algemeen
> adressen
> test- en meetapparatuur
apparatuur foto's
> Philips PM2425 multimeter
> Sayrosa 261 frequentieteller
applicaties (pc)
> UI-View (APRS)
banden
> 27Mc
> FRS
> LPD
> PMR
componenten
> resistor coding
connectoren
> 12VDC connector
> Condor 16
> conenctoren [rf]
> TNC connector
documentatie
> boeken
> handleiding FUP1DZ
> jargon
> Morse code
> NATO alphabet
> Q-codes
> radio notebook
elektronenbuizen
> 6H2N-EB / ECC83 / 12AX7
> algemene informatie
> ATP4 elektronenbuis
> elektronenbuis codering
> elektronenbuizen
> gloeistroom/-spanning
> reactiveren/reformeren
> stabilisatiebuizen
filters/combiners
> Aerial Facilities BPD-410/420-3N
> Celwave P522 UHF duplexer
> JWX triplexer bc/2m/70cm
> Kenwood LF-30A LPF
> Motorola UHF cavity combiner
> Radiosystem RS490 cavity BPF
> stub filter [EN]
> basics: diplexer or duplexer
legerzenders
> AM-65/GRC
> LV-80 RF PA
> RT-70/GRC
> SEM antennetuner (AGAT)
> SEM25
> SEM25 gloeispanning
> SEM35
mechanica
> krimplak
> schroefdraad
> verspanen
meetapparatuur
> Daiwa CN-101L
> Daiwa CN-801
> x-tal tester (DIY project)
> Rigol DSA815-TG
> Spinner BN
> Spinner BN
> time standard; W5OJM
> Zetagi DL50 dummyload
meetapparatuur (info)
> (poor mans) spectrum analyser
> dummyload
> frequentieteller
> functiegenerator
> meetverzwakker
> octopus component tester
> staandegolfmeter
> timestandard
modificaties
> Yaesu MH-48 lock mod
naslagwerk
> (coax) kabels coderen
> APRS
> AWG draadtabel
> coax kabels testen
> paneelbouw
projecten
> (remote) coax switch
> afregelen FT-8x7(D)
> APRS basispost
> APRS tracker
> coax switch 1-8
> condensator microfoon
> dummyload (audio)
> FT-2000 headset
> FT-2000 remote
> FUP1DZS meetzender
> Geloso G.1/1040-A
> Geroh AKAC019 liermast
> go-kit
> headset (Avcomm)
> hoofdtelefoon versterker PL500
> Icom IC-25E
> Kerona AR-301 rotor
> KF-161 + Tinytrak 2
> KLV 400 RF PA ombouw
> Lineair 400W (Frinear)
> MFJ-948 antennetuner
> parallelle poort controller
> parallelle poort controller
> programmeren FT-8x7
> Samlex SEC 1223 voeding
> TH-D7E tracker
> Tinytrak 4
> uTracer 3+
> uTracer 3+
> voedingsconnector FT-897
> VSWR SA meetbrug
> Yaesu FT-857/897 meter
> zwaai Alinco DR-135E MkII
publicaties
> elektromigratie in filters
radioapparatuur
> Baofeng UV-5R
> Diamond X-30N rondstraler
> Icom IC-2e
> Kenwood TH-D7E
> Kenwood TS-830M
> MFJ-901b antennetuner
> MFJ-948 antennetuner
> Wouxun KG-UVD1P
> Wouxun speakermike
> Yaesu FT-101E
> Yaesu FT-2000
> Yaesu FT-7800
> Yaesu FT-857(D)
> Yaesu FT-897(D)
> Yaesu FT-8x7 serie
reparaties
> capacitors
> Geloso 3227 versterker
> Kenwood TS-830M
> Lorenz SEM25
> Lorenz SEM25
Rigol DSA815-TG
> meting: omroepband
> test: overspraak TG
> test: TG signaal
schakelingen
> elektret microphone
surplus apparatuur
> Bosch Condor 16
> Ericsson F-955
> Ericsson RS203/RS2062
theorie
> aarding
> antennetuner
werkplek
> workshop tips
veiligheid
> Beryllium oxide
> Beryllium oxide
> EM veldsterkte
> radioactiviteit
> harardous radioation?
|
|
inleiding
|
Een tijd terug heb ik een tijdstandaard overgekocht van een bevriende zendamateur. Deze is uitgerust met een HP 10811 10MHz OCVCXO, een "Brooks Shera; W5OJM" controller en een (kapotte) GPS ontvanger. Ooit is de GPS ontvanger kapot gegaan en de tijdstandaard is niet gerepareerd maar vervangen door een Rubidium tijdstandaard. Zo heb ik de tijdstandaard met kapotte gps ontvanger gekocht. Ooit is er het plan geweest om deze tijdstandaard te "upgraden" met een nieuwe controller van Bertrand; VE2ZAZ. Dit is echter niet gebeurd omdat er destijds geen prioriteit aan gegeven is. Hiermee heb ik meteen van de gelegenheid gebruik gemaakt om de gehele tijdtstandaard te herzien qua ontwerp. Er is een ontwerpplan opgesteld met het volgende wensen lijstje:
- oscillator: HP 10811 OCVCXO
- controller: VE2ZAZ
- GPS ontvanger: "Jupiter" met 1pps uitgang
- Arduino met 20x4 karakters voor status meldingen en bijvoorbeeld datum, tijd, locatie, etc.
- herziene voeding voor alle gewenste spannningen
- backup accu om een korte onderbreking van voeding op te kunnen vangen (bij omsteken van stekkers bijvoorbeeld)
- sleutel beveiligd om per ongeluk uitschakelen te voorkomen
- 2HE 19" kast voor inbouw in het meet rek
Hiermee is de controller van Brooks Shera "overbodig" geraakt. Omdat ik nog een exta GPS ontvanger heb liggen en een eenvoudigere OCXO, zijn de onderdelen er om een tweede tijdstandaard te bouwen. Weliswaar een minder luze zonder display en dergelijke, maar omdat de componenten er al zijn is het het bouwen waard. Gezien de compacte OCXO is een 1HE behuizing (dat ook nog op de plank ligt) een goede keuze.
De bouw van de "reserve" tijdstandaard met bijbehorende overwegingen staat hieronder...
|
|
oscillator
|
Omdat dit de "tweede keus" tijdstandaard is, is er een eenvoudiger kristaloven gebruikt. De HP 10811 staat bekend om de stabiliteit en kwaliteit, maar is véél duurder en groter. Deze is voor de "eerste keus" tijdstandaard. Op de Dag van de Radio Amateur in Apeldoorn in 2015 heb ik voor 8,00 een OCXO uit een bak gegrabbeld. Dat is een heel andere prijs dan ongeveer $200,,00 voor een HP 10811. Voor korte termijn stabiliteit zal het prima volstaan naar mijn idee. Een bijkomend voordeel is dat de OCXO op 12VDC werkt bij maximaal 180mA. Dat maakt (portabel) gebruik op een accu mogelijk. Zo kan een nauwkeurige oscillator worden verplaatst zonder dat de lange stabilisatie tijd bij koude start nodig is. De OCXO is op onderstaande afbeelding links boven afgebeeld. Voor enkele Q&D (Quick and Dirty..) testen is een printje in elkaar geflanst. Op de foto is duidelijk te zien dat door de ingebouwde oven de afmetingen een stuk groter zijn dan een "ordinaire" oscillatoren.
Op onderstaande foto is de test print met OCXO zichtbaar. De OCXO is niet zichtbaar, deze is onder de print geplaatst. Het is een OCXO van de Duitse fabrikant KVG onder modelcodering: OCXO-C112. Helaas kon ik er geen datasheet van vinden en heb ik contact gezocht met de fabrikant. Binnen een werkdat ontving ik op mijn verzoek een datasheet op PDF met alle relevante gegevens. (Hulde voor !) De oscillator geeft een 10MHz signaal af en werkt op 12VDC voedingsspanning. De stroom is maximaal 180mA bij een koude start en loopt terug tot ongeveer 60mA continu. Voor de volledigheid zijn hier de aansluitingen vanaf de onderkant gezien, tegen de klok in:
5 = rechts onder = massa
4 = rechts boven = RF uitgang 10MHz
3 = links boven = 12VDC voedingsspanning in (+/-10%)
2 = links midden = 5VDC gestabiliseerde referentiespanning voor frequentie instelling
1 = links onder = spanning in voor instellen exacte frequentie 0...5VDC
Door een 20K variabele weerstand aan te sluiten tussen de gestabiliseerde 5VDC aansluiting (2) en de massa (5) is er een variabele 0...5VDC spanning aan pen 1 te koppelen om de gewenste frequentie in te kunnen stellen. Een externe 0...5VDC signaal kan uiteraard ook worden aangesloten. In het geval van een tijdstandaard is dit 0...5VDC signaal nodig om door de besturing de frequentie instelling te kunnen corrigeren (en is de 5VDC pen niet nodig om aan te sluiten). Om de werking te controleren is er een test print in elkaar gezet...
Bij het inschakelen van de spanning komt er inderdaad een oscillator signaal uit de OCXO. De oven warmt op en dat is aan de buitenkant duidelijk voelbaar. Aanvankelijk was er een ontkoppel condensator geplaatst, maar dit gaf niet het gewenste effect en daarmee is de condensator op "vakkundige wijze" (...) overbrugd. (Wat ik zei; Quick and Dirty...) Nb; Volgens de datasheet is officieel ook een 1K serieweerstand en een 50R parallelweerstand naar de massa nodig voor een goede testopstelling.) Met de potmeter is de frequentie te corrigeren en uit meting blijkt dat het bereik ongeveer 90Hz is. Zowel koud als warm. Koud is een frequentie van ,2 tot ,7Hz in te stellen. In opgewarmde operationele toestand is een bereik van ,5 tot ,5Hz instelbaar. Dus het 10MHz instelpunt ligt redelijk halverwege het regelbereik. De gemeten stroom is in warme toestand ongeveer 60mA. Op de frequentieteler is 10MHz ingesteld om te kijken wat het verloop is gedurende de test. Dit verloop is verwaarloosbaar klein en deze OCXO lijkt daarmee prima als "kloppend hart" voor de tijdstandaard...
Om een oscillator goed te kunnen calibreren is niet een frequentieteller nodig, maar een oscilloscoop met een nauwkeurig referentie signaal. Ter illustratie heb ik dit op onderstaande foto weergegeven. Het bovenste getriggerde 10MHz signaal is van een functiegenerator dat als referentie diende. Natuurlijk is deze niet nauwkeurig genoeg, maar het gaat om het idee... Het onderstaande signaal is het signaal uit de OCXO. Het signaal "rolt" duidelijk over het scherm. Door de potmeter in de juiste richting te verdraaien "remt het signaal af" totdat het, ten opzichte van het bovenste signaal, stilstaat. Wanneer beide signalen ten opzichte van elkaar stil staan, is de frequentie gelijk. (De onderlinge faseverschuiving is niet relevant.)
Het is opgevallen dat de buitenkant van de oscillator warm wordt en daarmee dus warmte verliest. Dit kost onnodig energie en komt de stabiliteit niet ten goede. Vandaar dat het plan is voorgenomen om de OCXO in een isolerende behuizing te plaatsen. Het plan is om van printplaat een behuizing te maken waar de OCXO temperatuur geïsoleerd in word geplaatst. Met doorvoer condensatoren kunnen de elektrische aansluitingen naar buiten worden gebracht. Door montage "oren" aan de printplaten behuizing te maken is het geheel, naar idee schokbestendig, te monteren. De kans op warmte verlies wordt dan klein geacht dat de stabiltieit ten goede komt.
|
|
oscillator behuizing
|
isolerende behuizing
Het is duidelijk merkbaar dat de OCXO aan de buitenkant opwarmt. Er zal enige isolatie in de behuizing zijn aangebracht, maar vermoedelijk is dat niet voldoende. Afgezien van dat het jammer is van de energie, is de kans op instabiliteit van de temperatuur ook denkbaar. Vandaar dat het plan ontstaan is om een isolerende behuizing te vervaardigen voor de OCXO. Van printplaat is een kastje gemaakt waarin doorvoer condensatoren zijn geplaatst. Aanvankelijk zijn er vier condensatoren geplaatst omdat de 5VDC referentie uitgang geen toegevoegde waarde heeft in de geplande opstelling. Het kastje is voorzien van een laagje PUR-schuim. PUR isoleert zeer goed zodat de warmteoverdracht minimaal is. Nadat het laagje schuim hard geworden was, is er een vlakke bodem gemaakt waarop de OCXO kan rusten. Anders zou de OCXO naar de bodem zakken door de zwaartekracht. De OCXO is in een plastic zakje ingepakt en op de isolerende bodem geplaatst. Het plastic zakje is ervoor dat het schuim niet aan de OCXO kleeft. De OCXO zit strak in het schuim, dus beweging is niet mogelijk. En als de OCXO ooit verwijderd moet worden, hoeft er geen schuim van de behuizing te worden gehaald. De OCXO is rondom voorzien van PUR-schuim zodat deze ingepakt wordt door schuim dat langzaam uithard. Het is ook mogelijk om zacht schuim te nemen, maar dat is veel gevoeliger voor veroudering waardoor de OCXO mogelijk in de behuizing gaat zwerven dat mogelijk breuk van de verbindingsdraden tot gevolg heeft. De draden van de doorvoer condensatoren zijn van krimpkous voorzien en aan de connecties van de OCXO gesoldeerd. Het plastic zakje is met plakband dicht geplakt en het geheel is met een laagje PUR-schuim afgedekt.
signaal doorvoeren
De opstelling is getest en presteert naar wens. Een vakkundig mede amateur stelde voor dat het verstandiger is om het 10MHz signaal via een rf-connector naar buiten te voeren omdat een doorvoer condensator het signaal dempt. Hierop is een SMA connector geplaatst en het resultaat getest. Het effect was, tegen de logica in, ongewenst. Er waren zéér veel harmonischen zichtbaar terwijl dit bij de opstelling met de doorvoer condensator niet het geval was. Hierop is de SMA connector vervangen door een doorvoer condensator zodat er een vijfde contact ontstond waar ook meteen de 5VDC referentie uitgang aan is gemonteerd. Dit kan handig zijn bij diagnose stellen bij een mogelijke storing. Nu het 10MHz signaal via een doorvoer condensator wordt geleid, is het signaal wel iets gedempt, maar er zijn minimaal harmonischen. Mogelijk werkt dit signaal direct goed, anders kan er altijd nog een versterker met een laagdoorlaatfilter worden toegepast om de harmonischen te onderdrukken.
verende montage
Om mogelijke schokken en trillingen op te vangen is het raadzaam om schikbrekers te monteren. Ik had de beschikking over vier rubberen schokbrekertjes waar een harde schijf van een computer mee was gemonteerd. Ik heb besloten om drie schokbrekers te gebruiken in plaats van vier. Bij drie montage punten ontstaan er nooit spanningen in de behuizing dat het verende effect teniet zou doen. Oké, dit gaat misschien wat ver. Of het werkelijk iets uit maakt weet ik niet, maar het kost niets extra qua geld en inzet, dus waarom zou ik geen schokbrekers toepassen?
De geplande behuizing is een dunwandig plaatmetalen behuizing. Om de schokbrekers te kunnen monteren moeten er dus gaten in de bodem worden geboord voor montage boutjes. Het nadeel is dat de koppen van de boutjes uit de behuizing steken. Daarom is er een stukje gereedschap op de draaibank gemaakt waarmee het blik van de behuizing ingedeukt wordt zodat er precies een M3 bout kop in past zodat de onderkant van de behuizing mooi vlak blijft
|
|
opstartgedrag van VCOCXO
|
Om het opstart effect van de oscillator te bepalen is er een meting uitgevoerd met de Rigol DSA815-TG spectrum analyser (SA). Er is een snelle meting gemaakt om de instellingen van de SA te bepalen en de SA is ingesteld. De oscillator is uitgeschakeld en een lange tijd afgekoeld om de opstart situatie te bereiken. De ruisvloer is met peak hold bepaald en bevroren. Dit is zichtbaar als de blauwe lijn. Opvallend is dat er overspraak zichtbaar is van de interne 10MHz oscillator van de SA. Het is een zwak signaal dat pas zichtbaar wordt bij een zeer lage bandbreedte. En uiteraard is dit interne oscillator signaal uitsluitend bij 10MHz zichtbaar. Voor mij in ieder geval niet storend en tenslotte is het een instap model spectrum analyser.
De oscillator is voorzien van voedingsspanning en de oscillator startte op ongeveer 270Hz boven het gewenste 10MHz signaal. Het actuele signaal is met groen aangegeven en een peak hold is met rood aangegeven. De meest rechter bult is de frequentie bij het opstarten. Bij de volgende scan, 13,3 seconden later, is de frequentie gedaald naar ongeveer 217Hz boven 10MHz. Zo daalde de frequentie gedurende ongeveer anderhalve minuut waarbij het 10MHz punt bereikt is. Gedurende de meting is ook gezien dat het oscillator signaal kortstondig door is geschoten tot onder de 10MHz waarna het vrij snel stabiliseerde op 10MHz. Volgens de specificaties is de opwarm tijd minder dan drie minuten. Geconstateerd is dat ruim binnen de drie minuten het signaal inderdaad gestabiliseerd is. Het is ook zichtbaar dat het signaal van de kristaloven gelijk is aan de interne oscillator van de spectrum analyser.
|
|
nauwkeurig 1pps signaal van 10KHz signaal
|
De controller van de tijdstandaard loopt synchroon met het 1PPS signaal van de GPS ontvanger. Als de lokale oscillator synchroon loopt met de oscillator in de GPS satelliet, "passen" er precies trillingen in de ene seconde van het 1pps signaal. Het is voor te stellen dat als het 1pps signaal één tiende van een miljoenste seconde afwijkt er al invloed is op de stabiliteit van de regeling. Sommige GPS ontvangers, zoals de Rockwell Jupiter, heeft naast het 1pps signaal ook een 10KHz referentie signaal. Het is duidelijk dat het effect van een kleine afwijking in de flank van het signaal al een factor 10.000 minder van invloed is. Dus als het 10KHz signaal als referentie kan dienen voor de 1pps ingang, is er een potentiële verbetering in kwaliteit mogelijk. Bovenstaande heb ik niet bedacht, maar deel ik graag met anderen. De eer van het uitdenken komt iemand anders ten goede...
delen met chips
De truc is nu om van een 10KHz signaal een 1pps signaal te maken. Hier zijn een aantal mogelijkheden voor. Ik denk dat de beste methode is om het door een chip te laten delen tot het gewenste getal. Graag maak ik van het 1pps signaal een 1Hz blokgolf signaal. In de meest ideale situatie gebeurt dat in één chip. De meeste delers, delen door twee (zoals de 4040 en 4060) hetgeen hier niet handig is. Na wat speuren naar een geschikte chip is een instelbare deler gevonden. Deze kan op een "willekeurig" deeltal worden ingesteld én deze heeft een standaard functie waarbij deze in één keer dor 10.000 deelt! Deze chip is relatief duur en lastiger te vinden omdat deze niet heel courant is. De chip is gevonden en gekocht maar bij testen bleek dat de deler niet zo geschikt is. De chip deelt inderdaad door 10.000, maar het is een korte puls als uitgangssignaal en geen blokgolf. Dit moet beter kunnen. Met een PIC chip is het mogelijk om in één keer het gewenste resultaat te bereiken door in één keer door 10.000 te delen. Echter kies ik liever een "standaard" oplossing. Als na jaren de deler faalt, vervang ik liever een "of the shelf" chip dan een op maat geprogrammeerde chip. Ik heb weinig/geen ervaring met het programmeren van chips en dat maakt de drempel in mijn geval ook hoger. Liever twee standaard chips dan één op maat gemaakt chip. Maar dit kan "koudwatervrees" zijn van mij...
standaard chips
Het liefst gebruik ik een gangbare chip zoals uit de 4000 en 7400 reeks. Deze zijn goedkoop en goed verkrijgbaar. Dus mocht er een keer een chip falen, is een vervanger goed te vinden. Na wat puzzelen is het ook mogelijk om met een binaire decade counter ook door oneven aantallen te delen. Bij elke puls wordt er op een bepaald aantal uitgangen binair geteld. Als er bijvoorbeeld door vijf gedeeld moet worden, is het mogelijk om met een diode netwerkje de chip te laten resetten als de chip naar zes telt. Dus het gewenste signaal is een door vijf gedeeld signaal. Het resultaat is weliswaar een puls, maar door een puls door twee te delen met een volgende chip, ontstaat er weer een blokgolf. Het gewenste resultaat wordt bereikt met een serie vijf en twee delers, maar dan zijn er al acht delers nodig, dus meerdere chips. En hoe minder chips, hoe beter.
74HCT390
Per toeval ontdekte ik een 74HCT390 chip. Dit is een chip dat bijna ideaal is voor de gewenste toepassing. In deze chip zijn twee onafhankelijke deler sets aanwezig. Voor het gemak beschouw ik één helft van de twee. In deze helft zitten vier delers met een gemeenschappelijke reset [2/14]. Eén ingang [4/12] is met een twee deler verbonden waarvan het signaal naar buiten wordt gebracht [3/13]. De andere ingang van deze helft [1/15] wordt door twee [5/11], vier [6/10] én vijf [7/9] gedeeld. (De nummers in blokhaken zijn te betreffende pin nummers. Net zoals [8] de massa is en [16] de +5VDC voeding.) Wanneer de vijf en twee deler in serie worden geschakeld, ontstaat er een deler dat door tien deelt. Door dezelfde opstelling toe te passen in op de andere helft van de chip ontstaat er een deler dat door 100 deelt. Zo wordt er met één 74HCT390 chip door 100 gedeeld. Door twee chips in serie te schakelen ontstaat er een deler dat door 10.000 deelt. Wanneer de laatste deler in de reeks door twee deelt, ontstaat er een gewenste blokgolf. (Het resultaat van de door vijf deler is een 20/80% puls.) Dus als er een 10KHz signaal wordt ingevoerd, komt er een 1Hz blokgolf als resultaat uit. Zo is het mogelijk om met "maar" twee chips een 10.000 deler te maken van "standaard" chips. Mogelijk zijn er nog meer methoden om hetzelfde effect te bereiken, maar ik heb besloten dat dit een voldoende eenvoudige schakeling is voor mij en bij falen van een component goed te repareren.
|
|
