Цифровая автоподстройка частоты гетеродина

ref  в блоге  Трансиверы

Г.ТУПИКОВ, RA4ADH, Волгоградская обл. 

Одним из немаловажных параметров современного трансивера является стабильность частоты генератора плавного диапазона (ГПД). Существует много способов повышения стабильности ГПД — тщательная параметрическая термостабилизация (которая, правда, не всегда приводит к желаемому результату), цифровая автоподстройка частоты и т.д. Более 20 лет назад, когда я изготовил первый самодельный трансивер, всякие попытки добиться высокой стабильности частоты ГПД при помощи подбора частотозадающих конденсаторов с различными ТКЕ не привели к положительному результату — их просто не оказалось в достаточном количестве и соответствующих номиналов в арсенале бедного сельского радиолюбителя. Случайно на глаза попалась статья [1], и на основе изложенной в ней идеи я разработал автономный блок цифровой автоподстройки частоты генератора плавного диапазона (АПЧГ), который и применил в своей радиостанции. Аналогичный блок я изготовил для самодельного высокостабильного генератора сигналов, который используется для проверки и настройки всевозможной радиолюбительской аппаратуры. Такой прибор особенно необходим при проверке и снятии характеристик всевозможных фильтров. Более чем 20-летняя практика эксплуатации АПЧГ показала ее высокую надежность. 
s1.JPG 
Принципиальная схема устройства приведена на рис.1. Узел на VT1 и DD18.1 — DD18.3 является формирователем прямоугольных импульсов, на вход которого подается сигнал измеряемой частоты. Формирователь требуется для устойчивой работы счетчика импульсов, входящего в схему АПЧГ.

С выхода формирователя прямоугольные импульсы подаются на один из входов элемента «И-НЕ» DD12.4, выполняющего функцию электронного ключа, пропускающего импульсы только на время счета. Роль счетчика импульсов выполняет двоичный счетчик DD5. После завершения счета полученный четырехразрядный код записывается в текущий регистр памяти DD6 и в опорный реверсивный регистр памяти DD4, в котором код запоминается только один раз, во время включения АПЧГ, и может дискретно изменяться при подстройке частоты. При нажатии на кнопку SB2 частота дискретно увеличивается, а при нажатии на SB3 — уменьшается на величину, зависящую от опорной частоты. При этом происходит синхронное увеличение или уменьшение на условную единицу кода в опорном буфере памяти. 

Записанный в каждом цикле новый код значения младшего разряда частоты в текущем регистре памяти DD6 сравнивается с опорным кодом значения частоты опорного регистра памяти DD4. Это происходит в дискриминаторе DD7. С выхода дискриминатора полученный код рассогласования подается в канал селекции на микросхемах DD11 и DD12. В зависимости от того, увеличилась или уменьшилась частота, импульсы коррекции появляются на выводе 8 DD9.1 или выводе 11 DD9.4. 
s2.JPG 
На микросхемах DD10 — DD12 выполнен блок управления работой схемы АПЧГ. В нем формируются импульсы строго определенной длительности и последовательности (рис.2). Как видно из диаграмм, в период времени, границы которого обозначены точками «а» и «с», происходит синхронное включение АПЧГ и запись информации в опорный регистр памяти, в период времени «Ь — с» — сброс счетчика в нулевое состояние, а в дальнейшем и коррекция частоты. Далее открывается ключ на DD12.4, и в период времени «с — d» происходит счет импульсов, «d — а» — запись в текущий регистр памяти и хранение информации, «Ь — с» — сброс и появление импульса коррекции на выходе 8 или11 микросхемы DD9. Далее процессы повторяются с той лишь разницей, что отсутствует синхронное включение, т.к. АПЧГ уже включен. Включение и отключение АПЧГ происходит при кратковременном нажатии на кнопку SB1. При включении загорается светодиод HL1. Повторное нажатие на кнопку SB1 приводит к отключению АПЧГ. 

На вход блока управления от генератора опорной частоты подаются импульсы частотой 500 Гц. От стабильности генератора опорной частоты во многом зависит стабильность выходного сигнала ГПД, охваченного АПЧГ. Генератор опорной частоты выполнен с кварцевой стабилизацией частоты. Сигнал опорной частоты 500 Гц получается путем деления сигнала частотой 5 МГц цепочкой делителей частоты DD14 — DD17. На микросхеме DD13 выполнен задающий кварцевый генератор на частоту 5 МГц. Вообще-то, не обязательно использовать опорную частоту 500 Гц. От ее величины зависит только точность удержания частоты ГПД и шаг дискретного изменения частоты в режиме АПЧГ. Главное, чтобы опорная частота была стабильной. В конце концов, не так уж и важно, на 50 или 55 Гц сдвинется частота при однократном нажатии на кнопку SB2 или SB3. Так, в одной из конструкций я применил в задающем генераторе кварц на частоту 515 кГц, и при последующем делении опорная частота была 515 Гц. 
s3.JPG
Схема формирователя напряжения для АПЧГ приведена на рис.3. На транзисторах VT1 — VT5 выполнен коммутатор и формирователь напряжения, подаваемого на варикап, включенный в контур ГПД для обеспечения подстройки частоты. 

В схеме АПЧГ применены недорогие общедоступные детали. Микросхемы серии 155 можно заменить на микросхемы серий 555, 133 и т.д. Особое внимание надо уделить микросхеме К155ИЕ5, т.к. 

от ее быстродействия зависит граничная частота, на которой будет работать АПЧГ. Возможно, микросхему придется подобрать или применить другую, из более быстродействующей или современной серии. В авторских конструкция микросхемы К155ИЕ5 работали на частотах до 30 МГц. 

Транзисторы — любые кремневые. 

Топология печатной платы не приводится, т.к. радиолюбителям, решившим повторить описанную конструкцию, не составит особого труда разработать собственную печатную плату. 

Настройка системы АПЧГ начинается с тщательной проверки и «прозвонки» монтажа. Затем подаем напряжение питания и убеждаемся в наличии импульсов с частотой 500 Гц на входе 1 микросхемы DD10 (рис.1). Далее разрываем соединение между выводом 12 микросхемы DD17 и выводом 1 DD10. На вход 1 DD10 подаем импульсы с частотой 1 — 10 Гц и контролируем наличие импульсов и их длительность в контрольных точках КТ1 — КТ4. Для удобства дальнейшей настройки к выводам 8 и 11 микросхемы DD9 через резисторы 510 Ом подключаем контрольные светодиоды (с их помощью мы будем контролировать наличие лог. «1» или «О» на выходах микросхем), а к выходу АПЧГ — контрольный вольтметр постоянного тока. Убеждаемся, что при выключенной АПЧГ (светодиод HL1 не горит) горят оба светоди-ода, а на выходе АПЧГ (в точке КТ5 на рис.3) напряжение составляет около 6 В, что соответствует половине напряжения на VD1. 

Включаем АПЧГ. При этом должен загореться светодиод HL1, контрольные светодиоды погаснуть, а в контрольной точке КТ5 напряжение не должно измениться. На вход 12 микросхемы DD12 (рис.1) подаем импульсы частотой 500 Гц с выхода микросхемы DD17. Ничего не должно измениться, т.к. частота стабильна, и коды, поданные с текущего и опорного регистров памяти на вход дискриминатора DD7, равны. Не выключая АПЧГ, нажимаем на кнопку SB2 и убеждаемся, что светодиод, подключенный к выводу 8 DD9, начинает мигать, а в контрольной точке наблюдается изменение напряжения. При нажатии на кнопку SB3 все должно вернуться в исходное состояние. То же самое должно произойти при поочередном нажатии на SB3 и SB2. При этом необходимо проконтролировать, что изменения напряжения в контрольной точке КТ5 (рис.3) равны между собой как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. При неравенстве необходимо подобрать сопротивление резистора R5. 

Далее восстанавливаем соединение между выводом 12 DD17 и выводом 1 DD10 (рис.1). На этом настройку системы можно считать законченной. 

Литература 

1. В.Крочакевич. Цифровая АПЧ. — Радио, 1981, № 11. 
2. А.С.Партии, В.Г.Борисов. Введение в цифровую технику. — Радио и связь. 

  • 0
  • 0
  • мне нравится
    не нравится
    0
  • 5562