КВ - СИНТЕЗАТОР
Е.ПОПОВ, RW6HRY, Ставропольский край.
Генератор плавного диапазона (ГПД) является неотъемлемой частью КВ-трансивера. Наиболее важные параметры этого узла - стабильность генерируемой частоты и ширина спектра вблизи основной гармоники - являются до сих пор и наиболее проблематичными в реализации. Нередко в эфире можно услышать перепалки о том, кто на кого "наехал" из-за невысокой стабильности частоты используемой аппаратуры. Несмотря на то что в обычном LC-генераторе легко получить достаточно чистый спектр, часто радиолюбителям не удается добиться удовлетворительной стабильности частоты ГПД. Применение синтезатора частоты позволяет решить проблему высокой стабильности, но чистота спектра сигнала синтезатора оставляет желать лучшего.
Подавляющее число схем синтезаторов частоты, применяемых радиолюбителями СНГ в последние 15...20 лет, за редким исключением построены на базе классической однопетлевой системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Не вдаваясь в тонкости математического аппарата, описывающего работу ФАПЧ, можно отметить некоторые важные моменты.
Генератор управляемый напряжением (ГУН) представляет собой обычный LC-генератор, в цепи управления частотой которого, как правило, используется варикап. Очевидно, что ухудшение спектрального состава выходного сигнала происходит вследствие воздействия на контур генератора сигнала управления его частотой. В процессе работы петли ФАПЧ по этой цепи происходит "загрязнение" выходного сигнала. Существуют некоторые оптимальные с точки зрения высокой точности поддержания частоты параметры фильтра на выходе фазового детектора. Так, увеличение постоянной времени фильтра улучшает спектральную чистоту выходного сигнала, но ухудшает динамические характеристики петли ФАПЧ. В предельном случае, когда постоянная времени фильтра очень большая, получается обычный колебательный контур.
На спектральную чистоту сигнала синтезатора большое влияние оказывает конструктивное исполнение устройства. Помехи на ГУН по цепям питания от работы цифровой части схемы практически неустранимы, т.к. они находятся за пределами полосы пропускания петли ФАПЧ и не могут быть подавлены автоматически. В этом случае применяются конструктивные меры помехозащиты (экранирование узлов синтезатора, разделение цепей питания и т.д.).
Как известно, шаг перестройки однопетлевого синтезатора равен опорной частоте, поэтому, чтобы получить, например, шаг перестройки 50 Гц, опорная частота соответственно должна быть выбрана также 50 Гц. На практике в КВ-аппаратуре такое значение опорной частоты применять бессмысленно, т.к. время установления частоты при удовлетворительной чистоте спектра будет составлять не менее 0,5 с. Для устранения этого недостатка можно применить делитель частоты на 4 на выходе синтезатора. В этом случае опорная частота составит 200 Гц, шаг перестройки - 50 Гц, скорость установления частоты - около 0,15 с. Разумеется, при работе с расстройкой или в режиме "сплит" будет заметен эффект медленного появления станции на частоте, но это - предельно достижимые параметры для данной схемы. Дальнейшее уменьшение постоянной времени фильтра петли ФАПЧ приводит к появлению заметной девиации частоты ГПД. Применение многопетлевых синтезаторов для любительского трансивера едва ли оправдано, т.к., несмотря на значительное усложнение схемотехники, они позволяют решить только вопросы уменьшения шага перестройки и увеличения скорости установки частоты. По чистоте спектра многопетлевые синтезаторы недалеко ушли от однопетлевых, и в некотором смысле уступают им, т.к. в режиме захвата имеют большее количество паразитных спектральных составляющих.
Описываемый ниже синтезатор частоты построен по однопетлевой схеме. Опорная частота петли ФАПЧ выбрана 1 кГц. ВДПКД применяется прием, который можно условно назвать "деление с дробным коэффициентом", что позволило получить шаг перестройки частоты 25 Гц для диапазонов, использующих деление выходного сигнала синтезатора на четыре, или 50 Гц для диапазонов, использующих деление на два. Постоянная времени фильтра выбрана с запасом по отношению к минимальной расчетной величине, что позволило добиться дополнительного улучшения спектрального состава выходного сигнала. Синтезатор может быть применен в трансивере с промежуточной частотой от 4 до 15 МГц, что определяется частотными свойствами ДПКД.
Синтезатор состоит из блока управления, блока ГУН, валкодера, блока индикации и блока клавиатуры. Блок управления (рис.1) выполнен на базе однокристальной ЭВМ семейства MCS-51 -AT89C51. В качестве ДПКД и ДФКД используется интегральный таймер 580ВИ53. На микросхеме DD1 выполнен формирователь импульсов валкодера. Сигнал опорной частоты для фазового детектора формируется предварительным делением на четыре частоты 12 МГц кварцевого генератора микроконтроллера. После предварительного деления сигнал с частотой 3 МГц подается на 3-й канал таймера DD4, на выходе которого получается сигнал с частотой 1 кГц.
Рис. 1
При помощи перемычек, соединяющих контактные точки 1...4, выбирается одна из схем влючения кварцевого резонатора в зависимости от его свойств. Если необходимо включить С2 параллельно резонатору, устанавливаются перемычки между точками 1-4 и 2-3; если последовательно, устанавливается одна перемычка - 1-2. Емкости СЗ и С4 устанавливаются в случае необходимости понизить частоту генератора.
Второй канал таймера DD4 используется как поглощающий счетчик для предварительного делителя на 10/11. На первом канале таймера выполнена низкочастотная часть ДПКД. Микросхема DD2 является энергонезависимой памятью, в которой хранится содержимое ячеек памяти, значение промежуточной частоты, текущие используемые частоты и другая информация.
На микросхеме DD6 выполнен фазовый детектор. На его выходе установлен ФНЧ второго порядка С14, С15, R14...R16, не имеющий, как известно, запаздывания по фазе.
Дешифратор DD8 используется для переключения диапазонов в трансивере. На одном из его выходов появляется уровень 5 В, который можно исользовать для управления транзисторными ключами, включающими реле коммутации диапазонов.
На сдвиговом регистре DD7 собрана схема управления ГУНами и выходными делителями. На одном из выходов GO...G4 появляется напряжение 8 В, используемое для питания работающего в данный момент ГУНа, а на выходах 2D и 4D появляется такой же уровень, разрешающий деление выходной частоты синтезатора на 2 или 4.
Синтезатор питается от двух источников - +5 В (142ЕН5) и +9 В (параметрический стабилизатор на стабилитроне Д818Е). Источник +9 В используется для питания фазового детектора и схемы управления ГУНами.
Блок ГУН (рис.2) состоит из четырех идентичных генераторов А1...А4, выполненных по схеме индуктивной трехточки на полевых транзисторах.
Рис.2
Для развязки применяются эмиттерные повторители, имеющие общую нагрузку R1 и выполняющие также роль коммутатора ГУНОВ. На микросхеме DD2 выполнен предварительный делитель на 10/11 ДПКД, на VT4 - формирователь сигнала управления делителем. Микросхема DD1 и транзисторы VT1, VT2 используются как делитель выходного сигнала синтезатора на 2 или 4. При делении на 4 на вход 2D подается логический "О", запрещающий работу усилителя на VT2, а на вход 4D - логическая "1", разрешающая работу DD1.1. Таким образом, задействуются оба триггера, и частота делится на 4. В режиме деления на 2 триггер DD1.1 заблокирован логическим "О" на входе 4D, сигнал ГУН проходит на вход триггера DD1.2 через усилитель на VT2, работа которого разрешена высоким уровнем на входе 2D, что и обеспечивает деление выходной частоты ГУНа на 2.
В синтезаторе возможно применение трех различных схем индикации, которые поддерживаются программой, записанной в микроконтроллере. Выбор варианта индикации осуществляется установкой перемычки. Первый вариант (рис.3), занимающий все 5 линий управления l0...I4, выполнен на дешифраторах 555ИД7 и 561 ИД2 и индикаторе ИБ-9 орловского производства (это девятиразрядный индикатор динамического типа, имеющий цоколевку, идентичную АЛС318, и символы высотой около 1 см).
Рис. 3
Второй вариант (рис.4) - квазистатическая индикация на регистрах 561 ИР2 и индикаторах АЛС320.
Рис. 4
Рис. 5
Третий вариант - применение широко распространенного десятиразрядного ЖК-индикатора СТ1611М10 (или аналогичного) со встроенной схемой управления (рис.6). Такой индикатор часто применяется в АОНах. Подключение индикатора к плате синтезатора выполняется также по двум линиям управления - I2 и I3. Линия I0 используется для подключения перемычки, идентифицирующей этот тип индикации.
Рис. 6
С точки зрения минимизации уровня помех от синтезатора, предпочтительнее применять варианты 2 и 3. Микромощные сигналы по цепям управления практически не создают помех.
(Окончание следует)
РЛ. КВ-УКВ. 2/2002