КВ-СИНТЕЗАТОР (2)
Е.ПОПОВ, RW6HRY, Ставропольский край.
Блок клавиатуры (рис.7) выполнен на сдвиговом регистре 561 ИР2 и шести нормально разомкнутых кнопках. Валкодер представляет собой ручку с насаженным на ось оптическим диском с прорезями. Количество прорезей - от 40 до 200. Вполне надежный узел получается при использовании механической части малогабаритного переменного резистора. В качестве оптопары можно использовать раздельные пары с ветод и од/фотодиод либо применить спаренный фотодиод, подобный применяемым в компьютерных мышках. В этом случае упрощается настройка валкодера.
Рис.7
Управление синтезатором производится при помощи команд, подаваемых с клавиатуры и валкодера.В режиме расстройки на схему синтезатора подается сигнал с тангенты трансивера для обеспечения разноса частот приема и передачи.
Ниже описаны команды, используемые для управления устройством:
- [UP] - увеличение частоты;
- [DN] - уменьшение частоты. Увеличение и уменьшение частоты происходит на величину текущего шага перестройки, который может быть установлен 25, 250 или 2500 Гц для диапазонов с минимальным шагом 25 Гц; 50, 500 или 5000 Гц - для диапазонов с минимальным шагом 50 Гц. При длительном удержании кнопок происходит автоматическое изменение частоты;
- [F] - [UP] или [F] - [DN] или [F] - [WK]
- смена шага перестройки. После нажатия кнопки [F] первое нажатие кнопок [UP] или [DN] или изменение положения валкодера приводит к циклическому перебору трех возможных шагов перестройки;
- [RIT] - включение/выключение расстройки;
- [BAND] - смена диапазона;
- [MEM] - переключение VFO А или
В или выбор ячейки памяти;
- [F] - [MEM]...[MEM] - [F] - запись в память значения текущей частоты (режим VFO);
- [F] - [MEM] - запись в текущий VFO частоты из текущей ячейки памяти (режим MEM). В схеме синтезатора используется энергонезависимая память, позволяющая организовать 100 ячеек памяти - по 10 на каждый диапазон. На каждом диапазоне две из них отводятся под текущее значение частоты гетеродина (VFO А или VFO В). Оставшиеся восемь ячеек используются как обычные ячейки памяти для запоминания различных полезных или важных для оператора частот. Деление ячеек - условное, и связано со способом записи и хранения информации в них. Номер ячейки памяти отображается слева от показаний частоты настройки в виде цифры от 0 до 9. Специальная команда - удержание кнопки [MEM] в течение более 2с - переключает синтезатор из режима VFO в режим выбора ячейки памяти (и наоборот). В режиме работы с VFO кнопка [MEM] переключает VFO (А или В), при этом левая цифра соответственно отображает 0 или 1. В режиме работы с памятью эта цифра будет принимать значения от 2 до 9. Отличие при работе в этих режимах заключается в том, что изменение частоты, осуществляемое в процессе работы с VFO, запоминается при смене режимов работы, смене диапазона и выключении питания, а частота, записанная в ячейки 2...9 специальной командой записи, является исходной при любой смене режима работы, т.е. изменение частоты в процессе работы с устройством никак не отражается на содержимом этих ячеек памяти. Запись в ячейки памяти производится из режима VFO. Последовательное нажатие кнопок [F] и [MEM] переводит систему в режим записи частоты текущего VFO в ячейку памяти. Дальнейшее нажатие кнопки [MEM] циклически переключает номер ячейки памяти, в которую будет произведена запись. Процедура заканчивается нажатием кнопки [F]. Находясь в режиме работы с памятью (значение левой цифры индикатора - 2...9), можно загрузить один из VFO содержимым текущей ячейки памяти, нажав [F] - [MEM];
- [F]-[BAND]-блокирование вал-кодера.
Остальные команды используются для начальной инициализации синтезатора во время настройки блока управления. Для того чтобы в процессе работы случайно не изменить важные параметры настройки, доступ к этим
командам осуществляется через процедуру включения напряжения питания. Например, для изменения значения промежуточной частоты нужно выключить питание устройства, нажать и удерживать кнопку [F], включить питание и отпустить кнопку [F] не раньше чем через 3 с после включения:
- [MEM] - PWR_ON - инициализация ПЗУ под значение ПЧ, равное 5 МГц. Автоматически вычисляются и заполняются все переменные для промежуточной частоты 5,0 МГц. Данная операция обязательно выполняется для заполнения памяти начальными значениями независимо от применяемой ПЧ;
- [RIT] - PWR_ON - настройка номера диапазона, начиная с которого происходит вычитание значения ПЧ из частоты гетеродина;
- [F] - PWR_ON - настройка значения ПЧ;
- [BAND] - PWR_ON - настройка номеров ГУНов и выходного делителя.
После завершения ввода команд начальной инициализации, информация на дисплее обнуляется, и процессор затормаживается. Для продолжения настройки или начала работы с синтезатором нужно выключить и вновь включить напряжение питания.
Перед сборкой блока ГУН необходимо рассчитать требуемое число ГУНов и диапазоны их работы. Исходной информацией для расчета является частотное распределение любительских диапазонов и конкретное значение промежуточной частоты в реальной конструкции трансивера. Ниже приводится пример расчета для промежуточной частоты 5,0 МГц.
На диапазонах 1,8...10 МГц принята работа на нижней боковой полосе, на диапазонах 14...29 МГц - на верхней. Это значит, что частота гетеродина в первом случае будет определяться как Ргет=Рд+Рпч, во втором случае - Ргет=Рд-Рпч. Таким образом, в табл.1 с некоторым запасом по перекрытию указаны частотные границы любительских диапазонов и гетеродина для Рпч=5 МГц.
|
Частота любительского диапазона, МГц |
Частоты гетеродина, МГц |
|
1,75...2,0 |
6,75...7,0 |
|
3,5...3,9 |
8,5...8,9 |
|
7,0...7,2 |
12,0...12,2 |
|
10,075...10,150 |
15,075... 15,150 |
|
14,0...14,35 |
9,0...9,35 |
|
18,068...18,168- |
13,068...13,168 |
|
21,0...21,35 |
16,0...16,35 |
|
24,89...24,99 |
19.89...19.99 |
|
28.0...29.0 |
23,0...24,0 |
|
29.0...29.7 |
24,0...24,7 |
Как уже указывалось, в данной схеме на выходе синтезатора применяется деление частоты на 2 или на 4, что позволяет оптимально сгруппировать диапазоны с максимально близкими частотами гетеродина для уменьшения числа используемых ГУНов. В табл.2 приведены рабочие частоты ГУНов и коэффициент деления на выходе синтезатора.
|
Номер ГУНа |
Диапазон, МГц |
Частота ГУН, МГц |
Кдел |
|
|
18 |
26,0...26,4 |
2 |
|
ГУН 1 |
1,8 |
26,8...28,0 |
4 |
|
|
10 |
30,0...30,4 |
2 |
|
ГУН 2 |
21 |
32,0...32,8 |
2 |
|
|
3,5 |
34,0...36,0 |
4 |
|
ГУН-3 |
14 |
36,0...37,6 |
4 |
|
|
24 |
39,6...40,0 |
2 |
|
|
28 |
46,0...48,0 |
2 |
|
ГУН 4 |
29 |
48,0...50,0 |
2 |
|
|
7 |
48,0...48,4 |
4 |
В табл.3 приведена полная информация для программирования синтезатора по команде [BAND],PWR_ON.
|
'Диапазон, МГц |
Условный номер диапазона |
Кдел |
Номер ГУНа |
|
1,8 |
0 |
|
ГУН 1 |
|
3,5 |
1 |
4 |
ГУН 2 |
|
7 |
2 |
4 |
ГУН 4 |
|
10 |
3 |
2 |
ГУН 1 |
|
14 |
4 |
4 |
ГУН 3 |
|
18 |
5 |
2 |
ГУН 1 |
|
21 |
6 |
2 |
ГУН 3 |
|
24 |
7 |
2 |
ГУН 3 |
|
28 |
8 |
2 |
ГУН 4 |
|
29 |
9 |
2 |
ГУН 4 |
Если в трансивере используется промежуточная частота 5,0 МГц, достаточно выполнить команду [MEM] - PWR_ON для полной настройки переменных синтезатора. При другом значении промежуточной частоты требуется рассчитать и занести в память синтезатора ее значение,диапазоны работы, начиная с которых используется верхняя боковая полоса, распределение частот ГУНов и коэффициент деления на выходе синтезатора по диапазонам.
Приведем пример расчета для промежуточной частоты 9,025 МГц. В начале с учетом значения ПЧ просчитываются требуемые диапазоны работы ГУНов (табл.4).
Далее для каждого диапазона работы ГУНов выбирается максимально возможный коэффициент деления, при котором частота ГУНа не превышает 50 МГц. При коэффициенте деления выходной частоты синтезатора на 2 получается шаг перестройки
Табл.4
|
^ ! |
81 -*-*" |
ЩМмирование ^ЙСТОТЫ -гетеродина (Ргет^Рд+Рпч или ; в1адх=^!1дай¦8 |
|
1 1,8 |
10,775 .11,025 |
+ |
|
3,5 |
12,525 12,925 |
+ |
|
7 |
16.025 16,225 |
+ |
|
10 |
19,1 19,175 |
+ |
|
14 |
4,975 5,325 |
- |
|
18 |
9,043 9,143 |
- |
|
21 |
11,975 12325 |
- |
|
24 |
15,865 15,965 |
- |
|
28 |
18,975 19,975 |
- |
|
29 |
19,975 20,675 |
- |
Табл.5
|
Диапазон, МГц |
Кдел |
Средняя частота ГУНа, МГц |
|
1,8 |
4 |
44 |
|
3,5 |
2 |
26 |
|
7 |
2 |
32 |
|
10 |
2 |
38 |
|
14 |
4 |
20 |
|
18 |
4 |
36 |
|
21 |
4 |
48 |
|
24 |
2 |
32 |
|
28 |
2 |
40 |
|
29 |
2 |
40 |
50 Гц, при коэффициенте деления 4 - 25 Гц (табл.5).
Следующий этап - распределение частот ГУНов на 4 группы, учитывая, что сужение диапазона перекрытия частоты улучшает параметры ГУНа, а повышение его рабочей частоты позволяет расширить диапазон перестройки.
Два из возможных вариантов распределения ГУНов по диапазонам приведены в табл.6.
В первом варианте возможны трудности с реализацией первого ГУНа. Если перевести выходной сигнал синтезатора для диапазона 21 МГц в режим деления частоты на 2, тогда можно к четвертому ГУНу "пристегнуть" диапазон 3,5 МГц. Однако более предпочтителен второй вариант. Проведя аналогичный анализ, можно со-
Табл.6
|
Диапазон, МГц |
Кдел |
Средняя частота ГУНа, МГц |
Вариант 1 |
Вариант 2 |
|
1,8 |
4 |
44 |
ГУН 3 |
ГУН 1 |
|
3,5 |
2 |
26 |
ГУН 1 |
ГУН 3 |
|
7 |
2 |
32 |
ГУН 2 |
ГУН 3 |
|
10 |
9 |
38 |
ГУН 2 |
ГУН 2 |
|
14 |
4 |
20 |
ГУН 1 |
ГУН 4 |
|
18 |
4 |
36 |
ГУН 2 |
ГУН 2 |
|
21 |
4 |
48 |
ГУН 4 |
ГУН 1 |
|
24 |
2 |
32 |
ГУН 2 |
ГУН 3 |
|
28 |
2 |
40 |
ГУН 3 |
ГУН 2 |
|
29 |
2 |
40 |
ГУН 3 |
ГУН 2 |
ставить несколько вариантов распределения частот ГУНов и выбрать из них наилучший.
Блок управления и блок ГУНов синтезатора выполнены на отдельных печатных платах 75х75 мм (рис.8 и 9 соответственно). Расположение деталей на них показано на рис.10 и 11.
Оба блока (управления и ГУНов) должны быть заключены в экранирующие коробки. Межблочные соединения выполняются экранированным проводом. Особое внимание необходимо уделить цепям индикации и клавиатуры. Они должны иметь минимальную длину. Цепи В1...В10 желательно заблокировать конденсаторами емкостью 0,01 мкФ. Изготовленное устройство размещается в отдельном отсеке трансивера, максимально удаленном от входных и ПЧ-цепей приемника. Для синтезатора желательно изготовить отдельный стабилизированный источник питания, подключенный к отдельной обмотке силового трансформатора.
Для минимизации уровня помех, создаваемых синтезатором, важное значение имеет выбор точек заземления его блоков, поэтому в процессе настройки устройства желательно экспериментально подобрать наиболее благоприятный вариант, не ухудшающий параметры приемного тракта.
Данные катушек индуктивности синтезатора зависят от ПЧ трансивера и, сответственно, от раскладки частот ГУНов. Каркас катушки представляет собой отрезки внутренней капроновой изоляции коаксиального кабеля диаметром 5 мм и длиной 18 мм (без центральной жилы). Перед намоткой катушки в начале и в конце каркаса проделывают иглой отверстия для закрепления провода. Намотка ведется проводом ПЭЛ 0,5...0,6 мм. Отводы делают от 1/3 витков, считая от нижнего вывода. Например, общее число витков для ГУНа на частоту 25 МГц будет около 18, для 50 МГц - примерно 10...11. Точно количество витков подбирается в процессе настройки.
Настройка блока ГУНов выполняется следующим образом. При монтаже блока не устанавливаются элементы С1.4, С2.4, С3.4, С4.4, L1.1, L2.1,L3.1,L4.1, R2 и R3. Выбирается диапазон, в работе которого задействован самый высокочастотный ГУН, и используется деление выходной частоты на 4. Запаиваются соответствующая катушка и конденсатор, через который варикап подключается к контуру. Вместо R2 устанавливается переменный резистор сопротивлением 100 кОм с подключенным последовательно резистором 10 кОм. Регулировкой сопротивления переменного резистора необходимо добиться, чтобы ВЧ-напряжение на коллекторе VT1 имело размах 1,5...2 В, причем минимальное напряжение на коллекторе не должно быть меньше 0,6...0,8 В. Это необходимо для уверенного срабатывания триггера DD1.1, о чем свидетельствует наличие чистого (без дополнительных составляющих и искажений) импульсного сигнала на выходах 5 и 6 с частотой в два раза ниже частоты работы ГУНа. Далее необходимо убедиться, что микросхема DD2 обеспечивает надежное деление на десять частоты поступающих на нее импульсов, а на выходе 9 триггера DD1.2 присутствуют импульсы, частота которых в четыре раза меньше частоты ГУНа.
Если номиналы катушки и конденсатора выбраны правильно, на входе Ud должно быть постоянное напряжение в интервале 1...7 В. Наличие в этой точке переменного или постоянного напряжения с уровнем 0...0,5 или 8 В говорит о том, что не произошел захват частоты петлей ФАПЧ. Если напряжение близко к нулю - частота контура слишком высока, и следует увеличить емкость конденсатора, включенного последовательно с варикапом. Емкость подстроечного конденсатора должна быть установлена в положение 50% от максимальной. Если напряжение в точке Ud - около 8 В, необходимо уменьшить количество витков катушки или емкость конденсатора.
После достижения синхронизации (о чем свидетельствует наличие напряжения на входе Ud в интервале 1...7 В), изменением емкости под-строечного конденсатора необходимо поднять напряжение до 7...7,5 В. При этом рабочая частота синтезатора должна соответствовать максимальной частоте ГПД выбранного диапазона. Емкость конденсатора, включенного последовательно с варикапом, определяет диапазон перестройки ГУН, поэтому необходимо убедиться, что при перестройке частоты в пределах диапазона, напряжение на входе Ud не выходит за пределы 1...7 В. Следует помнить, что один ГУН используется на нескольких диапазонах, поэтому необходимо проверить его работу на всех диапазонах и, в случае необходимости, провести коррекцию емкости и индуктивности генератора. Устанавливая диапазон регулировки напряжения на входе Ud, необходимо помнить о том,
что сужение этого диапазона ухудшает динамические характеристики синтезатора, а чрезмерное приближение к границам управляющего напряжения (0,5 или 7,5 В) может вызвать срыв синхронизации при изменении окружающей температуры. Оптимальной можно считать ситуацию, когда при перестройке частоты ГУНа управляющее напряжение будет находиться в интервале 1...7 В.
Далее устанавливается диапазон, на котором используется деление выходной частоты на 2, и подбирается сопротивление резистора R3 (по аналогии с R2) для уверенного срабатывания триггера DD1.2. При этом должно появиться напряжение на входе 2D, а работа триггера DD1.1 должна быть блокирована логическим нулем на входе 4D.
По аналогии с вышеописанной процедурой, проводится регулировка оставшихся ГУНов. В процессе регулировки необходимо контролировать надежность режимов работы усилителей на транзисторах VT1 и VT2 для уверенного переключения триггеров DD1.1 и DD1.2 на всех диапазонах.
Конденсатор С3 подбирается в случае несовпадения в пределах 50...250 Гц реальной и установленной частот синтезатора (даже при точно настроенном кварцевом генераторе в блоке управления). Емкость СЗ подбирается исходя из равенства длительности импульсов на входе Рг и на коллекторе VT4. Импульсы на входе Рг появляются при установке частоты, меняющей младшие разряды. Перестраивая частоту в небольших пределах, необходимо произвести сравнение длительности импульсов на входе Рг и на коллекторе VT4. В случае различий в длительности,требуется подобрать емкость конденсатора С3.
Настройка блока управления заключается в проверке правильности монтажа и установке частоты кварцевого генератора. Контроль частоты производится на выводе 5 DD3. Частота должна быть равна 6000000 Гц.
По вопросам приобретения печатных плат, записанных контроллеров и готовых устройств можно обращаться к автору:
Евгений Александрович Попов, RW6HRY, 356350, Ставропольский кр., с.Новоселицкое, ул.Степная, 3.
E-mail: e373@aport.ru, rw6hry@qrz.ru
РМ КВ и УКВ 3/2002