Универсальный синтезатор частоты

После публикации схемы простого синтезатора частоты для УКВ радиостанции автор получал много просьб об изготовлении синтезатора на частоты 30-50 МГц. В данной статье описан синтезатор, который может быть с успехом применён в СВ — станциях, станциях типа «Лён» и др. Синтезатор предназначен для применения в радиопередающих устройствах в диапазоне 20000-65535 кГц с частотой ПЧ от 400 до 22000 кГц. Шаг сетки частот составляет 5 кГц. Есть возможность сканирования частот во всём рабочем диапазоне в режиме приёма. Напряжение питания синтезатора составляет 8…15В, ток потребления не более 50 мА.

Уровень высокочастотного сигнала на выходе синтезатора на нагрузке 50 Ом составляет не менее 0.1 В.  Имеется три ячейки памяти. Частота синтезатора в режиме приёма выше, чем частота передачи на значение установленной промежуточной частоты. Управление микросхемой синтезатора осуществляется с помощью микроконтроллера AT90S1200. Индикация частоты производится с помощью ЖКИ индикатора, применяемого в импортных телефонах и АОНах.

При подаче напряжения питания  синтезатор  сразу начинает работу на частоте,  записанной в 1-й ячейке памяти.  На индикаторе отображается частота, на которой синтезатор будет работать в режиме передачи. Каждое нажатие на кнопку UP или DN приводит к смещению рабочей частоты на 5 кГц вверх или вниз. При нажатии на кнопку SCAN включается режим сканирования. Сканирование производится во всём диапазоне рабочих частот. Сигналом остановки сканирования служит уровень логического нуля, поданный на вывод «SCAN» микроконтроллера. Оптимальным образом для этой цели послужит ключ с открытым коллектором, поскольку выводы микроконтроллера, настроенные на ввод, притянуты к положительному источнику питания с помощью внутренних резисторов. При появлении в канале несущей сканирование приостанавливается и возобновляется через несколько секунд после её пропадания. Для выхода из режима сканирования достаточно нажать на одну из кнопок UP, DN, SCAN.Для перехода на частоту, записанную в одной из ячеек памяти, необходимо нажать на соответствующую кнопку 1….3. Для записи частоты в ячейку памяти необходимо набрать на индикаторе значение частоты, нажать кнопку с номером ячейки и, не отпуская, кнопку SAVE. При выключении питания информация, записанная в ячейках памяти, сохраняется.

Электрическая принципиальная схема синтезатора приведена на рис.1.

Путём перепрограммирования синтезатора с клавиатуры можно изменить его границы перестройки. Для корректировки нижней границы перестройки нужно нажать на кнопку «1» и подать напряжение питания. На индикаторе отобразится записанное ранее значение и цифра «1» в левой части индикатора. Кнопками «UP» или « DN» выставляют новое значение. Для записи в память необходимо нажать «1» , и, не отпуская её, «SAVE». После этого синтезатор необходимо отключить.

Для установки новой верхней границы включают синтезатор при нажатой кнопке «2». Новое значение граничной частоты набирают так же, как и нижнюю. Запись в память – нажатие «2», и не отпуская, «SAVE». Установка частоты ПЧ производится аналогично, при нажатии кнопки «3».
Границы диапазона синтезатора нужно устанавливать внимательно. При некорректном вводе(например, нижняя граница выше, чем верхняя) синтезатор будет работать неправильно. Кроме того, сумма верхней границы частоты синтезатора и частоты ПЧ не должна превышать 81915 Кгц. После новых значений нужно включить синтезатор и с помощью кнопок UP, DN или SCAN добиться того, чтобы частота установилась в рабочих пределах и занести в первую ячейку памяти значение, которое будет устанавливаться при включении синтезатора. Также нужно занести корректные значения во вторую и третью ячейки.

Описание работы синтезатора.

Микроконтроллер DD1 обрабатывает команды при нажатии клавиш, выдаёт данные в индикатор и управляет работой микросхемы DA2 по трёхпроводной шине. Микросхема DA1 служит для формирования сигнала сброса микроконтроллера. Пока напряжение питания не достигнет значения 4,2В, на выводе 1 микроконтроллера будет присутствовать уровень логического нуля, после чего уровень скачкообразно устанавливается в «1». При этом исключается искажение информации ОЗУ, возникающие при плавном нарастании напряжения питания микроконтроллера.
Микроконтроллер DD1 тактируeтся от внутреннего генератора DA2, работающего на частоте 7,2 МГц. ГУН собран на транзисторе VT3 по схеме «ёмкостной трёхточки». Катушка индуктивности ГУНа состоит из двух частей. В режиме приёма «работают» обе части катушки, при передаче – только одна (большая) часть.

В составе микросхемы LM7001 есть три ключа на полевых транзисторах (их открытые стоки подключены к выводам ВО1…ВО3). Состояние этих ключей изменяется при изменении соответствующих битов управления. Микросхема программируется так, что во время приёма ключ ВО1 открыт, ВО3 -закрыт. При этом открыт диод VD4 и ёмкость С4 заземляет по переменному току часть катушки. При переходе в режим передачи ключ ВО1 отпирается, ВО3 – запирается, диод VD4 запирается и катушка L1 полностью включается. На транзисторе VT4 собран буферный каскад сигнала ГУНа.

Составной каскад, собранный на транзисторах VT1 и VT2 выполняет роль инвертирующего усилителя сигнала ошибки ФАПЧ и активного фильтра.

Напряжение питания индикатора HG1 (1.5 В), снимается с делителя R1VD1…VD3.

Для согласования уровней логических сигналов, подаваемых на индикатор, применяются резистивные делители R2…R5.

Конструкция и детали.

Вся конструкция собрана на одной печатной плате размерами 148х50 мм, выполненной из одностороннего текстолита. Чертёж печатной платы синтезатора приведён на рис.2 (вид со стороны печатных проводников)

Расположение элементов — на рис.3

В конструкции использованы постоянные конденсаторы типа К10-17 или КМ. Подстроечный конденсатор С3 – типа КТ4-23. Электролитические конденсаторы С15 и С23 типа К50-35. Постоянные резисторы – типа С2-23, С1-4. Для настройки ГУНа автор применил имеющиеся у него в наличии варикапы КВ134АT-9. Вместо них с успехом можно применить любые высокочастотные низковольтные варикапы с начальной ёмкостью 18-22 пФ. В качестве индикатора использован десятиразрядный ЖК модуль с контроллером НТ1611 фирмы Holtek.

Для диапазона частот синтезатора 57000 – 57500 кГц индуктивность L1.1 содержит 5 витков провода 0.45мм на оправке 3мм. Индуктивность L1.2 намотана на пластиковом каркасе диаметром 5 мм с латунным сердечником и содержит 5 витков провода диаметром 0.25 мм. Количество витков катушки для других рабочих частот производится экспериментально.

Настройка.

После сборки синтезатора необходимо запрограммировать нижнюю, верхнюю рабочие границы и частоту ПЧ, занести правильные значения в ячейки памяти. После этого отпаять верхний (по схеме) вывод резистора R17 и подать на него напряжение +2.5 В от внешнего источника. Для этой цели можно использовать подстроечный резистор сопротивлением 1-10 кОм, одним выводом подключенный к точке +5В, другим- на корпус. Напряжение снимается с движка резистора. Включив синтезатор, на выходе OUT с помощью частотомера замеряют частоту ГУНа. Вращением сердечника катушки L1.2 добиваются того, чтобы частота генерируемого сигнала была как можно ближе к середине диапазона. После этого синтезатор переключают в режим передачи и снова контролируют значение частоты. Изменением формы меньшей части катушки устанавливают частоту, генерируемую ГУНом, близкой к середине диапазона передатчмка. По окончании подстройки частоты ГУНа витки катушки фиксируют парафином или воском, вывод резистора R17 запаивают в плату. Далее к выходу синтезатора подключают частотомер. Подстройкой С3 добиваются того, чтобы частота генерируемого сигнала на любом канале отличалась от требуемой не более чем на несколько сотен герц. Заключительный этап-проверка работы синтезатора во всех режимах. Управляющее напряжение на варикапе в рабочем диапазоне частот должно быть в пределах 1.5-4.5 В.

Величину модулирующего сигнала, подаваемого в синтезатор, целесообразно подбирать уже в собранной радиостанции. Качество передаваемого сигнала можно оценить с помощью близкорасположенного контрольного приёмника.

Как запрограммировать микроконтроллер, было рассказано в статье об УКВ синтезаторе.

Прошивку для программирования микроконтроллера можно взять здесь.
Чертеж печатной платы в формате Sprint Layout3 — здесь.

P.S. Изначально в программе выставлены частотные границы от 20000 до 65535 кГц. Как их изменить, рассказывалось в начале. Автор изготавливал синтезатор на частоты 57000-57500кГц. Для других частотных границ кроме изменения данных L1, возможно, потребуется корректировка величин ёмкостей ГУНа C24, С16, С17.