Μικροκυματικός ταλλαντωτής 5 εξαρτημάτων με λυχνία, ελεγχόμενος
από τάση, για τα 2-3.4GHz
από τον SV3ORA
Πολλές φορές, χρειαζόμαστε ένα μικροκυμματικό ταλλαντωτή για τα πειράματά μας, είτε αυτά είναι ρυθμίσεις φίλτρων είτε μετρήσεις κεραιών κτλ. Συνήθως, οι ταλλαντωτές αυτοί κοστίζουν ακριβά, είναι πολύ δύσκολοι και χρονοβόροι στην κατασκευή τους και χρησιμοποιούν συνήθως δυσεύρετους ημιαγωγούς. Όλως περιέργως η ευκολότερη και γρηγορότερη λύση σε τέτοιες περιπτώσεις, είναι η λυχνία!
Αν ασχολείστε λοιπόν με κατασκευές στα μικροκύματα, θα εκτιμήσετε αυτό το μικρό ταλλαντωτή, που μπορεί να κατασκευαστεί γρήγορα και εύκολα και μπορεί να ταλλαντώσει από 2 ως 3.4GHz. Η συχνότητά του, μπορεί να μεταβληθεί με ένα απλό ποτενσιόμετρο. Επί πλέον, δε χρειάζεται υψηλή τάση για τη λειτουργία του, παρόλο που χρησιμοποιείται λυχνία. Ένα σταθεροποιημένο τροφοδοτικό 6V 180mA είναι αρκετό.
Το κύκλωμα του ταλλαντωτή φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Η λυχνία είναι η EC88 και εργάζεται σε μία μη συνηθισμένη τοπολογία. Συνήθως στην άνοδο της λυχνίας εφαρμόζεται θετική τάση, είτε υψηλή (όταν πρόκειται για τη συνηθισμένη λειτουργία) είται χαμηλή (όταν πρόκειται για λειτουργία space charge). Στο κύκλωμά μας όμως η άνοδος της λυχνίας είναι γειωμένη, όπως και η κάθοδος. Πως θα μπορούσε λοιπόν ένα τέτοιο κύκλωμα να παράγει ταλλαντώσεις?
Το μυστικό βρίσκεται στο θετικά πολωμένο πλέγμα της λυχνίας. Η λειτουργία του κυκλώματος, με απλά λόγια, είναι η εξής. Το θερμαινόμενο νήμα, πυρακτώνει την κάθοδο, η οποία παράγει ηλεκτρόνια. Η κάθοδος είναι γειωμένη και το πλέγμα της λυχνίας ειναι θετικά πολωμένο, με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια που παράγονται από την κάθοδο, να αποθούνται από αυτή και αν έλκονται από το πλέγμα. Όταν τα ηλεκτρόνια φτάσουν στο πλέγμα, κάποια συλλέγονται από αυτό και κάποια περνάνε μέσα από αυτό και οδηγούνται προς την άνοδο. Η άνοδος της λυχνίας είναι και αυτή γειωμένη, με αποτέλεσμα, λίγο πριν φτάσουν στην άνοδο τα ηλεκτρόνια, να απωθούνται και πάλι και να επιστρέφουν προς το θετικά πολωμένο πλέγμα. Εκεί, κάποια ηλεκτρόνια συλλέγονται και κάποια περνούν μέσα από το πλέγμα και ωθούνται ξανά προς την κάθοδο. Ο κύκλος αυτός επαναλαμβάνεται και τα ηλεκτρόνια ωθούνται μπρος-πίσω από την κάθοδο προς την άνοδο και αντίστροφα, περνώντας κάθε φορά μέσα από το πλέγμα. Η λειτουργία αυτή, έχει ως αποτέλεσμα να παράγονται ταλλαντώσεις, οι οποίες εξάγονται από το πλέγμα της λυχνίας. Τα ηλεκτρόνια τα οποία χάνονται κατά τη διαδικασία αυτή, συμπληρώνονται με νέα, από την πυρακτωμένη κάθοδο και έτσι η ταλλάντωση συντηρείται.
Έχει ενδιαφέρον το γεγονός ότι δεν απαιτείται συντονισμένο κύκλωμα για την παραγωγή ταλλαντώσεων (το οποίο θα ήταν δύσκολο να κατασκευαστεί σε τόσο υψηλές συχνότητες), επειδή το "συντονισμένο κύκλωμα" βρίσκεται εν γένει μέσα στην ίδια τη λυχνία. Η φυσική απόσταση της ανόδου και της καθόδου, καθορίζει το πόσο χρόνο θα κάνουν τα ηλεκτρόνια να τη διανύσουν. Επίσης, η διαφορά δυναμικού μεταξύ του πλέγματος και των άλλων δύο ηλεκτροδίων, καθορίζει το πόσο γρήγορα ταξιδεύουν τα ηλεκτρόνια για να διανύσουν την απόσταση αυτή. Με άλλα λόγια, η συχνότητα της ταλλάντωσης, εξαρτάται από την απόσταση των ηλεκτροδίων της λυχνίας αλλά και από τη διαφορά τάσης μεταξύ των ηλεκτροδίων καθόδου-ανόδου και πλέγματος.
Επειδή η απόσταση των ηλεκτροδίων για κάθε λυχνία είναι συγκεκριμένη, η μόνη λύση για τη μεταβολή της συχνότητας, είναι να μεταβάλουμε την τάση του πλέγματος. Χρειάζεται προσοχή όμως, να μην υπερβούμε το μέγιστο ρεύμα πλέγματος, επείδή μπορεί εύκολα να το υπερθερμάνουμε και να το καταστρέψουμε, καθιστώντας τη λυχνία άχρηστη. Γι αυτό το λόγο, για την EC88, το πολώνουμε με λιγότερα από 6V.
Επειδή η λυχνία που χρησιμοποίησα απαιτεί 6V για τα νήματά της, η μεταβλητή τάση που απαιτείται για το πλέγμα, μπορεί να παραχθεί εύκολα με ένα ποτενσιόμετρο συνδεδεμένο στα άκρα του στα νήματα, με τον κεντρικό μεταβλητό ακροδέκτη του να τροφοδοτεί το πλέγμα. Έτσι δε χρειάζονται επί πλέον τροφοδοτικά για την πόλωση του πλέγματος.
Οι τιμές των RFC1 και RFC2 δεν είναι καθόλου κρίσιμες και μπορούν να κατασκευαστούν με μερικές σπείρες από λεπτό πηνιόσυρμα, όπως φαίνεται στη φωτογραφία. Σκοπός τους είναι να μλοκάρουν το ραδιοφωνικό σήμα, από το να ξεφύγει προς το τροφοδοτικό και τη γείωση. Ο μεταβλητός πυκνωτής είναι προαιρετικός και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα μικρό μη μεταβλητό πυκνωτή εως 10pF. Σκοπός του, είναι να μπλοκάρει το DC στην έξοδο της λυχνίας και να επιτρέπει μόνο το ραδιοφωνικό AC να περάσει από μέσα του. Αν δε σας ενδιαφέρει κάτι τέτοιο, μπορείτε να μη χρησιμοποιήσετε καθόλου πυκνωτή.
Ο ταλλαντωτής κατασκευάστηκε σε ένα μικροσκοπικό σασσί, το οποίο κατασκευάστηκε λυγίζοντας με μία μέγγενη ένα μικρό φύλλο αλουμινίου, πάχους 0.5mm. Για την κοπή του φύλλου, χρησιμοποιήθηκε ένα μεταλλικό ψαλίδι ραφτικής. Δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε σασσί ανοιχτού τύπου αν δε σας εξυπηρετεί, αφού δεν υπάρχουν υψηλές τάσεις και η ανάγκη για μηχανική στήριξη είναι περιορισμένη. Για τους ίδιους λόγους, δε απαιτείται να χρησιμοποιήσετε κεραμική βάση για τη λυχνία. Πάντως, με όποιο τρόπο και αν επιλέξετε να κατασκευάσετε το κουτί, θα πρέπει οι αποστάσεις μεταξύ των υλικών να είναι οι ελάχιστες δυνατές, αφού πρόκειται για κύκλωμα υπερυψηλής συχνότητας.
Για να έχετε καλό έλεγχο της μεταβολής της συχνότητας, πρέπει να χρησιμοποιήσετε πολύστροφο γραμμικό ποτενσιόμετρο. Η τιμή του δεν είναι κρίσιμη και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε 10Κ η ακόμη και 100Κ. Εναλλακτικά και για χαμηλότερο κόστος, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε δύο κοινά μη-πολύστροφα ποτενσιόμετρα σε συνδεσμολογία coarse-fine. Αναζητήστε στο ίντερνετ για "coarse fine potentiometer" για να βρείτε σχετικά κυκλώματα.
73