Temperaturkontrollera oscillator

J

Johan Persson

Well-Known Member
Jag har en liten QRP sändare(en enkel oscillator med buffer transistor och en förstärkare på ca 100mW), som jag använder för diverse experiment.

Problemet är att sändaren är väldigt känslig för temperaturskiftningar, om temperaturen ändras så driver frekvensen iväg, och jag tänkte ställa denna på en plats där det ibland är varmt och ibland kallt.

Finns det något smidigt sätt att värma bara en kristall? Eller är det lika bra att värma hela boxen till 30 grader hela tiden?

Eftersom sändaren är liten tror jag den ryms i en låda som är 10x10x5cm stor, ett par 1W effektmotstånd borde kunna agera som element. En regulator behövs, hittade några enklare termostater men dom hade oftast ett ganska stort spann mellan start och stopp.

Jag antar att en klassisk TCXO fungerar på det här sättet?

1706774747891.png
 
Det finns mängder av kretslösningar som kan användas till att temperaturkontrollera en kristalloscillator.
Ett exempel bland många, och det finns ett otal mer detaljerade varianter på samma tema är:


Kristaller avsedda att sitta i ugnar är alltid specificerade för den temperatur som ugnen skall arbeta med (exvis +45...50 C).
I det fall jag själv byggt med kristaller egentligen avsedda för rumstemperatur har jag valt en set-point som är den vanligaste
övre gränsen för hur varmt det kan bli i rummet, typ +30C.

En appnote bland många är:

https://www.analog.com › media › en › technical-documentation › application-notes › an05f.pdf

I den finns ett exempel på en pulsbreddsmodulerad styrning. Det är "overkill" för vad Du vill göra men texten beskriver
utmaningarna med temperaturreglering.

En mycket enkel reglering kan vara att limma ett PTC-motstånd mot kristallen. Murata hade tom. sådana produkter kompletta med klämmor
men dom är tyvärr borta ur sortimentet.

Beroende på hur man byggt kan det vara idé att temperaturreglera hela oscillatorn. Något som brukar göras i utrustning med krav på stabilitet.
 
Last edited:
Johan Persson said:
Problemet är att sändaren är väldigt känslig för temperaturskiftningar, om temperaturen ändras så driver frekvensen iväg, och jag tänkte ställa denna på en plats där det ibland är varmt och ibland kallt.
Click to expand...
Hur mycket driver frekvensen?


Johan Persson said:
Jag antar att en klassisk TCXO fungerar på det här sättet?
Click to expand...

En TCXO innehåller inget värmeelement, utan där har man kompenserat för
temperaturdriften genom ett nät som motverkar frekvensändringen hos kristallen.
Detta kan vara enkelt, en eller flera komponenter med motsatt temperaturberoende,
eller komplicerat, där man lagrat en tabell över hur kristallfrekvensen påverkas av termperaturändringar
och sedan styr oscillatorfrekvensen till rätt värde.

Hela TCXO-konceptet bygger på att man vet kristallens detaljerade temperaturberoende i förväg,
och det gör man sällan med billiga kristaller.

Hela problematiken finns även utredd i standardverket "Crystal Oscillator Design and Temperature Compensation" av
Marvin Frerking, vilket rekommenderas.
 
Last edited:
SM6GXV said:
Det finns mängder av kretslösningar som kan användas till att temperaturkontrollera en kristalloscillator.
Ett exempel bland många, och det finns ett otal mer detaljerade varianter på samma tema är:

Crystal Oven Controller
Click to expand...
När jag byggde en ny referensoscillator till mina Drakar hämtade jag en hel del tips och info från länken. Jag limmade ett mycket litet PT100-element på kristallens hölje och på andra sidan ett effektmotstånd som håller varmt, för att sedan packas in i isolering. De går även att montera effekttransistorn mot kristallen och se till att effektförlusten i transistorn värmer kristallen. Tänk på att det är ofta väldigt svårt att reglera nära rumstemperaturen då du får väldigt olika tidskonstanter beroende på om du värmer eller låter kallna. Du behöver ofta få över 50-60 grader för att få enkla reglerparametrar.

Jag följde flertalet tips byggde en en enkel komparator med PI-reglering med en enkel RC-krets.

DSCN2909.JPG

Här överst är kristall och motstånd inlindade i yllefilt, i mitten ett filter för 40 MHz, och längst ned regulatorn med en lysdiod som visar när det flyter ström genom motståndet. Slutligen två glaskupor över som isolering. Men det fungerar bättre att linda in i isolerplast och lägga i en "pillerask" av plåt, men det är inte lika snyggt... :cool:

När man väljer kristall eller oscillator kan man notera att det för lämpliga komponenter har en platå som det är bra om man hittar och väljer för reglering, allt blir mycket enklare om man kan använda denna platå som arbetspunkt. Lycka till med labbandet.
 
Ett sätt som fungerar ur en gammal Ham Radio Magazine, det användes i min första räknare 1977,
är detta:

1706803288719.png

Man får dock använda en del handpåläggning när det gäller
komponentvärdena.
En liten kristall kräver även en relativt liten effekttransistor.
 
Under sändning måste den ligga inom ett spann på 2-3Hz, vilket den gör idag(så länge temperaturen är stabil), man kan se en liten förändring på ett par Hz direkt efter uppstart, men därefter är den stabil. Skulle oscilliatorn placeras utomhus där det är 20 grader kallade så driver den iväg väldigt mycket, jag ska se om jag kan göra några mätningar på detta.

Det är säkert svårt att reglera så nära rumstemperaturen, men det borde gå att få prylarna att fungera i 50 grader. Det är en ganska låg belastning, en 2N7000 mosfet utgör slutsteget. Kanske är det värre med spänningsregulatorn L7805.
 
Det är inga problem att ha en omgivningstemperatur av 50 C, så länge som överskottsvärme
kan ledas bort till utsidan. Dock är det mer kostnadseffektivt att endast temperaturkontrollera själva
oscillatorn.
 
Det finns en del ritningar på nätet över QRSS TX som har en kapacitansdiod där spänningen sätts av en spänningsdelare där det ena elementet är en NTC LDR, men det är kanske främst för att kompensera för drift vid uppstartsfasen vilket du inte verkar lida av.

PI(D)-reglering av värmeelement som redan nämnts är nog en bra idé
 
NTC LDR? Det där var nytt för mig. Kan du utveckla?
Principen tror jag dock att jag är med på.
 
Det gick bra att värma upp boxen med 2st 100 ohms effektmotstånd, kommer upp i runt 50 grader utan problem. Fick sätta ihop en tillfällig tempgivare med en Raspberry Pi Pico(DS18B20), temperaturen driver, exakt hur mycket var lite svårt att avgöra eftersom sändaren är så nära min mottagare så får jag ett gäng över och undertoner 10-20Hz över och under.

Jag försöker mäta frekvensen med Argo, och en SDR. Men eftersom sändaren och mottagaren är så nära varandra blir det svårt att säga exakt var signalen ligger i frekvens tyvärr. Man hade kunnat använda WEB-sdr, men det blir lite omständigt. En frekvensräknare hade varit bra.

1706973902243.png
 
Last edited:
Använde en signalgenerator som frekvensräknare, och fick resultatet att 15 grader i temperaturökning påverkade frekvensen cirka 10-12Hz uppåt. Jag blev däremot lite osäker på mätmetoden eftersom jag inte såg samma resultat när jag provade igen.

1706977944775.png
 
Känns som det är läge för en Oxley Thermotrimmer :) Synd att de försvann från marknaden för si så där 40-50 år sedan ....
 
Går att bygga en hygglig "halvwattsugn" enkelt runt en TL431. (Och isolering förstås)
En googling af allo hjerta och af allo själ och man skall nog finna.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top