Jean-François FOURCADIER
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Montpellier  (France)

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Réalisation d'un VCO 1,2 GHz

Un VCO (Voltage Controlled Oscillator) est, comme son nom le suggère, un oscillateur commandé par une tension. La fréquence du signal produit varie progressivement en fonction de la tension continue d'accord qui lui est appliquée. Les VCO peuvent être utilisés pour construire des synthétiseurs de fréquence.
Nous décrirons ici la réalisation d'un VCO couvrant une bande de fréquence s'étendant de 1100 MHz à plus de 1300 MHz. Ce VCO est donc parfaitement adapté aux équipements pour la bande L amateurs (1240-1300 MHz). Ce montage constitue une initiation facile à l'utilisation des composants montés en surface (CMS) qui conduisent à une réalisation est très compacte.

Principe de fonctionnement du VCO

Une étude documentaire a été réalisée et des informations intéressantes ont été trouvées dans les notes d'applications proposées par Skyworks/Alpha Industrie, fabricant de diodes varactor. Nous retiendrons l'idée d'un simple oscillateur Clapp suivi d'un étage tampon. Une diode varactor double assure la commande de fréquence.

Réalisation

Le schéma

Après de multiples essais, le schéma finalement retenu est le suivant:

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Les composants doivent être facilement approvisionnables. Nous emploieront donc des transistors BFR93A pour l'oscillateur et pour l'étage tampon. Ce sont des transistors CMS en boîtiers SOT23. La diode varactor double est une BBY39, habituellement utilisée dans les tuners UHF de téléviseurs. Cette diode est présentée également en boîtier SOT23.

Le circuit imprimé

On utilisera du circuit imprimé double face de 0,8 mm d'épaisseur.
Le soudage des composants:
On utilisera de préférence de la soudure contenant 2% d'argent. elle présente l'avantage de mieux "mouiller" les pistes et les composants et de donner un résultat plus net. Le fer à souder doit être très propre.
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Noter la présence de deux inductances confectionnées avec un morceau de fil de câblage de 10 mm de longueur plié en épingle à cheveux. La bande de fréquence de travail peut être ajustée en modifiant légèrement la valeur de ces inductances.

Le boîtier

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Un petit capot métallique réalise une protection mécanique du circuit, en même temps qu'il assure un blindage électromagnétique. Le capot est confectionné avec un petit morceau de tôle étamée de 0,3 mm d'épaisseur, découpé au moyen de ciseaux d'électricien. La tôle est soudée à l'étain sur le pourtour du circuit imprimé, face opposée aux composants. Le VCO devient alors "froid": aucune variation de fréquence ne peut être décelée lorsqu'on approche la main du boîtier. La variation est minime lorsqu'on touche le boîtier.

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Une source quasi-gratuite de tôle étamée de 0,2 ou 0,3 mm d'épaisseur: le revêtement intérieur des capots d'ordinateurs !

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Caractéristiques obtenues
Puissance de sortie
La puissance de sortie délivrée sur une charge de 50 ohms est de 1 mW (0 dBm).
Courbe fréquence-tension

La courbe fréquence tension est conforme au graphique suivant:

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La linéarité est relativement bonne. On observe une pente est de 40 MHz / V. Cette donnée est à noter soigneusement car elle intervient dans le calcul du filtre de boucle des synthétiseurs à PLL.

Pulling

Le pulling représente la variation de fréquence entraînée par une variation de charge en sortie du VCO. Le passage d'un ROS de 1 (adaptation) à un ROS de 2 entraîne une variation de fréquence de + 1,7 MHz, ce qui est important. Il faudra isoler suffisamment le VCO de l'utilisation au moyen d'un atténuateur et d'un étage tampon pour limiter les effets indésirables du pulling.

Pushing

Le pushing représente la variation de fréquence entraînée par une variation de la tension d'alimentation. Un passage de 5 V à 4 V de la tension d'alimentation entraîne une baisse de la fréquence de 14 MHz. Le pushing est une caractéristique importante pour les montages fonctionnant sur piles, mais elle conditionne aussi la sensibilité du VCO au bruit pénétrant par le circuit d'alimentation. Dans tous les cas, de grandes précautions doivent être prises pour filtrer convenablement l'alimentation du VCO, sous peine de dégradation sensible des performances. Minicircuits recommande dans une de ses notes d'application un filtrage actif de l'alimentation des VCO.

Bruit
Cette caractéristique est importante, mais n'a pas été mesurée faute de temps, et/ou d'équipement adapté.

 

Conclusion

Ce petit montage simple constitue le point de départ et le coeur de réalisations plus complexes en même temps qu'une excellente initiation à l'utilisation de composants CMS. Nous décrirons prochainement un exemple de synthétiseur 1,2 GHz utilisant ce VCO.

 

Allumons nos fers à souder !

 

 

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