Материал публикуется с любезного разрешения автора.
Многофункциональный генератор качающейся частоты 100 кГц...2 ГГц
Конструкция и детали.
Александр Кравченко, Украина
E-mail: alderkra{собака}ukr.net
Январь 2005 г.
Для изготовления корпусов и плат высокочастотных блоков использовался фольгированный стеклотекстолит и припой. Корпус прибора из стального листа толщиной 1 мм. Стенки корпуса, и передняя панель закреплены потайными винтами М3 на каркас, сваренный из стального уголка - сечением 1,7 х 1,7 см, изготовленного из листовой стали, толщиной 2 мм. Размер корпуса 490 х 160 х 220 мм. Размер передней панели ГКЧ - 408 х 155 мм (рис.3). Размер передней панели блока питания - 73 х 155 мм. Блок питания отделен от основной схемы металлической перегородкой, на которую закреплены фильтры для питающих напряжений. Вентиляционные отверстия просверлены только в верхней и нижней частях отсека блока питания. На переднюю панель блока питания, на два семиконтактных разъема, через резисторы сопротивлением 10 Ом, выведены все питающие напряжения: +12 В, -12 В, +5 В, -5 В. На эти же разъемы из блока питания подведены два слаботочных регулируемых напряжения : 0...12 В и 0...27 В. Все эти напряжения задумано использовать для питания различных внешних устройств, при настойке их с помощью ГКЧ. Резисторы 10 Ом защищают стабилизаторы блока питания от случайных внешних коротких замыканий. Напряжение 0..12 В задумано использовать, как напряжение АРУ при настройке селекторов телевизионных каналов, а напряжение 0...27 В - для перестройки частоты различных устройств, использующих варикапы. На передней панели блока питания есть кнопка, включающая в цепь подачи напряжения 0...27 В, резистор сопротивлением 100 кОм. Такая функция помогает проверить цепи питания варикапов различных устройств на наличие утечек. В блоке питания использован трансформатор от магнитофона Маяк 231 (без переделки). Стабилизаторы блока питания рассчитаны на максимально возможные токи потребления: 600 мА по +12 В, 150 мА по -12 В, 100 мА по +5 В, 100 мА по -5 В, 60 мА по +35 В (реальные максимальные токи, измеренные в моей конструкции составляют 540 мА, 100 мА, 55 мА, 45 мА, 42 мА - соответственно указанным выше цепям).
К передней панели ГКЧ закреплены все элементы и узлы правой части схемы (рис.1), включая переключатели В1, В2, В4 и потенциометр R2, а также все элементы и узлы схемы (рис.2). Непосредственно к передней панели при помощи гаек закреплены все переключатели, все кнопки, все переменные резисторы, и все гнезда, кроме тех, которые закреплены на блоках Б11, Б12 и Б13. Эти блоки, с закрепленными на них гнездами, крепятся к передней панели винтами и гайками М3, а гнезда выступают из передней панели через просверленные в ней отверстия. Аттенюатор 20...120 дБ (Б12) - закреплен к передней панели в ее нижней части, коммутатор Б11 - в средней, а формирователь частотных меток (Б13) - в нижней правой части (рис.3). Платы П2 и П4 изготовлены из двустороннего фольгированного текстолита с разводкой цепей со стороны деталей, и с использованием слоя, противоположного деталям в качестве корпусного провода.
Эти платы крепятся корпусным слоем к металлическим крышкам резисторов R36 и R37 - с помощью паек. Входные элементы обоих УПТ вместе с платами П2 и П4, помещены в экраны из тонкой жести, или латуни. Экраны крепятся винтами к передней панели. Плата П3 крепится к лицевой панели вблизи П2 - с помощью металлических кронштейнов. Плата П6 вместе с платой П5 закреплены с помощью кронштейнов ниже переключателя В18. Плата управления П1 крепится к передней панели с помощью удлиненных металлических кронштейнов, и располагается в средней части корпуса. Плата П7 закреплена на корпусе формирователя частотных меток Б13. Резисторы и диоды, относящиеся к многоступенчатым переключателям, распаиваются непосредственно на выводах этих переключателей. Платы П1, П3, П5, П6, П7 изготовлены из двустороннего фольгированного текстолита с использованием стороны, где расположены детали, в качестве корпусного провода, и разводкой цепей с противоположной деталям стороны. На стороне деталей, в радиусе 1 мм вокруг отверстий для установки деталей, удаляется фольга. При креплении плат к передней панели используются винты М3. В кронштейнах крепления сверлятся отверстия, и нарезается резьба для винтов. Кронштейны должны иметь электрический контакт с корпусной частью плат, закрепленных на них.
При настройке ГКЧ передняя панель должна выдвигаться вперед так, чтоб иметь доступ ко всем элементам схемы, установленными на ней. Для этого провода, соединяющие переднюю панель с блоками внутри корпуса нужно использовать удлиненные. ВЧ кабель, через который ВЧ сигнал поступает на вход аттенюатора Б12, используется удлиненный только на время настройки, а при окончательной сборке ГКЧ он заменяются коротким.
В нижней части корпуса расположена конструкция, собранная из блоков Б1-Б5, Б7. Выходы генераторных блоков и входы коммутатора Б7 соединяются разъемным способом, без использования кабелей (это видно по схеме рис.1). Таким же способом соединен и выход Б8 с входом Б9. На задней стенке корпуса закреплен генератор 0,1...60 МГц (Б6), а блоки Б8, Б9, и Б10 установлены на кусок текстолита, закрепленного с помощью уголка к верхней задней части металлического каркаса корпуса. Входы и выходы не радиочастотных сигналов (кроме входа внешнего датчика АРМ), а также питающие напряжения, подключены через фильтры (рис.4, рис.5), уменьшающие уровень радиопомех, создаваемый ГКЧ.
Для уменьшения внешних наводок, а также уменьшения радиопомех, экранированным проводом выполнены цепи: датчика АРМ, сигнала АРМ, цепи ручного управления мощностью ВЧ сигнала, цепи управления частотой генераторов, цепи модулирующего напряжения, входные цепи УПТ1.2 и УПТ2.2. В моей конструкции также экранированы цепи питающих напряжений, но возможно это излишнее. Большинство деталей - широкодоступные, а самое главное, нет узлов, которые невозможно изготовить в домашних условиях, не применяя сложных технологий.
Чтоб не использовать дефицитных (на время разработки ГКЧ) СВЧ p-i-n диодов, для коммутации радиосигналов я использовал специально мною разработанные высокочастотные герконовые коммутаторы, имеющие большое затухание в разомкнутом состоянии и малое затухание в замкнутом в широком диапазоне частот. В коммутаторе Б7 использованы малогабаритные герконы с длиной стеклянной колбочки около 1 см, а в коммутаторах В9 и В11 - герконы с длиной колбы около 2 см. На герконы надеты тонкие металлические трубки - на всю длину стеклянной колбочки. Катушки управления герконами намотаны на каркасы, расположенные сверху металлических трубок. В местах установки коммутаторов, в платах, прорезаны посадочные места - по размеру изготовленных герконовых коммутаторов.
Металлические трубки соединены пайками с корпусной стороной плат, а выводы герконов распаяны на полосковые линии, находящиеся с противоположной стороны плат. Такая конструкция коммутаторов не нарушает коаксиальности ВЧ тракта, а следовательно, затухание на высоких частотах будет минимальным. В электронном аттенюаторе все-таки установлены четыре СВЧ безкорпусных p-i-n диода 2A517-A-2, так как их невозможно было ничем заменить. Из всех полупроводниковых диодов только p-i-n диоды не нарушают спектра радиосигнала при его ослаблении на частотах свыше 10...20 МГц (работают как линейный резистор), и имеют маленькую проходную емкость. Два p-i-n диода используются в генераторном блоке 470...1000 МГц - для переключения фильтра второй гармоники. Возможно, на сегодняшний день лучше было б изменить конструкцию коммутатора Б7, используя в нем вместо герконов p-i-n диоды, а также объединить блоки Б7 и Б8 в один. Для пайки безкорпусных диодов 2А517А-2, нужно применять припой с низкой температурой плавления. В датчике АРМ, в детекторных головках, и измерительном мосту КСВ использованы СВЧ детекторные диоды 2A201A. Эти диоды проверены мною до 1.2 ГГц, уровень детектированного ими сигнала, не уменьшается с увеличением частоты. В высокоомной детекторной головке я использовал диоды Д18. Они тоже детектируют сигналы до 1,2 ГГц, но с ростом частоты уровень детектированного сигнала уменьшается, но для наблюдения АЧХ в узкой полосе это не существенно. В схемах смесителей использованы СВЧ смесительные диоды 3А111А. Они имеют безвыводную конструкцию, и паялись непосредственно к корпусу диода, но ни один диод при нагревании не вышел из строя.
Все постоянные резисторы использованы типа МЛТ. Все переменные резисторы можно использовать любого типа группы А - с линейной характеристикой изменения сопротивления. Конденсаторы от 1 пФ до 15 пФ - типа КД, от 18 пФ до 0,047 мкФ -типа КМ, свыше 0,047 мкФ ( не считая электролитических) - типа К73. Можно применять конденсаторы и других типов, но обязательно откажитесь от использования электролитических конденсаторов советского производства, а в частотно-зависимых от емкости цепях используйте конденсаторы с самым низким ТКЕ. Тумблеры типа МТ3, кнопки - КМ1-1. Переключатель кварцованных меток В19 - малогабаритный типа МПН. Остальные многопозиционные переключатели типа ПН. Резисторы, используемые в аттенюаторах, не должны иметь спиральной канавки, прорезанной по слою металлизации резистора, чтоб не вносить индуктивных изменений в сопротивления на высоких частотах.
Резисторы нестандартного сопротивления, используемые в аттенюаторе Б12 и внешнем аттенюаторе 10 дБ, изготавливаются следующим образом. Берутся резисторы с сопротивлением, ниже требуемого (без спиральной канавки). С одной стороны вдоль резистора ножом удаляется краска. Резистор подключается к омметру (лучше к цифровому), и самой мелкой наждачной бумагой ошлифовывается металлизация вдоль резистора, до получения требуемой величины сопротивления. Резисторы покрываются нитрокраской, и сушатся. После сушки их сопротивления проверяются еще раз. После этого выводы резисторов нужно хорошо полудить вблизи самих корпусов резисторов, так как в аттенюаторе они будут запаяны с минимальной длиной выводов. После лужения нужно проверить, не изменилось ли сопротивление резисторов более чем на 0,5 % от требуемого. Резисторы, сопротивление которых значительно изменилось лучше не использовать.
Все гнезда, выведенные на переднюю панель - типа СР-50-73ФВ. Такие гнезда используются, например для "входа Y" в осциллографах. Они имеют длительный срок службы, а их безрезьбовая конструкция, позволяет быстро соединятся со штекером. В междублочных высокочастотных соединениях использованы разъемы типа СР-50-276ФВ, а в местах межблочных соединений, где вблизи разъема пришлось бы изгибать кабель под углом 90 градусов, использованы Г-образные разъемы типа СР-50-288ФВ. Кабель для радиочастотных соединений нужно применять с волновым сопротивлением 50 Ом и с минимальным затуханием на сверхвысоких частотах. Кабель должен по внешнему диаметру подходить к используемым разъемам.
Внешние устройства (рис.6, рис.7, рис.8), такие как: детекторные головки, мост для измерения КСВ и др. - изготавливаются с использованием гнезд типа СР-50-73ФВ, штекеров типа СР-50-74ФБ и одностороннего фольгированного текстолита. Размеры внешних устройств, которые выдерживать не обязательно, на рисунках не указаны. Для приблизительного определения по рисункам этих размеров ориентиром служат размеры гнезд и штекеров, а для платы высокоомной детекторной головки - размеры диодов Д18. Для соединения детекторных головок, или измерительного моста КСВ с гнездами на передней панели ГКЧ - используются радиочастотные кабели длиной 20 см, с запаянными на их концах штекерами типа СР-50-74ФБ.
Аттенюатор 10 дБ (рис.6) изготавливают путем соединения гнезда СР-50-73ФВ и штекера СР-50-74ФБ металлической трубкой длиной 1,1 см, заглушенной с одного конца и с внутренним диаметром равным внешнему диаметру задней части штекера СР-50-74ФБ. На заглушенном конце трубки сверлится отверстие и нарезается резьба - для крепления гнезда. Резистор 96,5 Ом одним выводом запаивается на центральный вывод гнезда, а вторым на корпус. Один вывод второго резистора 96.5 Ом запаивают на центральный вывод штекера, и надевают на него цилиндр с отверстием внутри, который предназначен для использования в этом штекере для распайки оплетки кабеля. Второй конец резистора запаивают к этому цилиндру. Вывод резистора 71.5 Ом тоже подпаивают к центральному выводу штекера. Отверстие в цилиндре для этого нужно расточить в сторону так, чтоб резистор 71,5 Ом выступал из него на половину своей длины, и располагался параллельно резистору 96,5 Ом. Зажимной цилиндр с резьбой, для зажима выше описанной конструкции нужно доработать. Для этого он растачивается из середины круглым напильником до получения тонких стенок. Для возможности зажима цилиндра отверткой, с одной его стороны по диаметру ножовкой прорезаются два углубления. Вся конструкция плотно зажимается этим цилиндром. Теперь в боковой стенке штекера и одновременно в резьбовом цилиндре нужно прорезать прямоугольное отверстие размером 6 х 8 мм, так, чтоб получить доступ к не запаянному выводу резистора 71,5 Ом. Перед вырезанием, отверстие намечается, и конструкция разбирается. Теперь, когда обе конструкции собраны, часть со штекером и часть с гнездом соединяются при помощи пайки. Несоединенные выводы резисторов соединяются внутри конструкции пайкой через прорезанное окно. Окно можно не закрывать оно на работу аттенюатора не влияет. Работа аттенюатора проверена на частотах от 0 до 1.2 ГГц. В этой полосе его АЧХ практически линейная. Коаксиальные нагрузки и короткозамыкатель для измерительного моста КСВ, изготавливаются путем запаиванием резистора 50 Ом 0,25 Вт, или перемычки, между центральным выводом и корпусом штекера СР-50-74ФБ. Переход 50-75 Ом изготавливается путем запаивания резистора сопротивлением 25 Ом, между центральными выводами штекера СР-50-74ФБ, и стандартного антенного гнезда, используемого в телевизорах советского производства.
