┘
In hoofdstuk 1.7R hadden wij het al over ruis.
Ruis bestaat uit talloze geluidscomponenten met net zoveel mogelijke frequenties
Als wij aan een audioversterker geen ingangssignaal toevoeren, en we draaien de volumeknop flink open, dan zullen wij op een gegeven moment ruis gaan horen.
Deze ruis heeft als oorzaak ruisspanning op de ingang van een versterkertrap.
Deze ruisspanning ontstaat door de onregelmatige beweging van vrije elektronen in de geleiders en door een onregelmatige gang van de elektronen door de halfgeleiders of buizen.
Ruis treedt op in alle elektronica componenten en is breedbandig.
Het is de aanwezige ruis die een oscillator doet starten als je hem aanzet.
De juiste frequentie wordt dan uit de ruis gevist en rondversterkt tot na korte tijd de gewenste amplitude van de gewenste frequentie is ontstaan.
Op dat moment wordt in de oscillator de versterking wat teruggenomen, net voldoende om het signaal in stand te houden.
Dit werken wij hieronder verder uit.
Meegekoppelde versterker
We vertelden al dat bij een oscillator het versterkte signaal terug gebracht wordt naar de ingang.
Dit teruggekoppelde signaal moet op de ingang dan dezelfde fase hebben als het oorspronkelijke signaal om oscillatie mogelijk te maken.
Klopt die fase niet, dan zal geen oscillatie optreden.
Hierboven een voorstelling van een meegekoppelde versterker. 'meegekoppeld' wil hier zeggen dat er in de rondkoppelkring alles is gedaan om voldoende signaal met de juiste fase van de uitgang terug te koppelen naar de ingang.
Ur is de ruisspanning de we al genoemd hebben en altijd aanwezig is.
Het signaal van Ur gaat naar de ingang van versterker 'A'.
Het wordt daar versterkt en komt er aan de rechter bovenkant uit om vervolgens naar onderdeel 't' te gaan (de 't' van terugkoppel-netwerk). t is een frequentiebepalend onderdeel.
De frequentie die wij willen opwekken laat het door met de juiste fase; de overige frequenties laat het niet of minder sterk door en/of met verkeerde fase.
Linksboven van t gaat het versterkte signaal samen met Ur versterker A weer in en komt er versterkt weer uit.
Dit gaat alsmaar door.
De gewenste frequentie zal steeds meer versterkt worden, tot het punt dat de maximale versterking is bereikt.
We hebben nu een rondgaand signaal op één gewenste frequentie, oftewel, we hebben een oscillator.
De kleine start spanning Ur is er nog steeds als ruis maar is verwaarloosbaar t.o.v. het gewenste oscillator signaal.
Is de oscillatie op gang, dan blijft deze doorgaan zolang de stroomketen blijft bestaan.
De versterking van de versterker zal automatisch afnemen als de wisselspanning toeneemt tijdens het starten van de oscillatie.
Er is een automatische begrenzing in het toenemen van de wisselspanning.
Er kan een begrenzer worden opgenomen in de schakeling, maar in de
meeste gevallen bepaalt de instelling van de versterkertrap de maximale spanning die afgegeven kan worden.
Hoe dit afvlakken dan precies gaat is per oscillator verschillend en valt buiten de stof.
Frequentiestabiliteit
De belangrijkste factoren die de frequentie bepalen zijn de componenten die, zoals gezegd, in blok 't' zijn opgenomen.
Dit is meestal een LC kring of een kring met een kristal.
Frequentiestabiliteit is de eigenschap van de oscillator dat het de eenmaal opgewekte frequentie vasthoudt, ondanks andere invloeden van buiten de oscillatorschakeling, zoals:
- voedingsspanning van de oscillator die verandert
- veranderende belasting van de output van de oscillator door de volgende schakeling in de keten
- variatie in omgevingstemperatuur
- trilbeweging van het apparaat waar de oscillator inzit (denk een mobilofoon of portofoon)
De waarden van de componenten die de frequentie bepalen moeten zo min mogelijk afhankelijk zijn de alle bovengenoemde punten.
Ze moeten stevig en stabiel zijn gemonteerd zodat ze niet bewegen bij trillen of schokken.
Als een spoel ook maar een klein beetje trilt zal de inductie iets veranderen en verandert ook de frequentie van de afgestemde kring.
Ook als je bijvoorbeeld met je hand in de buurt komt van de afgestemde kring zal de frequentie kunnen veranderen, daarom plaatsen wij de oscillator bij voorkeur in een afgeschermde omgeving, bijvoorbeeld een metalen behuizing.
Er zijn speciale kastjes voor oscillatoren waarin de temperatuur gelijk wordt gehouden, zogenaamde oventjes, wat de frequentiestabiliteit ten goede komt.
Vaak worden ook condensatoren gebruikt die geen last hebben temperatuurveranderingen.
Definitie en term voor stabiliteit in frequentie:
p.p.m. (parts per million)
Geen enkele oscillator zal echt helemaal stabiel zijn, maar er zijn natuurlijk gradaties.
Bouwen wij zo maar wat, dan kan het zijn dat onze oscillator in een paar seconden enkele honderden hertz verloopt, de oscillator is dan uiterst onstabiel.
Er zijn ook oscillatoren die nog geen hertz verlopen in een week tijd.
Hoe drukken wij deze stabiliteit uit?
We drukken dit uit in parts per million (delen per miljoen) , p.p.m.
Als wij een zender hebben op 145 MHz en deze verloopt in een bepaalde periode 1450 Hz.
De afwijking is dan 1450 Hz op 145.000.000 Hz.
Het frequentieverloop in Hz delen wij door oscillatorfrequentie.
Als we de afwijking in Hz nemen en de frequentie in MHz, kunnen we snel rekenen.
In dit geval 1450 / 145 = 10 p.p.m
Vraag:
Als wij een zender hebben op 3,6 MHz en deze verloopt 500 Hz, wat is dan de stabiliteit?
Het verloop in Hz delen wij door de oscillatorfrequentie in MHz, we krijgen dan 500 / 3,6 = 139 p.p.m.
Het zal je opvallen dat een bepaalde afwijking p.p.m op 145 MHz veel grotere gevolgen heeft dan op 3,6 MHz.
Moderne transceivers hebben vaak een stabiliteit van 0,5 tot 1 p.p.m.
Soms kun je als optie (en dus tegen betaling) een oscillator in de transceiver laten zetten van 0,1 p.p.m.
Deze is dan meestal ook temperatuur gestabiliseerd, d.w.z. dat je in Nederland net zo vast op de frequentie staat als in Afrika.
Constantheid van amplitude
Het uitgangsvermogen van de oscillator is afhankelijk van het instelpunt van de oscillator.
Ook de voedingsspanning speelt een grote rol.
Door de juiste schakeling toe te passen kan dit instelpunt worden gestabiliseerd.
Er moet rekening mee worden gehouden dat het instelpunt niet verloopt door de verandering van de temperatuur van de transistor.
De voedingsspanning stabiliseren wij meestal met een eenvoudige spanningsstabilisator die wij eerder al behandeld hebben.
Ook de belasting van de oscillator aan de uitgang heeft zoals gezegd gevolgen voor de frequentiestabiliteit.
We dragen er zorg voor dat de uitgang van de oscillator vrijwel niet belast wordt door tussen de oscillator en de vervolgtrap een buffertrapje te plaatsen met een hoge ingangsimpedantie zodat deze de oscillatorschakeling vrijwel niet belast.
We kiezen meestal voor een emittervolger (met een transistor) of een sourcevolger (met een FET) omdat deze een hoge ingangsimpedantie hebben en een lage uitgangs-impedantie.
De versterking van dit buffertrapje hoeft niet groot te zijn, zelfs een versterking van 1 voldoet.
Met een kleine aanpassing zouden wij aan dit buffertrapje met een filterkringetje al een antenne kunnen koppelen; we hebben dan een zendertje van enkele milliwatts.
