Diodi varicap

[MarcoD]

Bruno, descrivo la simulazione spero sia abbastanza chiara.

La simulazione si riferisce allo schema elettrico del circuito RLC del post 17.
Il circuito è stato caricato con Vb (nella simulazione 1 volt) e poi chiuso all'istante zero in cortocircuito.
Nascono oscillazioni smorzate.
si vede che la simulazione parte con il condensatore carico a + 1 volt.

Nel grafico sono sovrapposte due simulazioni:
Con il condensatore con capacità costante (600 pF) viene la traccia gialla, oscillazione smorzata classica.

La traccia rossa mostra la simulazione con il condensatore con capacità variabile con la tensione ai suoi capi.
Ho messo una variazione enorme di capacità , per renderla graficamente appariscente.
I valori estremi sono variazione lineare di 600/1.6 = +/- 375 pF in corrispondenza di +/- 1 volt.
Cmax = 600 + 375 = 975 pF ; Cmin = 600 - 375 = 225 pF.

Essendo oscillazioni smorzate, al diminuire dell'ampiezza le variazioni si riducono.

Si vede che all'aumento della tensione il semiperiodo della tensione rallenta, mentre accelera al diminuire. Per me, a occhio direi viene una distorsione di seconda armonica.

Secondo me, le frequenza spurie compaiono solo quando sono applicati due segnali di frequenza prossima fra loro a uno stadio di ingresso di un amplificatore che distorce.

Con un oscillatore compaiono solo armoniche, o forse si potrebbe parlare di rumore di fase dell'oscillatore, ma sono pochissimo competente.

[EcoTan]

Certo, se in qualche modo potesse innescarsi un loop autorigenerativo, magari col concorso delle capacità presenti nel circuito di polarizzazione..

[BrunoValente]

Molto interessante Marco, grazie con la tua verifica pare non ci siano dubbi, solo armoniche e niente spurie.

Secondo me, le frequenza spurie compaiono solo quando sono applicati due segnali di frequenza prossima fra loro a uno stadio di ingresso di un amplificatore che distorce.

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Certamente le spurie compaiono quando la miscelazione avviene in elementi non lineari come nei mixer ma il mio sospetto era che anche una capacità tensione-dipendente potesse comportarsi in modo simile ad un elemento non lineare, correggimi se sbaglio ma quando si modula in frequenza una portante, quindi senza l'ausilio di elementi non lineari in senso stretto, si producono frequenze che non sono multipli né della portante né della modulante.

E' noto il fatto che la larghezza del canale necessaria per la modulazione di frequenza non è pari a fmax-fmin ma serve che sia almeno 2(fmax-fmin) e che comunque si perde una piccola parte dell'informazione perché in teoria occorrerebbe una larghezza infinita per non perdere nulla, proprio perché con la modulazione di frequenza compaiono infinite componenti armoniche.

Evidentemente le cose vanno diversamente se portante e modulante hanno la stessa frequenza, che è quello che capita quando a modulare la frequenza del segnale è il segnale stesso.

[BrunoValente]

Dunque credo di aver capito, sono andato a riguardarmi la teoria della modulazione di frequenza.

In pratica lo spettro di un segnale sinusoidale modulato in frequenza da un altro segnale sinusoidale è composto da infinite coppie di righe distribuite simmetricamente rispetto alla portante e distanti da essa per multipli interi di .

L'ampiezza dei vari termini si riduce man mano che ci si allontana dalla portante ma la rapidità della riduzione dipende dall'indice di modulazione: quanto più è piccolo tanto più in fretta le ampiezze si riducono.

Il concetto è sintetizzato nella regola di Carson



che individua la larghezza minima della banda da assegnare al canale per trasmettere l'informazione rinunciando senza danno alle componenti meno ampie.

Se l'indice di modulazione è tanto piccolo da rendere trascurabile rispetto a allora la larghezza di banda del canale si riduce a , vuol dire che già dopo la prima coppia di componenti l'ampiezza è trascurabile e quindi la larghezza di banda è la stessa che si ha nella modulazione di ampiezza.

Se invece l'indice di modulazione è grande succede che occorre un canale molto più largo per contenere tante più componenti armoniche.

La cosa interessante che si vede facilmente ma che io sto notando solo ora, è che se le frequenze di e di coincidono succede che tutte le componenti a destra e a sinistra di diventano multipli di , quindi diventano armoniche di ed ecco spiegato cosa accade negli oscillatori con i varicap, in pieno accordo con le conclusioni a cui è giunto Marco.

Insomma se non ho preso cantonate alla fine la spiegazione è semplice ma per quanto mi riguarda non è affatto intuitiva.

Correggetemi se ho scritto cose sbagliate.

Aggiungo che se le cose stanno così bisogna certamente fare attenzione ad utilizzare i varicap nei circuiti di sintonia dei ricevitori e magari metterne due in anti-serie perché lì certamente la concomitanza di segnali ampi può generare intermodulazione ma invece negli oscillatori se ne può mettere anche solo uno, sei d'accordo banjoman?

[banjoman]

BrunoValente ha semplificato bene riducendo all'osso le conclusioni essenziali, nulla da dire.Una cosa va precisata: i varicap entrano in gioco per variare la frequenza di un oscillatore (entro certi limiti ovvio).

Quindi sono ottimi per generare una modulazione FM, ma non sono usati per demodulare una FM.
Al massimo li si trova nell'oscillatore locale, ma non fanno parte del circuito discriminatore vero e proprio, che usa altri metodi per estrarre l'informazione contenuta nella portante modulata in frequenza.

Detto en passant, il metodo piu' semplice oggi sarebbe utilizzare un PLL: tra le sue innumerevoli applicazioni, una ovvia e' proprio quella di essere un ottimo demodulatore FM

Per quanto riguarda l'utilizzo negli oscillatori e VCO, l'utilizzo di due varicap in antiserie e' il minimo sindacale per ottenere oscillatori stabili e senza troppe armoniche, soprattutto se si tratta di un generatore da laboratorio con possibilita' di modulazione AM/FM, come quello che sto realizzando io.

Perche' non lo compro gia' fatto direte? Semplice: per tenermi occupato, divertirmi e avere la soddisfazione di avere uno strumento fatto da me

Complimenti a BrunoValente per aver posto una quesito interessante e ai vari contributori delle risposte. Argomento "vintage" ma sempre interessante.
Spero che BrunoValente non abbia' piu' l'assillo e gli incubi notturni sui diodi varicap ora...

[BrunoValente]

Grazie banjoman , finalmente gli incubi notturni causati dai varicap sono finiti, ma ora c'è un'altra cosa che mi assilla : il tuo oscillatore da laboratorio.
Saresti disponibile a svelarci qualche dettaglio?

[banjoman]

A volte parlo troppo...

Comunque e' da tempo che mi occorre un generatore serio. Finora ho usato il generatore di NE LX351 che gia' ho modificato aggiungendogli un circuitino con il uA723 per stabilizzargli la tensione dei varicap, altrimenti andava a spasso che era una meraviglia.
Ne sto facendo uno piu' serio usando il MC1648, un commutatore rotativo serio (di quelli a piu' layer) e saldatura dei componenti direttamente su una basetta ramata, coi componenti volanti e reofori cortissimi. Non sara' bello esteticamente, ma e' cosi' che si puo' realizzare un prototipo VHF decente, altro che millefori.

Il circuito di NE era buonino nell'idea, pessimo nella realizzazione: usare un selettore a pulsantiera per commutare le induttanze non era una cosa saggia... nelle intenzioni del kit doveva raggiungere i 50 MHz, ma e' gia' tanto che arriva a 30. Dopodiche' si "spegne".
L'ampiezza massima e' 80 mVpp (quando va bene), ma a volte anche solo 50 o 20 a seconda del range di frequenza. Impedenza di uscita vabbe'...stendiamo un velo pietoso.
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Come stadio di uscita utilizzero' un MMIC, precisamente il GALI-55+ della MicroCircuits, o simile, sto esaminando diversi modelli "papabili".

Ci vorra' qualche settimana di lavoro ancora, sono solo in fase di progetto e acquisto dei componenti. Solo di componenti (dato che usero' in massima parte resistenze all'1% e induttori al 5% TDK o Bourns) prevedo una spesa di 50/80 euro
Solo il commutatore rotativo (che ho gia' acquistato) mi e' costato 15 euro

[BrunoValente]

Io ho un Marconi TF2008 acquistato usato una trentina di anni fa che copre da 10kHz a 500MHz e funziona ancora dignitosamente.

Costruirlo i casa credo sia una bella esperienza ma con tutto il rispetto non credo si arrivi ad ottenere un rumore di fase decente, poi tutto dipende dall'uso che ne vuoi fare.

Per me rumore di fase decente significa poterlo utilizzare come oscillatore locale di un ricevitore sincrodina in onde corte e riuscire ad ascoltare i segnali in CW sotto il uV, oppure, impostandolo a 20,0004MHz, mixare il segnale con quello di un altro oscillatore quarzato da 20MHz e riuscire ad ascoltare in cuffia il tono a 400Hz privo di fruscio e stabile... e ti assicuro che non è facile con un oscillatore fatto in casa.

Il primo difetto che capita è che non si riesce a tenerlo distante 400Hz dall'altro oscillatore perché la separazione tra lo stadio oscillatore e l'uscita non è mai sufficientemente alta e una piccola parte del segnale dell'oscillatore quarzato riesce sempre ad intrufolarsi nel circuito dell'oscillatore fatto in casa e lo aggancia.

[PietroBaima]

Purtroppo non ne so molto in merito, però sono curioso di sapere come, a livello professionale, si riesca ad ottenere il risultato che dice Bruno.

[BrunoValente]

Quelli moderni non lo so ma quelli dei tempi andati erano delle opere d'arte, pieni di parti meccaniche fresate e tanti tanti schermi per non parlare della complessità circuitale e delle tante accortezze progettuali atte ad evitare ritorni di massa del segnale e per ottenere la stabilità necessaria.

Se guardi lo schema di un generatore professionale ti rendi subito conto che non è fattibile in casa.
Questo è il manuale del mio, puoi dare un'occhiata allo schema.

Riporto qui una piccola parte dello schema dove è rappresentato uno dei duplicatori di frequenza.

Puoi notare in ingresso il doppio trasformatoreT1a e T1b dove T1b trasferisce il segnale adattando l'impedenza e separando il riferimento 0V e T1a invece sopprime i disturbi di modo comune separando ulteriormente i circuiti interni allo sctolotto del duplicatore da quelli esterni da dove proviene il segnale di ingresso... non so se mi spiego. Se guardi attentamente lo schema ne trovi a centinaia di accortezze di questo tipo.

Da notare quanti schermi l'uno dentro l'altro.