo di studio. Realizzerò poi il definitivo quando avrò ben chiaro il tutto. Ho anche saldato due pin molex al contrario per poter intercambiare bobine a piacimento durante le prove. Come condensatore variabile ne ho messo uno recuperato da una radio am/fm composto da quatto capacità, due spaziano da circa 9 pf a 65 pf, 2 da 11 a 135, collegate in serie a coppia, i due fino a 65 assieme e quelli fino a 135 da se. Ho usato i 2 fino a 135 prelevando poi il segnare rf dal centrale come da schema. Ho poi messo altre due coppie di pin molex in parallelo ai due condensatori variabili da poter aggiungere capacità a piacimento. Ho eseguito prove sui 40 metri e devo dire rispetto a prima tutto un'altro mondo stabilità nettamente migliorata rispetto a prima. Oscilla sui 40 metri con una bobina da 2,9 circa uH e condensatori in parallelo ai variabili da 470 pf spaziando dai c.a. 6.800 ai 7.550 mhz. All'accenzione ho notato un repentino calo di frequenza di circa 2 khz per poi stabilizzarsi con un decremento di circa 40 hz al minuto. C'è da dire che prelevavo il segnale direttamente dall'oscillatore e che non ho provveduto a schermare il tutto mettendolo dentro un contenitore metallico  a massa. Allora ho realizzato proprio stasera sotto vostro consiglio uno stadio separatore come questo:



Come transistor ho usato un mpsa05 (non so se propriamente adatto, provato anche il 2n2222 ma su frequenzimetro non ho notato differenze ci vorebbe l'oscilloscopio) e trimmer per poter giocherellarci. Dopo un po di tarature ho trovato il punto migliore e la stabilità è migliorata di 4 volte, se prima c'era un decremento di circa 40 hz/min circa ora è di 10, e si è anche di molto affievolita la scalata all'accensione. Non ho ancora fatto una prova del tipo lasciarlo un'ora acceso e notare quanto scende di frequenza. C'è da dire che la bobina non è fatta a modo, non ho ben chiaro ancora di che diametro usare il filo e nemmeno il diametro dell'avvolgimento, cioè a parità di valore in H cosa cambia se una bobina ha un diametro maggiore o minore nel caso specifico di un oscillatore...Poi non ho ben chiaro perchè l'instabilità, anche se molto minore ora, e sempre è comunque a calare di frequenza; pensavo un fattore legato alla temperatura che aumentava ma soffiandoci sopra perciò raffreddandolo notavo che tendeva a scendere maggiormente. 73 a tutti

[Battilio]

Per le bobine dovresti realizzarle in modo che queste abbiano un Q il più possibile alto.
Non vorrei sbagliare ma mi sembra che ci si basi su una legge quadratica, la lunghezza dovrebbe essere il doppio del diametro ma non ne sono sicuro , qualcuno mi corregga se sbaglio.

[r5000]

73 a tutti, sì, se vuoi delle bobine con un fattore di merito elevato di regola si fanno lunghe il doppio del diametro ma esistono toroidi ecc...  guardando il circuito direi che bisogna fare la bobina su un supporto rigido e magari rispettare la regola della lunghezza doppia del diametro, poi la lunghezza delle piste e la disposizione và bene per circuiti a frequenza bassa, 10mhz a mio parere sono già tanti ma non escludo che il tuo circuito oscilla anche più in alto però è certamente più adatto se funziona a pochi mhz... ora se lo scopo è studiarlo và bene così e puoi giocarci per bene, io ho sempre fatto dei circuiti in aria con piazzole e supporti su basetta di rame per poter modificare il tutto e solo dopo si passa al circuito stampato per poi scoprire che funzionava meglio il prototipo volante ma fà parte del gioco e ci si passa tutti... penso che si migliora con gli errori e quindi bisogna farne altrimenti non si migliora mai, già la stabilità è migliorata, con una bobina rigida e uno schermo si fà un ulteriore passo avanti, poi con lo stadio separatore e componenti adatti si arriva al massimo che si può ottenere da un'oscillatore libero che vuol dire qualche decina di hz per 10 mhz di frequenza...

[Zorkk]

Non sapevo questa regole sulle bobine, grazie sono curioso stasera di provare subito a sistemarne una fissa. Ho omesso nel post precedente che prelevando il segnale dopo lo stafio separatore la frequenza mi risulta 10 khz sopra rispetto a prelevarla direttamente dall'oscillatore, non so se e normale ma forse è perche diciamo a parole povere che lavora più 'libero'. Per i condensatori di LC non be avevo np0 di quei valori, ho dovuto usarne due multistrato anche se non propriamente adatti, può essere utile dissipare un poco il transistor per rendere un po piu lineare il fattore termico? Puo dipendere da quello il decremento in frequenza all'accensione?...

[Battilio]

Della serie, l'appetito vien mangiando, la bobina ed il condensatore andrebbero schermati, la bobina la potresti bloccare, meccanicamente con della cera, al posto del condensatore variabile, si potrebbe utilizzare un varicap, o più di uno a seconda della capacità usata, questo eviterebbe slittamenti di frequenza, dovute al fatto che ti avvicini al condensatore per cambiare frequenza, di contro ci sarebbe una complicazione a livello circuitale, comunque fattibile.