10 MHz-Signalgenerator mit OCXO
Erstellt: DL6GL, 30.01.2012, letzte Änderung 26.09.2020
Während der Entwicklung des Si570-LO entstand der Wunsch, auch in den Abendstunden, wenn WWV auf 10 MHz kaum noch zu empfangen ist, eine 10 MHz-Referenz zur Verfügung zu haben. Ein mit DCF77, wie es meine Funkfreunde Gerald, DL3KGS, und Manfred, DD7YB, in [1] zeigen, oder ein GPS synchronisiertes Frequenznormal wäre eine feine Sache gewesen, war mir aber zu aufwendig. Der schon längere Zeit rumliegende, bei ebay erstandene OCXO (Oven-Controlled Crystal Oscillator, Quarzofen) sollte erst einmal reichen.
Im Sommer 2020 war dann doch kein Halten mehr, nachdem DL2KHP einen mit wenig Aufwand zu realisierenden GPS-disziplinierten 10MHz-Standard veröffentlicht hat. Beschreibung meines Nachbaus hier.
Mal eben an 12V angeschlossen und eine Stunde aufgewärmt, zeigte sich der OSC92-100B, offenbar baugleich mit dem ISOTEMP 134-12 OCXO, schon mal von seiner besten Seite. Es war ein frequenzstabiler Schwebungston mit WWV im RX zu hören. Die Tatsache, dass überhaupt ein Ton von vielleicht 200 Hz und nicht "Nix" zu hören war, zeigte nur, dass nicht exakt 10 MHz abgeliefert wurden. Mit einem Trimmer zwischen Pin 2 und Masse, Schleifer an Pin 3 (siehe Abb. 1) ließ sich Schwebungsnull einstellen. Und die bewegte sich über Stunden kaum mehr, subjektiv nach Gehör nur um vielleicht 1 oder 2 Hertz. Halt mal, das geht doch gar nicht mit dem beschränkten Audio-Frequenzgang eines TRX?! Behaupten manche. Doch! Das An- und Abschwellen der Hintergrundgeräusche ist wie ein Pumpen deutlich auszumachen. An späteren Tagen wiederholte Tests landeten immer wieder auf oder ganz nahe der Schwebungsnull, wobei gut zu hören war, wie der Ofen die Schwebung langsam gegen Null zog. Das schon recht betagte Bauteil aus den 1990-er Jahren war in Würde gealtert.
Also war das Gerät auch ohne Disziplinierung mit einer Normalfrequenz für den Hausgebrauch ausreichend. Eine spätere Erweiterung um eine DFC77- oder GPS-Synchronisierung wäre immer noch möglich, z.B. [2]. Das Datenblatt stellt James Miller, G3RUH, auch gleich zur Verfügung [3]. Eine Linksammlung ist in [4] zu finden.
1 Vorüberlegungen
Gewünscht waren ein sauberer 10 MHz-Sinus an 50 Ohm mit nennenswertem Pegel und, daraus abgeleitet, dezimal herunter geteilte Frequenzen mit TTL-Pegel. In der ersten Ausbaustufe sollte angesichts der festgestellten Frequenzkonstanz eine manuelle Kalibrierung ausreichen. Ein Nachkalibrieren gegen WWV mit dem RX wäre jederzeit problemlos möglich.
2 Schaltung
Das Ausgangssignal steht an Pin 5 des OCXO zur Verfügung, nach Datenblatt an 50 Ohm Last. Hier wurde der Lastwiderstand allerdings auf 82 Ohm erhöht, da der mit 2 Vpp spezifizierte Pegel nicht erreicht wurde. An Pin 3 (VCO) wird die aus der Referenzspannung (Pin 2) abgeleitete Regelspannung über einen Mehrgangtrimmer zur Frequenzkalibration zugeführt. An Pin 1 steht ein Monitorsignal zur Verfügung, das den eingeregelten Zustand des Quarzofens nach ca. einer Minute Anheizzeit über eine "Ready"-LED anzeigt. Wohlgemerkt Quarzofen, nicht Quarz. Bis der Quarz auf Sollfrequenz schwingt, braucht es Stunden...
Der nachfolgende Verstärker wurde nach EMRFD, 2.2, (siehe Artikel HF-Verstärker auf dieser Website) dimensioniert. Mit dem 6 dB-Abschwächer wird eine genauere Eingangsimpedanz von 50 Ohm für den folgenden 10,5 MHz-Tiefpass definiert. Zur Wirkung des Tiefpasses zeigte eine Messung mit dem NWT für den Verstärker über alles eine Dämpfung der ersten Oberwelle (20 MHz) von 37 dB.
Auf einer separaten Digital-Platine sind die Dezimalteiler untergebracht. Ein Gatter des Hex-Inverters 74HC04 ist als Schmitt-Trigger geschaltet. Die restlichen Gatter dienen als Pufferverstärker zu den TTL-Ausgängen. Der 74HC390 stellt mit verketteten 1:2- und 1:5-Teilern die Frequenzen 5.000, 1.000, 500 und 100 kHz zur Verfügung. Die Tastverhältnisse unterscheiden sich je nach Teilerfaktor:
- Tastverhältnis 1:1 (50%): 5MHz, 500kHz
- Tastverhältnis 4:1 (80%): 1 MHz, 100kHz
Das Netzteil muss mindestens 600 mA in der Aufheizphase liefern können.
Abb. 1: Die Schaltung
3 Ausführung
Aus den glorreichen Tagen der Firma DIGITAL EQUIPMENT CORP (DEC) wartete noch ein Druckerumschalter mit stabilem Gehäuse auf eine neue würdige Verwendung. Da passte alles rein.
Update 05.07.2013:
Die kleine Schaltung hat offenbar Liebhaber gefunden. Im Download gibt es nun auch Bestückungspläne für die Verstärker- und die Teilerplatine.
Ein Hinweis zum Sourcefolger T1 in Abb. 1: Mit dem Sourcewiderstand R2 alleine ist die Spannungsverstärkung deutlich unter 1. Falls das stört, kann mit einer Drossel, ca. 330 bis 470 µH in Serie mit R2 nach Masse, dem Sourcefolger etwas auf die Sprünge helfen.
Abb. 2: Das Innenleben
Die Frontplatte (Aufmacherbild oben) wurde aus 1,5 mm Alu-Blech neu angefertigt. Bei der Beschriftung war wie auch bei der Platinenherstellung CorelDraw behilflich. Die gespiegelt mit einem Laserdrucker auf eine Overheadfolie ausgedruckte Vorlage ist mit Sprühkleber (Druckseite nach unten zur Frontplatte) auf der Frontplatte aufgebracht.
Die Löcher werden nach dem Aufkleben mit einem kleinen Cutter ausgeschnitten. Unten rechts ist der Schraubkopf des Kalibrierungs-Mehrgangtrimmers zu erkennen. Den habe ich allerdings bei wiederholten Tests gegen WWV auf 10MHz im Verlauf der Jahre nach der Erstkalibrierung nie mehr verstellen müssen. Der langsam auf- und abschwellende Schwebungston reicht mir als Genauigkeitsanzeige. Man muss als Kurzwellenamateur ja nicht gleich übertreiben. Für UHF/VHF oder als exakte Zeitbasis für einen Frequenzzähler sähe es anders aus.
Referenzen
[1] http://www.dd7yb.de/
[2] http://www.jrmiller.demon.co.uk/projects/ministd/manual.pdf
[3] http://www.jrmiller.demon.co.uk/projects/ministd/ocxo134-10.pdf
[4] http://w9fz.com/ham/sharedrefs.html
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