Как работает синтезатор частоты в портативной радиостанции. Какие компоненты входят в состав синтезатора. Каковы преимущества использования синтезатора частоты. Как настроить синтезатор частоты для оптимальной работы радиостанции.
Принцип работы синтезатора частоты в портативной радиостанции
Синтезатор частоты является ключевым компонентом современных портативных радиостанций, позволяющим формировать стабильные частоты для работы на разных каналах. Рассмотрим основные принципы его работы:
- Синтезатор построен по схеме с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ)
- В его состав входят делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), импульсный частотно-фазовый детектор (ИЧФД), фильтр нижних частот (ФНЧ) и генератор опорной частоты
- ДПКД делит частоту гетеродина радиостанции до опорной частоты
- ИЧФД сравнивает частоту и фазу сигналов от ДПКД и опорного генератора
- ФНЧ сглаживает сигнал рассогласования
- Система ФАПЧ подстраивает частоту гетеродина, добиваясь совпадения частот на входах ИЧФД
Такая схема обеспечивает высокую стабильность и точность формируемых частот при компактных размерах устройства.
Особенности схемы синтезатора на 10 каналов
Рассмотренная схема синтезатора имеет ряд особенностей:
- Формирует 10 каналов с шагом 10 кГц в диапазоне 27,200-27,290 МГц на передачу и 27,700-27,790 МГц на прием
- Промежуточная частота составляет 500 кГц
- В ДПКД используются доступные микросхемы К561ИЕ10 вместо дефицитных К561ИЕ15
- Верхняя граничная частота К561ИЕ10 составляет 3 МГц при питании 9В и 5 МГц при 15В
- Для деления входной частоты на 16 применена микросхема К1533ИЕ7 с верхней частотой 50 МГц
Выбор нестандартной промежуточной частоты 500 кГц обусловлен стремлением упростить схему ДПКД. Это позволило избежать усложнения конструкции при использовании типовых значений 455 или 465 кГц.
Формирование частот каналов в синтезаторе
Формирование требуемых частот каналов происходит следующим образом:
- Сигнал от гетеродина поступает через усилитель на делитель с коэффициентом 16
- Далее сигнал подается на вход ДПКД, состоящего из микросхем К561ИЕ10
- Коэффициент деления ДПКД задается диодной матрицей
- При передаче коэффициент меняется от 2720 до 2729
- При приеме — от 2770 до 2779
- Изменение коэффициента при переключении каналов производится переключателем
- Общий коэффициент деления составляет 43520-44464
Такая схема позволяет формировать 10 каналов на прием и 10 на передачу с заданным шагом 10 кГц.
Генератор опорной частоты в синтезаторе
Генератор опорной частоты является важным элементом синтезатора, от которого зависит точность формируемых частот. Его особенности:
- Построен на транзисторе с кварцевым резонатором на 500 кГц
- Содержит делитель частоты на 800 на счетчиках
- Формирует опорную частоту 0,625 кГц
- До этой же частоты делится сигнал гетеродина в ДПКД
- Сравнение частот происходит в импульсном частотно-фазовом детекторе
Применение кварцевого генератора обеспечивает высокую стабильность опорной частоты и, как следствие, точность работы всего синтезатора.
Импульсный частотно-фазовый детектор и фильтр нижних частот
Импульсный частотно-фазовый детектор (ИЧФД) и фильтр нижних частот (ФНЧ) играют ключевую роль в работе системы ФАПЧ:
- ИЧФД выполнен на микросхеме D5 и транзисторах VT4, VT5
- Сравнивает частоту и фазу сигналов от ДПКД и опорного генератора
- При рассогласовании открывается один из транзисторов
- ФНЧ на элементах R17-R19 и С13-С15 сглаживает импульсный сигнал
- Напряжение с ФНЧ управляет варикапами гетеродина
- Изменение емкости варикапов подстраивает частоту гетеродина
Такая схема обеспечивает точную подстройку частоты гетеродина для совпадения частот на входах ИЧФД.
Настройка синтезатора частоты
Правильная настройка синтезатора критически важна для его корректной работы. Процесс настройки включает следующие этапы:
- Установка точной опорной частоты подстройкой конденсатора С1
- Отключение выхода синтезатора от варикапов гетеродина
- Настройка катушки гетеродина для обеспечения диапазона перестройки 27-28 МГц при изменении напряжения на варикапах 3-7 В
- Подключение выхода синтезатора к варикапам
- Проверка соответствия частот каналам
Тщательное выполнение этих шагов позволит добиться стабильной работы синтезатора на всех каналах.
Преимущества использования синтезатора частоты в радиостанциях
Применение синтезатора частоты в портативных радиостанциях имеет ряд существенных преимуществ:
- Возможность формирования большого количества каналов без использования отдельных кварцевых резонаторов для каждого
- Высокая стабильность частоты, определяемая одним опорным генератором
- Простота переключения между каналами
- Компактность конструкции по сравнению с набором отдельных генераторов
- Возможность программного управления частотой
- Снижение себестоимости при серийном производстве
Эти преимущества делают синтезаторы частоты практически незаменимыми в современных многоканальных радиостанциях.
Альтернативные схемы синтезаторов частоты
Помимо рассмотренной схемы, существуют и другие варианты построения синтезаторов частоты для радиостанций:
- На специализированных микросхемах синтезаторов
- С применением микроконтроллеров для управления
- С прямым цифровым синтезом (DDS)
- На основе готовых модулей синтезаторов
Выбор конкретной схемы зависит от требований к устройству, доступной элементной базы и квалификации разработчика. Рассмотренная схема представляет собой удачный компромисс между сложностью и доступностью компонентов.
Особенности синтезаторов на специализированных микросхемах
Специализированные микросхемы синтезаторов частоты имеют ряд преимуществ:
- Компактность конструкции
- Низкое энергопотребление
- Широкий диапазон рабочих частот
- Простота применения
Однако их использование может быть ограничено доступностью и стоимостью. Кроме того, они менее гибки в настройке по сравнению с дискретными схемами.
Синтезаторы частоты с микроконтроллерным управлением
Применение микроконтроллеров в синтезаторах частоты открывает новые возможности:
- Программное управление частотой и другими параметрами
- Реализация сложных алгоритмов перестройки
- Интеграция с другими узлами радиостанции
- Возможность обновления прошивки для изменения функциональности
Однако такие схемы требуют навыков программирования и могут быть сложнее в отладке.
Синтезаторы на основе прямого цифрового синтеза
Технология прямого цифрового синтеза (DDS) позволяет создавать высокоточные синтезаторы с уникальными возможностями:
- Очень высокое разрешение по частоте
- Быстрое переключение между частотами
- Возможность формирования сложных сигналов
- Цифровое управление фазой и амплитудой
DDS-синтезаторы находят применение в профессиональной аппаратуре, но могут быть избыточны для простых радиостанций.
Схема синтезатора частоты радиостанции » Схемы электронных устройств
| Схема синтезатора частоты радиостанции | |
| При построении портативной радиостанции, имеющей десять и более каналов, возникают трудности, связанные с выбором схемы формирования фиксированных частот. Использовать набор из нескольких десятков кварцевых резонаторов может позволить себе далеко не каждый. При выборе схемы синтезатора частоты возникают проблемы с микросхемами. Большинство описанных в радиолюбительской литературе синтезаторов имеют в составе делители с переменным коэффициентом деления микросхему К561ИЕ15 или выполнены на специализированных микросхемах. Синтезатор на десять каналов, схема которого приводится на рисунке, является дальнейшим усовершенствованием схемы. В его делителе с переменным коэффициентом деления (ДПКД) используются сдвоенные счетчики К561ИЕ10, которые достаточно распространены из-за популярности среди любителей домашней сборки «синклерообразных» компьютеров. Синтезатор достроен по схеме с фазовой автоподстройкой частоты, включающей в себя делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД, импульсный частотный детектор — ИЧФД, фильтр нижних гармоник — ФНЧ, и генератор опорной частоты. Синтезатор в режиме передачи «ТХ» формирует сетку из десяти каналов с шагом в 10 кгц в диапазоне 27,200 кгц — 27, 290 мгц, и при приёме — 27,700-27,790 мгц. Таким образом десять каналов при приёме и десять при передаче, и промежуточная частота 500 кгц. Столь необычная, для портативной рации, промежуточная частота выбрана из соображений максимальной простоты ДПКД, который при использовании стандартных значений — 465 кгц или 455 кгц вырос бы, на одну-две микросхемы и безмерно разросся диодами. В любом случае частота 500 кгц принят в спортивной аппаратуре, и существуют электромеханические фильтры на эту частоту, например ЭМФ530-7Д -7,8С, это фильтр на 500 кгц с средней полосой и полосой пропуска-кия 7,9 кгц. Сигнал от гетеродина радиостанции, частота которого изменяется изменением напряжения на его варикапе, поступает через усилитель на транзисторе VT2 ка делитель на 16 на микросхеме D1. Здесь используется микросхема К1533ИЕ7 с верхней граничной частотой 50 мгц. Микросхема должна питаться напряжением не выше 53, поэтому напряжение 9В, используемое для питание всей схемы, для неё понижено параметрическим стабилизатором на R10 и VD24. С выхода D1 сигнал поступает на вход «С» счетчика D3.2. Для согласования по уровням для ТТЛ и КМОП используется преобразователь уровня на транзисторе VT3. Коэффициент деления ДПКД определяется как К1хК2, где К1 коэффициент деления D1 , а К2 коэффициент деления делителя ДПКД на микросхемах D3.2-D4.2, их коэффициент устанавливается с помощью диодной матрицы на VD1 — VDI9. Сущность работы матрицы состоит в том, что в момент когда счетчик досчитывает до установленного числа, на катодах всех диодов матрицы появляется уровень единицы, диоды включаются в обратном направлении и выводы «R» счетчиков освобождаются. Через резистор R12 на них поступает единица и они обнуляются, досчитав до установленного числа импульсов, которое равно коэффициенту деления. Во все остальных случаях на нескольких, или хотя-бы на одном катоде диода матрицы присутствует ноль, этот диод включается в прямом направлении и замыкает «R» на общий провод не допуская обнуления счетчиков до тех пор пока на выходах не установится заданное число. Изменение коэффициента деления при переключении каналов производится переключателем SA1, при переключении режимов передачи и приема — SA2. Коэффициент деления в режиме передачи всего счетчика устанавливается в пределах К1хК2 = 16×2720=43520, до 16×2729=43664 при приеме, с учётом ПЧ — от 16×2770=43520, до 16×2779= 44464. В обеих режимах в старших разрядах диодами VD17-VD19 устанавливается один коэффициент деления: 2048 + 512 + 128 = 2688 и для VD1 — 16. При передаче остальными диодами устанавливается коэффициент от 32 до 32+9=41. Таким образом общий коэффициент деления счетчика на D3. При приеме дополнительный коэффициент устанавливается от 64+16+2=82 до 64+16+11=91. Полный коэффициент деления при приёме для счетчика D3.2-D4.2 — от 2688+82=2770, до 2688-91=2779. Как видно при переходе с передачи на приём изменяется не только коэффициент деления D4.1, но и на дне единицы и сторону увеличения смещается коэффициент деления D3.2. В результате пришлось использовать для переключения каналов переключатель с двумя направлениями SA1.1 и SA1.2. Диодная матрица выбирает 12 коэффициентов делания от 1 до 12, и смещенное подключения модулей переключателя позволяет в режиме передачи установить коэффициент от 1 до 10, при приеме от 3 до 12. Формирователь опорной частоты состоит из генератора частоты 500 кгц на транзисторе VT1, частота которого определяется резонатором Q1, и делителя на 800 на счетчиках D2.1-D3.1. Коэффициент деления задаётся диодами VD25-VD27 и определяется — 512+256+32=800. Эти частоты поступают на импульсный фазочастотный детектор ИЧФД на микросхеме D3 и транзисторах VT4 и VT5. На диодах VD22 и VD23 выполнена схема лог. «И» сигналов, поступающих с инверсных выходов триггеров D5.1 и D5.2. Схема устанавливает триггеры в единичное состояние. При совпадении или малой разности фаз сигналов, поступающих на входы «С» триггеров транзисторы VT5 и VT4 закрыты. При увеличении разности фаз, в зависимости от соотношения открывается либо VT5, либо VT4 и происходит заряд или разряд конденсаторов ФНЧ на элементах R17-R19 и С13-С15. Двойной «Т» мост ФНЧ подавляет пульсации с частотой 625гц и преобразует импульсное напряжение с коллекторов VT4 и VТ5 в постоянное, которое зависит от номера канала и стабильности гетеродина. Это напряжение поступает на варикапы гетеродина рации и изменяет частоту настройки его контура таким образом, чтобы частота на выходе ДПКД была близка к частоте опорной. Настройка Настройку начинают с установки опорной частоты конденсатором С1. Затем отключают выход синтезатора от варикапов гетеродина и подключают к варикапам потенциометр, чтобы менять настройку гетеродина. Настраивают катушку гетеродина так, чтобы при изменении напряжения на варикапах от 3 — 7В частота менялась от 27 до 27,5-28 мгц. Затем подключают выход синтезатора и проверяют соответствие частот каналам. | |
Эти микросхемы при напряжении питания 9В имеют верхнюю граничную частоту 3 мгц, при напряжении питания 1 5В — 5 мгц.
2-D4.7 при передаче устанавливается в пределах от 2688+32=2720, до 2688+32+9=2720.
Опорная частота 500/800=0,625 кгц. До этой-же частоты делятся и частоты гетеродина рации микросхемами D1, D3-2-D4.2 для передачи 27200кгц/16/2720=0,525кгц, и для приёма 27700кгц/16/2770=0,625кгц.
В результате точность установки частоты зависит от точности кварцевого генератора на VT1.
В разной литературе описывались такие устройства, но в основном это были сложные устройства на большом количестве микросхем, либо на редких и дорогих счетчиках с переменным коэффициентом деления, типа К561ИЕ15, либо построенные на основе готовых электронных часов.
Задающий мультивибратор выполнен на элементах D1.1 и D1.2. Он (при разомкнутом положении S1) вырабатывает импульсы частотой 1845 Гц (при замкнутом S1 — 2,5 МГц). Импульсы 1845 Гц поступают на предварительный делитель частоты на D2 (К561ИЕ16), с коэффициентом деления 16384. Период импульсов на его выходе будет 8,8816 сек.
Через 20 часов 12 минут все повторяется, и так периодически каждые сутки.
