Oszcillátorok frekvenciastabilizálása

A VFO-knak, azaz változtatható frekvenciájú oszcillátoroknak a frekvenciáját forgókondenzátorral vagy kapacitás dióda segítségével hangolhatóvá tesszük. Azonban nem csak általunk hangolódik, hanem percekkel később akár 100 hertzekkel is odébb "kúszhat". Ennek a kúszásnak a megszüntetéséről szól az alábbi szócikk.

Frekvenciastabilizálás Huff & Puff módszerrel

Ezt a stabilizálási módszert Klaas Spaargaren, PA0KSB publikálta először 1973 áprilisában. A Huff & Puff stabilizátor lényege abban rejlik, hogy egy kisfrekvenciás, tipikusan néhány hertzesre leosztott frekvenciájú, stabil oszcillátor élváltásánál mintavételezzük a VFO jelét.

Amennyiben az élváltáskor például magas szintet sikerült elkapnunk, az oszcillátorba épített kapacitás dióda hangolófeszültségét nagyon kis mértékben például felfelé mozdítjuk el, amennyiben alacsony szintet sikerül elkapnunk, a kapacitás dióda hangolófeszültségét nagyon kis mértékben lefelé mozdítjuk. A nagyon kis mérték fontos. Ezt nagy névértékű soros ellenállás és nagy névértékű kondenzátorból álló aluláteresztő szűrővel érjük el.

Ezáltal a VFO frekvenciájának élváltása egybe fog esni a kisfrekvenciás jelünk élváltásával. Hogy melyik élváltása, az kevésbé érdekel, hiszen a célunk az, hogy az oszcillátor lassú kúszását megfogjuk.

Amennyiben a VFO-t odébbhangoljuk, a gyors beavatkozásunkba a Huff & Puff stabilizátor nem akadályoz meg, hiszen igen lassú a stabilizálása. Ezáltal a VFO-t probléma nélkül tudjuk hangolni, azonban ahova hangoltuk, a beállított frekvencia kúszását a Huff & Puff módszer a referencia frekvenciának megfelelő lépésenként (esetünkben 32 Hz) stabilizálja. Ez egyben a legkisebb frekvencia léptethetőség értékét is adja, azaz esetünkben 32 Hz-es lépésközökben hangolható a VFO.

Alább látható egy egyetlen IC-vel megépített stabilizátor rész, amely bármely kapacitás diódával hangolt VFO-hoz illeszthető.

Pontos frekvencia előállítása PLL szintézerrel

Fázis komparálással

Ha csak fáziskomparátort tartalmazó (szorzó, XOR kapus, mintavételezett) megoldást alkalmazunk, akkor a fent ismertetett Huff&Puff stabilizátorhoz hasonló eredményre jutunk.

Ennek belátásához a elegendő a mintavételezéses fáziskomparátorra gondolni, hiszen a Huff&Puff teljes mértékben ezt az elvet alkalmazza. Ez a mintavételezéses stabilizálási elv alkalmas arra is, hogy egy például 5 MHz környéki referenciafrekveciával tartsunk pontos értéken egy 145 MHz-es oszcillátort, amely oly módon van megtervezve, hogy 143...147 MHz közt képes rezegni. Ha ez a feltétel mégsem teljesülne, akkor a mintavételezéses komparátorunk ismét stabilizálni fog, de a referenciafrekvenciának megfelelő frekveciával (esetünkben 5 MHz-el) odébbi frekvencián.

Az XOR kapus megoldáshoz le kell osztani a VFO frekvenciáját. A Huff&Puff stabilizátor példájával élve osszuk le olyan számlálólánccal, amely kimenete 32 Hz-et ad, majd ezt a 32 Hz-es jelet és a referenciaoszcillátor 32 Hz-es jelét XOR kapuba vezetve szintén kapunk egy olyan szabályozójelet, amely +/- 90 fokos fázishelyzetek közt előállítja az oszcillátor hangolófeszültségét. Ha pedig +/- 180 fok közöttire szeretnénk növelni a tartományát, akkor XOR kapu helyett JK tárolóra (RS + 2 NAND kapu) kell áttérni. A lényeges különbség ebben az esetben viszont az, hogy ha kiesünk a szabályozási tartományból, akkor ez a megoldás nem fog a referenciafrekvenciának megfelelő lépéstávolságra levő frekvenciára húzni, hanem szabályozatlan módon hagyja rezegni a VFO-t.

Kettő D tárolós sorrendi hálózattal

Ez esetben már nem csak a kúszás ellen kívánunk védekezni, hanem egy pontos frekvenciát akarunk látni a VFO kimenetén. Ugyanis belátható, hogy a sorrendi hálózat miatt nemcsak +/- 180 fokos fázishatárig húzza be a VFO-t a PLL, hanem ebben az esetben már az időbeli elsőségre is érzékeny.

Azaz a pontos frekvenciára hangol, amelyet az osztó osztásának változtatásával vagy a referencia frekvencia változtatásával tudunk odébbhangolni.

Pontos frekvencia előállítása DDS segítségével

A DDS segítségével a fentiektől teljesen más elven lehet előállítani a kívánt frekvenciát. A DDS esetében egy színuszjel értékei vannak például 256 lépésben 1,4 fokonként (256 * 1,4 = 360) a memóriában eltárolva. Egy mintavételezési sebességgel lépkedő memóriamutató ezekből az értékekből választja ki minden N. értéken levőt, amit kiad a D/A átalakítón keresztül.

Ez még csak lépcsőjel eddig. Színusz úgy lesz belőle, hogy egy olyan, megfelelően nagy meredekségű aluláteresztő (általában LC) szűrőt kell a DDS kimenetére tenni, amely a fenti lépcsőjelet színusszá alakítja. Az aluláteresztő szűrőt oly módon kell méretezni, hogy a mintavételezési órajel fele frekvenciájánál már nagy csillapítással rendelkezzen. Ekkor szép színuszos jelet kapunk, amely frekvenciáját az hatórozza meg, hogy mekkora N értéket konfiguráltunk adott pillanatban a DDS számlálójába.

Bővebben lásd a DDS szócikkben.