Un simple synthétiseur de fréquences à ondes moyennes. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Lors du développement de ce synthétiseur, les auteurs ont tenté de simplifier au maximum son circuit et sa conception sans compromettre ses caractéristiques techniques.

Le synthétiseur proposé est développé dans le cadre du développement d'un sujet intéressant proposé dans [1]. Malheureusement, l'activité active des « mineurs d'or » rend difficile la production du synthétiseur qui y est décrit pour un large éventail de radioamateurs, et lorsqu'il est transféré sur des microcircuits sans or dans des boîtiers DIP, les dimensions de l'appareil augmentent considérablement. De plus, pour de nombreux radioamateurs, notamment les débutants et ceux vivant loin des centres industriels, fabriquer un circuit imprimé double face avec des trous métallisés est un problème difficile. La recherche de résonateurs à quartz aux fréquences basses et « non circulaires » ne facilite pas non plus la vie.

Le synthétiseur considéré est construit selon un schéma classique avec une boucle à verrouillage de phase (PLL) sur des microcircuits CMOS dans des boîtiers sans or et avec un résonateur à quartz de 1 MHz largement utilisé.

Principales caractéristiques techniques

• Gamme de fréquences, kHz ...... 1449 ... 1800
• Pas d'accord, kHz ....... 9
• Nombre de fréquences fixes ......40
• Précision de réglage de la fréquence,
• Hz, pas pire.......±5
• fréquence de dérive en température, ^оС^-1.......1,5 10^-6
• Tension d'alimentation, V.......15...30
• Courant consommé, mA ....... 50
• Dimensions hors tout, mm ......90x70x25

Le schéma fonctionnel du synthétiseur est présenté sur la Fig. 1. Un oscillateur commandé en tension (VCO) fonctionne à la même fréquence que la sortie. La résistance aux interférences est assurée par le fait que les circuits de réglage de fréquence de ce générateur ne contiennent pas d'inductances et que le générateur lui-même est situé presque entièrement à l'intérieur d'un seul microcircuit.

Fig. 1

Le shaper d'impulsions (PF) a une sortie puissante à cycle unique avec un drain ouvert et une tension admissible allant jusqu'à 200 V. Pour une adaptation optimale à la charge, le shaper offre la possibilité d'ajuster la durée des impulsions de sortie.

Un signal de référence d'une fréquence de comparaison de 100 Hz est obtenu en divisant la fréquence d'un oscillateur à cristal (CH) de 1 MHz par 10000 100. Cette fréquence a été choisie si basse car le spectre du signal de sortie du synthétiseur contient inévitablement des composants qui sont séparés par leur valeur de la fréquence de sortie principale. Bien que cela puisse être toléré dans les équipements de communication, pour un émetteur de diffusion, la présence de composantes spectrales qui créent des signaux audiofréquence lors de la détection d'amplitude est inacceptable. Par conséquent, la fréquence de comparaison doit être choisie dans la région supratonale ou sous-tonale. Dans notre cas, la deuxième option a été adoptée, car XNUMX Hz peuvent être facilement supprimés par le filtre de post-détection du récepteur sans dégrader la qualité des signaux vocaux et musicaux reçus.

Le détecteur fréquence-phase (FPD) compare un signal de référence de 100 Hz avec un signal de même fréquence (en mode capture), obtenu en divisant d'abord la fréquence du VCO par 9, puis en utilisant un diviseur de facteur de division variable (VDR) par 1610. -2000 conformément à la valeur définie de la fréquence de sortie. En fonction du signe de discordance des signaux comparés en fréquence et en phase, le PFD produit un signal de commande qui augmente ou diminue la fréquence du VCO. La tension de commande est transmise au VCO via un filtre intégrateur proportionnel (PIF), qui optimise les caractéristiques dynamiques de la boucle PLL.

La division préliminaire de la fréquence du VCO par 9 est dictée par deux raisons. Premièrement, cela est nécessaire pour obtenir une grille de fréquences avec un pas de 9 kHz. Deuxièmement, la puce KA561IE15A utilisée dans le DPKD a une fréquence de fonctionnement maximale de 1,5 MHz.

Riz. 2 (cliquez pour agrandir)

Le diagramme schématique du synthétiseur est présenté sur la figure. 2. Tous les microcircuits numériques utilisés sont des structures CMOS de degrés d'intégration faible et moyen. Les microcircuits des séries K561 et KR1561 fonctionnent à des fréquences allant jusqu'à 2...3 MHz avec une tension d'alimentation de 3...15 V. Le courant qu'ils consomment en mode dynamique ne dépasse pas quelques milliampères.

Le CG est réalisé sur la puce DD1. Le condensateur d'accord C4 règle la fréquence de génération à 1 MHz avec une précision d'au moins 1...2 Hz.

Pour obtenir un signal de référence avec une fréquence de 100 Hz, des impulsions de la sortie du CG sont fournies à l'entrée C du compteur binaire DD4. La puce K561IE16 utilisée ici est un compteur binaire 14 bits. Le facteur de division requis de 10000 5 est obtenu à l'aide d'un nœud logique 3I sur les diodes VD7-VD7 et la résistance RXNUMX. Lorsque, pendant le comptage, des niveaux logiques hauts sont présents sur toutes les sorties du compteur auxquelles les diodes sont connectées, le niveau à son entrée R deviendra également haut, ce qui remettra le compteur à son état zéro initial, puis le le processus de comptage des impulsions sera répété. Le coefficient de division lors de la connexion des diodes indiquées sur le schéma est égal à K_д = 16+256+512+1024+8192= 10000.

Le VCO et le PFD sont situés dans la puce DD2 KR1561GG1. Les valeurs de fréquence extrêmes de la plage de réglage du VCO sont définies par les résistances R1, R2, C1. La fréquence est ajustée par tension à l'entrée IG (broche 9 du microcircuit).

Les données initiales pour la sélection des éléments ci-dessus sont la gamme de fréquences du synthétiseur de 1,449.1,8 20 MHz et la répartition des paramètres VCO, qui peut atteindre jusqu'à 0,36 % d'une instance à l'autre des microcircuits. Il est donc nécessaire d'avoir une marge d'accord d'au moins 1.2,2 MHz. Avec une certaine réserve, nous supposerons que le VCO doit être réglé dans la plage de 2 MHz. La limite inférieure de cette plage (à tension nulle à l'entrée IG) est fixée par la résistance R1, la limite supérieure (à une tension de commande égale à la tension d'alimentation) est fixée par la résistance totale des résistances R2 et R5. Le fonctionnement du VCO est activé par un niveau logique bas à l'entrée INH (broche XNUMX).

Le PFD possède deux entrées IC et IS (broches 3 et 14) et une sortie Q1 (broche 13). Le signal d'erreur de la sortie Q1 est transmis via le PIF R4R3C2 à l'entrée de commande du VCO IG.

Le PIF est une partie très critique de la boucle PLL. Le calcul de ce filtre en général est assez complexe et nécessite des connaissances en théorie de l’automatisme [2]. Pour la pratique de la radio amateur, des caractéristiques tout à fait satisfaisantes sont fournies par calcul utilisant les relations données dans les documents de référence du microcircuit MC14046B - l'analogue étranger du KR1561GG1 :

où N est le facteur de division de la fréquence de fonctionnement dans la boucle PLL ; F_max et f_m. - limiter les fréquences de réglage du VCO ; 3000 Ohm - impédance de sortie du PFD.

A partir de la sortie du VCO, le signal de fréquence de fonctionnement va au FI et au diviseur de fréquence par 9. Ce dernier est réalisé sur le microcircuit DD5 K561IE14 et l'élément DD3.1 du microcircuit K561LN2.

Le compteur/décompteur à quatre bits K561IE14 peut fonctionner en binaire (niveau haut à l'entrée B) ou décimal (niveau bas à l'entrée B). Le sens de comptage est défini par le niveau à l'entrée U : haut - augmentation, bas - diminution. Des impulsions de comptage sont fournies à l'entrée C et l'état du compteur change en fonction de leurs fronts croissants. Le comptage est activé lorsque l'entrée PI est faible.

L'entrée S vous permet d'écrire de manière asynchrone n'importe quel code de huit bits des entrées D1 à D8 vers les déclencheurs du compteur. Étant donné que le compteur ne dispose pas d'une entrée de configuration initiale distincte, cette fonction est exécutée par l'entrée S aux niveaux bas des entrées D1-D8 (en mode de comptage incrémentiel). La sortie de report devient faible lorsque le nombre accumulé a atteint son maximum en mode comptage (ou minimum en mode décomptage).

Dans notre cas, le compteur augmente en mode décimal. Lorsque la dixième impulsion arrive, le signal de la sortie de transfert via l'inverseur DD3.1 force le compteur à zéro.

De la sortie 4 du compteur, le signal va au DPKD - microcircuit DD6 KA561IE15A. Il dispose d'une entrée d'impulsion de comptage C, de quatre entrées de commande K1, K2, K3, L, de seize entrées 1-8000 pour le réglage du coefficient de division et d'une sortie. Le facteur de division peut être compris entre 3 et 21327 1 et il existe plusieurs façons de le définir. Le synthétiseur utilise la méthode la plus simple et la plus pratique : le coefficient est défini par un code binaire-décimal appliqué aux entrées 8000-16659. Cependant, sa valeur maximale possible est de XNUMX.

Pour utiliser cette méthode, les entrées K1 et L doivent être réglées sur des niveaux logiques différents (bas et haut ou haut et bas) et l'entrée K3 doit être réglée sur bas. L'entrée K2 est utilisée pour remettre le compteur à son état initial, ce qui se produit lorsque le niveau à cette entrée est bas sur trois périodes d'impulsions de comptage. Lorsque le niveau est élevé, le compteur fonctionne en mode diviseur de fréquence.

Les niveaux requis aux entrées 1-8000 sont définis à l'aide des commutateurs SA1 et SA2. Leurs contacts connectés au fil commun correspondent à des niveaux bas aux entrées correspondantes du microcircuit, et leurs contacts libres correspondent à des niveaux hauts (ils sont supportés par des résistances R8-R15).

FI permet de régler la durée des impulsions de sortie, qui est optimale pour une charge connectée au synthétiseur, par exemple un circuit de sortie sans amplificateurs intermédiaires (comme dans un émetteur dont le circuit est donné dans [3]). Le FI est construit sur des inverseurs logiques DD3.2-DD3.6, une diode VD2, une résistance d'ajustement R6 et des transistors VT1-VT3. L'émetteur suiveur sur les transistors VT1 et VT2 réduit le temps de charge et de décharge de la capacité de grille du transistor à effet de champ VT3, augmentant ainsi la vitesse de son activation et de sa désactivation. La charge de la capacité d'entrée des éléments DD3.3-DD3.6 se produit rapidement grâce à la faible résistance dynamique de la diode VD2, et la décharge se produit relativement lentement via la résistance d'accord R6. La durée de la décharge, et donc la durée de l'impulsion générée, dépend de la résistance introduite de la résistance R6.

Sur la conception et le réglage du synthétiseur

Le synthétiseur est réalisé sur une carte de circuit imprimé simple face de 1,5 mm d'épaisseur (Fig. 3).

Fig. 3

Il est réalisé en transférant thermiquement un motif conducteur sur la surface de la feuille à partir de son impression sur une imprimante laser. Les numéros des trous de montage sur la carte, destinés aux fils allant aux interrupteurs, correspondent aux numéros des fils du faisceau dans le schéma. Il est conseillé d'installer des broches de montage dans ces trous, ainsi que dans ceux destinés aux fils d'alimentation et de charge. Le transistor VT3 et le régulateur de tension DA1 sont situés sur un dissipateur thermique commun (n'oubliez pas de lubrifier leurs sièges avec de la pâte thermique KPT-8), réalisé en tôle d'aluminium selon le dessin illustré à la Fig. 4. Le transistor VT3 doit être installé sur le dissipateur thermique à travers un joint isolant. Le bras long du dissipateur thermique est fixé sur la carte à l'aide d'un serre-fil.

Fig. 4

Résistances fixes - MLT ou similaire. Résistance ajustable R6 - SP3-38a. Le condensateur C2 (il pourrait s'agir par exemple de K73-24) doit être doté d'un diélectrique organique. Condensateur C4 - trimmer KT4-24. Condensateurs C1, C3, C7-C10 - tous condensateurs céramiques de taille appropriée. Les condensateurs à oxyde sont également adaptés en termes de taille et de tension nominale.

Fig. 5

Le microcircuit KA561IE15A peut être remplacé par 564IE15, mais malheureusement, il est plus cher car il contient de l'or. C'est ce type de microcircuit qui est installé dans le synthétiseur représenté sur la photographie de la Fig. 5. Au lieu du K561LA7, le K561LE5 fonctionnera sans changer le circuit et la carte. Transistors VT1, VT2 - tout silicium de faible puissance de structure appropriée.

Commutateurs SA1 et SA2 - P2G-3, respectivement 4P4N et 10P4N, ou tout autre biscuit adapté au nombre de positions et de directions. Résonateur à quartz - RG-06 ou RK170.

Un synthétiseur sans erreur, assemblé à partir d'éléments connus, ne nécessite aucun réglage, il vous suffit de régler la fréquence de l'oscillateur à quartz avec le condensateur d'accord C4 avec une précision de ±2 Hz. Il est contrôlé par la broche 11 de la puce DD1. La résistance d'accord R6 est utilisée pour obtenir le signal porteur le moins déformé à l'équivalent d'antenne.

PS Dans un émetteur équipé d'un amplificateur de puissance, la carte synthétiseur doit être bien blindée pour éviter les interférences avec le VCO, ce qui peut entraîner des dysfonctionnements de la PLL.

littérature

1. Komarov S. Synthétiseur de fréquence de diffusion à ondes moyennes. - Radio, 2012, n°9, p. 19-23 ; N° 10, p. 21-23.
2. Horowitz P., Hill W. L'art de la conception de circuits. Par. de l'anglais édité par M. V. Galperina. - M. : Mir, 1993. En 3 volumes (4e éd., révisé et complémentaire).
3. Komarov S. Émetteur AM à ondes moyennes de diffusion de faible puissance. - cqf.su/technics5-1.html.

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

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