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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Um sintetizador simples de frequência de onda média. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / recepção de rádio Ao desenvolver este sintetizador, os autores tentaram simplificar ao máximo seu circuito e design, sem sacrificar as características técnicas. O sintetizador proposto é desenvolvido no desenvolvimento de um tópico interessante proposto em [1]. Infelizmente, a atividade vigorosa dos "garimpeiros" dificulta a fabricação do sintetizador ali descrito para uma ampla gama de radioamadores e, quando é transferido para microcircuitos sem ouro em pacotes DIP, as dimensões do dispositivo aumentam significativamente. Além disso, para muitos radioamadores, principalmente iniciantes e aqueles que moram longe de centros industriais, a fabricação de uma placa de circuito impresso dupla face com orifícios revestidos é um problema difícil. A busca por ressonadores de quartzo com frequências baixas e "não circulares" também não facilita a vida. O sintetizador em questão é construído de acordo com o esquema clássico com um loop de fase bloqueada (PLL) em microcircuitos CMOS em pacotes livres de ouro e com um ressonador de quartzo de 1 MHz amplamente utilizado. Principais características técnicas
O diagrama de blocos do sintetizador é mostrado na fig. 1. O oscilador controlado por tensão (VCO) opera na mesma frequência que a saída. A estabilidade dos captadores é garantida pelo fato de que os circuitos de ajuste de frequência deste gerador não contêm indutores e o próprio gerador está quase inteiramente localizado dentro de um microcircuito.
O modelador de pulso (PI) tem uma saída poderosa de ciclo único com um dreno aberto e uma tensão permitida de até 200 V. Para correspondência ideal com a carga, o modelador fornece a capacidade de ajustar a duração dos pulsos de saída. Um sinal de frequência de referência exemplar de 100 Hz é obtido dividindo a frequência de um oscilador de cristal (KG) de 1 MHz por 10000. Essa frequência é escolhida tão baixa porque o espectro do sinal de saída do sintetizador contém inevitavelmente componentes que são separados por seu valor da frequência de saída principal. Se em equipamentos de comunicação isso puder ser tolerado, então, para um transmissor de transmissão, a presença de componentes espectrais que criam sinais de frequência de áudio durante a detecção de amplitude é inaceitável. Portanto, a frequência de comparação deve ser escolhida na região supratonal ou subtonal. No nosso caso, a segunda opção é adotada, pois 100 Hz é facilmente suprimido pelo filtro de pós-detecção do receptor sem degradar a qualidade dos sinais de fala e música recebidos. O detector de fase de frequência (PFD) compara um sinal de referência de 100 Hz com um sinal da mesma frequência (no modo de captura), obtido dividindo a frequência do VCO primeiro por 9 e, em seguida, usando um divisor de fator de divisão variável (CVD) por 1610- 2000 de acordo com o valor definido da frequência de saída. Dependendo do sinal do descasamento dos sinais comparados em frequência e fase, o PFD gera um sinal de controle que aumenta ou diminui a frequência do VCO. A tensão de controle é aplicada ao VCO através de um filtro integrador proporcional (PIF) que otimiza as características dinâmicas do PLL. A divisão preliminar da frequência do VCO por 9 é ditada por dois motivos. Primeiramente, é necessário obter uma grade de frequência com passo de 9 kHz. Em segundo lugar, o chip KA561IE15A usado no DPKD tem uma frequência operacional máxima de 1,5 MHz.
O diagrama esquemático do sintetizador é mostrado na fig. 2. Todos os microcircuitos digitais nele utilizados são estruturas CMOS de pequeno e médio grau de integração. Os microcircuitos das séries K561 e KR1561 são operáveis em frequências de até 2 ... 3 MHz com uma tensão de alimentação de 3 ... 15 V. A corrente que eles consomem no modo dinâmico não excede alguns miliampères. KG é feito em um chip DD1. O capacitor de ajuste C4 define a frequência de geração para 1 MHz com uma precisão não inferior a 1 ... 2 Hz. Para obter um sinal exemplar com frequência de 100 Hz, os pulsos da saída do KG são alimentados na entrada C do contador binário DD4. O chip K561IE16 usado aqui é um contador binário de 14 bits. O fator de divisão necessário de 10000 é obtido usando o nó lógico 5I nos diodos VD3-VD7 e no resistor R7. Quando, durante o processo de contagem, níveis lógicos altos estiverem presentes em todas as saídas do contador às quais os diodos estão conectados, o nível em sua entrada R também ficará alto, o que colocará o contador em seu estado inicial zero, então o processo de contagem de pulsos será ser repetido. O fator de divisão com a conexão do diodo mostrado no diagrama é igual a Kд = 16+256+512+1024+8192= 10000. VCO e FFD estão localizados no chip DD2 KR1561GG1. Os valores extremos da frequência da faixa de sintonia do VCO são definidos pelos resistores R1, R2, C1. A frequência é sintonizada pela tensão na entrada do IG (pino 9 do microcircuito). Os dados iniciais para a seleção dos elementos acima são a faixa de frequência do sintetizador 1,449.1,8 MHz e a dispersão dos parâmetros do VCO, que pode atingir até 20% de instância para instância de microcircuitos. Assim, é necessário ter uma margem de sintonia de pelo menos 0,36 MHz. Com alguma margem, assumiremos que o VCO deve ser sintonizado na faixa de 1.2,2 MHz. O limite inferior desta faixa (com tensão zero na entrada IG) é definido pelo resistor R2, o limite superior (com uma tensão de controle igual à tensão de alimentação) é definido pela resistência total dos resistores R1 e R2. A operação do VCO é habilitada por um nível lógico baixo na entrada INH (pino 5). O PFD tem duas entradas IC e IS (pinos 3 e 14) e uma saída Q1 (pino 13). O sinal de erro da saída Q1 através do PIF R4R3C2 é alimentado para a entrada de controle do VCO IG. O PIF é uma parte muito crítica do loop PLL. O cálculo deste filtro em geral é bastante complicado e requer conhecimento da teoria de controle automático [2]. Para a prática de rádio amador, características bastante satisfatórias são fornecidas pelo cálculo usando as proporções fornecidas nos materiais de referência para o chip MC14046B - um análogo estrangeiro do KR1561GG1:
onde N é o fator de divisão da frequência de operação na malha PLL; fmax e fminutos - frequências limite de sintonia VCO; 3000 Ohm - impedância de saída PFD. Da saída do VCO, o sinal de frequência operacional é alimentado para o FI e o divisor de frequência por 9. Este último é feito no chip DD5 K561IE14 e no elemento DD3.1 do chip K561LN2. O contador reversível de quatro dígitos K561IE14 pode operar como binário (nível alto na entrada B) ou decimal (nível baixo na entrada B). A direção da contagem é definida pelo nível na entrada U: alto - aumentar, baixo - diminuir. Os pulsos de contagem são alimentados na entrada C, e o estado do contador muda de acordo com suas quedas crescentes. A contagem é habilitada quando a entrada do PI é baixa. A entrada S permite que você escreva de forma assíncrona qualquer código de oito bits das entradas D1-D8 para disparadores do contador. Como o contador de uma entrada separada não possui um ajuste inicial, esta função é executada pela entrada S em níveis baixos nas entradas D1-D8 (no modo de contagem crescente). A saída de transporte fica baixa quando o número acumulado atinge o máximo no modo de contagem crescente (ou o mínimo no modo de contagem regressiva). No nosso caso, o contador funciona para aumentar no modo decimal. Quando chega o décimo pulso, o sinal da saída de transferência através do inversor DD3.1 força o contador a zero. Da saída 4 do contador, o sinal vai para o DPKD - chip DD6 KA561IE15A. Possui entrada de pulso de contagem C, quatro entradas de controle K1, K2, K3, L, dezesseis entradas 1-8000 para definir o fator de divisão e uma saída. O fator de divisão pode estar no intervalo de 3 a 21327 e há várias maneiras de defini-lo. O sintetizador usa a maneira mais simples e conveniente - o coeficiente é definido por um código binário-decimal aplicado às entradas 1-8000. Neste caso, porém, seu valor máximo possível é 16659. Para usar este método, as entradas K1 e L devem ser definidas para diferentes níveis lógicos (baixo e alto ou alto e baixo) e a entrada K3 deve ser definida como baixa. A entrada K2 serve para colocar o contador no estado inicial, que ocorre em nível baixo nesta entrada por três períodos de pulsos de contagem. Em um nível alto, o contador opera no modo divisor de frequência. Os níveis desejados nas entradas 1-8000 são definidos pelas chaves SA1 e SA2. Seus contatos, conectados a um fio comum, correspondem a níveis baixos nas entradas correspondentes do microcircuito e livres a níveis altos (são suportados pelos resistores R8-R15). O FI permite definir a duração dos pulsos de saída, o que é ideal para a carga conectada ao sintetizador, por exemplo, o circuito de saída sem amplificadores intermediários (como no transmissor, cujo circuito é dado em [3]) . FI é construído em inversores lógicos DD3.2-DD3.6, diodo VD2, resistor trimmer R6, transistores VT1-VT3. O seguidor de emissor nos transistores VT1 e VT2 reduz a duração do carregamento e descarregamento da capacitância da porta do transistor de efeito de campo VT3, aumentando assim a velocidade de ligá-lo e desligá-lo. A carga da capacitância de entrada dos elementos DD3.3-DD3.6 ocorre rapidamente através da baixa resistência dinâmica do diodo VD2, e a descarga é relativamente lenta através do resistor de sintonia R6. A duração da descarga e, devido a isso, a duração do pulso gerado depende da resistência de entrada do resistor R6. Sobre o projeto e ajuste do sintetizador O sintetizador é feito em uma placa de circuito impresso de face única com 1,5 mm de espessura (Fig. 3).
É feito por transferência térmica do padrão do condutor para a superfície da folha a partir de sua impressão em uma impressora a laser. Os números dos orifícios de montagem na placa, destinados aos fios que vão para os interruptores, correspondem aos números dos fios do chicote no diagrama. É aconselhável instalar pinos de montagem nesses orifícios, bem como naqueles destinados a fios de energia e carga. O transistor VT3 e o regulador de tensão DA1 estão localizados em um dissipador de calor comum (não se esqueça de lubrificar suas sedes com pasta condutora de calor KPT-8), feito de chapa de alumínio conforme desenho mostrado na fig. 4. O transistor VT3 deve ser instalado no dissipador de calor através de uma junta isolante. O braço longo do dissipador de calor é fixado na placa com um grampo de arame.
Resistores fixos - MLT ou similares. Resistor trimmer R6 - SP3-38a. O capacitor C2 (pode ser, por exemplo, K73-24) deve estar com um dielétrico orgânico. Capacitor C4 - trimmer KT4-24. Capacitores C1, C3, C7-C10 - qualquer tamanho adequado de cerâmica. Os capacitores de óxido também são adequados em tamanho e tensão nominal.
O chip KA561IE15A pode ser substituído pelo 564IE15, mas infelizmente é mais caro porque contém ouro. É esse microcircuito que está instalado no sintetizador mostrado na fotografia da Fig. 5. Em vez de K561LA7, K561LE5 funcionará sem alterar o circuito e a placa. Transistores VT1, VT2 - qualquer silício de baixa potência da estrutura correspondente. Interruptores SA1 e SA2 - P2G-3, respectivamente, 4P4N e 10P4N ou qualquer outro biscuit, adequado para o número de posições e direções. Ressonador de quartzo - RG-06 ou RK170. Montado com precisão a partir de elementos bons conhecidos, o sintetizador não requer ajuste, basta definir a frequência do oscilador de cristal com um capacitor de sintonia C4 com precisão de ± 2 Hz. Ele é controlado no pino 11 do chip DD1. O resistor de sintonia R6 é usado para atingir o sinal portador máximo não distorcido no equivalente da antena. PS Em um transmissor com amplificador de potência, a placa do sintetizador deve ser bem blindada para evitar interferência com o VCO, o que pode levar a mau funcionamento do PLL. Literatura
Autores: E. Golomazov, M. Doutaliev, B. Kanaev
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