Материал публикуется с любезного разрешения автора.

Многофункциональный генератор качающейся частоты 100 кГц...2 ГГц

Александр Кравченко, Украина
E-mail: alderkra{собака}ukr.net

Январь 2005 г.

Содержание:
  1. Краткое описание
  2. Описание схемы
  3. Конструкция и детали
  4. Платы П1-П7
  5. Формирователь частотных меток (Б13)
  6. Аттенюатор 20...120 дБ (Б12)
  7. Усилитель сигнала АРМ (Б10), электронный аттенюатор (Б8)
  8. Коммутаторы (Б7, Б9, Б11)
  9. Генераторный блок 0,1...60/70 МГц (Б6)
  10. Генераторные блоки (Б1, Б2, Б3, Б4)
  11. Настройка ГКЧ
  12. Устранение недостатков
  13. Литература
  14. Комплект схем с высоким разрешением в формате DJVu (282 кб)
Краткое описание

Из-за дороговизны высокочастотной измерительной аппаратуры, радиочастотные измерения в домашних условиях для большинства радиолюбителей практически недоступны. Но при желании такой прибор можно изготовить самостоятельно, используя только радиолюбительские технологии. Возможно, кому-то эта разработка покажется сложной для повторения ее целиком, но отдельные конструкторские решения будут интересны многим радиолюбителям для использования их в более простых генераторах.

В моем ГКЧ использованы в основном стандартные принципы построения подобных приборов, таких как Х1-42 и Х1-48. Новизной является то, что для получения широкого диапазона выходных калиброванных уровней сигналов (от 100 мВ до 0.3 мкВ и меньше) с интервалом 1 дБ во всем диапазоне частот, не используются сложные в изготовлении механические аттенюаторы, а для наблюдения характеристик применен обычный осциллограф, с возможностью получения двух линий развертки (без доработки осциллографа). В схемах ВЧ генераторов использованы перестраиваемые фильтры нижних частот, или второй гармоники, установленные на выходах усилителей мощности генераторов, что позволяет использовать простые схемы усилителей мощности, получая при этом на выходах генераторных блоков ВЧ сигналы с уровнем побочных спектральных составляющих менее минус 25 дБ. Коммутация ВЧ сигналов производится специально мной разработанными герконовыми коммутаторами, имеющими малое затухание в замкнутом состоянии, и большое в разомкнутом. Задумана возможность ручного управления частотой в пределах заранее выставленной полосы качания, а также возможность остановки качания на любой частоте диапазона с точностью до 100 кГц (по шкале частотных меток), без использования частотомера, и получение в этом режиме частотной, или амплитудной модуляции. Для минимизации излучений внутренних узлов прибора в окружающее пространство, конструктивно выполнена очень высокая экранировка, позволяющая практически свести к нулю уровень радиопомех создаваемый ГКЧ, чего не достигнуто в выше приведенных промышленных генераторах.

Схема

ГКЧ состоит из шести независимых генераторов: 100 кГц...60 Мгц; 60...120 МГц; 120...240 МГц; 240...480 МГц; 470...1000 МГц; 1000...2000 МГц, коммутируемых при переключении диапазонов. Все генераторы имеют перекрытие по частоте друг с другом. (В моем изготовлении, генератор 1000...2000 МГц не установлен и не разрабатывался, хотя в конструкции и в схеме он предусмотрен, и его в любое время можно установить).

Управление частотой ГКЧ осуществляется с помощью трех переменных резисторов: частота грубо, частота плавно, полоса качания; переключателя - полоса качания х1 / полоса качания х0.1. Схема АРМ (автоматическая регулировка мощности) стабилизирует выходную мощность во всем диапазоне качания.

Выходное сопротивление всех выходов внутреннего аттенюатора 50 Ом. Уровень сигнала на выходе "20 дБ/В" с включенной схемой АРМ и в положении переключателя внутреннего аттенюатора "0 дБ" - составляет 200 мкВт или 100 мВ на нагрузке 50 Ом, что равняется минус 20 дБ/В (20 дБ относительно 1-го вольта). За 0 дБ принят уровень сигнала 20 мВт, или 1 вольт на нагрузке 50 Ом. Такой способ отображения уровней сигналов в децибелах используется во многих промышленных генераторах, и он очень удобный.

Внутренний аттенюатор ГКЧ имеет выходы с уровнями: -20 дБ/В; -40 дБ/В; -60 дБ/В; -80 дБ/В; -120 дБ/В. Внутренний аттенюатор, работающий через схему АРМ, способен изменять мощность в диаппазоне: -10 дБ...+7 дБ с интервалом 1 дБ. А используя еще и внешний аттенюатор с ослаблением 10 дБ, и включая все имеющиеся аттенюаторы в разных комбинациях, возможно получить диапазон выходных уровней сигнала ГКЧ от -13 дБ/В до -150 дБ/В с интервалом 1 дБ.

В качестве устройства наблюдения, можно использовать любой осциллограф с входным сопротивлением не ниже 100 кОм, с полосой пропускания усилителя вертикального отклонения не менее 1 Мгц, имеющий вход внешней синхронизации и способный работать в режиме 0.5 В на деление по вертикальному отклонению и с частой развертки 15...30 Гц.

В ГКЧ имеются два УПТ. Для наблюдения например АЧХ, к одному из входов УПТ подключается детекторная головка, а к выходному сигналу второго УПТ подмешиваются кварцованные частотные метки из специального формирователя меток. Коммутируя выходные сигналы двух УПТ с частотой развертки, или быстро - с частотой 70 кГц, на экране осциллографа можно наблюдать сигналы в виде двух линий развертки, отображающие уровень каждого УПТ.

Чувствительность первого УПТ 1 мВ/дел (1 милливольт на деление). Чувствительность можно уменьшать входным потенциометром и ступенчатым переключателем, и увеличивать в 10 раз до 100 мкВ/дел переключателем х10. Чувствительность второго УПТ 1 мВ/дел. Уменьшается входным потенциометром.

Кроме частотных кварцованных прямоугольных меток и внешней метки, в приборе формируются: метка ручного качания, и метка середины качания. Метка ручного качания позволяет контролировать положение частоты при ручной перестройке частоты в пределах ранее выставленной полосы качания. Метка середины качания соответствует частоте, равной нулевой полосе качания. Пользуясь ею, и кварцованными частотными метками, можно останавливать качание на любой частоте диапазона с точностью до 100 кГц.

Смесь кварцованных частотных прямоугольных меток, и метки середины качания, по желанию можно подмешивать или к выходному сигналу первого УПТ, или второго. Метка ручного качания при этом окажется подмешанной к выходному сигналу противоположного УПТ. Внешнюю метку можно подключить только к УПТ 2. Как частотные метки так и внешнюю можно отключить.

Что можно сделать с помощью ГКЧ в диапазонах частот качания?

  1. Наблюдать АЧХ высокочастотных объектов, например: ВЧ усилителей, трактов ПЧ радиоприемников, фильтров, кабелей и др. (Используются аттенюаторы и внешняя детекторная головка). Наличие двух УПТ позволяет производить настройку объектов, наблюдая АЧХ в двух точках схемы, используя при этом две детекторные головки.
  2. Измерять чувствительность радиоприемников (используются аттенюаторы).
  3. Контролировать в диапазоне качания уровень отраженной волны объектов, подключенных к выходу измерительного моста, а при необходимости и рассчитать КСВ этих объектов, используя разницу в децибелах между уровнем падающей и отраженной волны.
  4. Измерять затухание (до 27 дБ) или усиление ВЧ устройств с точностью до 1 дБ. (Используются аттенюаторы и внешняя детекторная головка). Измерения выполняются методом замещения измеряемого устройства при соответствующем регулировании уровня сигнала ГКЧ с помощью аттенюаторов.
  5. Использовать ГКЧ в качестве примитивного анализатора спектра, что позволяет визуально (с помощью внешней метки) контролировать частоты внешних ВЧ сигналов с точностью до 100 кГц, и уровни внешних ВЧ сигналов в диапазоне от -30 дБ/В до -60 дБ/В . С подключенным широкополосным усилителем по входу внешней метки с коэффициентом усиления например 20 дБ, можно контролировать частоты излучающих радиочастоты устройств (радиопередатчиков, гетеродинов приемников и др.) бесконтактно, по наводке на отрезке провода (антенне), подключенному к входу усилителя, что очень удобно при настройке выше перечисленной радиоаппаратуры.
  6. Использовать ГКЧ в качестве ВЧ генератора фиксированной частоты с возможностью получения частотной, или амплитудной модуляции от внутреннего синусоидального источника частотой 1 кГц, или от внешнего источника звуковой частоты. Уровень и форму огибающей амплитудной модуляции можно наблюдать на одной из линий развертки при нажатии на кнопку "контроль датчика АРМ". Для получения фиксированной частоты с точностью до 100 кГц - нет необходимости использовать частотомер. Достаточно в режиме качания совместить специальную метку середины качания с требуемой частотой по кварцованным частотным меткам, и выключить качание.
  7. Использовать ГКЧ в режиме ручного качания (ручной перестройки частоты в пределах заранее выставленной полосы качания). Для этого выставить необходимую полосу качания и переключиться в режим ручного качания. Развертка осциллографа при этом не исчезнет, а на одной из линий развертки появится метка, которая будет перемещаться по линии развертки синхронно с вращением ручки потенциометра ручной перестройки частоты. Амплитудная и частотная модуляции в режиме ручного и автоматического качания не доступны.

Схема Схема

[ Дальше ]