Frekvensdubblare, tripplare, etc.

[SM4WWG]

Sitter och labbar lite med simulering i LTSPICE.
Orsaken är att jag tänkte se ifall det jag har i "junkboxen" räckte för att få till en
oscillator på 240 MHz.

Hittade en kristall på 20MHz som jag tänkte att den kan man ju kanske ta tredje övertonen på/trippla och sedan två dubblare så "vips" har vi 240 MHz.

Nåväl, en kristalloscillator i LTSPICE var inga problem att få till. Provade att
slänga in en LC-tank för tredje övertonen (60 MHz) på kollektorn och det fungerar väl si-så-där. Jag tycker undertryckningen av framförallt grundfrekvensen är lite dålig.

Slutmålet är att få så ren 240 MHz signal som möjligt från sista dubblaren.

Hur svårt kan det vara? En tripplare eller dubblare fixas väl bäst med en klass C förstärkare och avstämd krets eller?

Någon som har några goda idéer, synpunkter, utskrattning, etc?

73 de SM4WWG // Jörgen

 

[SM0AOM]

Om man vill ha en ren utsignal så bör man helst starta på en så hög frekvens som möjligt.
Man blir ändå för det mesta tvungen att använda dubbelavstämda kretsar eller bandfilter för att
få ner halten oönskade sidband.

Problemet bottnar i att en transistor vanligen har en mycket högre förstärkning
på grundtonen än på övertonerna.

En frekvensmultiplikator är ingenting annat än en olinjäritet och en förstärkare,
och det finns lite olika filosofier om hur sådant ska optimeras.

Vissa anser att klass C i förstärkaren för att få en så hög övertonshalt är optimalt,
medan andra föredrar en arbetspunkt i klass B för att dra nytta av den ökade förstärkningen på grundtonen.
Om man väljer transistorer med hög gränsfrekvens blir det också enklare.

Man brukar helst göra så att en trippling kommer först i kedjan, och sedan dubblingar.
Det är lättare att få till stegförstärkningen när man multiplicerar med låga tal.
Undantaget är push-pull tripplaren vilken har fördelen att undertrycka jämna övertoner.

Genom att ladda ner http://www.zerobeat.net/G4FGQ/harm_gen.exe och prova sig fram lite går det ofta att hitta en bra kompromiss.

Saken har också utretts med tysk noggrannhet i "Design of Transistor Frequency Multipliers" UKW-Berichte/VHF-Communications 3/1976.

Annars kan man få vägledning genom att studera hur oscillatorkedjan i en VHF-konverter eller transverter är gjord.

Slutligen ska man inte krångla till saken i onödan. Byggde själv mina första VHF-konvertrar med germaniumtransistorer och utan att ens kunna stava till "spektrumanalysator".

73/

Karl-Arne
SM0AOM

 

[SM0NCL]

jag brukar snegla på aktiva kretsar, många har mixers och möjlighet till frekvensmultipliering,
ta t.ex mc1496 den klarar att dubblera upp till UHF, och har liiiite bättre övertonsdata än en simpel dubblare, men man får ändå sänka ner övertoner i lämpliga fällor/filter.
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AN531-D.PDF

som oscillator och multipler kan ne602 användas, det finns applikationsexempel att använda sig av, i application notes nedan finns en x8 lösning.
http://ics.nxp.com/support/documents/interface/pdf/an1983.pdf

prestanda är ok, beror lite på vad som skall drivas ?

 

[SM4WWG]

Tackar för alla bra svar!

Det visar sig gång på gång att HAM.SE har många duktiga medlemmar. Snabbar svar med mera!

Jag testade med programmet som SM0AOM rekommenderade och slängde ihop en liten
krets och simulerade den i LTSPICE. Det verkar fungera.
Vad kan man förbättra i testsimuleringen?

Jag slängde ihop allt "manhattan-style" igår kväll. Till att börja med fick jag bara ut grundtonen, men efter lite trimmande fick jag ut dubbla frekvensen. Tredje övertonen lyckades jag inte locka fram.
Ett klassiskt exempel på att i verkligheten funkar inte allt lika lätt som vid simulering.
Kan det bero på att i verkligheten är förstärkningen för lite för att tredje övertonen ska orka "ta över"?

Ikväll tänkte jag väl koppla den mot spektrumanalysatorn så kanske jag kan se lite nivåer.

Ska även kika lite på lite olika schema över transvertrar osv som ni tipsade om.

73 de SM4WWG

 

[SM7CZR]

Hej!
Kan du inte få kristallen att svänga på sin tredje överton genom att ha avstämd kollektor på den första trissan?
BC547 har en gränsfrekvens på 300 MHz. Kanske du har någon som ligger lite högre?
Skickar en länk med lite olika kopplingar:

http://www.euroquartz.co.uk/Portals/0/pdf/application-notes.pdf

/ Ingvar

 

[SM0AOM]

Att få en grundtonskristall på 20 MHz att svänga på sin 3:de överton är inte alldeles lätt.
Det behövs rejält med återkoppling, som dessutom behöver vara sådan att man inte riskerar svängning på grundtonen.
Den bästa kopplingen för sådana är nog "impedance-inverting" där man skapar en serieresonanskrets på utgångsfrekvensen med kristallens hållarkapacitans och en yttre induktans, eller Butler-oscillator kopplingen där en parallellkrets åstadkoms med hållarkapacitansen.

Studera t.ex. http://www.euroquartz.co.uk/Portals/0/pdf/tech-notes.pdf eller
http://techdoc.kvindesland.no/radio/ymse1/20061216154510328.pdf


73/

Karl-Arne
SM0AOM

 

[SM5NFT]

Här är en kul variant på "tripplare" om man inte är fixerad vid diskreta komponenter:



http://notes.ump.edu.my/fkee/e-Magazine/Elektor 2004/Articles/E/e047004.pdf

/Arne

 

[SM0NCL]

om man på en klass-c transistorsteg sätter en pot. mellan emitter och jord och justerar pot. samtidigt som man kollar på spektrumanalysatorn kan en del intressanta grejer hända....

 

[SM4WWG]

om man på en klass-c transistorsteg sätter en pot. mellan emitter och jord och justerar pot. samtidigt som man kollar på spektrumanalysatorn kan en del intressanta grejer hända....

Hej,
Tack för svaret!

Jag labbade lite med en pot på emittern igår kväll, fast då direkt på oscillatorn som kanske
inte jobbar i klass C direkt, men observerade på spektrumanalysatorn att att de olika övertonerna varierade lite i styrka med allt eftersom jag skruvade på potentiometern.
Var det detta du tänkte på?

Måste labba med samma sak fast då på, som du skrev, på ett klass C.... Blir ju nyfiken!

 

[SM4WWG]

Att få en grundtonskristall på 20 MHz att svänga på sin 3:de överton är inte alldeles lätt.
Det behövs rejält med återkoppling, som dessutom behöver vara sådan att man inte riskerar svängning på grundtonen.
Den bästa kopplingen för sådana är nog "impedance-inverting" där man skapar en serieresonanskrets på utgångsfrekvensen med kristallens hållarkapacitans och en yttre induktans, eller Butler-oscillator kopplingen där en parallellkrets åstadkoms med hållarkapacitansen.

Studera t.ex. http://www.euroquartz.co.uk/Portals/0/pdf/tech-notes.pdf eller
http://techdoc.kvindesland.no/radio/ymse1/20061216154510328.pdf


73/

Karl-Arne
SM0AOM

Hej Karl-Arne,
Tack för svar!
Jo, jag har märkt att vad jag än gör "i verkliga livet" så envisas oscillatorn att svänga vid grundtonen. Det verkar onekligen svårt att skrämma den kristallen jag använder till lydnad att svänga vid tredje överton.

Provade igår att slänga in en serieresonanskrets avstämd till grundtonen på utgången från oscillatorn ner mot jord. Trött som jag var då (sent var klockan) tyckte jag väl att
då borde väl grundtonen dämpas tillräckligt för att 3:e överton skulle bli mer dominant.
Gissa om det gick eller? Hehe! Skruvade på resonanskretsens trimkonding tills jag troligtvis hamnade rätt... Då slutade hela oscillatorn att svänga... Haha, där fick man för det!

Nåväl, det är kul att experimentera och man lär sig ju alltid en massa nytt!

Ska läsa det du skickade länkar till!

Tusen tack så länge!

73 de SM4WWG // Jörgen

 

[SM4WWG]

Här är en kul variant på "tripplare" om man inte är fixerad vid diskreta komponenter:

View attachment 420

http://notes.ump.edu.my/fkee/e-Magazine/Elektor 2004/Articles/E/e047004.pdf

/Arne

Jag är absolut inte fixerad vid diskreta komponenter.
Ditt tips är sparat bland intressanta länkar! Tick och tack!

 

[SM4WWG]

Hej!
Kan du inte få kristallen att svänga på sin tredje överton genom att ha avstämd kollektor på den första trissan?
BC547 har en gränsfrekvens på 300 MHz. Kanske du har någon som ligger lite högre?
Skickar en länk med lite olika kopplingar:

http://www.euroquartz.co.uk/Portals/0/pdf/application-notes.pdf

/ Ingvar

Hej,

Tack för ditt svar. Uppskattat!
Jodå, det har jag provat med. Det svänger men lyckas inte få bort grundtonen tillräckligt.
Kan det ha något med Q-värdet på resonanskretsen på kollektorn att göra? För lågt?

73 de SM4WWG // Jörgen

 

[SM0NCL]

Hej,
Tack för svaret!

Jag labbade lite med en pot på emittern igår kväll, fast då direkt på oscillatorn som kanske
inte jobbar i klass C direkt, men observerade på spektrumanalysatorn att att de olika övertonerna varierade lite i styrka med allt eftersom jag skruvade på potentiometern.
Var det detta du tänkte på?

Måste labba med samma sak fast då på, som du skrev, på ett klass C.... Blir ju nyfiken!

Jepp - det händer saker med övertonerna, men det är svårt att beskriva, man får prova helt enkelt...

Och ang. 602 kretsen så finns en QEX artikel july/aug 2008 där KA5GSQ gör en VHF oscillator och använder en 3:d OT 36MHz xtal som då kan ge några mW på 145Mhz - har inte provat den själv.

 

[SM0AOM]

Provade igår att slänga in en serieresonanskrets avstämd till grundtonen på utgången från oscillatorn ner mot jord. Trött som jag var då (sent var klockan) tyckte jag väl att
då borde väl grundtonen dämpas tillräckligt för att 3:e överton skulle bli mer dominant.
Gissa om det gick eller? Hehe! Skruvade på resonanskretsens trimkonding tills jag troligtvis hamnade rätt... Då slutade hela oscillatorn att svänga... Haha, där fick man för det!

Det är omöjligt att få en grundtonskristall att svänga på en överton i en "grundtonskoppling", och detta oberoende av vad man gör i oscillatorns utgångskrets.
Den koppling som du använder brukar kallas "Colpitts harmonic oscillator" och är en kombination av grundtonsoscillator och frekvensmultiplikator i en och samma transistor.

När man sätter dit en avstämd kollektorkrets så förändras driftförhållandena, och det kan mycket väl bli så att återkopplingen inte räcker till längre ens för att det ska svänga på grundtonen.

Oscillatorer är svårt olinjära system, och man bör veta vad man gör ifall man tänker ändra på
kretskonstanterna mycket.

73/

Karl-Arne
SM0AOM

 

[SM7CZR]

Jörgen!
En tanke slog mej.
Är du säker på att det är en grundtonskristall?
Tänk om det är en övertonskristall på 20 MHz!
Jag har t.ex. en övertonskristall som är stämplad 46 MHz.

Har jag rört ihop det nu ?
I så fall får jag kanske dra mej tillbaka...

/ Ingvar

 

[SM4WWG]

Jörgen!
En tanke slog mej.
Är du säker på att det är en grundtonskristall?
Tänk om det är en övertonskristall på 20 MHz!
Jag har t.ex. en övertonskristall som är stämplad 46 MHz.

Har jag rört ihop det nu ?
I så fall får jag kanske dra mej tillbaka...

/ Ingvar

Hej Ingvar,

Det borde vara en grundtonkristall. Den fungerar i alla fall som en.
Om jag inte är helt ute och cyklar finns det väl grundtonskristaller upp till 30MHz?

Hur som helst var ju din tanke tänkvärd, för fallet kunde ju ha varit så.

Tack för tipset!

73 de Jörgen

 

[SM4WWG]

Det är omöjligt att få en grundtonskristall att svänga på en överton i en "grundtonskoppling", och detta oberoende av vad man gör i oscillatorns utgångskrets.
Den koppling som du använder brukar kallas "Colpitts harmonic oscillator" och är en kombination av grundtonsoscillator och frekvensmultiplikator i en och samma transistor.

När man sätter dit en avstämd kollektorkrets så förändras driftförhållandena, och det kan mycket väl bli så att återkopplingen inte räcker till längre ens för att det ska svänga på grundtonen.

Oscillatorer är svårt olinjära system, och man bör veta vad man gör ifall man tänker ändra på
kretskonstanterna mycket.

73/

Karl-Arne
SM0AOM

Hej Karl-Arne,

Jag läste igenom de PDF:er du tipsade om. Mycket intressant läsning. Kikade på Colpitts harmonic oscillator" och slängde ihop en liten krets "Manhattan-style" för att testa den.
Det fungerar!!! Just då provade jag med en 24 MHz kristall och oscillatorn efter intrimmning svängde så snällt vid 72 MHz. Jippi!!!

Är så nöjd att jag införskaffade en spektrumanalysator så jag kan visa lite bilder för er här på forumet. Hihi!

Nu till att göra om spolarna till spolburkar... Och att bygga och testa en frekvensdubblare för att se ifall det fungerar.

Fråga: Vad rekommenderas gällande filtrering av oscillatorsignalen? Ska jag ha ett bandpassfilter innan dubblaren eller räcker det med att ha ett bandpassfilter på utgången från sista dubblaren (då för 240 MHz?). Eller det kanske måste till filter mellan varje steg?

Tack för all hjälp så här långt!

73 de Jörgen // SM4WWG

 

[SM0AOM]

I det driftfall som finns nu så svänger oscillatorn på 24 MHz och frekvensmultipliceras till 72 MHz.
För att få en ren utsignal rekommenderas löst kopplade bandfilter mellan varje steg.
Om man dröjer med selektiviteten till det sista steget behövs det
filterkretsar med mycket högt Q för att få ner amplituden på
de oönskade sidbanden.

73/

Karl-Arne
SM0AOM

 

[SM4WWG]

I det driftfall som finns nu så svänger oscillatorn på 24 MHz och frekvensmultipliceras till 72 MHz.
För att få en ren utsignal rekommenderas löst kopplade bandfilter mellan varje steg.
Om man dröjer med selektiviteten till det sista steget behövs det
filterkretsar med mycket högt Q för att få ner amplituden på
de oönskade sidbanden.

73/

Karl-Arne
SM0AOM

Hej Karl-Arne,

Givetvis har du rätt. Jag vet inte hur jag uttryckte mig där. Givetvis svänger den vid grundtonen och "sen plockar jag ut" 72 MHz med den avstämda kollektorkretsen.
Vad är vitsen med intrimmningsproceduren med induktansen mot basen på transistorn?
Är det för övertonskristaller så att man exempelvis stämmer av mot exempelvis 3:e eller 5:e överton? Och sedan kan man multiplicera i kollektorkretsen?
I så fall "borde" det gå att ha en kristall på 20 MHz grundton vid sin 3:e överton, vilket ger 60 MHz och sedan multiplicera med exempelvis 2 i kollektorkretsen?
På så sett kunde man ju få oscillatorn att ge 120 MHz. Allt med transistor och en kristall på 20 MHz?

Eh, eller ser nu att kretsen på bilden rekommenderas mellan 21 och 105 MHz... Så stryk frågan om 20*3*2 MHz

Ursäkta mina 200 frågor! Jag försöker lära mig det här och HAM.SE verkar ju vara källan till kunskap.

73 de Jörgen // SM4WWG

--- Nu mot arbetsbänkgen och labba lite!

 

[SM0AOM]

Principen bakom "impedance inverting" oscillatorn är att serieresonanskretsen som bildas av induktansen och kristallens hållarkapacitans gör att övertonsresonansens låga impedans hos kristallen reflekteras som en hög impedans över bas-emitter kretsen.

Då uppfylls svängningsvillkoret på kristallens övertonsfrekvens. Vid den mycket lägre grundtonsfrekvensen (f/3) kommer inte längre den reflekterade impedansen hos seriekretsen att vara hög, och då vill inte oscillatorn svänga på den frekvensen.

Genom detta "knep" så kan man göra en oscillator med rejält med återkoppling som inte gärna svänger på kristallens grundton.

Det som du kan prova med är att dimensionera L1 så att du får svängning på 3 gånger kristallfrekvensen med kristallen ersatt med en kondensator på 5 - 10 pF.

Sätt sedan dit kristallen och se om svängningen blir låst till övertonsfrekvensen.
Om det inte svänger, eller om låsning till kristallfrekvensen uteblir, blir du tvungen att ändra förhållandet mellan Ca och Cb.

Med en tillräckligt högfrekvent transistor, t.ex. BFY90, ska det inte vara några problem att ta ut dubbla övertonsfrekvensen via en resonanskrets i kollektorkretsen. Dock blir uteffekten ganska liten.


73/

Karl-Arne
SM0AOM