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:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Растворимый пластик из манго и водорослей 01.08.2019 В качестве альтернативы существующему пластику был разработан биоаналог с использованием полимеров - пектин и каррагинан. Строительную новинку разработал филиппинский исследователь, специалист по биохимии Д.Монтинола. Стройматериал можно получить из морских водорослей и переработанной кожуры манго. Специалисту захотелось применить в производстве именно эти растения, поскольку они в изобилии произрастают в этой стране и входят в 1-ю десятку экспорта. Материал экологичен и по многим показателям лучше пластика: он полностью растворяется в водной среде, не разлагаясь на мелкие частицы, и не отравляет организмы животных. Биопластик может решить проблему микропластика, загрязняющего огромные территории всей планеты. Как известно, еще в 2014 году океан содержал более 5 триллионов частиц. Они были обнаружены даже в тех районах, где человек никогда не обитал. Помимо этого, новинка обладает достаточной прочностью и способна имитировать движения тела. Из него возможно создать даже тканевый покров для защиты обгоревшего участка кожи и остановки кровотечения. Ранее ученые из университета в Тель-Авиве разработали похожий материал на продуктах обмена морских животных. Для его производства, даже в больших масштабах, не потребуются на пресная вода, ни почва.

Другие интересные новости:

▪ Стресс подавляет страх

▪ Низкая погрешность работы квантового компьютера

▪ Эффективно впитывающий пластырь

▪ Спорт и пост

▪ Найден самый мощный источник энергии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбителю-конструктору. Подборка статей

▪ статья Обозначения импортных микросхем. Справочник

▪ статья Как делают веревки? Подробный ответ

▪ статья Кинза. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Ветроагрегаты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сколько спичек в кулаке? Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua
2000-2024