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:

Самолет меняет вкус привычных продуктов 27.09.2026

Одна и та же еда может восприниматься совершенно по-разному на земле и на борту пассажирского самолета. На первый взгляд причина может показаться очевидной: качество продуктов или особенности приготовления. Однако специалисты утверждают, что значительную роль играют непосредственно условия полета. Шум двигателей, давление в герметичном салоне и даже звуковой фон способны изменять работу механизмов, отвечающих за восприятие вкуса и аромата пищи. Одним из наиболее интересных факторов оказался постоянный шум. Профессор Оксфордского университета Чарльз Спенс исследовал влияние громких звуков на вкусовые ощущения и обнаружил, что в шумной обстановке человек может слабее воспринимать сладость. Поэтому напиток или десерт, которые на земле кажутся достаточно насыщенными, во время полета способны восприниматься более пресными. При этом эффект не одинаков для всех вкусов. Особенно любопытно ведет себя умами - вкус, характерный, например, для помидоров, грибов и пармезана. В условиях полета ...>>

Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана. Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традици ...>>

Кораллы, устойчивые к потеплению, хуже справляются с болезнями 26.09.2026

Коралловые рифы существуют в условиях постоянного взаимодействия множества факторов окружающей среды, поэтому способность переживать один вид стресса еще не гарантирует общей устойчивости организма. Особенно важной эта проблема становится на фоне потепления океана, которое уже приводит к массовому обесцвечиванию кораллов. Исследователи Бостонского университета обнаружили, что симбиоз с теплостойкими водорослями рода Durusdinium действительно помогает кораллам переносить кратковременное повышение температуры, но одновременно может повышать их уязвимость к бактериальным инфекциям. Жизнь кораллов во многом зависит от микроскопических водорослей, которые обитают внутри их тканей. Благодаря фотосинтезу эти симбионты обеспечивают организм-хозяин значительной частью питательных веществ. Однако при чрезмерном нагревании воды нормальное взаимодействие нарушается: водоросли могут покидать ткани коралла, из-за чего он теряет окраску и белеет. Массовое обесцвечивание сегодня считается одной из ...>>

Случайная новость из Архива Микроскопический робот на жидком топливе 17.01.2021 Исследователи из Лаборатории автономных микророботов (AMSL) Университета Южной Калифорнии создали самый легкий и маленький в мире, полностью автономный ползучий микроскопический робот. Устройство под названием RoBeetle имеет массу всего 88 миллиграммов - приблизительно эквивалентная масса трех зерен риса. В роботе используется принципиально новый тип привода, который функционирует как искусственная мышца. Искусственная мускулатура робота RoBeetle приводится в действие управляемым каталитическим сгоранием - технологией, которая позволит разработать новое поколение микророботов, способных функционировать на суше, воде и воздухе. Малые роботы требуют высокоэффективный источник автономной энергии. При этом существующие технологии электрических аккумуляторов, пока уступают по удельной энергии жидкому топливу. Так удельная энергия обычного метанола (20 МДж/кг) примерно на порядок выше, чем у самых совершенных аккумуляторов (1,8 МДж/кг). Основу "мышц" RoBeetle составляют тонкие проволоки нитинола - никель-титанового сплава с эффектом памяти формы. Изготовленные из этого материала детали можно деформировать, однако при нагреве они вернутся к изначальному виду. На нити напылили платиновый катализатор, на котором происходит сгорание паров метанола. Его тепло и заставляет нитиноловые "ножки" робота сокращаться, чтобы снова "расслабиться" при остывании. При собственной массе всего 88 миллиграммов робот может перемещать объекты в 2,6 раза тяжелее, а установка дополнительного "топливного бака" на 95 миллиграммов метанола обеспечивает его автономной работой на протяжении почти двух часов. Авторы изобретения заверяют, что если аналогичная система использовала бы традиционную аккумуляторную батарею, она проработала бы не больше нескольких секунд.

Другие интересные новости:

▪ Овощи и полупроводники

▪ Водород из растений - основа будущей энергетики

▪ Теслафорез в наномасштабе

▪ Деньги с микросхемой

▪ Волны цунами вздымаются до неба

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Фарадей Майкл. Биография ученого

▪ статья Кто первым сделал паруса? Подробный ответ

▪ статья Станочник-распиловщик и оператор на автоматических и полуавтоматических линиях в деревообработке, занятый раскроем плит и листовых материалов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Индикация работы квартирного звонка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вертолет наоборот. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026