Quando i condensatori non sono adatti alla radiofrequenza

Il dielettrico dei condensatori ha particolari caratteristiche che dipendono anche dalla frequenza di lavoro. La ceramica, come isolante, è un buon materiale che lavora bene alle basse ed alte frequenze. Ma c'è un parametro, spesso sottovalutato, che è il fattore di merito Q.

Fattore di merito

Lavorando in frequenza, una capacità presenta una ben determinata reattanza capacitiva data da

Xc=1/(2*PI*f*C)

oltre ad avere una certa Resistenza serie Rs di perdita. Il fattore di merito di un condensatore è quindi dato da

Q=|Xc/Rs|

Ovvio che buoni condensatori, per non introdurre perdite nei circuiti, devono avere una Rs bassa e quindi un Q elevato. Ma non sempre è così, i componenti economici spesso hanno caratteristiche scadenti.

La modifica

Tornando al trasmettitore MEPT della volta scorsa, ho notato un particolare: 80mA di assorbimento sono tanti per 65mW di potenza.

Il MEPT con i ceramici poco adatti

Che cos'è allora che abbassa il rendimento dello stadio amplificatore? Esclusa la rete di polarizzazione ed il segnale modulante, l'unico colpevole allora è il filtro di uscita.

Tralasciando le bobine, rimangono i condensatori, posti in parallelo nel filtro. Indagando, ho trovato alcuni test fatti da Kevin ZL1UJG nel suo blog. Kevin ha misurato il Q dei ceramici presenti nel kit, ed ha notato che il Q a 10MHz è troppo basso. Componenti economici, validi in bassa frequenza ma scadenti a radiofrequenza.

Kevin ha provato a sostituire i componenti originali del kit con degli analoghi tipo C0G ed aventi un Q maggiore alla frequenza operativa. Il risultato è stato un significativo aumento della potenza di uscita.

Seguendo le sue indicazioni, sono andato alla ricerca di "buoni condensatori per alta frequenza" nel mio cassetto dei componenti. Ho trovato solo dei "condensatori a vetro", recuperati da vecchie radioline a transistor. Sono dei condensatori al Polistyrene, aventi ottime caratteristiche dielettriche a radiofrequenza.

Ho cominciato a sostituire uno ad uno i componenti, mentre li sostituivo provavo a misurare se avevo differenze sostanziali nella potenza di uscita. Solo con C6 e C7 ho ottenuto un incremento sostanziale: 135mW al posto dei 65 di prima. Ben 3,52dB!

Lo schema originale di Hans G0UPL

Questi condensatori non saranno stati la soluzione migliore, ma è quello che ho recuperato dal cassetto. Il risultato parla da sè.

135 mW a 10140 kHz

73 de Andrea IV3ONZ

Stabilizzazione in frequenza del trasmettitore QRSS

MEPT QRSS

La teoria (ed anche la pratica) racconta che un oscillatore a quarzo ha già di per se una buona stabilità in frequenza. Valori di 10 PPM non sono poi così rari. Ma questo significa una variazione di 10 Hertz ogni Megahertz, ovvero che, a 10140 kHz, ottengo variazioni di frequenza dell'ordine dei 100 Hertz.

Il mio laboratorio (2011)

Poco male, se trasmetto in fonia. Ma per operare in QRSS, dove la banda utile è proprio di 100 Hz, significa veder andare fuori schermo il proprio segnale nel giro di qualche ora.

Notare la deriva in frequenza (si vede "3ONZ in CW)

A che cosa è dovuto questo spostamento di frequenza? Alla temperatura di funzionamento del quarzo. Questo fenomeno è la cosiddetta deriva termica, difetto comune a tutti i componenti elettronici.

Serve quindi un qualche cosa per stabilizzare questa temperatura. Cercando in rete, ho trovato presso il noto rivenditore di materiale elettronico R.F. Elettronica questo termostato per quarzi.


Questo riscaldatore di precisione provvede alla compensazione termica del cristallo, normalmente utilizzato negli oscillatori quarzati.

Precision crystal heater QH40A

Il circuito è montato su un substrato ceramico tipo AL203 e viene assemblato sul corpo del quarzo con un tubetto termorestringente.

Il circuito riscalda il cristallo alla temperatura di 40,8 °C con una accuratezza migliore di 0,1 °C. Questo permette un'alta stabilità in frequenza nel range di temperatura da -5 a +40 °C.

Questo riscaldatore è una ragionevole alternativa agli OCXO i cui valori potrebbero non essere disponibili.

Il circuito è alimentato esternamente, fare attenzione alla polarità che, se errata, distrugge il dispositivo.
Usare fili sottili per il collegamento dell'alimentazione per evitare la trasmissione involontaria del calore. Per usi a temperature di 10 °C o inferiori aggiungere un isolante in polistirolo. Seguire questi consigli:

• 1. I fili dovrebbero essere saldati ai rispettivi pin. La forma ad S (figura 1) riduce il carico meccanico del supporto del riscaldatore (figura 3).
• 2. Riscaldare il tubetto termorestringente per fissare il circuito al cristallo (figura 2), assicurarsi che la temperatura non sia troppo alta (100 - 150 °C sono sufficienti).
• 3. Installazione del riscaldatore (figura 3)

Alcune immagini durante l'esecuzione del lavoro:

Notare il dissipatore aggiunto al 2N7000 e l'isolamento con il polistirolo espanso...

Il test finale, 100 mW su 50 ohm; la frequenza non è ancora regolata.

Finalmente stabile in frequenza.

 73 de Andrea IV3ONZ!