Содержание

Ф.ШАРАПОВ (RA4PC),
г.Лениногорск, Татарстан.
МНОГОДИАПАЗОННЫЙ ГПД

Несмотря на все большее внедрение в любительскую аппаратуру синтезаторов частоты, аналоговые ГПД все еще пользуются популярностью у радиолюбителей-конструкторов - их привлекает относительная простота схем и настройки, доступность комплектующих. Несомненным достоинством является также спектральная чистота выходного сигнала, позволяющая реализовать высокое качество приемного тракта.
Описываемый ниже блок ГПД был разработан автором для использования в трансивере RA3AO, однако с успехом может применяться без существенных переделок и в других конструкциях трансиверов или приемников с высокой промежуточной частотой. При разработке блока учитывались следующие требования:
- блок должен обеспечивать перекрытие всех любительских диапазонов, или, по крайней мере, должна обеспечиваться возможность быстрой перестройки на нужный диапазон;
- выходное напряжение должно соответствовать уровням ТТЛ-логики;
- стабильность частоты должна соответствовать требованиям, предъявляемым к стабильности частоты любительской радиостанции;
- конструктивно блок должен допускать изготовление в домашних условиях, без применения станочных работ (при использовании готового КПЕ).
В целом поставленные требования можно считать выполненными, однако все познается в сравнении, поэтому обратимся к табл.1, в которой показаны достоинства и недостатки различных конструкций ГПД. К перечисленному в таблице можно добавить, что по сложности схемы и настройки, по трудоемкости изготовления и другим затратам, описываемое устройство не сравнимо с ближайшим по параметрам блоком ГПД RA3AO. Основной критерий оценки качества гетеродина - стабильность частоты. Изготовленный автором экземпляр блока обеспечивает после 30...40-минутного прогрева уход частоты не более 100...200 Гц/час (в диапазоне 28 МГц); при неизменной же температуре в помещении показания частотомера (дискретность 100 Гц) не изменяются по 2...3 часа. Необходимо учитывать, что использованы детали не лучшего качества: КПЕ из алюминиевых штампованных пластин, пружинный токосъем и самодельная катушка индуктивности. Никакие специальные меры, вроде термокомпенсации, не применялись. В схемотехнике блока использованы относительно простые и, как оказалось, достаточно эсрфективные технические решения.
Как известно, основным источником нестабильности частоты автогенераторов являются конденсаторы с твердым диэлектриком (КД, КГ, КМ, КСО и т.п.). Если учесть, что в наиболее традиционной схеме ГПД (рис.1), включающей КПЕ, переключатель, укорачивающие подстроечные емкости и катушку, число конденсаторов в 9-10-диапазонном трансивере может достигать нескольких десятков, и что любителям, как правило, попадают конденсаторы самого случайного происхождения, часто с неизвестным ТКЕ, говорить о термокомпенсации можно лишь с очень большой натяжкой. Исходя из всего сказанного, сама собой напрашивается идея - вообще отказаться от использования таких конденсаторов в частотозадающих цепях, для укладки же диапазонов использовать гораздо более стабильные воздушные подстроечные конденсаторы, что и сделано в описываемой конструкции.

Рис. 1
Для переключения диапазонов использованы поляризованные реле типа РПС-32, управляемые импульсами напряжения и не нагревающиеся даже при длительной работе. При этом для разных диапазонов может быть включено разное количество реле, что позволяет существенно уменьшить количество используемых подстроечных конденсаторов.

Табл. 1. Сравнительный анализ аналоговых ГПД, используемых в любительской аппаратуре

В качестве усилителя напряжения использованы цифровые микросхемы (рис.2). Как показали многочисленные эксперименты, проведенные автором, при соответствующем напряжении смещения 2-3 элемента ЛАЗ ТТЛ-серий (К155; 555; 531 и др.) легко обеспечивают при входном ВЧ-напряжении 100...200 мВ уровни ТТЛ-логики. При этом на частотах от 10 МГц и выше на выходе наблюдается практически идеальная синусоида.

Напряжение питания генератора оптимизировано исходя из требования максимального снижения мощности, подводимой к транзистору АГ (т. е. снижением напряжения питания) при сохранении достаточно высокого отношения Ц,/ип, где:
- Uc - ВЧ-напряжение, снимаемое с автогенератора;
- Un - напряжение помех.

О напряжении помех поговорим подробнее. Как известно, в трансивере постоянно работают как минимум три генератора - опорный генератор (ОГ) смесительного детектора, ОГ частотомера и собственно ГПД. Вносят свою лепту и сигналы, полученные в результате деления частот, а также помехи, проникающие из сети и антенны. Вся эта гамма сигналов создает на шинах питания, общем проводе, шасси и отдельных участках схем суммарное напряжение помех, достигающее десятков и даже сотен милливольт. Эта сумма напряжений помех в той или иной степени модулирует все усилительные каскады устройства, в том числе и автогенератор. При этом наибольшую неприятность доставляет паразитная ЧМ - принимаемые сигналы приобретают "журчащую" окраску и хрипоту. Доказательством того факта, что имеет место именно паразитная ЧМ, является значительное снижение дефектов приема на диапазонах, где используется деление частоты ГПД. Таким образом, для улучшения соотношения \JJVn приходится повышать напряжение питания, которое увеличено с первоначальных 1,4 В до 4 В - при этом влияние помех практически не ощущается, и, соответственно, обеспечивается высокое качество приема. Подводимая к АГ мощность при этом невелика (Р=4 В х 10 мА = 40 мВт), тем не менее, для снижения нагрева в АГ использован относительно массивный транзистор КТ325, корпус которого (он же коллектор) припаян к выводу проходного конденсатора для дополнительного теплоотвода. Схема автогенератора (рис.3) представляет собой индуктивную трехточку на транзисторе VT1. Режим транзистора устанавливается подбором резистора R1 по максимуму ВЧ-напряжения на выходе. Во мнотх опубликованных схемах сигнал с АГ снимается с точек А или В (рис.4). Однако, согласно рекомендации в [3], транзистор в АГ должен работать в режиме, близком к ключевому - для снижения собственных шумов и рассеиваемой мощности, поэтому в точках А и В будет заведомо "искаженная" синусоида.

В то же время, независимо от формы возбуждающих импульсов, в колебательном контуре всегда поддерживаются гармонические колебания, причем ВЧ-напряжение в точке С максимально и в несколько раз выше, чем в точках А и В. Исходя из этого, в данной схеме сигнал снимается с контура через конструктивно выполненную емкость Ск, представляющую собой два витка провода, намотанных поверх катушки L1. В качестве буферного каскада используется мощный полевой транзистор (VT2) с изолированным затвором, обладающий весьма высокими значениями крутизны ВАХ и входного сопротивления, что обеспечивает на выходе

ВЧ-напряжение около 2 В при хорошей развязке АГ от последующих каскадов.
Хочется отметить следующее - первоначально, при питании АГ и цепи затвора от источника напряжением 1,4 В, при касании лезвием отвертки правого (по схеме) вывода конденсатора С11 частота изменялась на 1 кГц и более (в диапазоне 7 МГц). После увеличения Опитдо 4 В изменение частоты составляет не более 100 Гц. Очевидно, что увеличение напряжения затвор-канал существенно уменьшило проходную емкость полевого транзистора, и, соответственно, улучшилась буферизация. С выхода буферного каскада сигнал поступает на усилитель напряжения, два делителя частоты на 2, коммутатор выходных сигналов, выходной усилитель (рис.5) и далее на смесители и частотомер.
Коммутация диапазонов осуществляется переключением реле К1...К5 (для упрощения на рис.3 показаны только контакты реле). В принципе, схемы комму тации могут быть самыми разными. Например, в схеме рис.3 возможно 8 различных комбинаций включения подстроенных конденсаторов и два варианта включения катушки. Соответственно, на выходе будем иметь 16 вариантов коммутации диапазонов. С использованием деления на два это число удваивается. При делении на два и четыре - учетверяется. Таким образом, четыре реле и один корпус микросхемы (два триггера) К531ТМ2 могут обеспечить до 64 вариантов коммутации диапазонов. На практике, конечно, далеко не все из них совпадут с требуемыми, но при соответствующей настройке можно подобрать приемлемые варианты.

Табл.2

Табл.3

Рассмотрим порядок настройки, использованный автором (рис.3). Для этого составим табл.2 и 3. В табл.2 сведены частоты автогенератора для разных диапазонов в порядке их убывания и указаны соответствующие коэффициенты деления (для ПЧ=8,000 МГц); в табл.3 - диапазоны в порядке их укладки, включенные для данного диапазона реле, перекрытие частот и элемент настройки, используемый для укладки данного диапазона. Первоначально с помощью С5 и С6 укладываем самый широкий (по табл.2) диапазон - 14 МГц. При этом L1 находится в положении максимальной индуктивности. Диапазон 21 МГц укладывается переключением катушки в положение минимума индуктивности, при необходимости подбирается точка подключения отвода. Далее диапазоны укладываются включением той или иной комбинации емкостей С1 ...С4. Для диапазонов 28 и 18 МГц лишь изменяется КД. Диапазон 3,5 МГц первоначально "укладывается" емкостью С1 примерно в среднем положении КПЕ. Большой запас по краям позволяет этой же емкостью "уложить" и диапазон 1,8 МГц.
Конструктивно блок выполнен в виде короба-экрана, спаянного из пластин фольгированного стекпотекстолита толщиной 3 и 4 мм, габариты короба - 100x120x90 мм. Блок закрывается крышкой, которая одновременно является платой, на которой расположены усилители напряжения, делители частоты и узлы коммутации реле. При установке блока, в типовое шасси RA3AO сверлятся два дополнительных отверстия в фальшпанели, в электрической схеме лишь незначительно изменяются входные цепи смесителей на платах А2 и А19 [3].
Более подробное описание блока можно заказать по адресу: 423270, Татарстан, гЛениногорск, а/я 25.

Литература
1. Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. - М.: Мир, 1990.
2. Ред Э. Схемотехника радиоприемников. - М.: Мир, 1989.
3. Дроздов В.В. Любительские КВ-транси-веры. - М.: Радио и связь, 1988.
4. Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
5. Варламов Р.Г. Справочник конструктора РЭА. - М.: Советское Радио, 1980.

Содержание