Signal generator Belco SG-2030

Danas je nabavljen generator moduliranog RF signala SG-2030, japanskog proizvođača BELCO, iz 1970-tih godina. O tvrtci Belco (Belco Electric Works Tokyo-Japan) nismo uspjeli naći nikakve relevantne podatke, no pod tom markom su se prodavali audio i RF generatori signala, voltmetri, izmjenični mjerni mostovi  i slični mjerni uređaji tijekom 1960/70-tih godina.

Signal generator Belco SG-2030 može proizvesti sinusne VF oscilacije u rasponu od 250 kHz do 300 MHz podijeljeno u šest frekvencijskih područja. Pri tome se za opseg od 250 kHz do 100 MHz generiraju izravno fundamentalne frekvencije, dok se za opseg od 100 – 300 MHz filtriraju treći harmonici fundamentalnog opsega 25-100 MHz. Najveća izlazna amplituda RF signala je 100 mV RMS.

VF signal moguće je amplitudno modulirati NF signalom preko internog NF oscilatora frekvencije 1 kHz sa podesivom dubinom modulacije od 0-60%.

Belco SG-2030 se može koristiti za generiranje sinusnih oscilacija preko ugrađenog VFO-a (oscilatora promjenjive frekvencije) u položaju MO. ili za generiranje sinusnih oscilacija na fiksnoj frekvenciji preko kristalnog oscilatora (X’ TAL), gdje se željeni kristal spaja na istoimene priključnice na prednjoj ploči.

Kristalni oscilator koji radi na frekvenciji umetnutog kristala (preporučeno 1 – 10 MHz) također se može koristiti i za preciznu kalibraciju skale VFO-a na odgovarajućem opsegu (CAL.). Poklapanje frekvencije kristalnog oscilatora sa frekvencijom VFO-a prati se preko slušalica (PHONE). Kada su frekvencije VFO-a i kristalnog oscilatora približno iste, mala razlika između tih frekvencija pada u čujno audio područje. Što se više VFO-om približavamo frekvenciji kristalnog oscilatora to će ton postajati od visokog sve dublji dok u potpunosti ne izostane (frekvencije su izjednačene i nema frekvencije razlike). Cilj je dakle pronaći točku gdje će audio ton nestati između dva čujna područja, a ta točka se zove “zero-beat” (vidi objavu Mjerač frekvencije BC-221-AC).

Signal generator Belco SG-2030 može se promatrati kao tranzistorska inačica već opisanog Signal generatora TY-85 također proizvođača Belco. Općenito možemo reći da se kod gotovo svih RF generatora kao osnovni VF oscilator promjenjive frekvencije (VFO) koristi neki tip LC oscilatora, odnosno najčešće neka inačica Colpitts-ovog oscilatora, dok se kao oscilator modulacijske frekvencije (NF) koristi RC oscilator sa zakretanjem faze. Principe rada oba oscilatora već smo opisali u objavama High-kit FM SIGNAL GENERATOR UK460 i High-kit CRYSTAL-CALIBRATED MARKER GENERATOR UK470, a upravo ovakav izbor oscilatora nalazimo i kod našeg signal generatora Belco SG-2030.

Tranzistori Q1 i Q2 sa promjenjivim LC elementima čine promjenjivi Colpitts-ov oscilator za generiranje osnovnih VF oscilacija. Tranzistor Q4 i pripadajuća RC mreža za zakretanje faze čini niskofrekvencijski modulacijski oscilator fiksne frekvencije cca 1 kHz. Na tranzistoru Q5 bazira se kristalni oscilator. Izlazi iz sva tri oscilatora dovode se na stupanj za odvajanje, odnosno emitersko slijedilo sa tranzistorom Q3, kako bi se signali iz oscilatora odvojili od utjecaja priključenog tereta na priključnici RF OUT. Preostali tranzistor Q6 služi kao NF pojačalo za slušalice prilikom kalibracije skale VFO-a principom zero-beata. Izlaz NF oscilatora 1 kHz također je doveden i izravno na vanjsku priključnicu AF OUT tako da se ovaj ton može koristiti i kao testni za druge aplikacije.

Testiranjem smo utvrdili da naš signal generator Belco SG-2030 radi, no to nije uređaj profesionalne namjene i sasvim sigurno da od ovako jednostavnog oscilatora ne možemo očekivati amplitudno stabilan te frekvencijski čist i neizobličen sinusni signal u čitavom frekvencijskom opsegu. Posebno je kritičan posljednji frekvencijski opseg (100-300 MHz) gdje se u startu koristiti slabiji signal trećeg harmonika, no naravno da je i ostatak frekvencijskog opsega bogat harmonicima. Ukoliko ovakav signal generator koristimo npr. kao uređaj za traženje neke rezonantne frekvencije (skeniranje), zahvaljujući jakim i nepotisnutim harmonicima signal ćemo dobiti na više opsega i na više frekvencija unutar opsega te ćemo teško moći odrediti na kojoj od svih tih frekvencija je fundamentalni signal. No s druge strane, za generiranje jedne poznate fundamentalne frekvencije kao testne frekvencije za kontrolu i podešavanje različitih frekvencijski selektivnih RF sklopova  (npr. filtara ili međufrekvencije za podešavanje radio ili TV prijemnika) i ovakav signal generator će sasvim dobro poslužiti.

Spektralne slike RF izlaza iz signal generatora Belco SG-2030. Može se uočiti da je maksimalna amplituda fundamentalnih frekvencija u čitavom opsegu (250 kHz – 100 MHz) prilično ujednačena i iznosi cca -30 dBm, no treći harmonik za frekvencijsko područje 100-300 MHz je čak 40 dB slabiji od fundamentalnog signala. Ovome vjerojatno doprinosi i slabije pojačanje tranzistora u krugu oscilatora i emiterskog slijedila na visokim VHF frekvencijama. Također, vidimo da je čitavo frekvencijsko područje bogato harmonicima čije potiskivanje je negdje slabije od 10 dB.

Snimanjem signala iz oscilatora uočili smo da tranzistor u krugu emiterskog slijedila (sklop za odvajanje i prilagodbu impedancije između oscilatora i vanjskog tereta) prilično izobličava inače lijep sinusni signal koji dobivamo iz oscilatora. Prema shemi tranzistor Q3 je tipa 2SC1815, no u naš uređaj ugrađen je 2SC372.

Tranzistor 2SC372 u stupnju za odvajanje. Oznaka “Y” na gornjoj strani kućišta označava kategoriju pojačanja (hFE 120-240). Isti tranzistori s oznakom “O” pripadaju u nižu kategoriju pojačanja (hFE 70-140). 

Tranzistor 2SC1825 kroz CE spoj može podnijeti maksimalno 60V/150mA, tranzitna frekvencija je 80 MHz, a pojačanje na 6 V (koliko je napajanje signal generatora Belco SG-2030) je hFE 100. Tranzistor 2SC372 pak kroz CE spoj može podnijeti maksimalno 30V/100mA, tranzitna frekvencija je također 80 MHz, a pojačanje je prema podacima hFE 120-240. Provjerom našeg tranzistora 2SC372 utvrdili smo da je isti ispravan i da mu je pojačanje u nominalnim granicama (hFE 166).

Frekvencijska karakteristika pojačanja tranzistora nije u čitavom frekvencijskom spektru linearna, odnosno pojačanje pada s porastom frekvencije. Tranzitna frekvencija od 80 MHz predstavlja frekvenciju na kojoj pojačanje tranzistora padne na 1, dakle iznad te frekvencije tranzistor više ne može raditi kao pojačalo. Obično se daju podaci za najgori slučaj, odnosno minimalna tranzitna frekvencija, no u praksi tranzistori obično imaju pojačanje i na nekoliko puta višim frekvencijama (uz veće napone napajanja i veće struje), pa tako 2SC1825 tipično može provesti signale i do 500 MHz. U našem slučaju tranzistor 2SC372 ne radi kao pojačalo nego kao transformator impedancije (pojačanje je 1 ili manje) no to svejedno ne opravdava činjenicu da izobličava ulazni signal na gotovo cijelom opsegu frekvencija. Ovdje vrlo vjerojatno nije problem u neispravnom tranzistoru koliko u lošem (jednostavnom) dizajnu samog pojačala (neoklopljenost i osjetljivost na smetnje), a moguće i u loše odabranoj radnoj točki tranzistora. Na shemi vidimo oznake A i B na otpornicima koji stabiliziraju radnu točku tranzistora Q3, a to gotovo sigurno znači da je vrijednost ovih otpornika potrebno dotjerati kako bi se dobila najbolja prijelazna karakteristika tranzistora.

Kako god bilo šteta je da se lijep sinusni signal iz oscilatora degradira u stupnju za odvajanje jer se htjelo uštedjeti na trimer potenciometru za podešavanje radne točke tranzistora. No ako bi baš htjeli osposobiti ovaj naš signal generator za praktičnu upotrebu, onda je najbolje rješenje kupiti neki gotov tvornički modul širokopojasnog RF pojačala baziranog na modernim UHF tranzistorima (cijena cca 10 dolara) čime ćemo dobiti neizobličen i višestruko pojačan izlazni signal razine i do nekoliko desetaka dB.

Za kalibraciju VFO-a kristalnim oscilatorom metodom zero-beat trebati će vam osjetljive visokoomske slušalice, pa je najbolje na priključnicu PHONE spojiti kakvo malo audio pojačalo za današnje uobičajene niskoomske slušalice ili zvučnik (najzgodnije je rješenje spojiti kakve jeftine male aktivne zvučnike predviđene za računala). Prijelaz iz visokih tonova na duboke, zatim na zero-beat, pa ponovno na duboke pa na visoke tonove do granice čujnosti je vrlo kratak i sve ovo će se dogoditi u opsegu nekoliko podjela skale (ovisno o frekvenciji odabranoj za kalibraciju) tako da okretanje gumba VFO-a mora biti jako polagano.

Signal generator Belco SG-2030 spada u kategoriju instrumenata koje si je u 1970-tim godinama još mogao priuštiti prosječni elektroničar hobista, te je svakako pružao veliku pomoć u servisiranju i podešavanju RF uređaja. Colpitts-ov oscilator promjenjive frekvencije (VFO) izveden je u neuobičajenoj kombinaciji sa dva tranzistora od kojih je jedan FET, a drugi BJT čime je svakako značajno poboljšana frekvencijska stabilnost rada oscilatora i stabilnost amplitude izlaznog signala. Kristalni oscilator s mogućnosti jednostavne promjene kristala je posebno koristan dodatak, ne samo za kalibraciju VFO-a, nego i za dobivanje vrlo stabilnih i harmonički čistih oscilacija na fiksnoj frekvenciji, a zahvaljujući zero-beat funkciji moguće je naravno i odrediti frekvenciju nekog nepoznatog kristala. Radi se dakle o nedvojbeno vrlo poželjnom instrumentu za svakog radio tehničara prošlog vijeka, a zahvaljujući lijepo dizajniranom kompaktnom kućištu Belco SG-2030 će se i danas lijepo isticati na izložbenoj polici kakvog modernog elektroničara, zaljubljenika u dobru staru tehnologiju 🙂