Optimering av kondensatorvärden
Även om apparaten nu fungerar "bra" så kanske den kan bli bättre. En sak som ofta förbises är val av avkopplingskondensatorer och dess kapacitansvärden. De flesta gör nog som jag, finner en lämplig kondensator i junkboxen med ett kapacitansvärde som är lagom stort så att reaktansen blir tillräckligt låg vid den frekvens som skall kopplas av till jord. Lagom värde sitter i ryggmärgen på några av oss men är inte särskilt exakt för den skull. Ibland utnyttjas kondensatorns serieresonans vilket ger betydligt effektivare avkopplingsverkan. Det finns lathundar och tabeller man kan ta hjälp av för att välja närmaste standardvärde för en viss frekvens.
När jag labbade med kristalloscillatorn häromdagen så noterade jag att oscillatorn inte ville starta ordentligt om ena benet på kristallen jordades. Jag var tvungen att ansluta kristallen direkt till katoden vilket fungerade utmärkt. Den enda skillnaden kopplingsmässigt är elektrolytkondensatorn på 25 uF i rörets katod men vars ekvivalenta serieresistans för 3,5 MHz kanske är för hög. Det är allmänt känt att elektrolytkondensatorer inte bör användas för HF-avkoppling, så det var i och för sig ingen överraskning.
För att mäta och jämföra olika kondensatorer kopplade jag upp en enkel testjigg baserad på testimpedansen 330 ohm som är samma resistansvärde som sitter som katodmotstånd. Man kan mäta på andra sätt men denna metod borde komma ganska nära sanningen. I vänster port i schemat ovan matar jag in signalen från nätverksanalysatorn HP8753D och i höger port tar jag ut signalen till analysatorn. Det är en enkel S21 mätning. DUT betecknar den kondensator som skall mätas upp.
Testuppkoppling med dels den 25 uF katodavkopplingskondensator jag använder i en-rörstransceivern dels en extra parallellkopplad 68 nF kondensator som har sin egenresonans kring 3,5 MHz och således bör förbättra avkopplingsverkan.
Centerfrekvens på plotten ovan är 3,5 MHz och Span 4 MHz samt 10 dB/ruta. Den gröna kurvan visar hur många dB elektrolytkondensatorn ensam förmår att koppla av signalen till jord. Dämpningen är c:a 56 dB vilket motsvarar en ekvivalent serieresistans i kondensatorn på c:a 0,6 ohm. I den gula kurvan har jag parallellkopplat 68 nF kondensatorn och justerat tilledningstrådarna (induktans) så att egenresonansfrekvensen blir exakt 3,5 MHz. Dämpningen ökade då till drygt 90 dB vilket motsvarar strax under 0,01 ohm ekvivalent serieresistans. Alltså nära nog noll och ett mycket bra värde. Nästan total kortslutning för 3.5 MHz.
I teorin fungerar det mesta perfekt men ibland kan det vara svårt att omsätta teori till praktik. För att visa hur mycket tilledningstrådarna på en avkopplingskondensator kan påverka resultatet så plockade jag först bort 25 uF kondensatorn. Justerade tilledningtrådarna på 68 nF kondensatorn till resonans på 3,5 MHz. Trådlängden var nu 1,5 cm i varje ände. Dämpningen är c:a 83 dB (gröna kurvan) vilket ger en ekvivalent serieresistans om strax under 0,03 ohm. Ett bra värde. Därefter förlängde jag de båda tilledningstrådarna 1 cm på varje sida och plottade den gula kurvan. Här ser vi att dämpningen minskade till c:a 58 dB vid 3,5 MHz vilket ger c:a 0,4 ohm. Betydligt sämre. Ganska trickigt det här. En 47 nF eller 0,1 uF kondensator ger betydligt mycket sämre avkopplingsverkan vilket man kanske inte tänker på när man tar den komponent som ligger närmast till hands på labbänken.
Tanken är nu att se om det går att få fram en testmetod för att verifiera att tilledningstrådarna för kondensatorn i den färdiga apparaten ger önska resonansfrekvens. Detta enbart för att det är intressant att försöka reda ut hur saker och ting fungerar i praktiken. Därefter skall jordpunkter och dess placering redas ut. Även detta är känsligt vilket ibland visar sig som självsvängning eller dålig förstärkning i hemmabyggena.
Någon här som har labbat med motsvarande mätningar och har synpunkter på mätmetoden?
/Bengt
.
