Главная Обо мне Гостевая книга Обратная связь Новости Космонавтика Софт Антенны Конструкции Схемы Модернизация Радиолюбительская технология Справочники QSL-bureau
|
КВ-синтезатор |
© Copyright 1998-2004
Попов Евгений Александрович RW6HRY
http://rw6hry.qrz.ru/
В каждом КВ трансивере есть
генератор плавного диапазона (ГПД) .Наиболее
важные параметры этого узла - стабильность
частоты и ширина спектра вблизи основной
гармоники до сих пор являются проблемой . Нередко
можно услышать перепалки в эфире о том кто на
кого наехал из-за невысокой стабильности частоты
. Несмотря на то , что в обычном LC генераторе легко
получить достаточно чистый спектр , часто этому
не уделяют должного внимания . Применение
синтезатора частоты позволяет решить проблему
высокой стабильности , однако чистота спектра
сигнала синтезатора оставляет желать лучшего .
Схемы , применяемые радиолюбителями в последние
15-20 лет за редким исключением построены на базе
классической однопетлевой системы ФАПЧ .Не
вдаваясь в тонкости математического аппарата ,
описывающего работу ФАПЧ , можно отметить
некоторые важные моменты . Генератор управляемый
напряжением (ГУН) представляет собой обычный LC
генератор , в цепи управления частотой которого
используется варикап .
Очевидно ухудшение спектрального состава
выходного сигнала происходит из-за воздействия
на контур для управления частотой генератора . В
процессе работы петли ФАПЧ по этой цепи
происходит паразитная частотная модуляция
выходного сигнала . Имеются некоторые
оптимальные , с точки зрения высокой точности
поддержания частоты , параметры фильтра на
выходе фазового детектора . Увеличение
постоянной времени фильтра улучшает
спектральную чистоту выходного сигнала , но
ухудшает динамические
характеристики петли ФАПЧ . Большое значение
имеет конструктивное исполнение синтезатора .
Помехи на ГУН по цепям питания от работы цифровой
части практически неустранимы , т.к. находятся за
пределами полосы пропускания петли ФАПЧ и не
могут быть подавлены автоматически . В этом
случае применяются конструктивные меры
помехозащиты (экранирование , разделение питания
).
Шаг перестройки однопетлевого синтезатора
равен опорной частоте . Чтобы получить шаг
перестройки 50 Гц , опорная частота
соответственно должна быть выбрана 50 Гц . На
практике такой выбор не применяется , т.к. время
установления частоты при удовлетворительной
чистоте спектра будет составлять не лучше 0.5 сек.
Для устранения этого недостатка вводится
делитель на 4 на выходе синтезатора . Опорная
частота при этом будет 200 Гц , шаг перестройки - 50
Гц , скорость установления частоты в районе 0.15 с .
При работе с расстройкой или в режиме
"сплит" будет заметен эффект медленного
появления станции на частоте . Это предельно
достижимые параметры для данной схемы .
Дальнейшее уменьшение постоянной времени
фильтра приводит к появлению заметной девиации
частоты ГПД , т.е. речь идет даже не о высокой
чистоте спектра , а о такой , изъяны которой всего
лишь нельзя оценить на слух .
Применение многопетлевых синтезаторов для
любительского трансивера едва ли оправдано , т.к.
несмотря на значительное усложнение
схемотехники позволяет решить только вопросы
уменьшения шага перестройки и увеличения
скорости установки частоты . По чистоте спектра
такие схемы недалеко ушли от однопетлевых и в
некотором смысле уступают им , т.к. в режиме
захвата имеют большее количество паразитных
спектральных составляющих . С точки зрения
приема слабой станции это более тяжелый случай .
Описываемый ниже синтезатор частоты построен
по однопетлевой схеме. Для улучшения
динамических и спектральных характеристик
опорная частота увеличена до 1 кГц . Это позволило
получить шаг перестройки частоты 25 или 50 Гц ,
время установления частоты в районе 10-20 мс .
Постоянная времени фильтра выбрана со
значительным запасом по отношению к минимальной
расчетной величине, что позволило добиться
дополнительного улучшения спектрального
состава выходного сигнала . Синтезатор состоит
из блока управления , блока ГУН , валкодера , блока
индикации и блока клавиатуры .
Блок управления выполнен на базе однокристальной ЭВМ семейства MCS-51 - АТ89с51 . В качестве ДПКД и ДФКД используется D3 - интегральный таймер 580ВИ53 . На м/с D1 выполнен формирователь импульсов валкодера . Опорная частота 1 кГц получается после предварительного деления на 4 частоты 12 мГц кварцевого генератора микроконтроллера . При помощи перемычек , соединяющих контактные точки 1,2,3, 4 собирается одна из схем , в зависимости от свойств установленного кварцевого резонатора . Если нужно включить С2 параллельно резонатору , устанавливаются перемычки 1-4 , 2-3 , если последовательно , устанавливается одна перемычка 1-2 . Емкости С3,С4 устанавливаются в случае необходимости понизить частоту . Далее сигнал частотой 3мГц подается на 3-й канал таймера , на выходе которого получается частота 1 кГц . Второй канал таймера используется как поглощающий счетчик для предварительного делителя на 10/11 . На первом канале таймера выполнена низкочастотная часть ДПКД . На микросхеме D2 - 24с04 выполнена энергонезависимая память . В ней хранится содержимое ячеек памяти , промежуточная частота , текущие частоты по диапазонам и другая установочная информация . На м/с D6 выполнен фазовый детектор . Это классическая схема , имеющая рабочий диапазон 360 градусов . На выходе фазового детектора установлен ФНЧ второго порядка на элементах С14,С15, R14...R16 , не имеющий , как известно , запаздывания по фазе . Дешифратор D8 используется для переключения диапазонов в трансивере . На одном из его выходов появляется уровень 5в , который можно использовать для управления транзисторными ключами , включающими диапазонные реле . На сдвиговом регистре D7 собрана схема управления ГУНами и выходными делителями . На одном из выходов G0-G4 появляется напряжение 8в используемое для питания ГУНов , на выходах 2d , 4D появляется такой же уровень , разрешающий деление выходной частоты синтезатора на 2 или 4 . Синтезатор питается от двух источников +5в на 142ЕН5 и +9в на стабилитроне Д818Е . 9-ти вольтовый источник используется для питания фазового детектора и схемы управления ГУНами .
Блок ГУН состоит из 4-х идентичных генераторов А1 - А4 , выполненых по схеме индуктивной трехточки на полевых транзисторах . Для развязки применяются эмиттерные повторители , имеющие общую нагрузку R1 , выполняющие также роль коммутатора ГУНов . На м/с D2 193ИЕ3 выполнен предварительный делитель на 10/11 ДПКД . На V4 - формирователь сигнала управления делителем . На м/с D1 - 531ТМ2 и транзисторах V1 , V2 выполнен делитель выходного сигнала синтезатора на 2 или 4 . При делении на 4 на вход 2D подается логический ноль , запрещающий работу усилителя на V2 , а на вход 4D логическая единица , разрешающая работу D1.1 . Таким образом задействуются оба триггера и частота делится на 4 . В режиме деления на 2 триггер D1.1 заблокирован логическим нулем на входе 4D , сигнал ГУН проходит через усилитель на V2 работа которого разрешена высоким уровнем на входе 2D , на вход триггера D1.2 . Таким образом сигнал на выходе VFO синтезатора делится на 2 .
В данной схеме возможно применение 3-х
различных схем индикации .
Первый вариант , занимающий все 5 линий управления I0-I4 , выполнен на 555ИД7 , 176ИД2 и индикаторе Орловского производства ИБ-9 . Это 9-ти разрядный индикатор , динамического типа , имеющий цоколевку идентичную АЛС318 и символы размером около 1см . В случае отсутствия ИБ-9 можно набрать 7 одиночных индикаторов , подходящих по проводимости . В данной схеме на сегменты подается плюс , на общие выводы - минус . Второй вариант - квазистатическая индикация на 561ИР2 и индикаторах АЛС320 . Для АЛС320 разведена небольшая по габаритам печатная плата .
В данном варианте задействованы для управления
только линии I2,I3 . Линия I1 используется для
подключения перемычки на корпус , информирующей
программу о смене типа индикации . Третий вариант
- широко распространенный 10-ти разрядный ЖК
индикатор со встроенной схемой управления
СТ1611М10 или аналогичный ему , применяемый в АОНах .
Подключение выполняется также по двум линиям
управления I2,I3 . Линия I0 используется для
подключения перемычки , идентифицирующий этот
тип индикации . С точки зрения
помехозащищенности предпочтительнее 3-й вариант
. Микромощные сигналы по цепям управления
практически не создают помех . Блок клавиатуры
выполнен на сдвиговом регистре 561ИР2 и 6-ти
нормально разомкнутых кнопках . Валкодер
представляет из себя ручку , с насаженным на ось
оптическим диском с прорезями . Количество
прорезей может быть от 40 до 200 . В качестве
оптопары можно использовать раздельные пары
светодиод/фотодиод либо применить спаренный
фотодиод подобный применяемым в компьютерных
мышках . Управление синтезатором производится
при помощи команд , подаваемых с клавиатуры и
валкодера . В режиме расстройки в синтезатор
подается сигнал с тангенты трансивера для
обеспечения разноса частот приема и передачи .
Ниже описаны команды , использующиеся для работы
:[UP] - увеличение частоты
[DN] - уменьшение частоты
увеличение и
уменьшение частоты происходит на значение
текущего шага
перестройки
. Шаг перестройки может быть установлен 25 , 250 или
2500 Гц для
диапазона с минимальным шагом 25 Гц и 50 , 500 или
5000 Гц для
диапазона с минимальным шагом 50 Гц . При
длительном
удержании
кнопок происходит автоматическое изменение
частоты .
[F],[UP],[DN],[WK] - смена шага перестройки
После
нажатия кнопки [F] первое нажатие кнопок [UP],[DN] или
изменение положения валкодера приводит к
циклическому перебору
следующего из трех возможных шагов перестройки
[RIT] - включение , выключение расстройки
[BAND] - смена диапазона
[MEM] - VFO A,B или выбор ячейки памяти
[MEM](+2сек) - VFO <-> память
[F],[MEM]...[MEM],[F] - запись в память текущей частоты
(режим VFO)
[F],[MEM] - запись в текущий VFO частоты из текущей
ячейки (режим MEM)
Эта группа команд относится к работе с ячейками
памяти . В данной схеме используется
энергонезависимая память , позволяющая
организовать 100 ячеек памяти , по 10 на каждый
диапазон . На каждом диапазоне 2 из них отводятся
под текущее значение частоты гетеродина (VFO A B) .
Оставшиеся 8 используются как обычные ячейки
памяти для запоминания различных полезных или
важных частот. Деление это несколько условное и
связано со способом записи и хранения информации
в них . Номер ячейки памяти отображается слева от
частоты в виде цифры от 0 до 9 . Специальная
команда - удержание кнопки [MEM] в течение более 2
сек переключает режим работы с VFO и с ячейками
памяти . В режиме работы с VFO кнопка [MEM]
переключает VFO A и B , при этом номер
соответственно отображает 0 или 1 . В режиме
работы с памятью номер будет 2...9 . Отличие при
работе в этих режимах заключается в том , что
изменение частоты произведенное в процессе
работы в VFO A B запоминается при смене режимов
работы , смене диапазона , выключении питания , а
частота записанная в ячейки 2...9 специальной
командой записи является исходной при любой
смене режима работы . Изменение частоты ,
произведенное в процессе работы никак не
отражается на содержимом этих ячеек памяти .
Запись в ячейки памяти производится из режима VFO .
Последовательное нажатие кнопок [F],[MEM] переводит
систему в режим записи частоты текущего VFO в
ячейку памяти . Дальнейшее нажатие кнопки [MEM]
циклически переключает номер ячейки памяти , в
которую будет произведена запись . Процедура
заканчивается нажатием кнопки [F] . Находясь в
режиме работы с памятью ,(на индикаторе
отображается номер 2..9) можно загрузить один из VFO
содержимым текущей ячейки памяти нажав [F],[MEM] .
[F],[BAND] - блокирование валкодера
Остальные команды используются для начальной
инициализации синтезатора во время настройки
блока управления . Для того , чтобы в процессе
работы случайно не изменить важные параметры
настройки , доступ к этим командам
осуществляется через включение питания . К
примеру для изменения значения промежуточной
частоты нужно выключить питание , нажать и
удерживать кнопку [F] , включить питание ,
отпустить кнопку [F] не раньше чем через 3 сек
после включения .
[MEM],PWR_ON - инициализация ПЗУ под значение ПЧ - 5 мГц
производится автоматическое вычисление и
заполнение всех
переменных для промежуточной частоты 5.0 мГц .
Обязательно выполняется для заполнения памяти
начальными
значениями не зависимо от применяемой ПЧ .
[RIT],PWR_ON - настройка номера диапазона , начиная с
которого происходит вычитание ПЧ из частоты
гетеродина .
band - след диапазон
mem - запись и выход
на дисплее при этом отображается номер диапазона
[F],PWR_ON - настройка значения ПЧ
мем-запись и выход
up,dn- +/- 10 Hz
f,band- +/- 2.5kHz
на
дисплее высвечивается значение 5 000 00 , что
соответствует
частоте
5.0 мГц . После окончания настройки кнопкой [MEM]
производится вычисление всех необходимых
переменных и запись
в память
[BAND],PWR_ON настройка номеров ГУНов и выходного
делителя
мем-запись и выход
band - следующий
диапазон
up - деление гетеродина
dn - номер ГУНа
на
дисплее отображается номер диапазона (0..9),
коэффициент
деления выходного делителя синтезатора (2 или 4) ,
номер ГУНа
используемого на этом диапазоне (0..3) .
После завершения команды , информация на дисплее
обнуляется , процессор затормаживается . Для
продолжения настройки или начала работы с
синтезатором нужно выключить и снова включить
питание .
Перед сборкой блока ГУН необходимо произвести
расчет требуемого количества ГУНов и диапазона
их работы . Исходной информацией является
частотное распределение любительских
диапазонов и значение промежуточной частоты
трансивера . Ниже приводится пример расчета для
Промежуточной частоты 5.0 мГц .Частоты
любительских диапазонов :
1.8 мГц - 1.75...2.0 мГц ;
3.5 мГц - 3.5...3.9 мГц
7 мГц - 7.0...7.2 мГц
; 10 мГц - 10.075...10.150 мГц
14 мГц - 14.0...14.35 мГц ;
18 мГц - 18.068...18.168 мГц
21 мГц - 21.0...21.35 мГц ;
24 мГц - 24.89...24.99 мГц
28 мГц - 28.0...29.0 мГц ;
29 мГц - 29.0...29.7
мГц
На диапазонах 1.8 - 10 мГц принята работа на нижней
боковой полосе , на диапазонах 14 - 29 мГц на верхней
. Это значит , что частота гетеродина в первом
случае будет определяться как Fгет=Fд+Fпч , во
втором случае как Fгет=Fд-Fпч . Таким образом
частоты гетеродина :
1.8 мГц - 6.75...7.0 мГц ;
3.5 мГц - 8.5...8.9 мГц
7 мГц - 12.0...12.2 мГц ;
10 мГц - 15.075...15.150
мГц
14 мГц - 9.0...9.35 мГц ;
18 мГц -
13.068...13.168 мГц
21 мГц - 16.0...16.35 мГц ;
24 мГц -
19.89...19.99 мГц
28 мГц - 23.0...24.0 мГц ;
29 мГц -
24.0...24.7 мГц
В данной схеме на выходе синтезатора применяется
деление частоты на 2 или на 4 . Это позволяет
оптимально сгруппировать диапазоны с
максимально близкими частотами гетеродина для
уменьшения количества ГУНов . Ниже приведена
результирующая таблица показывающая на каких
частотах работают ГУНы и применяемое деление на
выходе для получения требуемого значения частот
.
ГУН 0
18 мГц -
26.0...26.4 мГц ; деление на 2
1.8 мГц -
26.8...28.0 мГц ; деление на 4
10 мГц -
30.0...30.4 мГц ; деление на 2
ГУН 1
21 мГц -
32.0...32.8 мГц ; деление на 2
3.5 мГц -
34.0...36.0 мГц ; деление на 4
ГУН 2
14 мГц - 36.0...37.6
мГц ; деление на 4
24 мГц -
39.6...40.0 мГц ; деление на 2
ГУН 3
28 мГц -
46.0...48.0 мГц ; деление на 2
29 мГц -
48.0...50.0 мГц ; деление на 2
7 мГц -
48.0...48.4 мГц ; деление на 4
Эта таблица содержит полную информацию для
программирования синтезатора по команде [BAND],PWR_ON
:
диапазон деление
номер ГУН
1.8 0
4
0
3.5 1
4
1
7 2
4
3
10 3
2
0
14 4
4
2
18 5
2
0
21 6
2
1
24 7
2
2
28 8
2
3
29 9
2
3
Если промежуточная частота используется 5.0 мГц ,
достаточно выполнить команду [MEM],PWR_ON для полной
настройки переменных . При другой промежуточной
частоте нужно произвести расчет как показано
выше и запрограммировать значение ПЧ , диапазон
начиная с которого используется верхняя боковая
полоса и распределение ГУНов и выходного
делителя .
Настройка блока ГУН выполняется следующим
образом . При монтаже блока не устанавливаются
элементы С1.4 , С2.4 , С3.4 , С4.4 , L1.1 , L2.1 , L3.1 , L4.1 , R2 , R3 .
При помощи кнопок устанавливается диапазон , в
работе которого задействован самый
высокочастотный ГУН и деление на 4 . Запаивается
соответствующая катушка и конденсатор , через
который варикап подключается к контуру . Вместо R2
устанавливается переменный резистор номиналом
100кОм с подключенным последовательно резистором
10 кОм . Регулировкой этого резистора нужно
добиться , чтобы ВЧ напряжение на коллекторе V1
имело размах 1.5-2в , причем нижний уровень должен
быть в районе 0.6-0.8 в . Это необходимо чтобы
уверенно срабатывал триггер D1.1 , о чем
свидетельствует наличие поделенных на 2
импульсов на вых. 5 и 6 D1.1 без помех и искажений .
После этого нужно убедиться в наличии импульсов ,
поделенных на 10 на вых.6 D2 , а также импульсов ,
поделенных на 4 на вых.9 D1.2 . Если номиналы катушки
и конденсатора выбраны правильно , на входе Ud
должно быть постоянное напряжение в диапазоне 1-7
в . Если там присутствует переменное напряжение
или постоянное с уровнем 0-0.5 в или 8 в , это говорит
о том , что петля ФАПЧ находится вне полосы
захвата . Если напряжение близко к 0 это говорит о
том , что частота контура слишком высока . В этом
случае нужно увеличить емкость конденсатора ,
включенного последовательно с варикапом .
Емкость подстроечного конденсатора должна быть
установлена в положение 50% от максимальной . Если
напряжение находится в районе 8 в , нужно
уменьшить количество витков катушки или емкость
конденсатора . После того , как синхронизация
будет достигнута , о чем свидетельствует
напряжение на входе Ud в диапазоне 1-7в ,
подстроечным конденсатором нужно поднять
напряжение до 7-7.5 в . При этом рабочая частота
синтезатора должна соответствовать
максимальной частоте выбранного диапазона .
Емкость конденсатора , включенного
последовательно с варикапом , определяет
диапазон перестройки ГУН , поэтому нужно
убедиться , что при перестройке частоты в
пределах диапазона , напряжение на входе Ud не
выходит за пределы 1-7 в . Следует помнить , что
один ГУН используется на нескольких диапазонах ,
поэтому нужно провести проверку на всех
диапазонах использующих этот ГУН и , в случае
необходимости , провести коррекцию емкости и
индуктивности . Это делается установкой крайних
частот для этого ГУНа . Возможно при этом
придется переключать диапазоны . Устанавливая
диапазон регулировки напряжения на входе Ud ,
нужно помнить о том , что сужение этого диапазона
ухудшает динамические характеристики
синтезатора , а чрезмерное приближение к
границам 0.5-7.5 в может вызвать срыв синхронизации
при изменении окружающей температуры .
Оптимальным можно считать , когда при
перестройке частоты ГУНа напряжение будет
находиться в пределах 1-7 в . Далее проводится
регулировка R3 по аналогии с R2 . При этом
устанавливается диапазон , на котором
используется деление на 2 , что вызывает
появление напряжения на входе 2D и блокирование
D1.1 логическим нулем на входе 4D . По аналогии с
вышеописанным проводится регулировка
оставшихся ГУНов . В процессе регулировки нужно
контролировать надежную работу усилителей на V1 и
V2 . Номиналы R3 и R2 должны обеспечивать уверенное
переключение триггеров D1 на всех диапазонах .
Конденсатор С3 подбирается в случае несовпадения
реальной частоты синтезатора и установленной , в
пределах 50-250 Гц , даже при точно настроенном
кварцевом генераторе в блоке управления .
Емкость С3 подбирается исходя из равенства
длительности импульсов на входе Pr и на
коллекторе V4 . Импульсы на входе Pr появляются при
установке частоты , меняющей младшие разряды .
Перестраивая частоту в небольших пределах нужно
добиться появления импульсов , удобных с точки
зрения наблюдения , после чего произвести
сравнение длительности импульсов на входе Pr и на
коллекторе V4 . В случае отличия длительности ,
нужно подобрать номинал С3 .
Настройка блока управления заключается в
проверке правильности монтажа и установке
частоты кварцевого генератора . Контроль частоты
производится на выв.5 D3 . Частота должна быть
равна 6 000 000 Гц . Синтезатор выполнен на
односторонних печатных платах 75х75 мм .
Оба блока должны быть заключены в экранирующие коробки . Межблочные соединения выполняются экранированным проводом . Особое внимание нужно уделить цепям индикации и клавиатуры . Они должны быть минимальной длины . Цепи В1..В10 можно заблокировать конденсаторами 0.01 мкФ . Размещать синтезатор нужно в отдельном отсеке трансивера , максимально удаленном от входных цепей приемника и цепей ПЧ . Питание синтезатора желательно выполнять от отдельного стабилизированного источника питания . Выполнение этих требований позволит не беспокоиться об ухудшении параметров приемника . Синтезатор выполнен на микромощном процессоре , поэтому даже полное отсутствие экранировки и расположение синтезатора вблизи приемника не вызывает особых проблем с помехами .
Дополнительную информацию , документацию в формате PCAD , программы для просмотра и распечатки документации в формате PCAD можно получить на домашней страничке http://rw6hry.qrz.ru/
Евгений Александрович Попов (RW6HRY)
356350 Ставропольский кр.
с.Новоселицкое
ул Степная 3
http://rw6hry.qrz.ru/