Ne Nasıl Yapılır?Osilatör/Sentezör

Geniş Bantlı Harmonik Sinyal Üreteci

Sizlere bu yazımda geçtiğimiz kış aylarında yaptığım bir devreyi tanıtacağım. Bu devre çok basit ayni zamanda da çok kullanışlı bir geniş bant harmonik sinyal üreteci. Eğer cihazınızı, anteninizi kendiniz yapıyor ve bundan da zevk alıyorsanız atölyenizden eksik etmeyeceğinizi düşündüğüm ve yapması çok kolay olan bir devre. Kullanılan elemanlardan dolayı devre yüksek bir kararlılığa sahip ve hemen hemen radyo amatörünün kullandığı her frekansta çalışıyor. Bu üreteci yapmanın maliyeti ise bir paket çerez fiyatından azıcık daha yüksek.

Seneler önce bu devreye benzer bir devreyi Kanadalı bir radyo amatörünün web sitesinde görmüştüm. Tasarım çok basit olduğu için aklımda kalmış. UHF te çalışan bir sinyal üreticisine ihtiyacım olduğunda devre tekrar aklıma önüne geldi ve yapıp kullanmaya başladım.

Bu devreyi yapmak için çok fazla bir elektronik bilgisine de ihtiyacınız yok. Devre blok osilatör dediğimiz hazır devre bloklarından oluşmakta. Devremizde kritik olan hiçbir eleman yok. Devrenin çalışımını anladıktan sonra devre tasarımını değiştirip çalışma alanını daha genişletmek ya da daraltmak da mümkün.

Çok kısaca devremizin nasıl çalıştığına bakalım. Devrede kullanılan blok osilatörler bilgi sayar devreleri (sayısal devreler) için üretildiğinden üzerinde yazdıkları frekansta kare dalga üreten devreler. Kullandığımız sinyal üreteci de bu osilatörlerin üretmiş oldukları kare dalganın ana özelliklerinden biri olan harmonilerini kullanmakta. Eğer aynı devreyi kendi yaptığınız bir, iki transistörlü kristal osilatörler ile yeniden tasarlamayı planlıyor iseniz yaptığınız osilatörlerin çıkışının kare dalga olmasına dikkat edin.

Normalde radyo amatörlüğünde kullanılan osilatörlerin çıkışta çok temiz bir sinüs sinyaline sahip olması istenilir ve bunun nedeni de sinüs dalgasının harmoniklerinin çok az olması ve her bir harmoniğinin ana sinyale nazaran çok düşük bir güçte oluşmasıdır.

Bu arada harmoniğin ne olduğunu bilmeyen arkadaşlarımız için kısaca açıklayalım; üretilmiş bir sinyalin temel sinyali denilen en düşük frekanstaki bileşeninin dışında üretmiş olduğu tüm sinyallere verilen ada “Harmonik” denir. Diyelim ki 1 MHz’te çok temiz bir sinüs dalgası ürettiniz bu sinüs dalgasını bir spektrum analizörde incelerseniz aşağıdaki tek tepe noktasını görürsünüz.

Harmonik
Resim-1. 100 Mhz lik bir frekans aralığında 10 Mhz sinyal ve 3 harmoniğinin görüntüsü.
Harmonik
Resim-2. 10 MHz Sinyal 5 MHz span daki resim temiz bir 10 MHz lik sinyali göstermekte.

Ölçümlerde sinyal jeneratörü olarak Wiltron 610D sweep jeneratoru kullanildi.

Eğer üretmiş olduğunuz sinüs gerçekten tam bir sinüs değil ise sistemde harmonik dediğimiz, temel frekansın dışında ve temel frekansın tek katlarında sinyaller oluşmaya başlar. Alttaki tablo genelde en çok rastlanılan 3 ve 5’inci harmoniğin özelliklerini vermekte.

Temel Frekans MHz = 1

Temel Frekanstaki güç (mWatt) = 500

Harmonik

Güç (mWatt)

3

166,67

5

100,00

7

71,43

  • 3’üncü Harmonik = 3 MHz. Genliği temel sinyalde > -30 dB düşük
  • 5’inci Harmonik = 5 MHz. Genliği temel sinyalden > -50 dB düşük
  • Sinüsün bozukluk derecesine ve şekline bağlı olarak bazen 2 ve 4’ üncü harmonikte de sinyal görülebilir.

Harmonik inceleme işlemini yapmak için pahalı spektrum analizörlerine ihtiyacınız yok. Çok basit bir deneme ile harmoniklerin güç farkını ve oluşup oluşmadığını bir radyo alıcısı ile de görmek mümkün.

Burada bir ara verip bir radyoda harmonik nasıl bulunur onu irdeleyelim;

Eğer elinizde amatör radyo alıcısı ya da vericisi var ise bu cihazı harmonikleri bulmak ve ölçmek için kullanabilirsiniz. Yapmanız gereken is ise çok basit; önce alıcınızı temel frekansa ayarlayp, tercihen CW moduna, anteninizi cihazdan ayırın. Ürettiğiniz temel frekanstaki sinyalin bu noktada güçlü bir düdük sesi oluşturduğunu göreceksiniz.

Eğer ürettiğiniz sinyal çok zayıf ise cihazınıza küçük bir tel parçası ile kısa bir anten yapabilirsiniz.

Amaç temel frekansta cihazın S metresinin tam sapmaya yakin bir noktada sinyal göstermesini sağlamaktır. Eğer cihazınızda zayıflatıcı kontrolü (Attenuator – ATT) var ise en yüksek değerde devreye sokulmasını tavsiye ederim.

Bu sapmanın oluştuğu nokta diyelim ki S9 +40 dB ve 12 dB’lik zayıflatıcıyı devreye soktunuz (bu cihazlardaki S metrelerin en fazla +60 dB gösterdiği göz önüne alınarak verilmiş bir değerdir.) Sinyal jeneratörünü hiç kıpırdatmadan alıcınızı temel frekansın ikinci katına ayarlayınız. Örneğin 1 Mhz lık bir temel frekansınız var ise cihazınızı 2 Mhz’e ayarlayın. Bu noktada büyük bir olasılık ile S metre hiç sapmayacaktır bu denemeyi yaparken devreye soktuğunuz 12 dB lik zayıflatıcıyı devreden çıkarınız. Eğer sinyalin ikinci harmoniğinde sinyali duyup S metre sapması görürseniz bu harmonigin S metre değerini ve zayıflatıcı miktarını bir kenara kayıt edin. Sonra aynı işlevi temel frekansın 3, 4, 5 ve 6 inci katlarında tekrarlayın.

Sonuçta kaydettiğiniz değerlerden de göreceksiniz ki temel frekansın çift katlarında göz ardı edilebilecek kadar az (Eğer sinyal çıkısınız testere dalga değil ise) tek katlarında ise ana sinyalin 1/3 ile 1/5’i arasında bir sinyal okuduğunuzu göreceksiniz. Matematik ile uğraşmaktan hoşlanan arkadaşlar için formül her bir tek kattaki harmonigin gücü temel frekanstaki harmonigin gücüne oranla harmonik katsayısına bölünerek elde edilebilir.

Bu arada söylemeden edemeyeceğim, normalde test aletlerinin dışında hemen hemen hiç bir devre saf temiz bir sinüs üretemez. Bunun nedenleri arasında kullanılan malzemenin kalitesi, yerleşimi ve yerleşimden dolayı birbirlerini etkileme olasılığı, devrenin içine yerleştirildiği kutunun RF geçirip geçirmediği sayılabilir. RF devrelerinin tasarımı ve yapımı için yabancı dillerde bir çok referans kitabı bulunmaktaysa da dilimizde ya da dilimize çevrilmiş olanı nerede ise yok gibi diyebiliriz.

Aynı anda birden fazla frekansta sinyal üretmenin çok kolay bir yolu da gördüğünüz gibi harmonik üretmektir. Kare dalga teoride temel frekanstan başlayarak temel frekansın tek katlarında sonsuza kadar giden bir harmonik serisi üretir ve bu yüzden devremizde kare dalga üreten sayısal devre için yapılmış hazır osilatör blokları kullanılmıştır.

Sinyal kaynağı devre şeması
Resim-3. Sinyal kaynağı devre şeması.

Benim elimde 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz , 12 MHz ve 32 MHz blok osilatörler olduğu için bu devreyi 6 değişik kare dalga üreteci ile gerçekleştirdim. Eger elinizde bu değerlerin sadece 4’ü varsa bu dört blok osilatörü ile de harmonik sinyal kaynağını yapabilirsiniz. Önemli olan 1 MHz’in tam katlarında değişik frekanslarda blok osilatörleri kullanmak. 1 MHz’lik bir osilatör bile size 144 Mhz’te 145 MHz te, 437 MHz’te gayet temiz ve stabil sinyaller üretecektir.

Devremiz +5 Volt ile çalışmaktadır. Bu devreyi zayıf sinyal kaynağı olarak kullanmak isteyen arkadaşlar icin de devre çıkışına sinyal seviyesini ayarlayabilmek için 200 Ohm’luk lineer ayarlı bir direnç (potansiyometre) konmuş ve üreteç ile kullanılacağı devre arasında doğru akım ayrımı sağlanması çıkışa konan 470 pF ve 47 pF seramik kapasitörler ile sağlanmıştır.

Devremizi yapmak için özel bir baskılı devre hazırlamanız şart değil benim yaptığım gibi delikli bir pertinaksin üzerinde hazırlayabilirsiniz.

Blok osilatörler
Resim-4. Blok osilatörler.
Blok Osilatörler bağlantı bilgisi
Resim-5. Blok Osilatörler bağlantı bilgisi.

Devrenin test amacı ile radyo frekansa hassas başka devrelerin etrafında çalıştırılacağını ve bu yüzden de RF sızdırmazlığına sahip bir kutunun içine yerleştirilmesinin şart olduğunu söylemeden edemeyeceğim. Alttaki resimde de görüldüğü gibi ben yaptığım devreyi alüminyum bir kutunun içine yerleştirdim. Sıkıca kapanabilen ve üzerinde gereksiz delik olmayan her türlü metal kutu bu işte rahatlıkla kullanılabilir.

Eğer metal kutu fırın boya ile boyanmış ise kutu ve kapağının birbiri ile tam temas edip etmediğini kontrol etmenizi tavsiye ederim. Eğer gerekiyor ise kutunun iç yüzünü ve kapağın kutuya dokunan yerlerini zımparalayarak metalin metale sıkı bir şekilde dokunmasını sağlamanızı. Devrenizin toprak bağlantılarını elinizden geldiğince kalın bir kablo ile (RG-58’in dışındaki toprak iletkeni, blendaj, bu is için ideal) yapıp, bu kablonun cihazınızın kutusuna da bağlanmasına dikkat ediniz.

Sinyal jeneratörü kutu açık
Resim-6. Sinyal jeneratörü kutu açık.
Anahtarlar
Resim-7. Anahtarlar.
Kutulanmış halde
Resim-8. Kutulanmış halde.

Devrenizi tamamlayıp yaptığınız bağlantıları gözden geçirdikten sonra devreyi 5 Volta bağlayarak deneyebilirsiniz. Bu devrede ters bağlantıya karşı bir koruma gerçekleştirilmemiştir. Eğer ters voltaj koruması yapmak isterseniz besleme noktası ile besleme kaynağı arasına 1N4001 tipi bir diyod ilave edebilirsiniz. 

Kare dalga örneği
Resim-9. Resimde bir blok osilatörün (kare dalga örneği) çıkısı görülüyor. Çıkış 10x lik bir sonda ile örneklenmiş ve ölçüm “AC mode” da yapılmıştır.
Zayıf sinyal
Resim-10. Zayıf sinyal. Resimde ise 200 Ohm’luk lineer potansiyometre kullanılarak çıkış sinyalinin milivolt seviyesine indirilmesi görüntülenmektedir.

Peki bu ürettiğimiz sinyaller spektrum da nasıl görünmekteler? Alttaki fotoğraf 2 MHz’ lik kare dalga üretecinin ürettiği sinyalinin spektrum analizöründeki görüntüsüdür. Resimde gördüğünüz her bir tepe bir frekansı göstermektedir. Bu görüntü spektrum analizör 100 MHz’lik bir alanı tararken alınmıştır ve ekranın tam orta noktası da 50 MHz’ i göstermektedir.

WW2L
Resim-11.
WW2L
Resim-12.
WW2L
Resim-13.

Peki bu ürettiğimiz sinyaller radyo alıcılarında nasıl algılanmakta? Alttaki iki resim osilatör 2 MHz’ te iken önce hiç zayıflatma yapılmamış ve ardından da çıkış sinyali zayıflatılmış sinyalin ICOM-706’nin S metresindeki sapma farklılıklarını göstermektedir. İlk resimde açıkça da görüldüğü gibi zayıflatma potansiyometresi toprağa en uzak durumda iken ICOM +60 desibellik bir sinyal göstermekte 200 Ohm’luk potansiyometre hemen hemen toprak seviyesine ayarlandığında ise S metre sadece “S2” seviyesinde sapmaktadır.

WW2L
Resim-14. Sinyal seviyesinin alıcıda görünümü.
WW2L
Resim-15. Sinyal seviyesinin alıcıda görünümü.

Bu sinyal jeneratörünü nerelerde kullanabiliriz sorusunun cevabına gelince; Aslında bu sorunun cevabı sizlere kalmış ama size kısaca alttaki fikirleri verebilirim;

  1. VHF, UHF alıcı ayarı
  2. VHF, UHF pre-amplifikatör ayarı
  3. VHF, UHF amplifikatör ayarı
  4. VHF, UHF anten ölçümü ve patern çıkarılması
  5. VHF, UHF anten karşılaştırılması
  6. HF VFO ayarı
  7. HF alıcı ya da verici bant başı markörü

Önümüzdeki haftalarda bir başka yazıda tekrar görüşmek üzere, sağlıcakla kalın.

Etiketler

Levent ŞAŞMAZEL, TA0L

Elektronik Mühendisi TAMSAT Uydu Proje Müdürü New Jersey/USA

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı
Kapalı