Простой средневолновый синтезатор частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиоприем

 Комментарии к статье

Разрабатывая этот синтезатор, авторы постарались по возможности максимально упростить его схему и конструкцию не в ущерб техническим характеристикам.

Предлагаемый синтезатор разработан в развитие интересной темы, предложенной в [1]. К сожалению, активная деятельность "золотодобытчиков" делает изготовление описанного там синтезатора затруднительным для широкого круга радиолюбителей, а при его переводе на не содержащие золота микросхемы в корпусах DIP значительно увеличиваются габариты устройства. Кроме того, для многих радиолюбителей, особенно начинающих и живущих вдали от промышленных центров, сложную проблему представляет изготовление двусторонней печатной платы с металлизированными отверстиями. Не облегчает жизнь и поиск кварцевых резонаторов с низкими и "некруглыми" частотами.

Рассматриваемый синтезатор построен по классической схеме с петлей фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) на микросхемах структуры КМОП в корпусах, не содержащих золота, и с широко распространенным кварцевым резонатором на 1 МГц.

Основные технические характеристики

• Диапазон частот, кГц......1449...1800
• Шаг перестройки, кГц.......9
• Число фиксированных частот .......40
• Точность установки частоты,
• Гц, не хуже.......±5
• Температурный уход частоты, ^оС^-1.......1,5·10^-6
• Напряжение питания, В.......15...30
• Потребляемый ток, мА .......50
• Габаритные размеры, мм .......90x70x25

Структурная схема синтезатора представлена на рис. 1. Генератор, управляемый напряжением (ГУН), работает на той же частоте, которая поступает на выход. Устойчивость к наводкам обеспечивается тем, что частотозадающие цепи этого генератора не содержат катушек индуктивности, а сам он практически целиком находится внутри одной микросхемы.

Рис. 1

Формирователь импульсов (ФИ) имеет однотактный мощный выход с открытым стоком и допустимым напряжением до 200 В. Для оптимального согласования с нагрузкой в формирователе предусмотрена возможность регулировки длительности выходных импульсов.

Образцовый сигнал частоты сравнения 100 Гц получается делением частоты кварцевого генератора (КГ) 1 МГц на 10000. Столь низкой эта частота выбрана по той причине, что в спектре выходного сигнала синтезатора неизбежно присутствуют составляющие, отстоящие на ее значение от основной выходной частоты. Если в связной аппаратуре с этим можно мириться, то для вещательного передатчика наличие спектральных составляющих, создающих при амплитудном детектировании сигналы звуковых частот, недопустимо. Поэтому частоту сравнения необходимо выбирать в надтональной или подтональной области. В нашем случае принят второй вариант, поскольку 100 Гц легко подавить последетекторным фильтром приемника, не ухудшая качества принимаемых речевых и музыкальных сигналов.

Частотно-фазовый детектор (ЧФД) сравнивает образцовый сигнал 100 Гц с сигналом такой же (в режиме захвата) частоты, полученным делением частоты ГУН сначала на 9, а затем с помощью делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД) на 1610-2000 в соответствии с заданным значением выходной частоты. В зависимости от знака рассогласования сравниваемых сигналов по частоте и фазе ЧФД вырабатывает управляющий сигнал, увеличивающий или уменьшающий частоту ГУН. Управляющее напряжение поступает на ГУН через пропорционально-интегрирующий фильтр (ПИФ), оптимизирующий динамические характеристики петли ФАПЧ.

Предварительное деление частоты ГУН на 9 продиктовано двумя причинами. Во-первых, это требуется для получения сетки частот с шагом 9 кГц. Во-вторых, микросхема КА561ИЕ15А, примененная в ДПКД, имеет максимальную рабочую частоту 1,5 МГц.

Рис. 2 (нажмите для увеличения)

Принципиальная схема синтезатора изображена на рис. 2. Все примененные в нем цифровые микросхемы - структуры КМОП малой и средней степеней интеграции. Микросхемы серий К561 и КР1561 работоспособны на частотах до 2...3 МГц при напряжении питания 3...15 В. Потребляемый ими в динамическом режиме ток не превышает единиц миллиампер.

КГ выполнен на микросхеме DD1. Подстроечным конденсатором C4 устанавливают частоту генерации 1 МГц с точностью не хуже 1...2 Гц.

Для получения образцового сигнала частотой 100 Гц импульсы с выхода КГ поступают на вход С двоичного счетчика DD4. Примененная здесь микросхема К561ИЕ16 представляет собой 14-разрядный двоичный счетчик. Необходимый коэффициент деления 10000 получается с помощью логического узла 5И на диодах VD3-VD7 и резисторе R7. Когда в процессе счета на всех выходах счетчика, к которым подключены диоды, высокие логические уровни будут присутствовать одновременно, на его входе R уровень также станет высоким, что установит счетчик в исходное нулевое состояние, затем процесс подсчета импульсов повторится. Коэффициент деления при показанном на схеме подключении диодов получается равным К_д = 16+256+512+1024+8192= 10000.

ГУН и ЧФД находятся в микросхеме DD2 КР1561ГГ1. Крайние значения частоты диапазона перестройки ГУН задают резисторами R1, R2, C1. Перестраивают частоту напряжением на входе IG (выводе 9 микросхемы).

Исходные данные для выбора указанных выше элементов - диапазон частот синтезатора 1,449.1,8 МГц и разброс параметров ГУН, который от экземпляра к экземпляру микросхем может доходить до 20 %. Таким образом, необходимо иметь запас по перестройке не менее 0,36 МГц. С некоторым запасом будем считать, что ГУН должен перестраиваться в диапазоне 1.2,2 МГц. Нижнюю границу этого диапазона (при нулевом напряжении на входе IG) устанавливают резистором R2, верхнюю границу (при управляющем напряжении, равном напряжению питания) - суммарным сопротивлением резисторов R1 и R2. Работу ГУН разрешает низкий логический уровень на входе INH (выводе 5).

ЧФД имеет два входа IC и IS (выводы 3 и 14) и выход Q1 (вывод 13). Сигнал рассогласования с выхода Q1 через ПИФ R4R3C2 поступает на управляющий вход ГУН IG.

ПИФ - весьма критичная часть петли ФАПЧ. Расчет этого фильтра в общем виде довольно сложен и требует знания теории автоматического управления [2]. Для радиолюбительской практики вполне удовлетворительные характеристики обеспечиваются расчетом с использованием соотношений, приведенных в справочных материалах по микросхеме MC14046B - зарубежному аналогу КР1561ГГ1:

где N - коэффициент деления рабочей частоты в петле ФАПЧ; f_max и f_min - граничные частоты перестройки ГУН; 3000 Ом - выходное сопротивление ЧФД.

С выхода ГУН сигнал рабочей частоты поступает на ФИ и делитель частоты на 9. Последний выполнен на микросхеме DD5 К561ИЕ14 и элементе DD3.1 микросхемы К561ЛН2.

Четырехразрядный реверсивный счетчик К561ИЕ14 может работать как двоичный (на входе B высокий уровень) или как десятичный (на входе B низкий уровень). Направление счета задают уровнем на входе U: высокий - увеличение, низкий - уменьшение. На вход C подают счетные импульсы, причем состояние счетчика изменяется по их нарастающим перепадам. Счет разрешен при низком уровне на входе PI.

Вход S позволяет асинхронно записывать в триггеры счетчика любой восьмиразрядный код с входов D1-D8. Поскольку счетчик отдельного входа начальной установки не имеет, эту функцию выполняет вход S при низких уровнях на входах D1-D8 (в режиме счета на увеличение). На выходе переноса появляется низкий уровень, когда в режиме счета на увеличение накопленное число стало максимальным (или минимальным в режиме счета на уменьшение).

В нашем случае счетчик работает на увеличение в десятичном режиме. При поступлении десятого импульса сигнал с выхода переноса через инвертор DD3.1 принудительно устанавливает счетчик в нулевое состояние.

С выхода 4 счетчика сигнал поступает на ДПКД - микросхему DD6 КА561ИЕ15А. У нее имеются вход счетных импульсов С, четыре управляющих входа K1, K2, K3, L, шестнадцать входов 1-8000 для установки коэффициента деления и один выход. Коэффициент деления может находиться в интервале 3-21327, причем предусмотрено несколько способов его установки. В синтезаторе использован наиболее простой и удобный способ - коэффициент задают двоично-десятичным кодом, поданным на входы 1-8000. При этом, однако, максимально возможное его значение - 16659.

Чтобы воспользоваться этим способом, на входах K1 и L должны быть установлены разные логические уровни (низкий и высокий или высокий и низкий), а на входе K3 - низкий уровень. Вход K2 служит для установки счетчика в начальное состояние, которая происходит при низком уровне на этом входе за три периода счетных импульсов. При высоком уровне на нем счетчик работает в режиме делителя частоты.

Нужные уровни на входах 1-8000 задают галетными переключателями SA1 и SA2. Их контактам, соединенным с общим проводом, соответствуют низкие уровни на соответствующих входах микросхемы, а свободным - высокие (их поддерживают резисторы R8-R15).

ФИ позволяет установить длительность выходных импульсов, оптимальную для подключенной к синтезатору нагрузки, например, выходного контура без промежуточных усилителей (как в передатчике, схема которого приведена в [3]). ФИ построен на логических инверторах DD3.2-DD3.6, диоде VD2, подстроечном резисторе R6, транзисторах VT1-VT3. Эмиттерный повторитель на транзисторах VT1 и VT2 уменьшает длительность зарядки и разрядки емкости затвора полевого транзистора VT3, увеличивая этим скорость его включения и выключения. Зарядка входной емкости элементов DD3.3-DD3.6 происходит быстро через малое динамическое сопротивление диода VD2, а разрядка - сравнительно медленно через подстроечный резистор R6. Длительность разрядки, а за счет этого и длительность формируемого импульса зависят от введенного сопротивления резистора R6.

О конструкции и налаживании синтезатора

Синтезатор выполнен на односторонней печатной плате толщиной 1,5 мм (рис. 3).

Рис. 3

Она изготовлена методом термического переноса рисунка проводников на поверхность фольги с его распечатки на лазерном принтере. Номера монтажных отверстий на плате, предназначенных для проводов, идущих к переключателям, совпадают с номерами проводов жгута на схеме. В эти отверстия, а также в те, которые предназначены для проводов питания и нагрузки, желательно установить монтажные штыри. Транзистор VT3 и стабилизатор напряжения DA1 находятся на общем теплоотводе (не забывайте смазать их посадочные места теплопроводной пастой КПТ-8), изготовленном из алюминиевого листа по чертежу, показанному на рис. 4. Транзистор VT3 необходимо устанавливать на теплоотвод через изолирующую прокладку. Длинное плечо теплоотвода зафиксировано на плате проволочным хомутом.

Рис. 4

Постоянные резисторы - МЛТ или аналогичные. Подстроечный резистор R6 - СП3-38а. Конденсатор C2 (это может быть, например, К73-24) должен быть с органическим диэлектриком. Конденсатор C4 - подстроечный КТ4-24. Конденсаторы C1, C3, C7-C10 - любые керамические подходящего размера. Оксидные конденсаторы также любые, подходящие по размеру и номинальному напряжению.

Рис. 5

Микросхему КА561ИЕ15А можно заменить на 564ИЕ15, но она, к сожалению, дороже, так как содержит золото. Именно такая микросхема установлена в синтезаторе, изображенном на фотоснимке рис. 5. Вместо К561ЛА7 будет без изменения схемы и платы работать К561ЛЕ5. Транзисторы VT1, VT2 - любые маломощные кремниевые соответствующей структуры.

Переключатели SA1 и SA2 - П2Г-3 соответственно 4П4Н и 10П4Н или любые другие галетные, подходящие по числу положений и направлений. Кварцевый резонатор - РГ-06 или РК170.

Безошибочно собранный из заведомо исправных элементов синтезатор не требует налаживания, необходимо лишь выставить подстроечным конденсатором C4 частоту кварцевого генератора с точностью ±2 Гц. Ее контролируют на выводе 11 микросхемы DD1. Подстроечным резистором R6 добиваются получения максимально неискаженного сигнала несущей на эквиваленте антенны.

P.S. В передатчике с усилителем мощности плату синтезатора необходимо хорошо экранировать для предотвращения наводок на ГУН, способных привести к сбоям работы ФАПЧ.

Литература

1. Комаров С. Средневолновый радиовещательный синтезатор частоты. - Радио, 2012, № 9, с. 19-23; № 10, с. 21 -23.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ. под ред. М. В. Гальперина. - М.: Мир, 1993. В 3-хтомах (4-е изд., перераб. и доп.).
3. Комаров С. Маломощный радиовещательный средневолновый АМ передатчик. - cqf.su/technics5-1.html.

Авторы: Е. Голомазов, М. Доуталиев, Б. Канаев

Смотрите другие статьи раздела Радиоприем.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива 7-нм настольные APU Renoir - Ryzen 4000G, PRO 4000G и Athlon PRO 3000G 22.07.2020 Компания AMD представила гибридные процессоры Ryzen 4000G для настольной платформы AM4, родственным хорошо зарекомендовавшим себя 7-нм мобильным чипам Ryzen 4000-й серии. Они предназначены для OEM-сегмента и не будут доступны в розничных магазинах, но в будущем AMD обещает выпустить некоторые модели новых APU для рынка DIY (с платами на чипсетах AMD 400-й и 500-й серии). Десктопные APU Renoir используют тот же 7-нм кристалл, что и мобильные сородичи - с восемью физическими ядрами Zen 2, 8 МБ кэш-памяти L3 и графическим модулем с восемью блоками Compute Units (CU) на улучшенной архитектуре Vega. Но если мобильные Renoir упираются в 35-ваттный TDP, то десктопные аналоги повышают планку до 65 Вт, работают на более высоких частотах и, следовательно, уровень их производительности выше. Десктопные APU Renoir официально поддерживают оперативную память DDR4-3200 (при этом AMD в тестах производительности использовала более быструю память DDR4-3600), частота x86-ядер достигает 4,4 ГГц в случае флагманской модели Ryzen 7 4700G, а встроенный GPU работает на 1700-2100 МГц в зависимости от модели. Также представлены гибридные процессоры Ryzen Pro 4000 и Athlon Pro 3000, предназначенные для готовых компьютеров бизнес-класса. Они родственны потребительским моделям (характеристики полностью идентичны), но при этом обладают расширенной поддержкой и технологиями безопасности (полное шифрование оперативной памяти и набор функций AMD Pro).

Другие интересные новости:

▪ Парашют для целого самолета

▪ Инновационный твердотельный аккумулятор от NASA

▪ Аналого-цифровой преобразователь LTC2255

▪ Лаборатория в жилетном кармане

▪ Беспроводная 100-ваттная зарядка Honor Superfast

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Афоризмы знаменитых людей. Подборка статей

▪ статья Не солоно хлебавши. Крылатое выражение

▪ статья Как перемешаны стороны света в речи исландцев? Подробный ответ

▪ статья Ценхрус реснитчатый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Работа с древесиной. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Огонь выводит буквы на газете. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026