Главная » » Синтезатор частоты на диапазон 144 МГц
09:32
Синтезатор частоты на диапазон 144 МГц
Как неоднократно отмечалось в публикациях журнала «Радио», развитие любительской связи на УКВ с применением наиболее помехоустойчивой модуляции — частотной — сдерживается как отсутствием простых конструкций УКВ транси-веров, так и относительной недоступностью большинству радиолюбителей высококачественных компонентов для такой аппаратуры, например кварцев на «экзотические» частоты. В какой-то мере восполнить недостаток простых и в то же время современных конструкций для УКВ связи может описанный в предлагаемой статье синтезатор частоты. При его разработке и конструировании основное внимание было уделено повторяемости конструкции и доступности деталей. Предлагаемый вариант синтезатора допускает внесение изменений в любые узлы и не требует применения дефицитных высокочастотных цифровых микросхем.
Принципиально это — система автоматического регулирования, в которой генератор G3 и делитель частоты U2 служат ис- точником образцового сигнала, сигнал на выходе смесителя U1 после обработки в узлах Zl, A1 и U3 — сигналом рассогласования, а ФД U4 и ГУН G2 — соответственно датчиком рассогласования и исполнительным механизмом. Управляющим сигналом в этой системе является напряжение Uynp на управляющем входе ГУН, причем это напряжение пропорционально разности фаз сигналов на входах ФД: иупр=кДф, (2) где коэффициент к имеет размерность В/рад. Круговая частота сигнала на выходе ГУН соГун связана с его фазой соотношением <0ГУН=<1фГунЛ". (3) Рассматривая совместно выражения (2) и (3), можно сделать вывод, что по отношению к датчику рассогласования в системе ФАПЧ ГУН является эквивалентным - интегратором Частоты: <Ргун= ) «гун*.. (4)
Наличие в кольце.ФАПЧ интегратора частоты в виде ГУН приводит к следующему замечательному свойству систем ФАПЧ: по окончании переходных процессов (то есть в установившемся режиме) установившаяся ошибка по частоте между сигналами на входах ФД равна нулю. Отсюда следует, что частота сигнала на выходе ГУН G2 ijo окончании переходных процессов (вызванных, например, сменой коэффициента деления ДПКД) будет точно равна fci+Nf06P (рис 1). Приведенные выкладки справедливы и для систем .ФАПЧ, в которых сигнал с выхода ГУН подается непосредственно на усилитель-ограничитель и с него на ДПКД (такое соединение показано на рис. 1 штриховой линией). Разумеется, при этом не нужен генератор G1, а ДПКД должен быть рассчитан на максимальную частоту выходного сигнала ГУН. Подводя итоги, касающиеся основного принципа действия системы.ФАПЧ, можно сказать следующее.
Во-первых, стабильность частоты сигнала на выходе СЧ полностью определяется стабильностью частоты генераторов G1 и G3. Во-вторых, спектральная чистота сигнала на выходе СЧ зависит только от качества сигналов генераторов G1 и G3 и степени подавления помех, проникающих на управляющий вход ГУН с выхода ФД и других «шумящих» узлов (например, из источника питания). В-третьих, время установки •новой рабочей частоты в СЧ прямо пропорционально постоянной времени.ФНЧ Z2 и времени задержки сигнала в ДПКД. Основной вклад в помехи на управляющем входе ГУН вносят пульсации выходного' сигнала ДПКД, следующие с частотой сравнения f06p или ей кратной. В-четвертых, применение генератора G1 и смесителя U1 позволяет использовать в цифровой части СЧ низкочастотные цифровые микросхемы с малой потребляемой мощностью, например, структуры КМОП. На рис. 2 показана структурная схема синтезатора, преднаг значенного для использования в возбудителях и гетеродинах УКВ трансиверов на диапазон 144 МГц. Кварцевый генератор G1 работает на частоте 48 МГц .(резонатор на эту частоту есть в наборе «Кварц-6»). За ним следует утроитель частоты U1 с полосовым фильтром Z1, настроенным на частоту 144 МГц. Для применения синтезатора в гетеродине приемника необходим второй кварцевый генератор на частоту, смещенную относительно 144 МГц (с учетом утроителя частоты) на 10,7 МГц (если первая ПЧ в приемнике 10,7 МГц). Так как приобрести кварцевый резонатор на смещенную частоту практически невозможно, пришлось несколько усложнить СЧ. В нем применен кварцевый генератор G2 на 10,7 МГц, который совместно со смесителем U2 и полосовым фильтром Z2 образует генератор второй' опорной частоты, равной 144—10,7=133,3 МГц. ' В смеситель U4 поступают сигналы с ГУН и одного из генераторов «подставки». ФНЧ Z5 должен иметь частоту среза 2 МГц, так как при перестройке ГУН (G3) в диапазоне частот 144...146 МГц (в режиме передачи) или 133,3... 135,3 МГц (в режиме приема) сигнал на выходе смесителя U4 будет изменяться в интервале от 0 до 2 МГц. Узел A3 необходим для усиления и ограничения до уровней логических 0 и 1 микросхем ДПКД U3 сигнала разностной частоты, поступающего с выхода ФНЧ Z5. При изменении коэффициента деления N ДПКД от 1 до 200 и образцовой частоте f06p= = 10 кГц частота сигнала на выходе ГУН будет изменяться в режиме передачи от 144,01 до 146 МГц, а в режиме приема — от 133,34 до 135,3 МГц: fo3TX=144+Nfo6p> (5) ^G3 RX= 133,3-j-Nf0бр. С выхода ДПКД импульсный сигнал поступает на частотно-фазовый детектор (ЧФД) U5, на второй вход которого подается сигнал с частотой 10 кГц, вырабатываемый кварцевым генератором на 100 кГц (G4) совместно с делителем частоты на 10 (U6). На выходе ЧФД присутствует импульсный сигнал с частотой следования 10 кГц и скважностью, пропорциональной разности фаз сигналов на входах узла U5 или разности . частот, если последние не совпадают.. ФНЧ Z4 выделяет из этого импульсного сигнала постоянную составляющую. Режек-торный фильтр Z3 улучшает подавление пульсаций с частотой 10 кГц на управляющем входе ГУН. С выхода узла G3 сигнал через истоковые повторители А1 и А2 поступает на смеситель U4 и на выход синтезатора соответственно. На рис. 3 показана принципиальная схема узлов Gl, U1, Zl, G2, U2, Z2, Z4, Z5, A3, на рис. 4 — остальных узлов СЧ.
Кварцевый генератор на частоту 48 МГц собран на транзисторе VT1 (см. рис. 3). Контур L1C3 настроен на частоту 48 МГц. Через конденсатор С5 выделенный этим контуром сигнал (его размах около 4 В) поступает на утроитель частоты на транзисторе VT2. Контур L2C7 настроен на 144 МГц. На транзисторе VT3 выполнен усилитель. В коллекторную цепь включен полосовой фильтр на 144 МГц с индуктивной межконтурной связью. Применение истокового повторителя на транзисторе VT4 со слабой связью через конденсатор С14 с контуром L4C13 позволило повысить добротность последнего и тем самым улучшить фильтрацию побочных продуктов, возникающих при умножении частоты. На транзисторе VT5 собран генератор на 10,7 МГц. В качестве частотозадающего элемента применен не кварцевый резонатор, а распространенный полосовой фильтр ФПШ-049 от УКВ-ЧМ радиовещательных приемников. Сигналы с частотой 10,7 и 144 МГц поступают на транзистор VT6, выполняющий функции смесителя. Резонансная частота контура L6C23 — 133,3 МГц. На эту же частоту настроен контур L7C26. С выходов истоковых повторителей VT4 и VT7 сигналы приходят на герконы реле К1 и К2 (на рис. 3 управляющие обмотки не показаны, конструктивно они расположены в одном экранированном узле вместе с тран- зистором VT7 и другими элементами). Применение герконо-вых реле (РЭС-55) для коммутации ВЧ сигналов позволило сделать простой и надежный коммутатор. На транзисторе VT10 выполнен смеситель одного из опорных сигналов с выходным сигналом ГУН. Заметим, что. ФНЧ Z5 на принципиальной схеме в явном виде нет, так как состоит из емкости стока транзистора смесителя и резистора R23. Двухкаскадный усилитель на транзисторах VT8 и VT9 дополнительно фильтрует преобразованный сигнал и усиливает его до уровней логических 0 и 1 микросхем структуры КМОП в ДПКД. Генератор на 100 кГц (рис. 4) собран на транзисторе VT1. Непосредственно к выходу генератора подключен делитель частоты на 10 (DD1), с выхода которого меандр частотой 10 кГц подается на вход ЧФД, выполненный на микросхемах DD2 и DD3, IK-триггеры здесь включены, как D-триггеры. На рис. 5, а изображена схема такого же ЧФД, но на D-тригге-рах, имеющих по входам R активный уровень логической 1 (характерно для триггеров структуры КМОП). Работа узла пояснена временными диаграммами на рис, 5, б. Если на ЧФД в системе ФАПЧ поступают сигналы с различными частотами, ГУН будет перестраиваться таким образом, чтобы уменьшить рассогласование по частоте. При равенстве же частот с точностью до нескольких процентов происходит так называемый захват частоты, и частоты сигналов на входах ЧФД будут равны с точностью до фазы. Физически в данном ЧФД через диоды VD1, VD2 и резисторы Rl— R3 конденсатор С1 заряжается до напряжения, при котором частота ГУН, с учетом наличия смесителя и генератора образцовой частоты, точно соответствует выражениям (5), или разряжается. Вместо традиционного .ФНЧ в ЧФД использован так называемый пропорционально-интегрирующий . ФНЧ, позволяющий уменьшить время вхождения системы. ФАПЧ в режим синхронизации, т. е. повысить скорость смены частоты в СЧ. Очевидно, что при таком. ФНЧ ухудшается подавление высокочастотных составляющих на управляющем входе ГУН, ведь на частотах много больших частоты срезатакой фильтр представляет собой обычный резистивный делитель напряжения. Чтобы устранить этот недостаток, на выходе ФНЧ устанавливают режектор-ный фильтр на частоту сравнения (в данном случае 10 кГц) и подключают дополнительный конденсатор емкостью примерно (0,1...0,3)0. Эти меры позволяют при сохранении хорошей динамики системы ФАПЧ повысить подавление помех на входе ГУН. На элементах DD3.1 и DD3.2 (эквивалентны логическому элементу И на рис. 5) выполнен узел установки триггеров микросхемы DD2 в нулевое состояние. Элементы DD3.3 и DD3.4 образуют узел, устанавливающий наличие захвата в системе. ФАПЧ, что полезно при настройке синтезатора и в дальнейшем при использовании синтезатора с компьютером для превращения трансивера в сканирующий приемник с автоматизацией настройки, автоматическим поиском корреспондента и другими качествами, присущими современной связной технике. Вели произошел захват в системе ФАПЧ, на выходе элемента DD3.3 появляются - короткие импульсы, сглаживаемые фильтром R6C10. На выходе инвертора DD3.4 при этом устанавливается уровень логической 1. При отсутствии захвата в кольце. ФАПЧ на выходе инвертора DD3.4 устанавливается уровень логического 0, что можно зафиксировать каким-либо внешним узлом, контролирующим состояние и исправность синтезатора. Режекторный фильтр — двойной Т-мост на элементах R8—R11, СП—С14, подстраиваемый резистором R11 на частоту 10 кГц. Через ФНЧ R17C15 сигнал управления поступает на ГУН (собран на транзисторе VT3), точнее, на варикап VD4 в нем. К выходу ГУН подключены ис-токовые повторители на транзисторах VT4 и VT5. По цепи R23C26R22C24 сюда же подают сигнал, уровень которого про- порционален низкочастотному модулирующему, реализуя тем 1 самым ЧМ выходного сигнала. ] Переменным резистором R22 ре- 1 •гулируют глубину модуляции (девиацию частоты). ДПКД собран на микросхе- 1 мах DD4—DD6. В качестве ин- ] вертора DD7 можно использо- ] вать логические элементы мик-росхем структуры КМОП. Автором применен один из инверторов микросхемы К561ЛН1, остальные логические элементы которой работают в узлах сигнализации радиостанции. При использовании для DD7, например, элемента DD3.4 потребуется зашунтировать цепь питания микросхем DD2 и DD3 дополнительными керамическими' конденсаторами емкостью примерно 0,01 мкФ, припаянными прямо к соответствующим выводам этих микросхем со стороны монтажа. Конденсатор С27 предотвращает ложное срабатывание счетчиков ДПКД. Счетчики DD4—DD6 программируют с помощью кодеров, схемы которых показаны на рис. б. Естественно, возможно и иное исполнение кодеров. Чтобы повысить качество выходного сигнала синтезатора, напряжение питания ГУН, кварцевого генератора и ЧФД стабилизировано параметрическим стабилизатором на транзисторе VT2. В синтезаторе применены постоянные резисторы МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, подстроечные СП4-1. Подстроечные конденсаторы — КТ4-23 или КПК-МП. Конденсаторы С8 и С9 (см. рис. 4) обязательно должны быть оксидно-полупроводниковыми, например, К53-21. Если приобрести такие конденсаторы будет невозможно, их следует заменить на соединенные параллельно керамические или полистироловые, но ни в коем случае не использовать оксидные К50-6 или аналогичные им. Последнее приводит к нестабильности работы ЧФД и недо-f пустимо понижает качество выходного сигнала синтезатора. Остальные конденсаторы — К50-6, КТ-1 и КМ-6 (в контурах и блокировочные). Высокочастотные дроссели — ДМ-0,1. Катушки L2—L4, L6, L7 (на рис. 3) и L1 (на рис. 4) — бескаркасные, содержат 4 витка провода ПЭЛ 0,8 и намотаны на оправке — на хвостовике сверла диаметром 5 мм. Длина намотки — 6 мм. Очень желательно выполнить катушки посеребренным проводом диаметром 0,5... 1 мм. Катушки L3, L4 отстоят друг от друга на плате на расстоянии 2 мм. Катушка L1 (см. рис. 3) содержит 9 витков провода ПЭЛ 0,22 на пластмассовом каркасе диаметром 5 мм с подстроечником из феррита. Разъемы XW1, XS3 — высокочастотные, например, СР-50. Транзисторы КТ316Б можно заменить на КТ316 с любым буквенным индексом или на любые высокочастотные транзисторы структуры n-p-п с граничной частотой передачи тока не менее 600 МГц. Вместо транзисторов КТ342Б можно использовать любые из серий КТ342, КТ3102; вместо КПЗОЗЕ — любые из серий КПЗОЗ, КП307. Транзисторы КП350Б заменимы на КП306 и КП350 с любым [другим индексом, варикап КВ109В — на любые из серий КВ102 или КВ109. Замена микросхем возможна на их функциональные аналоги, например, вместо К561ТВ1 можно применить К561ТМ2, включив ее триггеры так, как показано на рис. 5, б. Использовать микросхемы ТТЛ вместо КМОП нельзя. Во-первых, на порядок возрастает уровень помех, ухудшающих качество выходного сигнала, во-вторых, очень сложно развязать аналоговую и цифровую части синтезатора по цепям питания, что приводит к необходимости применять два источника, экранирования аналоговых узлов и принятия других мер, чтобы сохранить качество выходного сигнала на приемлемом уровне. Эскиз печатной платы синтезатора не приводится, так как конфигурация платы зависит от деталей. Синтезатор представляет собой одноплатную конструкцию на плате из фольгиро-ванного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.. Фольга со стороны деталей печатных соединений не имеет, отверстия для выводов, не имеющих контакта с общим проводом, раззенкованы сверлом диаметром 3 мм. Отдельные узлы экранированы перегородками из жести, припаян- ными к фольге со стороны деталей. Высота перегородок — 15 мм. Все соединения между экранированными узлами сделаны печатными проводниками, контакты питания и управления можно вывести через проходные конденсаторы или на разъем, отверстие для которого прорезают в боковой стенке корпуса. Корпус синтезатора спаян из жести от консервных банок (предварительно нужно смыть, например, растворителем «646» с них лакокрасочное покрытие). Коробка корпуса состоит из двух одинаковых крышек с бортиками и боковых стенок. Боковые стенки образованы полоской жести шириной 20 мм, припаянной по периметру печатной платы так, чтобы со стороны деталей образовался бортик высотой 15 мм, а со стороны печатных проводников — высотой 3,5 мм (для плат толщиной 1,5 мм). По углам такой боковой стенки припаивают восемь гаек МЗ для крепления крышек. Обе крышки делают на 10 мм шире и длиннее корпуса (по размерам печатной платы).........
