SP5QWJ: lutego 2024

OCXO high-stability oscillators.

Mam generator FLUKE & PHILIPS PM-5390 o zakresie pracy od 0,1 Mhz do 1 GHz. mimo to postanowiłem uzupełnić narzędzia w swoim RadioShack'u o wzorcowe generatory częstotliwości typu OCXO czyli Oven Controlled Crystal Oscillators. OCXO miały najlepsze parametry stabilności ze wszystkich rozwiązań dostępnych na rynku. Tradycyjnie były stosowane w wysokiej klasie generatorach i miernikach częstotliwości oraz precyzyjnych zegarach. Rezonator, dobrze wyizolowany od otoczenia, utrzymywany jest w stałej, podwyższonej, temperaturze, dzięki czemu jego stabilność jest zachowana. Konstrukcja OCXO umożliwia kompensację częstotliwości, która ulegała zmianom z tytułu starzenia się kwarcu lub wstrząsów transportowych. Średnia zmiana roczna częstotliwości może sięgnąć +1 ppm (jedna część na milion) 5.000.000 / 1.000.000 x 1 = 5 Hz. Po 10 latach trzeba się liczyć ze zmianą +2 ppm. OCXO do termostatowania pobiera dość znaczny prąd sięgający 1 A; eliminuje to stosowanie OCXO w urządzeniach bateryjnych. Stabilny sygnał uzyskiwany jest z OCXO po dość długim czasie wygrzewania. Wyniki moich pomiarów demonstruję po 12-godzinnym wygrzewaniu. W pierwszych 5 minutach wygrzewania zmiany w odczycie na częstotliwościomiarce sięgały +2 Hz.

Przez chwilę myślałem o cezowym lub rubidowym RbXO wzorcu częstotliwości, jednak ich ceny skutecznie mnie odstraszyły. Na rynku pokazują się od czasu do czasu rubidowe źródła częstotliwości pochodzące ze starych stacji bazowych sieci komórkowych. Źródłem częstotliwości jest zegar atomowy wykorzystujący rezonans izotopu rubidu o częstotliwości 6.834.682.610,904 Hz.

Mój generator FLUKE & PHILIPS wyprodukowany w Holandii + 88 stron instrukcji.

Prosty generator zakupiony przeze mnie w ZSRR.
Zakres 3,15 Hz do 250 kHz.
Wzmocnienie sygnału od 0 do 40 dB.
Sygnał sinus i prostokąt.
Zasilanie sieciowe 230 V.
Rok produkcji kwiecień 1992 rok.

Na giełdzie komputerowej w Burzeninie natrafiłem na kwarcowy generator OCXO-10 wyprodukowany przez Instytut Tele- i Radiotechniczny w Warszawie. Z tabliczki znamionowej można odczytać datę produkcji - listopad 1985 roku. Zakupiłem nowiutki, nigdy nie używany generator, mający jedynie 39 lat. Stabilność termostatowanych generatorów OCXO wynosi 2 x 10^-8. 5.000.000 / 100.000.000 x2 = 0,1 Hz Dla porównania popularne ostatnio generatory oparte o sygnał GPS określane skrótem GPSDO posiadają stabilność 4 x 10^-8.

Generator o częstotliwości f = 5.000.000 Hz powinien być zasilany napięciem 12 V i generować sygnał sinus 3 V. Są to jedyne informacje jakie zdobyłem w necie. Generator podłączyć można za pośrednictwem złącza składającego się z sześciu szpilek umieszczonych w jednym rzędzie. Pierwsza szpilka oznaczona jest kropką. Cenną zaletą tego generatora jest możliwość korekcji częstotliwości przez zewnętrzny dzielnik napięcia (np.: z GPS).

Wykonałem szczątkową obudowę ze stali kwasoodpornej z wyprowadzeniami: sygnału w.cz. na gniazdo SMA a zasilania na gniazdo HT60E1-M.

Wyprowadzenia generatora pomógł mi rozpoznać Grzegorz-SP5WCG.

Mój wzorzec częstotliwości 5.000.000 Hz.
Szczątkową obudowę wykonałem z blachy kwasoodpornej grubości 1,5 mm.
Niebieska kostka to wieloobrotowy potencjometr montażowy do kalibracji generatora.
Suwak potencjometru podlutowany jest pod pin 2. Nóżki potencjometru pod pin 5 i do masy.
Wyjście HF to pin 3. Zasilenie 12 V pin 6.
Podłączenie tak jak na niżej zamieszczonym schemacie z pominięciem pierwszego pinu.

Pomiar miernikiem MESCONT MFC-112s.
Odczyt do 1 Hz.

Pomiar miernikiem RACAL 9919.
Odczyt do 1 Hz.

Pomiar miernikiem RACAL.
Odczyt do jednej dziesiątej Hz.
Na tym mierniku wykonano kalibrację generatora.

Pomiar miernikiem opartym o PIC 16F648A
na wejściu z dwubramkowymi FET'ami BF 988.
Odczyt 7 cyfr.

Sinusoida jest nieco poszarpana !

Sposób podłączenia starszych wersji generatorów.

Stosunkowo łatwo dostępnym, na rynku wtórnym, jest wysokostabilny generator OMIG GWM-5-1.

Zaletą tego generatora jest dostępna na stronach www pełna dokumentacja techniczna.

Układ wyprowadzeń GWM-5-1.

Wysokostabilny generator GWM-5-1 wyposażony jest w rezonator kwarcowy RWS-53
w szklanej obudowie, pracujący przy piątej harmonicznej.

Produkowany był w XX wieku przez firmę OMIG oraz przez firmę ELPOD.

Częstotliwość znamionowa 5.000.000 Hz Stałość dobowa 5 x 10^-9
Moc pobierana w czasie nagrzewania 12 W (czyli 1 A). Moc pobierana po nagrzaniu 5 W.
Czas nagrzewania wynosi około 30 minut. Temperatura pracy 65÷67^oC
Generator ma własny układ korekcji częstotliwości w zakresie: +2 x 10^-7.

Generator należy zasilić napięciem 12 V +5% przykładanym do nóżki 4 masa i nóżki 6 plus.
Nie należy zasilać generatora poprzez wyprowadzenia 1 i 3 ponieważ pomija się wyłącznik bimetaliczny zabezpieczający przed przegrzaniem. Numery nóżek oznaczone są grawerką.

Wymiary generatora 63 x 63 x 83 mm.

Masa 0,4 kg.

Kilka zdjęć generatora GWM-5-1: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GWM-5-1_PCB.jpg

Kolejny generator kwarcowy, tym razem f = 10.000.000 Hz, zakupiłem na znanym chińskim portalu. Generator wraz z kosztami przesyłki do Polski okazał się tańszy niż ten Polski zakupiony w Burzeninie. Generator ma dwa wyjścia SMA. Jedno TTL drugie SINUS. Sprzedawca gwarantuje dokładność kalibracji 0,01 Hz. Generator należy zasilać napięciem w zakresie od 7 V do 13 V o wydajności prądowej 1 A. Na płytce wlutowany jest generator CTI OSC5A2B02 zasilany napięciem 5 V.

Wyprowadzenie nóżek generatora CTI OSC5A2B02 OCXO

Strona producenta

Obudowę generatora 10 MHz wykonałem
z kwasoodpornej blachy grubości 1,5 mm
Pierwsze od lewej gniazdo SMA - sygnał TTL.
Drugie gniazdo SMA - SINUS 2 V.

Po umieszczeniu generatora w obudowie rozpocząłem sprawdzanie swoich mierników częstotliwości.

Na pierwszy ogień poszedł miernik MESCONT:

Odczyt wzorcowej częstotliwości
na mierniku MESCONT MFC-112s.
Miernik daje nam odczyt tylko na 8 cyfrach.

Odnalazłem wyprowadzenia z obudowy generatora TCXO-3.
Myślę, że takie same posiadał generator TCXO-2.
Napięcie zasilania 12 V DC + 5%
Sygnał wyjściowy 0,4 mV.
Na drugi ogień poszedł miernik RACAL-9919.

Odczyt do jednego Hz.
Wynik identyczny z pomiarem na pierwszym mierniku.

Odczyt do jednej dziesiątej Hz czyli dziewiątej cyfry.

W trzecim etapie zmierzyłem częstotliwość generatora z użyciem miernika MJM MC-66:

Miernik MC-60 ustawiony na zakres MHz.
Odczyt pierwszych sześciu cyfr.

Odczyt siódmej cyfry na mierniku MC-60.
Niestety miernik nie pozwala na odczyt kolejnych cyfr !

Przebieg prostokątny daleki jest od doskonałości.
Częstotliwość właściwa.

Sinusoida wygląda dobrze.

Klasyfikacja generatorów zaczerpnięta z opracowania Antoniego Masiukiewicza.

Jeszcze troszkę historii PRL-u: rezonator TCXO-2 firmy OMIG. Papierowa, krzywo przyklejona etykieta, ręcznie wpisana częstotliwość, ręcznie wpisana data produkcji marzec 1981 roku (!!!)