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.
Après de multiples essais, le schéma finalement
retenu est le suivant:
(cliquer pour agrandir)
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.
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.
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
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.
Une source quasi-gratuite de tôle étamée
de 0,2 ou 0,3 mm d'épaisseur: le revêtement intérieur
des capots d'ordinateurs !
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:
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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