Ю.ДАЙЛИДОВ (EW2AAA),
223610, г.Слуцк,
пер.Крестьянский, 6,
тел. 5-74-82 (раб.), 2-59-64 (дом).
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ ДЛЯ ТРАНСИВЕРА
С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ВВЕРХ
(Окончание.
Начало в NN1...4/2001)
Размеры экранов: 95x65x20 мм - со
стороны деталей, и 95x65x7 мм - со
стороны печатных дорожек. В верхней
части корпуса около гетеродина и
над блоками ОГ и ГПД установлена
плата, на которой расположены ПС1,
ПС2, ФНЧ, усилители ДПКД и ФД. Она
общая для этих узлов, вытянута в
длину и имеет размеры 240x65 мм. С
одной длинной стороны она крепится
на петлях к отсеку питания, с другой
- опирается на стойки. В "подвале"
шасси, ближе к передней стенке, на
плате размерами 205x70 мм размещаются
контроллер цифровой шкалы и
переключатель диапазонов. Над ним,
ближе к выходу из корпуса,
располагается процессорный модуль
ГПД. Он также крепится к
вертикальной перегородке (передней)
на петлях (для удобства настройки),
а другой длинной стороной
опирается на две вертикальные
стойки. Процессорный модуль
изготовлен на фирменной макетной
плате. Монтаж выполнен проводами.
Конструктивное исполнение этого
блока сильно влияет на уровень
шумов синтезатора и приемника.
Экспериментально было установлено,
что излучение процессорного модуля
минимально, когда к плоскости платы
на минимально возможное расстояние
поднесена металлическая пластина.
В данной конструкции роль этого
корот-козамыкающего экрана играет
нижняя крышка корпуса синтезатора,
поэтому при размещении
процессорного модуля его не
следует "задвигать" глубоко в
подвал, или, при другой компоновке,
крепить на высоких стойках.
Монтаж гетеродина 45...75 МГц и ФНЧ с
выходными каскадами выполнен
методом пятачков, применяемым
радиолюбителями в УКВ-технике.
Такая технология удобна для
макетирования и налаживания. С
противоположной от деталей стороны
платы гетеродина расположена плата
ключей переключения подциапазонов
гетеродина (на невысоких стойках-около
3 мм длиной).
Как уже отмечалось, вся конструкция
помещается в экран. Цифровые входы
развязаны блокирующими
конденсаторами. Катушка L1
размещена горизонтально. Вокруг
нее двумя полукольцами расположены
частотозадающие цепи. ВЧ-доссели
сразу "ныряют" под плату, а
коммутирующие диоды (КД409)
собираются в одной точке на
монтажной стойке. Вообще, в
высокочастотных схемах надо
исключить провода в
частотозадающих цепях и соединять
детали только своими выводами,
предварительно укоротив их.
Еще одна опасность, которая может
подстерегать при конструировании
подобных схем - это наводки со
стороны блока питания на цепь
подстройки частоты гетеродина.
Прием может сопровождаться НЧ-"рокотом"
частотой 100 Гц. В этом случае надо
тщательно выбирать точку
подключения "земли" и в БП, и в
гетеродине.
Печатные платы высокочастотных
узлов выполнены из двустороннего
фольгированного стекпотекстолита.
Фольга со стороны деталей
оставлена в качестве "земли".
Остальные узлы конструктивных
особенностей не имеют. Микросхемы DD1
и DD2 ("защита от дребезга", рис.9)
переключателя диапазонов
конструктивно размещены на плате
клавиатуры, и, для уменьшения
толщины последней, применены с
пленарным расположением выводов.
На задней панели корпуса
синтезатора расположены
высокочастотные разъемы, разъем
подключения сетевого шнура,
предохранитель и радиатор диодов
выпрямителя источника питания +5 В.
Кроме того, задняя панель
используется в качестве радиатора
для регулирующего транзистора
блока питания.
В блоке клавиатуры предусмотрена
кнопка сброса процессора Z80
процессорного блока управления ГПД.
Это один из способов быстрой
перестройки синтезатора, т.к. при
"обнулении" процессора
частота ГПД возвращается в
начальную точку (на середину
диапазона).
Полная сборочная схема синтезатора
не приводится, но опытный
радиолюбитель, сообразуясь с
описанием, принципиальными и блок-схемами,
легко соберет полную схему.
Синтезатор создавался из деталей,
которые практически всегда есть
под рукой. Некоторые рекомендации
по их выбору были приведены при
описании блоков.
Некоторые микросхемы, примененные
в предварительном делителе частоты
цисрровой шкалы и в самой шкале,
кажутся немного "архаичными".
К тому же, они потребляют большую
мощность. Разумеется, их можно
заменить более современными.
Например, в предварительном
делителе частоты установить одну
микросхему К193ИЕЗ. Но эта
микросхема довольно дефицитна и
дорога, поэтому там, где это
возможно, следует обходиться "домашними
средствами", и изготавливать
аппарат в одном экземпляре
выгоднее из подручных деталей.
В целях модернизации и
значительного снижения
потребляемой мощности,
промежуточную память в цифровой
шкале можно попробовать собрать по
схеме, опубликованной в [14].
Лампу индикатора можно заменить на
другую - с меньшим числом разрядов.
В этом случае коммутаторы и
дешифратор заменяются на другие (тоже
с меньшим числом разрядов) -К155КП1 на
К155КП7, а К155ИДЗ на К555ИД7.
Вообще, цифровая шкала
представляет собой функционально
законченный узел.
В качестве оправок для намотки
катушек ФНЧ используется хвостовик
сверла диаметром 4 мм. ВЧ-трансформато-ры
намотаны на ферритовых кольцах К8х4х2,5.
В качестве силового трансформатора
используется готовый (от
промышленной аппаратуры).
Вторичные обмотки перематываются.
Наладка
Наладка синтезатора предполагает
наличие у радиолюбителя
определенного опыта, интуиции и
высокочастотных приборов -
осциллографа, частотомера (например,
С1-70, 43-34), измерителя частотных
характеристик, ВЧ-генератора (Г4-143)
и т.д.
Перед сборкой синтезатора в целом,
его узлы настраиваются отдельно.
Первыми собираются блок питания и
цифровая шкала, т.к. шкалу можно
использовать в качестве отдельного
частотомера. Цифровые блоки
синтезатора - переключатель
диапазонов, ДПКД и вышеуказанная
цифровая шкала - в наладке
практически не нуждаются, если они
собраны правильно и из исправных
деталей. Для диагностики и контроля
этих узлов удобно использовать
индикатор логических состояний,-
описанный в [12]. Частоту опорного
кварцевого генератора на 8 МГц
точно устанавливают на завершающем
этапе настройки, когда синтезатор
уже "запущен" и функционирует.
Контура полосового фильтра первого
процессорного смесителя, ФНЧ,
второго смесителя и фильтра низких
частот гетеродина 45...75 МГц
настраивают при помощи ИЧХ во время
сборки этих узлов. Наладка
гетеродина 45...7S МГц на начальном
этапе заключается в настройке его
частотозадающих цепей на нужные
под-диапазоны, указанные на схеме.
Для этого на ключ соответствующего
поддиапа-зона подают логический
"О", напряжение настройки на
варикап подается с движка
переменного резистора. Изменяя это
напряжение, наблюдают за
перестройкой частоты гетеродина.
При необходимости частоту "загоняют"
на место подстройкой
соответствующих конденсаторов и
настройкой катушки L1.
Конденсатором С7 можно сдвигать
весь диапазон частот. Напряжение на
варика-пе должно быть в пределах 1...15
В. При необходимости его лучше
увеличивать, чем снижать, т.к.
варикап - это прибор с нелинейной
зависимостью емкости от напряжения.
Частоту контролируют частотомером
или даже простейшим резонансным
волномером.
Остальные каскады гетеродина в
настройке практически не нуждаются.
Выходное напряжение синтезатора
устанавливается на завершающем
этапе наладки синтезатора в целом.
Регулировка этого напряжения может
понадобиться при настройке второго
смесителя ПС2.
Наладка опорного генератора может
занять немного больше времени.
Возможно, он сразу заработает
правильно, и тогда достаточно с
помощью катушки L1 настроиться на
середину полосы захвата ФАПЧ. Как
определить середину полосы? В
нормально работающих схемах ФАПЧ
сигнал на выходе триггера DD1 (вывод 6)
представляет собой прямоугольные
импульсы. Чем ближе они к форме "меандра",
тем ближе частота генератора к
середине полосы захвата ФАПЧ. Это
можно увидеть при помощи
осциллографа. Его подключают к
вышеуказанной точке схемы и
пытаются изменить параметры
контура (касаются пальцами катушки).
В прцессе такой проверки частота
импульсов остается постоянной, а
скважность изменяется.
Частота указанных импульсов равна
частоте опорного сигнала.
Сказанное касается, естественно,
генераторов с ФАПЧ с постоянной
частотой, как в опорном генераторе,
где она равна 45 МГц. В
перестраиваемом генераторе (ГПД)
скважность меняется в зависимости
от частоты настройки.
Если ОГ сразу не заработал (на
выводе 6 DD1 присутствует смесь узких
и широких импульсов, и, к тому же, их
не удается синхронизировать), можно
воспользоваться следующей
методикой настройки. Разрывают
кольцо ФАПЧ, отпаяв один вывод
резистора R13. Через резистор R7 на
варикап подают напряжение с движка
переменного резистора.
Частотомером проверяют частоту
генератора. Подстройкой элементов
контура L1, СЗ, С4, С5 устанавливают
частоту генератора равной 45 МГц при
напряжении на варикапе 3...4 В. Далее
частотомер, и параллельно с ним
осциллограф, подключают к выводу 13
счетчика DD4. Скважность импульсов
очень велика, и их трудно наблюдать,
поэтому осциллограф можно
подключить через промежуточный
делитель на два к триггеру К155ТМ2.
На выходе счетчика должна быть
частота, равная опорной, т.е. 500 кГц (при
FreH=45 МГц). Если импульсы отсутствуют,
то необходимо подобрать режим
работы формирователя на
транзисторах VT4, VT5 с помощью
резисторов R16 и R17.
Как отмечалось в описании схемы ОГ,
на качество его работы может влиять
небольшое изменение напряжения
питания счетчиков. При изменении
напряжения питания +5 В опорного
генератора, частота последнего
менялась кратно опорной, т.е. 44,5 МГц,
45 МГц, 45,5 МГц и т.д. Далее замыкают
кольцо ФАПЧ, контролируют частоту
ОГ частотомером и наблюдают форму
импульсов на выходе ФД. Это должны
быть прямоугольные импульсы с
частотой, равной опорной. Если
частота захватывается и
удерживается, но не равна 45 МГц, а
кратна 500 кГц, например 45,5 МГц, можно
попробовать провести описанную
выше операцию с изменением в
небольших пределах (4,6...5,0 В)
напряжения питания.
На работе процессорного блока ГПД
изменение напряжения питания не
сказывается. При эксплуатации
собранного синтезатора и приемника
выявились неприятные эффекты -
частота стабилизирована, но прием
невозможен из-за треска. При
диагностике блока ОГ осциллограф
был подключен к выводу 6 DD1 (выход ФД)
- в этой точке присутствовали
импульсы, как при нормальной работе
схемы ФАПЧ. Но при изменении
частоты развертки осциллографа в
сторону уменьшения, когда импульсы
сливаются в одну широкую "полосу",
было замечено, что они хаотически
модулированы по амплитуде в
пределах 0,1 В. На выходе ФНЧ схемы
ФАПЧ напряжение подстройки тоже не
было стабильным, а хаотически
изменялось. Естественно, это
приводило к очень быстрому
изменению час тоты ОГ, и петля ФАПЧ
не успевала отслеживать изменения
частоты за счет большой постоянной
времени ФНЧ. Для восстановления
работы генератора емкость
конденсатора С4 была уменьшена с27пФдо
10 пФ.
При желании можно собрать ОГ по
схеме кварцевого генератора с
последующим умножением частоты -
кварцы на 5 или 9 МГц широко
распространены.
Вышеизложенные рекомендации
справедливы и при налаживании ГПД,
т.к. к моменту настройки первого
процессорного смесителя (ПС1) он
должен быть запущен и генерировать
частоты в нужном диапазоне. Для
перестройки ГПД на варикап подают
напряжение с движка переменного
резистора. Это мера временная -
чтобы убедиться в
работоспособности устройства. Как
уже было сказано, настройку
синтезатора ведут "шаг за шагом",
последовательно подключая все
новые блоки. Итак, на ПС1 подают
сигналы с ГПД и ОГ. Осциллограф
подключают к затвору VT3 (рис.5) и
убеждаются, что там присутствует
частота 34...35 МГц, полученная после
преобразования (контролируют
частотомером). По очереди отключают
сигналы ОГ и ГПД и убеждаются, что
сигнал ПЧ исчезает. Необходимые
уровни частот на входе смесителя
подбирают конденсаторами С1 ...СЗ.
Частота 45 МГц может "просачиваться"
напрямую, минуя смеситель.
Обязательно убедитесь, что данное
явление отсутствует!
Второй процессорный смеситель (ПС2)
- очень важный узел. Хотя диоды VD1...VD4
специально не подбирались, он
должен быть хорошо сбалансирован (с
помощью резистора R14), т.к. на его
выход может проникать частота
первой ПЧ (34...35 МГц), тем более, что
она попадает в полосу пропускания
ФНЧ. В качестве Тр1 использован
готовый трансформатор с объемным
витком (от подобных смесителей
промышленной аппаратуры), но не
исключается применение
самодельного.
Сигнал после второго смесителя
контролируют на базе транзистора VT7
осцил-лографом. Напряжение
гетеродина 45...75 МГц на входе
смесителя ПС2 подбирают при помощи
конденсатора СЗО на выходе
усилителя мощности VT8 (рис.3).
Усилитель введен для того, чтобы
иметь запас регулировки - это
облегчает настройку.
Итак, контролируя сигнал на выходе
усилителя VT6, VT7 и подбирая уровни
сигналов всех генераторов (ГПД, ОГ,
гетеродина), убеждаются, что там
присутствует преобразованный
сигнал. При отключении хотя бы
одного сигнального входа
смесителей сигнал последней ПЧ (11...41
МГц) также должен исчезать.
Должны отсутствовать любые
побочные частоты. Конкретно в
правильной работе процессорных
смесителей можно убедиться с
помощью частотомера, которым
измеряют частоты ГПД и гетеродина (частота
ОГ известна и стабильна). На выходе
блока процессорных смесителей
должна присутствовать расчетная
частота. В работоспособности
усилителей на транзисторах VT4...VT9
убеждаются, подавая сигнал с ВЧ-генератора
на резистор R17, временно отсоединив
его от ФНЧ (L6, С20). С генератора
подают минимальный уровень сигнала
в полосе частот 11...41 МГц.
Осциллографом наблюдают TTL-уровни
на выходе делителя на пять (DD1 на рис.6).
Изменяя уровень сигнала с ВЧ-генератора,
убеждаются, что коэффициент
усиления усилителя достаточен для
нормальной работы цифровых
микросхем. Возможно, потребуется
подбор режима работы каскада на VT8...VT9
при помощи резисторов R29, R32.
Регулировка особенно необходима,
если на каскад будет подаваться не
"чистый" сигнал с генератора, а
полученный после преобразователей
частоты.
На выводе 1 DD1 (рис.6) должно
присутствовать напряжение 2,4 В (критично).
Реальная наивысшая частота, при
которой еще работает счетчик DD1 - не
менее 48 МГц.
Далее собирают синтезатор и
проверяют его работу в целом.
Перестраивая ГПД, убеждаются, что
частота гетеродина 45...75 МГц также
перестраивается, "следя" за
частотой ГПД. Вначале необходимо
добиться работы синтезатора хотя
бы на нескольких диапазонах. Если
он не работает на всех диапазонах,
значит, амплитуда сигнала
гетеродина, подаваемая на второй
смеситель, сильно изменяется в
зависимости от частоты настройки.
Возможно, неправильно выбрано
количество витков трансформаторов
второго смесителя или не
согласована линия передачи сигнала
от гетеродина к ПС2. Чтобы выровнять
амплитуду, можно вместо
конденсатора СЗО (рис.3) поставить
два отдельных, индивидуально
подобранных трансформатора и
коммутировать их малогабаритным
реле типа РЭС-49. Сигнал для
транзисторного ключа берется от
шины коммутации поддиапазонов в
гетеродине.
Выходные импульсы ФД синтезатора, в
отличие от ОГ, не имеют форму
меандра. Это довольно острые "иголки"
на НЧ-диапазонах, которые "расширяются"
на ВЧ-диапазонах. При небольших
пределах перестройки (1 МГц)
изменение их длительности заметить
осциллографом практически
невозможно. За счет такой формы
выходной сигнал ФД труднее
отфильтровать ФНЧ, поэтому было
добавлено еще одно звено - Др1, СЗ (рис.7).
Настройка ГПД
Несмотря на то что ГПД управляется
от процессорного блока, методика
настройки схем с ФАПЧ справедлива и
здесь. Существуют, однако, и свои
тонкости. Например, при
изготовлении двух экземпляров
синтезатора было замечено, что
микросхема К193ИЕЗ не работает в
режиме деления на 11 (только на
десять). После поиска неисправности
выяснилось, что данная микросхема
критична к уровню сигнала на входе
переключения коэффициента деления
(выводы 14 и 15). В результате
сопротивление резистора R12 было
уменьшено с 2 кОм до 100 Ом.
В заключение описания синтезатора
хочется привести цитату из [1, с.73],
имеющую прямое отношение к данной
разработке: "В общем случае нужно
исходить из того, что подобные
объекты многовариантно
индивидуальны, и в подавляющем
большинстве случаев для
измерительных и отладочных работ
требуют привлечения только
высококвалифицированных
специалистов". Но, как говорится,
глаза боятся, а руки делают.
Выражаю благодарность Георгию (EU1AB)
за помощь в приобретении
кварцевого фильтра 45,5 МГц для
трансивера.
Литература
1. Ред Э.Т. Схемотехника
радиоприемников. - М.: Мир, 1989.
2. Ред Э.Т. Справочное пособие по
высокочастотной схемотехнике. - М.:
Мир, 1990.
3. Кухарук В. Синтезатор частоты. -
Радиолюбитель, 1992, N6, С.37.
4. Кетнерс В. Приемник спутникового
телевидения.
5. Кухарук А. Синтезатор частоты. -
Радиолюбитель, 1994, N1, С.39...41.
6. Лаповок Я. Трансивер с цифровой
шкалой. - В помощь радиолюбителю.
Вып.74., ДОСААФ, 1981.
7. Бирюков С. Предварительный
делитель. - Радио, 1980, N 10, С.61.
8. Филиппов Б. Восьмиразрядный
дисплей с динамической индикацией.
- В помощь радиолюбителю. Вып.71.
ДОСААФ, 1980, С.50.
9. Микросхемы и их применение. - М.:
МРБ, 1984.
10. Шило В.Л. Популярные цифровые
микросхемы. - М.: Радио и связь, 1988.
11. Дайнеко А. Термостабилизатор для
аквариума. - Радиолюбитель, 1996, N5, С.20.
12. Скрыпник В.А. Приборы для
контроля и налаживания
радиолюбительской аппаратуры. - М.:
Патриот, 1990.
13. Хоровиц П., Хилл У. Схемы фазовой
автоподстройки частоты. - Искусство
схемотехники, М.: Мир, 1986, С.78.
14. ОЗУ в устройствах динамической
индикации. - Радио, 1989, N9, С.73.