Материал публикуется с любезного разрешения автора.
Многофункциональный генератор качающейся частоты 100 кГц...2 ГГц
Настройка ГКЧ.
Александр Кравченко, Украина
E-mail: alderkra{собака}ukr.net
Январь 2005 г.
Разработка и настройка высокочастотных блоков ГКЧ производилась с использованием измерительных приборов:
С4-60 Анализатор спектра (диапазон 10...1500 МГц). Х1-42 Генератор качающейся частоты (1...600 МГц; 600...1200 МГц). Ч3-63 Частотомер. М3-51 Измеритель мощности. Е7-8 Измеритель R, L, C . С1-65 Осциллограф. Г4-107 Высокочастотный генератор. Г4-129 Высокочастотный генератор. В7-38 Мультиметр.Изготовление всего остального и окончательная настройка ГКЧ производилась с использованием измерительных приборов:С1-94 Осциллограф Звуковой генератор Мультиметр Тестер.ГКЧ первоначально можно изготовить с одним генератором, а потом постепенно наращивать все остальные. Самым сложным в изготовлении и настройке является формирователь частотных меток, он изготавливался первым. Вторым по сложности является генераторный блок 0,1...60 МГц.Для повторения ГКЧ достаточно из сложной измерительной аппаратуры использовать только Х1-42 (для контроля частоты, и настройки формирователя частотных меток). Но если использовать частотомер, то можно обойтись без Х1-42, изготовивши первоначально ГКЧ без формирователя меток - только с двумя генераторными блоками 0,1...60 МГц и 470...1000 МГц, и использовать ГКЧ в дальнейшем для настройки формирователя частотных меток.
После изготовления и настройки всех плат и блоков, и сборки ГКЧ по схеме (рис.1, рис.2) можно приступить к настройке.
Поставьте переключатель диапазонов В1 в положение "Выкл" (рис.1), отключив питание от всех генераторных блоков, а также отключите питание от формирователя частотных меток - тумблером В21 (рис.2). Проверьте токи потребления по всем питающим напряжениям. При правильно собранной схеме они должны быть не более: 160 мА по +12В, 1,5 мА по +5В, 1,5 мА по -5В, 45 мА по +35В. Подайте на вход УПТ1 с генератора звуковой частоты сигнал амплитудой 1 мВ и частотой 1 кГц. Переключатель В15 нужно установить в положение 1 мВ/дел, а регулятор входного уровня R36 в верхнее положение - по схеме рис.2. На выходе УПТ1.1 амплитуда сигнала должна быть 2 мВ, на выходе первого ОУ УПТ1.2 - 0,75 В, на выходе второго ОУ УПТ1.2 тоже 0,75В. В положении "х10" тумблера В17, амплитуда переменного напряжения на выходе платы П3 должна быть 7,5 В. Если выходной сигнал УПТ1.2 будет ограничен сверху, или снизу, то подстройте смещение регулятором центровки R50. При необходимости коэффициенты усиления УПТ1.2, для каждого режима усиления, можно подстроить резисторами, находящимися на плате П3. Теперь отключите источник звукового сигнала с входа УПТ1, а регулятор входного уровня R36 поставьте в крайнее нижнее по схеме положение. Переключите тумблер В17 в положение "х10". Отпаяйте провод, соединяющий выход УПТ1.1 с входом УПТ1.2, и замкните вход УПТ1.2 на корпус. Отпаяйте провод от ползунка регулятора центровки R50. Регулятором балансировки, установленным на плате П3 для микросхемы К544УД2А, добейтесь нулевого потенциала на контакте 2 платы П3. Восстановите соединение между П2 и П3, и теперь регулятором балансировки на плате П2 добейтесь нулевого потенциала на контакте 2 платы П3. Теперь нужно восстановить соединение с ползунком резистора R50, и вращением ручки потенциометра R50 добиться на контакте 2 платы П3 смещения плюс 3 вольта. Переключить тумблер В17 в положение "х1", и подстроечным резистором, установленным на плате П3, установить смещение плюс 3 вольта для режима "х1".
Регулировка УПТ2 аналогична регулировке УПТ1, за исключением того, что амплитуда сигнала на выходе УПТ2.1 должна быть 12.5 мВ, а УПТ2.2 работает только в одном режиме усиления.
Проверьте осциллографом наличие пилообразного напряжения симметричной формы на контакте 3 платы управления П1. На контакте 20 должны присутствовать короткие синхроимпульсы с размахом 5 вольт и частотой равной частоте пилообразного напряжения. Подключите вход Y осциллографа к контакту 12 платы управления, и заведите синхроимпульсы с ГКЧ на вход внешней синхронизации осциллографа. Переключатель развертки осциллографа должен находится в положении 2 мс/дел (при шкале 10 делений по горизонтали), а также включена внешняя синхронизация осциллографа. Засинхронизируйте осциллограф. Установите В9 в положение " F разв.ручн.". Изменением сопротивления резистора R25 добейтесь появления на линии развертки двух меток. Теперь увеличением частоты пилообразного напряжения, путем изменения сопротивления R25, добейтесь такой частоты пилообразного напряжения, чтоб на линии развертки была только одна метка середины качания при наименьшей заметности для глаз частоте мерцания луча. Эта частота генератора пилообразного напряжения и будет постоянной частотой для работы с Вашим осциллографом. Измерьте сопротивление резистора R25, и запаяйте резистор такого же сопротивления на место R26. Режим "F разв.ручн." может понадобиться для установки частоты, при работе с другими осциллографами. Теперь соедините вход Y осциллографа с выходным гнездом ГКЧ для входа Y. На осциллографе установите режим вертикального отклонения 0,5 В/дел. При нажатой кнопке КN3 установите линию развертки осциллографа по середине экрана. Вращением регуляторов центровки УПТ R49 и R50, добейтесь появления двух линий развертки, и их перемещения по всему экрану вверх и вниз. Проверьте работу развертки в каждом из двух положений переключателя В12. Частота импульсов на контакте 18 платы управления должна быть 70 кГц. Включите режим "качание ручное" (верхнее по схеме положение В10). На одной из линий развертки должна появиться метка, синхронно перемещающаяся по линии развертки вместе с вращением ручки потенциометра R29. В режиме автоматического качания проконтролируйте напряжение на контакте 10 платы управления, и его изменение при перестройке частоты (R32, R65), и изменении полосы качания (R31, B11). Напряжение качания на контакте 10 П3 должно изменятся в диапазоне от 1 до 30 В. Проконтролируйте наличие на контакте 23 платы управления синусоидального напряжения амплитудой 0.1 В и частотой 1 кГц. В режиме "качание вкл.", усилитель модулирующего напряжения заблокирован, и на контакте 21 П3 звуковой сигнал должен отсутствовать. При переходе в режим "качание выкл.", на контакте 21 П3 должен появится звуковой сигнал. Его амплитуда должна изменятся при вращении ручки потенциометра R24.
Теперь переключателем В1 включите не самый высокочастотный диапазон, например 60...120 МГц. Включите калиброванный выход (верхнее по схеме положение В2). Схема АРМ должна застабилизировать мощность на выходах аттенюатора В12. Для надежной работы схемы, мощность сигнала, подаваемая на вход аттенюатора В12, должна быть не менее 3...4 мВт во всем диапазоне качания. Проверить работу АРМ можно нажатием на кнопку "контроль датчика АРМ". Уровень сигнала датчика на экране осциллографа должен представлять прямую горизонтальную линию. Напряжение датчика можно определить по шкале 0,1 В/дел. Если на линии будут видны неравномерности, это значит, что АРМ не работает, или не работает на каком то участке частоты. Уровень датчика АРМ должен меняться при изменении положения переключателя В4, и вращении ручки потенциометра R1. Настройка схемы АРМ (при работающей схеме) заключается в установке на нагрузке 50 Ом, подключенной к выходу -20 дБ/В, мощности ВЧ сигнала 200 мкВт (для положения переключателя В4 - 0 дБ, и среднего положения R2), и уровней мощностей на этом же выходе для других положений В4, В3, и R2, соответствующих их градуировке. Настройка требуемых уровней мощностей выполняется путем подбора сопротивлений резисторов R1, R3...R9, R10...R20, а также сопротивления резистора, установленного в Б10 для изменения величины опорного напряжения "-9В". Контроль мощности (при отсутствии измерителя мощности) можно выполнить с помощью заранее откалиброванной для каждого уровня детекторной головки с нагрузочным резистором 50 Ом. Откалибровать детекторную головку можно с помощью промышленного генератора, имеющего ступенчатый аттенюатор. Головку подключают нагрузочным резистором к выходу генератора, а к выходу детекторной головки подключают милливольтметр для измерения постоянного напряжения (или осциллограф). Выходные уровни мощностей ГКЧ можно настроить и по высокочастотному милливольтметру, подключенному к выходу -20 дБ/В. Но следует учитывать, что величина ВЧ напряжения на ненагруженном выходе в два раза больше, чем на нагруженном на 50 Ом, и для ненагруженного выхода -20 дБ/В должна составлять 200 мкВ. Можно также контролировать ВЧ напряжение в точке подключения датчика АРМ (минус диода 2А201А). Расчетная величина напряжения в этой точке составляет 261,2 мВ - для мощности 200 мкВт на нагрузке, подключенной к выходу -20 дБ/В. Остальные уровни напряжений через 1 дБ вверх и вниз можно рассчитать, зная, что 1 дБ равняется увеличению, или уменьшению напряжения в 1,122 раз. Умножая эту величину саму на себя нужное количество раз, получим требуемое ослабление напряжение в разах, соответствующее нужному ослаблению в децибелах. И совсем приблизительно уровню мощности 200 мкВт на выходе 20 дБ/В будет соответствовать уровень напряжения датчика АРМ - минус 250 мВ.
Теперь подайте питающие напряжения на формирователь частотных меток Б13 - путем переключения тумблеров В20 и В21 в верхние по схеме положения. На одной из линий развертки должны появится прямоугольные частотные метки. Проверьте наличие меток на разных частотных диапазонах, и в разных положениях переключателя В19. v Для калибровки уровней внешней метки нужно на вход формирователя Б13, расположенный на передней панели, подать синусоидальный ВЧ сигнал (с уровнем побочных спектральных составляющих не хуже -20 дБ), мощностью 2 мкВт (-40 дБ/В). Получить такой сигнал (при отсутствии промышленного ВЧ генератора) можно изготовивши простой ВЧ генератор фиксированной частоты, например на 100 МГц, с регулируемым уровнем выходного сигнала, и с установленным по его выходу фильтром нижних частот, подавляющим вторую и все остальные гармоники. Для калибровки уровня ВЧ сигнала, к выходу изготовленного генератора через аттенюатор 10 дБ (а если хватит уровня сигнала генератора, то лучше 20 дБ), подключить нагрузку 50 Ом. Путем изменения выходного уровня генератора, на нагрузке нужно выставить уровень ВЧ напряжения 10 мВ. Аттенюатор используется для приближения выходного сопротивления генератора до 50 Ом, а также для уменьшения влияния нагрузки на частоту генератора. Аттенюатор 10 дБ можно изготовить по схемам аттенюатора, изображенным на рис.1, или рис.6. При калибровке уровней внешней метки, при помощи изготовленного генератора, нагрузку 50 Ом с его выхода отключить.
После того, как на вход внешней метки подан ВЧ сигнал мощностью 2 мкВт (-40 дБ/В), на одной из линий развертки осциллографа должна появится метка в виде кратковременных биений, соответствующая частоте входного ВЧ сигнала. Для калибровки уровня внешней метки установите аттенюатор В18 в положение -40 дБ/В, а R58 в нижнее по схеме положение. Подстройкой коэффициента усиления усилителя внешней метки П7, нужно добиться размаха внешней метки на экране осциллографа - 4 деления. Измеряя амплитуду внешней метки на контакте 1 платы П6, нужно отградуировать шкалу потенциометра R58 - от "0 дБ" до "-12 дБ" по часовой стрелке.
При верхнем по схеме положении аттенюатора В18, внешняя метка должна превращаться в прямоугольную. С помощью прямоугольной метки удобно контролировать частоту ВЧ сигнала при широкой полосе качания, так как она (метка) будет лучше видна на линии развертки. При слабом входном сигнале (около -60 дБ/В), когда уровень внешней метки соизмерим с уровнем шумов, и ее трудно рассмотреть на линии развертки, подстраивая уровень потенциометром R58, в режиме наблюдения прямоугольной внешней метки, можно получить четкую метку для контроля частоты.