Un semplice sintetizzatore di frequenze delle onde medie. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Nello sviluppo di questo sintetizzatore, gli autori hanno cercato di semplificarne il circuito e il design il più possibile senza comprometterne le caratteristiche tecniche.

Il sintetizzatore proposto è sviluppato nello sviluppo di un interessante argomento proposto in [1]. Sfortunatamente, l'attività attiva dei "cercatori d'oro" rende difficile la produzione del sintetizzatore ivi descritto per un'ampia gamma di radioamatori e quando viene trasferito su microcircuiti privi di oro in pacchetti DIP, le dimensioni del dispositivo aumentano in modo significativo. Inoltre, per molti radioamatori, soprattutto principianti e che vivono lontano dai centri industriali, realizzare un circuito stampato a doppia faccia con fori metallizzati è un problema difficile. Anche la ricerca di risonatori al quarzo con frequenze basse e “non circolari” non semplifica la vita.

Il sintetizzatore in esame è costruito secondo uno schema classico con un anello ad aggancio di fase (PLL) su microcircuiti CMOS in contenitori gold-free e con un risonatore al quarzo da 1 MHz ampiamente utilizzato.

Principali caratteristiche tecniche

• Gamma di frequenza, kHz ...... 1449 ... 1800
• Passo di sintonia, kHz ....... 9
• Numero di frequenze fisse ......40
• Precisione di impostazione della frequenza,
• Hz, non peggio.......±5
• frequenza di deriva termica, ^оС^-1.......1,5 10^-6
• Tensione di alimentazione, V......15...30
• Corrente consumata, mA ....... 50
• Ingombro, mm ......90x70x25

Lo schema a blocchi del sintetizzatore è mostrato in Fig. 1. Un oscillatore controllato in tensione (VCO) funziona alla stessa frequenza dell'uscita. La resistenza alle interferenze è assicurata dal fatto che i circuiti di impostazione della frequenza di questo generatore non contengono induttori e il generatore stesso si trova quasi interamente all'interno di un unico microcircuito.

Fig. 1

Il formatore di impulsi (PF) ha una potente uscita a ciclo singolo con drain aperto e una tensione consentita fino a 200 V. Per un adattamento ottimale al carico, il formatore offre la possibilità di regolare la durata degli impulsi di uscita.

Un segnale di riferimento con una frequenza di confronto di 100 Hz si ottiene dividendo la frequenza di un oscillatore a cristallo (CH) di 1 MHz per 10000. Questa frequenza è stata scelta così bassa perché lo spettro del segnale di uscita del sintetizzatore contiene inevitabilmente componenti che sono separati dal suo valore dalla frequenza di uscita principale. Sebbene ciò possa essere tollerato nelle apparecchiature di comunicazione, per un trasmettitore di trasmissione la presenza di componenti spettrali che creano segnali di frequenza audio durante il rilevamento dell'ampiezza è inaccettabile. Pertanto la frequenza di confronto deve essere scelta nella regione sopratonale o subtonale. Nel nostro caso è stata adottata la seconda opzione, poiché 100 Hz possono essere facilmente soppressi dal filtro di post-rilevazione del ricevitore senza degradare la qualità dei segnali vocali e musicali ricevuti.

Il rilevatore di fase-frequenza (FPD) confronta un segnale di riferimento di 100 Hz con un segnale della stessa frequenza (in modalità di acquisizione), ottenuta dividendo prima la frequenza del VCO per 9, quindi utilizzando un divisore del fattore di divisione variabile (VDR) per 1610 -2000 in conformità con il valore impostato della frequenza di uscita. A seconda del segno della mancata corrispondenza dei segnali confrontati in frequenza e fase, il PFD produce un segnale di controllo che aumenta o diminuisce la frequenza del VCO. La tensione di controllo viene alimentata al VCO attraverso un filtro integratore proporzionale (PIF), che ottimizza le caratteristiche dinamiche del loop PLL.

La divisione preliminare della frequenza del VCO per 9 è dettata da due motivi. Innanzitutto, ciò è necessario per ottenere una griglia di frequenze con un passo di 9 kHz. In secondo luogo, il chip KA561IE15A utilizzato nel DPKD ha una frequenza operativa massima di 1,5 MHz.

Riso. 2 (clicca per ingrandire)

Il diagramma schematico del sintetizzatore è mostrato in Fig. 2. Tutti i microcircuiti digitali utilizzati sono strutture CMOS con grado di integrazione basso e medio. I microcircuiti delle serie K561 e KR1561 funzionano a frequenze fino a 2...3 MHz con una tensione di alimentazione di 3...15 V. La corrente che consumano in modalità dinamica non supera alcuni milliampere.

Il CG è realizzato sul chip DD1. Il condensatore di sintonizzazione C4 imposta la frequenza di generazione su 1 MHz con una precisione non inferiore a 1...2 Hz.

Per ottenere un segnale di riferimento con una frequenza di 100 Hz, gli impulsi dall'uscita del CG vengono forniti all'ingresso C del contatore binario DD4. Il chip K561IE16 utilizzato qui è un contatore binario a 14 bit. Il fattore di divisione richiesto di 10000 si ottiene utilizzando un nodo logico 5I sui diodi VD3-VD7 e il resistore R7. Quando, durante il processo di conteggio, sono presenti livelli logici alti su tutte le uscite del contatore a cui sono collegati i diodi, anche il livello sul suo ingresso R diventerà alto, il che riporterà il contatore al suo stato iniziale zero, quindi il livello il processo di conteggio degli impulsi verrà ripetuto. Il coefficiente di divisione quando si collegano i diodi mostrati nello schema è uguale a K_д = 16+256+512+1024+8192= 10000.

Il VCO e il PFD si trovano nel chip DD2 KR1561GG1. I valori di frequenza estremi della gamma di sintonizzazione del VCO sono impostati dai resistori R1, R2, C1. La frequenza viene regolata dalla tensione all'ingresso IG (pin 9 del microcircuito).

I dati iniziali per la selezione degli elementi di cui sopra sono la gamma di frequenza del sintetizzatore di 1,449.1,8 MHz e la diffusione dei parametri VCO, che può raggiungere fino al 20% da un'istanza all'altra dei microcircuiti. Pertanto è necessario avere un margine di sintonia di almeno 0,36 MHz. Con qualche riserva, assumeremo che il VCO debba essere sintonizzato nella gamma di 1.2,2 MHz. Il limite inferiore di questo intervallo (a tensione zero sull'ingresso IG) è impostato dal resistore R2, il limite superiore (a una tensione di controllo pari alla tensione di alimentazione) è impostato dalla resistenza totale dei resistori R1 e R2. Il funzionamento del VCO è abilitato da un livello logico basso all'ingresso INH (pin 5).

Il PFD ha due ingressi IC e IS (pin 3 e 14) e un'uscita Q1 (pin 13). Il segnale di errore dall'uscita Q1 attraverso il PIF R4R3C2 viene fornito all'ingresso di controllo del VCO IG.

Il PIF è una parte molto critica del ciclo PLL. Il calcolo di questo filtro in generale è piuttosto complesso e richiede la conoscenza della teoria del controllo automatico [2]. Per la pratica radioamatoriale, le caratteristiche completamente soddisfacenti sono fornite dal calcolo utilizzando le relazioni fornite nei materiali di riferimento per il microcircuito MC14046B - l'analogo straniero del KR1561GG1:

dove N è il fattore di divisione della frequenza operativa nell'anello PLL; f_max e f_verbale - frequenze limite di sintonizzazione del VCO; 3000 Ohm - impedenza di uscita del PFD.

Dall'uscita del VCO, il segnale della frequenza operativa va al FI e al divisore di frequenza per 9. Quest'ultimo è realizzato sul microcircuito DD5 K561IE14 e sull'elemento DD3.1 del microcircuito K561LN2.

Il contatore avanti/indietro a quattro bit K561IE14 può funzionare in modo binario (livello alto sull'ingresso B) o decimale (livello basso sull'ingresso B). La direzione del conteggio è determinata dal livello all'ingresso U: alto - aumento, basso - diminuzione. Gli impulsi di conteggio vengono forniti all'ingresso C e lo stato del contatore cambia in base ai loro fronti crescenti. Il conteggio è abilitato quando l'ingresso PI è basso.

L'ingresso S consente di scrivere in modo asincrono qualsiasi codice a otto bit dagli ingressi D1-D8 ai trigger del contatore. Poiché il contatore non dispone di un ingresso di configurazione iniziale separato, questa funzione viene eseguita dall'ingresso S a livelli bassi sugli ingressi D1-D8 (in modalità di conteggio incrementale). L'uscita di riporto si abbassa quando il numero accumulato ha raggiunto il massimo in modalità di conteggio crescente (o il minimo in modalità di conteggio indietro).

Nel nostro caso il contatore incrementa in modalità decimale. Quando arriva il decimo impulso, il segnale dall'uscita di trasferimento attraverso l'inverter DD3.1 forza il contatore a zero.

Dall'uscita 4 del contatore, il segnale va al DPKD - microcircuito DD6 KA561IE15A. Dispone di un ingresso a impulsi di conteggio C, quattro ingressi di controllo K1, K2, K3, L, sedici ingressi 1-8000 per l'impostazione del coefficiente di divisione e un'uscita. Il fattore di divisione può essere compreso tra 3 e 21327 ed esistono diversi modi per impostarlo. Il sintetizzatore utilizza il metodo più semplice e conveniente: il coefficiente è impostato da un codice binario-decimale applicato agli ingressi 1-8000. Tuttavia, il suo valore massimo possibile è 16659.

Per utilizzare questo metodo, gli ingressi K1 e L devono essere impostati su livelli logici diversi (basso e alto o alto e basso) e l'ingresso K3 deve essere impostato su basso. L'ingresso K2 viene utilizzato per impostare il contatore al suo stato iniziale, che si verifica quando il livello su questo ingresso è basso per tre periodi di impulsi di conteggio. Quando il livello è alto, il contatore funziona in modalità divisore di frequenza.

I livelli richiesti agli ingressi 1-8000 vengono impostati utilizzando gli interruttori SA1 e SA2. I loro contatti collegati al filo comune corrispondono a livelli bassi agli ingressi corrispondenti del microcircuito e i loro contatti liberi corrispondono a livelli alti (sono supportati dai resistori R8-R15).

FI consente di impostare la durata degli impulsi di uscita, che è ottimale per un carico collegato al sintetizzatore, ad esempio un circuito di uscita senza amplificatori intermedi (come in un trasmettitore, il cui circuito è riportato in [3]). L'FI è costruito su inverter logici DD3.2-DD3.6, diodo VD2, resistore di regolazione R6, transistor VT1-VT3. L'inseguitore di emettitore sui transistor VT1 e VT2 riduce il tempo di carica e scarica della capacità di gate del transistor ad effetto di campo VT3, aumentando così la velocità della sua accensione e spegnimento. La carica della capacità di ingresso degli elementi DD3.3-DD3.6 avviene rapidamente attraverso la bassa resistenza dinamica del diodo VD2 e la scarica avviene in modo relativamente lento attraverso il resistore di sintonizzazione R6. La durata della scarica e, di conseguenza, la durata dell'impulso generato, dipende dalla resistenza introdotta del resistore R6.

Sulla progettazione e la regolazione del sintetizzatore

Il sintetizzatore è realizzato su un circuito stampato monofacciale di 1,5 mm di spessore (Fig. 3).

Fig. 3

È realizzato trasferendo termicamente un motivo conduttore sulla superficie del foglio dalla sua stampa su una stampante laser. I numeri dei fori di montaggio sulla scheda, destinati ai fili diretti agli interruttori, corrispondono ai numeri dei fili del cablaggio nello schema. Si consiglia di installare i perni di montaggio in questi fori, così come in quelli destinati ai cavi di alimentazione e di carico. Il transistor VT3 e il regolatore di tensione DA1 si trovano su un comune dissipatore di calore (non dimenticare di lubrificare le loro sedi con pasta termica KPT-8), realizzato in lamiera di alluminio secondo il disegno mostrato in Fig. 4. Il transistor VT3 deve essere installato sul dissipatore di calore tramite una guarnizione isolante. Il braccio lungo del dissipatore di calore è fissato alla scheda con un fermacavo.

Fig. 4

Resistori fissi - MLT o simili. Resistenza trimmer R6 - SP3-38a. Il condensatore C2 (potrebbe essere, ad esempio, K73-24) deve essere con un dielettrico organico. Condensatore C4 - trimmer KT4-24. Condensatori C1, C3, C7-C10: qualsiasi condensatore ceramico di dimensioni adeguate. Anche i condensatori all'ossido sono adatti per dimensioni e tensione nominale.

Fig. 5

Il microcircuito KA561IE15A può essere sostituito con 564IE15, ma purtroppo è più costoso poiché contiene oro. È questo tipo di microcircuito installato nel sintetizzatore mostrato nella fotografia di Fig. 5. Invece di K561LA7, K561LE5 funzionerà senza modificare il circuito e la scheda. Transistor VT1, VT2: qualsiasi silicio a bassa potenza con struttura appropriata.

Interruttori SA1 e SA2 - P2G-3, rispettivamente 4P4N e 10P4N, o qualsiasi altro biscotto, adatto al numero di posizioni e direzioni. Risonatore al quarzo - RG-06 o RK170.

Un sintetizzatore privo di errori assemblato con elementi noti non richiede regolazioni; è sufficiente impostare la frequenza dell'oscillatore al quarzo con il condensatore di sintonizzazione C4 con una precisione di ±2 Hz. È controllato dal pin 11 del chip DD1. Il resistore di sintonizzazione R6 viene utilizzato per ottenere il segnale portante meno distorto sull'equivalente dell'antenna.

PS In un trasmettitore con un amplificatore di potenza, la scheda del sintetizzatore deve essere ben schermata per evitare interferenze al VCO, che possono portare a malfunzionamenti del PLL.

Letteratura

1. Komarov S. Sintetizzatore di frequenze di trasmissione a onde medie. - Radio, 2012, n. 9, pag. 19-23; N. 10, pag. 21-23.
2. Horowitz P., Hill W. L'arte della progettazione di circuiti. Per. dall'inglese a cura di M. V. Galperina. - M.: Mir, 1993. In 3 volumi (4a ed., riveduta e aggiuntiva).
3. Komarov S. Trasmettitore AM a onde medie per trasmissione a bassa potenza. - cqf.su/technics5-1.html.

Autori: E. Golomazov, M. Doutaliev, B. Kanaev

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