Схема. Синтезатор частоты для KB радиостанции

Синтезатор предназначен для работы в качестве плавного гетеродина любительского девятидиапазонного коротковолнового трансивера с фиксированной первой ПЧ. Значения вводимой ПЧ — 5…9 МГц. Шаг перестройки синтезатора на всех диапазонах постоянный и его можно выбрать в пределах 10…1850 Гц. Дискретность установки шага — 10 Гц.
В синтезаторе предусмотрена возможность включения расстройки как частоты передачи относительно частоты приема, так и наоборот, причем эти значения частоты могут быть выбраны на разных KB диапазонах. Так реализован режим «Crossband».
Синтезатор позволяет управлять рабочими режимами трансивера через выходы ATT, PPWR, FTP, CW, AGC, REV, а также управлять переключением диапазонных полосовых фильтров и ФНЧ трансивера.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 1
В десяти ячейках памяти синтезатора можно записать не только значения рабочих частот трансивера, но и установить необходимые режимы управления для каждой частоты. При включении трансивера устанавливаются частота и режим управления, занесенные в нулевую ячейку памяти синтезатора, — стартовые установки.
Информацию о работе синтезатора отображает ЖК дисплей (две строки по 16 символов). Частота отображается с точностью 10 Гц.

Синтезатор может поддерживать обмен данными с персональным компьютером по системе CAT через интерфейс RS232. Тестирование синтезатора проводилось с программой MixW2 с установками ICOM-756-PRO-II, скорость обмена равна 9800 бит. При этом выполнялось двустороннее управление частотой и родом работы между трансивером и ПК.
Синтезатор построен на микросхеме прямого цифрового синтеза (Direct Digital Synthesis или DDS) по классической однопетлевой схеме. Его структурная схема показана на рис. 1.

Образцовый кварцевый генератор ОКГ формирует тактовый сигнал для работы микросхемы DDS и микроконтроллера MCU, управляющего работой синтезатора по записанной в его памяти программе в соответствии с данными, вводимыми с клавиатуры и валкодера. Микросхема DDS формирует синусоидальный сигнал в частотном интервале 247…325 кГц, который через ФНЧ поступает на один из входов фазового детектора ФД. На второй вход ФД поступает сигнал от генератора, управляемого напряжением, ГУН, предварительно деленный по частоте на 256. В ФД происходит сравнение поступивших сигналов, и сигнал ошибки, если таковой появляется, поступает на реактивный управляющий элемент ГУН.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 2
Выходную частоту синтезатора определяет делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД в зависимости от выбранного рабочего диапазона и установленной промежуточной частоты. Выходная частота синтезатора в два раза выше, чем необходимо для работы смесителя трансивера. Это сделано исходя из предположения, что в трансивере для получения противофазного напряжения на смесителе будет использована микросхема 74АС74, которая сформирует противофазные сигналы синтезатора, разделенные по частоте на два (показана штриховой линией на рис. 1).

Принципиальная схема синтезатора представлена на рис. 2. Микросхема DD1 — преобразователь уровней для связи синтезатора с компьютером. Микроконтроллер DD2 и микросхема DD3 работают на тактовой частоте 16 МГц, которую вырабатывает образцовый кварцевый генератор DD4. Кстати, в функциях управления синтезатором заложена возможность корректировки частоты образцового генератора.
Синтезатором управляет недорогой, но довольно мощный микроконтроллер фирмы Atmel Corporation (    www.atmel.com    ). Микросхема DD3 фирмы Analog Devices (    www.analog.com    ) реализует прямой синтез частоты. Она одна из самых дешевых в этой линейке, но имеет вполне приемлемые показатели, так как ей приходится синтезировать относительно низкую частоту. Микросхемой DD3 управляет микроконтроллер DD2 по специальной программе.

На выходе DD3 (вывод 14) включен ФНЧ пятого порядка с частотой среза 400 кГц, выполненный на элементах C12L2C11L3C14.
Транзистор VT1 усиливает сигнал с выхода DD3 до уровня 1 В (эффективное значение), который затем поступает на вход SIN микросхемы DD10 (вход ФД). На вход CIN фазового детектора поступает сигнал с единственного в синтезаторе генератора, управляемого напряжением, выполненного на транзисторе VT6. Предварительно сигнал ГУН проходит через делитель частоты на 256, выполненный на микросхемах DD7, DD8. Микросхема DD10 использована в типовом включении с питанием от стабилизированного источника напряжением 9 В. Свечение светодиода HL1 свидетельствует об отсутствии захвата в петле ФАПЧ.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 9
Сигнал ошибки с фазового детектора, пройдя через пропорционально-интегрирующий фильтр R24C20R25R26C18C19, поступает на реактивный элемент ГУН — варикап VD5. Варикап слабо связан с колебательным контуром L5C29 через конденсатор СЗЗ, что улучшает шумовые характеристики синтезатора. ГУН выполнен по схеме индуктивной трехточки на двухзатворном полевом транзисторе VT6. Чтобы получить необходимый выходной частотный спектр для всех девяти KB диапазонов, частота ГУН изменяется ступенчато. С помощью электронного коммутатора, выполненного на микросхеме DD5.2, транзисторах VT3—VT5 и диодах VD2—VD4, к колебательному контуру генератора в соответствии с управляющей программой подключаются подстроечные конденсаторы С24, С26, С31. На выходе синтезатора частота ГУН делится программируемым делителем DD6 в зависимости от выбранного рабочего диапазона. Коэффициент деления определен кодом, поступающим с микросхемы DD5.1 на входы А, В и С счетчика.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 3
Коэффициенты деления делителя выходной частоты синтезатора и емкость подключаемых конденсаторов следует предварительно подсчитать и ввести их значения в память микроконтроллера. В таблице приведены коэффициенты деления делителя на DD6 и номера подключаемых к ГУН конденсаторов для промежуточной частоты 8860 кГц.
Работой синтезатора управляют посредством валкодера и клавиатуры (рис. 3).
В качестве валкодера можно использовать любое по конструкции устройство, способное формировать два сдвинутых по фазе на 90° сигнала с уровнями ТТЛ по 60…100 импульсов на один оборот.

Автором был применен шаговый двигатель от старого пятидюймового дисковода. Формирователь импульсов был выполнен на микросхеме LM358. Валкодер хорошо работает при различных скоростях вращения ручки настройки трансивера и, что важно, не требует сложных слесарных работ по его изготовлению. С прототипом валкодера можно ознакомиться на сайте:    www.rv3ga.qrz.ru/UZLY/encod.htm

У синтезатора — 18 кнопок управления (рис. 3). Двенадцать — непосредственно управляют синтезатором, шесть — для переключения режимов работы трансивера.
Кнопки управления режимами трансивера SB4, SB8, SB9, SB10 SB14 и SB18 фиксации не имеют. Для включения нужного режима следует нажать на соответствующую кнопку. При повторном нажатии происходит выключение выбранного режима. Возле каждой кнопки расположен светодиод, который своим свечением показывает включение выбранного режима. Назначение включаемых этими кнопками режимов — на усмотрение радиолюбителя, кроме кнопок SB18 (включение режима CW) и SB4 (реверс боковой полосы).

Кнопки управления синтезатором также не имеют фиксации, но каждая из них имеет несколько функций. В описании клавиатуры первым идет обозначение кнопки на схеме, вторым — название ее основной функции, третьим — число, вводимое при ручном наборе частоты, четвертым — включаемый диапазон при входе в функцию BAND.

SB1, POP , «3», 7 МГц — устанавливает частоту и режим управления трансивером из одной из десяти ячеек памяти. При нажатии на кнопку на дисплей выводится надпись «Memory » VFO СН=?» и ожидается нажатие кнопки с соответствующим номером ячейки. После ввода номера на индикаторе вместо знака «?» появится номер выбранной ячейки, и трансивер перестроится на частоту, которая была предварительно занесена в выбранную ячейку. Также установится режим управления трансивером, записанный в выбранной ячейке памяти.
SB2, PUSH, «2», 3.5 МГц — сохранение текущей частоты и состояния шести кнопок управления трансивером в одну из десяти ячеек памяти. При нажатии на кнопку на дисплей выводится надпись «VFO » Memory CH=?» и ожидается нажатие кнопки с соответствующим номером ячейки. После ввода номера на индикаторе вместо знака «?» появится номер выбранной ячейки. В ячейке 0 хранится информация, используемая для установки начального состояния синтезатора при включении питания, т. е. можно в нее занести желаемые значения, например, шага перестройки и включения какого-либо режима в TRX, частоту, на которую настроится синтезатор при включении питания трансивера.
SB3, ESC — нажатием на эту кнопку можно выйти из любого режима в первоначальное состояние и отменить не набранные до конца установки.
SB4, REV — реверс боковой полосы.
SB5, UP, «4», 10 МГц — при нажатии происходит перестройка частоты синтезатора вверх с выбранным шагом. Этим режимом можно пользоваться как при непосредственном управлении частотой синтезатора, так и при установке частоты образцового генератора и ПЧ. Если одновременно с этой кнопкой нажать на кнопку SB15 (DOWN), скорость изменения частоты увеличится в 4 раза.
SB6, «1», 1.8 МГц — цифра 1 при наборе частоты и включение диапазона 160 м.
SB7, BAND, «О» — переключение диапазонов. При первом нажатии на индикатор выводится надпись «Band » ?», и после нажатия на соответствующую кнопку устанавливается середина выбранного диапазона.
SB8, PPWR — включение УВЧ на входе приемного тракта.
SB9, FTR — включение узкополосного телеграфного фильтра.
SB 10, ATT — включение аттенюатора.
SB 11, DC, «8», 24 МГц — установка режима для ввода коэффициента делителя частоты ГУН и числа присоединяемых к ГУН подстроечных конденсаторов. На ЖКИ в нижней строке появляется надпись «Divisor=? Cond=?», а в верхней — «Band » 1,9 MHz», диапазон, для которого будут вводиться коэффициент деления и код подключаемых конденсаторов. В зависимости от выбранных согласно таблице данных следует ввести коэффициент деления частоты ГУН нажатием на соответствующую кнопку на клавиатуре. После этого на дисплее вместо знака «?» появится введенная цифра.

Затем следует ввести код подключаемых конденсаторов из условия, код цифры — какие подстроенные конденсаторы подключатся к ГУН: 0 — ни один из них не подключен; 1 — подключен С31; 2 — подключен С24; 3 — подключены С31 и С24; 4 — подключен С26; 5 — подключены С31 и С26; 6 — подключены С24 и С26; 7 — подключены С31, С24 и С26. После того как будет введен код подключаемых конденсаторов, появится возможность ввести данные для следующего диапазона, при этом в верхней строке дисплея появится обозначение следующего диапазона. Как только будут введены все значения, дисплей кратковременно выведет сообщение «Seting end» и синтезатор перестоится на частоту 14150 кГц. Произойдет запоминание всех введенных значений в энергонезависимую память микроконтроллера. Если в процессе набора была допущена ошибка, следует нажать на кнопку SB3 (ESC) и произвести установку заново.

При частоте ПЧ трансивера в интервале 8400…9000 кГц можно использовать данные, записанные автором в ЕЕР-ROM микроконтроллера: 160 м — 33; 80 м — 31; 40 м — 37; 30 м — 34; 20 м — 74; 17 м — 42; 15 м — 31; 12 м — 23; 10 м — 20, где первая цифра — это коэффициент деления частоты ГУН, а вторая цифра — код подключаемых подстроечных конденсаторов. Так для диапазона 160 м коэффициент деления равен 3 и подключены должны быть все три подстроенных конденсатора (см. табл.). SB12, SEL, «7», 21 МГц— при нажатии появится надпись «Select XTA or IF», предлагающая выбрать режим калибровки частоты ПЧ или образцового генератора синтезатора. Частоту образцового генератора, устанавливаемого в синтезатор, желательно предварительно10 м — 20, где первая цифра — это коэффициент деления частоты ГУН, а вторая цифра — код подключаемых подстроечных конденсаторов. Так для диапазона 160 м коэффициент деления равен 3 и подключены должны быть все три подстроенных конденсатора (см. табл.). SB12, SEL, «7», 21 МГц— при нажатии появится надпись «Select XTA or IF», предлагающая выбрать режим калибровки частоты ПЧ или образцового генератора синтезатора. Частоту образцового генератора, устанавливаемого в синтезатор, желательно предварительно измерить промышленным частотомером. Если нажать на кнопку SB16 (FREQ), на дисплей выводится частота образцового генератора и появляется возможность ее калибровки. Частоту можно изменять, вращая ручку валкодера или нажимая на кнопки SB5 (UP) и SB15 (DOWN). Для записи частоты образцового генератора синтезатора в энергонезависимую память микроконтроллера и выхода из режима необходимо нажать на кнопку SB13 (STEP), после чего на одну секунду будет выведена подтверждающая надпись — «Memorize Set» и произойдет выход из режима коррекции.

Для входа в режим установки ПЧ трансивера необходимо после нажатия на кнопку SB 12 (SEL) и появления надписи «Select XTA or IF» нажать на кнопку SB11 (DC). На дисплее появится установленная ПЧ трансивера (по умолчанию в программе — 8860 кГц). Затем, вращая ручку валкодера или нажимая на кнопки SB5 (UP) и SB15 (DOWN), изменить частоту на требуемую. Для записи частоты ПЧ в энергонезависимую память микроконтроллера и выхода из этого режима необходимо нажать на кнопку SB13 (STEP), после чего на одну секунду появится подтверждающая надпись «Memorize Set» и последует выход из режима коррекции.
SB 13, STEP — выбор шага перестройки синтезатора в интервале 10… 1280 Гц с дискретностью 10 Гц. Шаг перестройки можно изменять кнопками SB5 (UP) и SB15 (DOWN) или валкодером. Для ввода в энергонезависимую память микроконтроллера новых значений шага перестройки достаточно нажать на любую кнопку управления синтезатором.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 4
SB 14, AGC — включение АРУ.
SB15, DOWN, «9», 28.5 МГц — при нажатии этой кнопки происходит перестройка частоты синтезатора вниз с выбранным шагом. Этим режимом можно пользоваться как при непосредственном управлении частотой синтезатора, так и при установке частоты образцового генератора и частоты ПЧ. Если одновременно с этой нажать и на кнопку SB5 (UP), скорость перестройки частоты увеличится в 4 раза.
SB16, FREQ, «6», 18 МГц — режим непосредственного набора частоты с клавиатуры. При нажатии на дисплей выводится надпись «Frg = ??.??? MHz». Набирая частоту с клавиатуры, нет необходимости вводить частоту до последнего знака, если точность набранной частоты вас уже устраивает, и она попадает в выделенные частотные рамки. Затем следует нажать на кнопку SB13 (STEP), и трансивер будет перестроен на выбранную частоту. Если она окажется за пределами разрешенных для радиолюбителей участков, синтезатор предложит повторно ввести частоту. Для выхода из режима набора частоты с клавиатуры следует нажать на кнопку SB13 (STEP).
SB17, PIT, «5», 14 МГц — включение расстройки. При нажатии на дисплее появится надпись «PIT » Tx or Rx», предлагающая выбрать расстройку приемника или передатчика. Если нажать на кнопку SB13 (STEP), будет выбрана расстройка частоты передатчика относительно частоты приемника. Если нажать кнопку SB16 (FREQ), будет включена расстройка частоты приемника относительно частоты передатчика. В нижней строке дисплея будет отображена частота передачи или приема в зависимости от вида выбранной расстройки. Изменять величину расстройки можно как валкодером, так и кнопками SB5 (UP) или SB15 (DOWN). Кнопкой SB7 (BAND) можно выбрать в качестве расстройки частоту другого KB диапазона (режимы SPUT и CROSSBAND).
SB18 — включение режима CW.

Режимы работы трансивера переключают с выходов микросхемы DD9 через исполнительные цепи — буферные инверторы DD1.1—DD1.6 и усилители тока на транзисторах VT1 —VT6 (рис. 4).
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 5
С синтезатора возможно управление переключением диапазонных полосовых фильтров трансивера по линиям CL-Ки DATA. Схема дешифратора, позволяющего управлять релейным переключателем, приведена на рис. 5.
Для питания синтезатора требуются два источника напряжением +5 и 12 В с минимумом пульсаций. Лучше применить стабилизаторы на микросхемах 7805 (КР142ЕН5А) и 7812 (КР142ЕН8Б), расположенные в непосредственной близости от платы синтезатора. На рис. 6 показана схема стабилизатора напряжения +5 В. Стабилизатор +12 В выполнен по аналогичной схеме, но на микросхеме 7812. Не рекомендуется использовать в качестве общего провода корпус трансивера.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 6
Синтезатор собран на двух печатных платах. На одной размещена клавиатура и ЖК индикатор, а на другой — собственно синтезатор. Обе платы разрабатывались с учетом возможности их изготовления в домашних условиях по так называемой «утюжной» технологии. При определенной аккуратности исполнения трудностей с распайкой микросхемы AD9832 (шаг между выводами микросхемы 0.65 мм) не возникает.

Синтезатор выполнен на плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 95×135 мм и толщиной 1,5 мм. На рис. 7 плата показана со стороны печатных проводников. На противоположной стороне платы (рис. 8), которая используется как экран и общий провод, установлены микросхемы (кроме DD3), транзисторы (кроме VT6), диоды, катушка L5 и все дроссели, резисторы R16,R18,R20,R22, R26.R34, постоянные конденсаторы С9.С11 — С15,С17,С20,С36, С39. подстроечные и оксидные конденсаторы. Отверстия под выводы деталей установленных с этой стороны платы и не имеющих соединений с общим проводом, — раззенкованы. Отверстия, через которые выводы деталей соединены с общим проводом, помечены на рис. 8 крестом. Также на рис. 8 показаны два дросселя L6, L7 в цепи питания микросхемы DD3 и блокировочные конденсаторы емкостью 0,01 мкФ в цепях питания микросхем (Сбл), не отображенные на схеме синтезатора (см. рис. 2).

Основная масса резисторов и конденсаторов, примененных в синтезаторе, кроме вышеназванных, — для поверхностного монтажа. Типоразмер — 0805. Их распаивают со стороны печатных проводников платы. Остальные резисторы — МЛТ, конденсаторы — КМ. Все подстроечные конденсаторы — КТ4-21, оксидные — К50-35.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 7
Дроссели L1 и L6 — ДМ0.1 с индуктивностью 10…50 мкГн. L2 и L3 — ДМО, 1—180 мкГн. Дроссель L4 выполнен на кольцевом магнитопроводе типоразмера К7x4x2 из феррита 1000НМ Его обмотка содержит 20 витков провода ПЭЛШО 0,25. Дроссель L7 выполнен на кольцевом магнитопроводе типоразмера К7х4х2 из феррита 2000НМ Его обмотка содержит 15 витков провода ПЭЛШО 0,33.

Катушка L5 генератора — бескаркасная, намотана на оправке диаметром 6 мм и содержит 4 витка посеребренного провода диаметром 0,8 мм. Длина намотки — 5,5 мм. Отвод у катушки сделан от одного с четвертью витка, считая от вывода, соединенного с общим проводом.
Микросхема DD4 — генератор «Н S.C.5G 16.000 MHz HSO-3FOOO» Возможно применение и другого генератора с близкой выходной частотой.
Печатная плата клавиатуры и индикации не приводится, так как ее конфигурация, размеры, разводка печатных проводников зависят от конкретного места установки в том или ином аппарате.
Схема Синтезатор частоты для KB радиостанции 8
Индикатор HG1 — жидкокристаллический русифицированный двухстрочный шестнадцатисимвольный дисплей SC1602CSLB-XH-HS-R фирмы SUNLIKE DISPLAY Можно использовать другой индикатор, совместимый с контроллером HD44780 фирмы Epson (EH no маркировке Powertip).

Межплатные соединения в синтезаторе очень простые — нужно соединить между собой выводы с одноименными названиями. Проводники этих соединений не следует увязывать в жгут с прочими проводниками трансивера.
Не располагайте основную плату синтезатора вблизи сетевого трансформатора и выходных каскадов трансивера во избежание наводок. Лучше всего поместить ее в отдельный экранированный отсек.

Правильно собранный синтезатор начинает работать сразу. Для устойчивой работы делителей частоты на микросхемах DD6 и DD7 при поступлении на их вход синусоидального сигнала с амплитудой 300…600 мВ необходимо подобрать смещение на входах этих микросхем, равное половине напряжения питания, т. е. 2,5 В. При таком смещении работают импортные микросхемы 74АС161 Проблемы могут возникнуть с микросхемами IN74AC161N Минского НПО «Интеграл». Им требуется напряжение 2,2…3 В. Просматривая осциллографом форму и стабильность выходных импульсов на выходе делителя при максимальной входной частоте (80…90 МГц), следует подбирать одно из сопротивлений в делителе.

Регулировка ГУН заключается в установке требуемых границ перестройки на каждом из диапазонов при подаче на варикап VD5 напряжения 0.8…8 В от отдельного переменного резистора, подключенного к цепи питания +9 В. На это время следует отключить правый по схеме (см. рис. 2) вывод дросселя L4 от катода варикапа.
Для программирования микроконтроллера автор использовал программу AVReal, которую можно найти в Интернете по адресу:    www.ln.ua/~real/avreal/index_e.html    , и адаптер Altera ByteBlaster» Там же есть подробное описание его изготовления и использования.

В первую очередь следует запрограммировать микроконтроллер для работы от внешнего генератора. Командная строка для программирования Fuses бит при использовании вышеупомянутого программатора и параллельного порта СОМ1 выглядит следующим образом: avreal.exe +mega8 -p1 -ab -e -b -w -fCKSEL=0.
Для записи в микроконтроллер данных программы и EEPROM командная строка должна выглядеть следующим образом: avreal.exe +mega8 -pi -ab -e -b -v -n -w -c DDS.HEX —dDDS.EEP.

Прилагаемые файлы:    rd3ay.zip

Константин ИВАНОВ (RD3AY), г. Москва
«Радио» №№ 9-10 2005г.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *