Автор Тема: Синтезатор для супергетеродинна и ППП без МК.  (Прочитано 737 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
В продолжение темы Синтезатор ДВ приемника из Радио 12/2011

Вернулся к своей старой идее - сделать синтезатор для супергетеродина максимально простым как по схеме, так и по сборке.
Все-таки микроконтроллеры имеют для многих радиолюбителей два серьезных недостатка:
- их необходимо "прошивать". Для этого нужен программатор и некоторый опыт как это делается. А если ничего этого нет? Конструкция остается нереализованной.
- приходится "доверять" автору прошивки. Не всегда ясно как это работает и правильно ли все реализовал автор.

По этой причине, думается, может оказаться востребованной и "конкурентоспособной" конструкция, не содержащая в себе микроконтроллер.
Именно такой синтезатор я и предлагаю. Он предназначен для работы совместно с супергетеродинным приемником с ПЧ 500 кГц.

Уместно вспомнить, для чего нам собственно нужен синтезатор?
Ответ простой: так как для качественного приема требуется высокая стабильность частоты и точность ее установки, то желательно бы использовать в качестве задающего генератора что-то стабильное. Лучше всего себя показали кварцевые генераторы ТСХО, имеющие исчезающе малый температурный дрейф. Или же качественный кварцевый генератор, хотя и не ТСХО. Одно плохо - они выпускаются для ограниченного списка частот (чаще всего 10 МГц, реже 12, 16, 20 МГц). Получить частоту для приемника (364 кГц для супергетеродина или 136\2 для ППП) простым делением не удается - частоты не кратны. Кроме того, хотелось бы иметь возможность устанавливать не одну, а две-три разные рабочие частоты, в зависимости от решаемых задач. Например, для цифровой связи требуется Dial=136 кГц. Но это плохо годится в ряде случаев для наблюдения в EU-окне 136172 Гц - частота ЗЧ будет низковата.
Поэтому лучше иметь несложный синтезатор с высокостабильным опорником и обеспечивающий оперативное переключение нескольких рабочих частот.

Синтезатор построен по классической схеме, содержит в себе минимум деталей и практически не требует налаживания.
В качестве опорного генератора предусмотрено применение кварцевого генератора или ТСХО в корпусе FULL или HALF. Частота опорника может быть равна: 8, 10, 12, 16, 20 МГц. В принципе можно вообще использовать любой опорник, частота которого кратна 500 кГц.
Синтезатор формирует высокостабильную частоту 500 кГц для второго смесителя.
Частоту первого гетеродина можно менять с помощью двух тумблеров (S1 и S2), при этом можно задать одну из четырех частот:
Fгет      Fпрм
364 кГц      136 кГц
364.5 кГц   135.5 кГц
365 кГц      135 кГц
365.5 кГц   134.5 кГц
Соответственно, заданная частота будет формироваться и при всех последующих включениях синтезатора, так как устанавливается чисто механически, тумблером.

Структурная схема синтезатора проста и не содержит в себе никаких особенностей, всего 6 (или даже 5) недорогих микросхем.
Сигнал с опорного генератора делится счетчиком DD3 (К555ИЕ19 или 74LS393N) в необходимое число раз для получения частоты 500 кГц. Коэффициент деления задается установкой диодов в соответствующих разрядах счетчика, чтобы сформировать сброс в момент достижения счетчиком нужного значения.
В частности DD3.1 делит входной сигнал либо в 8 раз (для опоры 8 или 16 МГц), для чего ставят перемычку между шиной сьроса и землей, либо в 5 раз (для 10 и 20 МГц) - устанавливают диоды VD8 и VD10, либо в 3 раза (для 12 МГц) - устанавливают VD8 и VD9 (а VD10 не ставят!).
Далее поделенный сигнал, который будет иметь частоту либо 4, либо 2, либо 1 МГц, подается на вторую половину счетчика DD3.2, где он делится в 8 или 4 или 2 раза, что задается местом (разрядом) установки перемычки.
Так как коэффициент деления четный, то выходной сигнал 500 кГц будет всегда строго меандром. Он подается далее на буферный усилитель и на ФНЧ с частотой среза около 500 кГц, и далее на выход. Выходной сигнал - довольно чистая синусоида.
Кроме того, эти 500 кГц поступают на счетчик DD5 (CD4040), который делит частоту в 1000 раз (коэффициент деления также задан диодами в соответствующих разрядах, двоичное число ‭1111101000‬). На выходе счетчика имеем 500 Гц, которая подается в качестве частоты сравнения на фазовый детектор ФАПЧ DD4 (CD4046BE или K1561ГГ1). 
ГУН этой микросхемы формирует нужную нам частоту первого гетеродина (364 кГц). С выхода ГУН сигнал подается на буферный усилитель, ФНЧ и выход, а также на счетчики DD1, DD2 (К555ИЕ19 или 74LS393N), где он делится в 728 или 729 или 730 или 731 раза и превращается также в 500 Гц, которые подаются на второй вход фазового детектора. С выхода ФД через пропорционально-интегрирующий фильтр управляющее напряжение подается на ГУН.

Коэффициент деления DD1-DD2 также задается диодами в соответствующих разрядах. А как именно?
364кГц : 500 Гц = 728 = ‭1011011000‬
729 = ‭1011011001‬
730 = ‭1011011010‬
731 = ‭1011011011
Там, где 1 нужно поставить диод. Младший разряд числа соответствует младшему разряду счетчика.
Как видим, коэффициенты деления отличаются только в двух младших разрядах - поэтому счетчик DD1 в двух младших разрядах оборудован двумя переключателями, позволяющими либо подключить каждый из диодов, либо не подключать их. Когда выключатели разомкнуты, диоды отключены и в этих разрядах 00. Когда замкнуто - 1.

В принципе, можно было бы вместо двух корпусов DD1 и DD2 применить один счетчик CD4040, но я поставил, то что у меня было доступно.

Эксперименты показали, что качество сигнала 364 кГц заметно зависит от номиналов фильтра цепи ФАПЧ C6, C7, R10, R11. Если полосу фильтра сильно сужать, то спектральный максимум начинает утолщаться в своей верхней части, хотя и сужается внизу. Но это нехорошо, так как сигнал получается дрожащий, с джиттером. Если слишком расширить - тоже нехорошо - увеличивается уровень спуров в далеке от основной частоты и будет больше вредных продуктов преобразования в первом смесителе. Элементы были кропотоливо рассчитаны и затем экспериментально подобраны по наилучшему качеству сигнала. Их можно, разумеется, ставить с некоторой погрешностью. Скажем 20% ни на что не повлияют.

Частота сравнения 500 Гц значительно ниже, чем в предыдущем проекте Синтезатор ДВ приемника из Радио 12/2011, где она составляет около 11 кГц. Сооответственно, увеличивается количество спуров, отстоящих от главного максимума на кратное 500 Гц (частота сравнения) значение. Уровень ближайшие из них мало зависит от элементов фильтра ФАПЧ. Более далекие - подавляются этим фильтром. Выход из ситуации нашелся в подборе резистора R12. Он вместе с С3 задает свободную частоту ГУН. Оказалось, уровень спуров сильно уменьшается, если R12 выбрать таким, чтобы напряжение на ножке 9 DD4 было равно 3,6-3,7 В. При этом амплитуда импульсов рассогласования (вывод 13, мерить нужно высокоомным щупом осциллографа!) небольшая, чуть больше вольта. Если R12 уменьшить вдвое, амплитуда импульсов возрастет до 5 Вольт и спуры будут более заметны. Опять таки значение R12 может быть с некоторой погрешностью, 12-15 кОм. С несколько худшим результатом 10 кОм. Увеличивать выше 16-20 кОм не следует - собственная частота ГУН будет слишком низкой и не будет захвата ФАПЧ. На ножке 9 будет постоянно меняющийся уровень вместо постоянного, либо же очень близкий к нулю или к +5. Это и есть признак отсутствия захвата. При нормальной работе должно быть 1,5 - 4 В

В приложении схема, плата.
« Последнее редактирование: 16 Май 2018, 22:41:06 от rn3aus »

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
Сравнивая спектры этого синтезатора со спектрами синтезатора DDS из предыдущей темы, видим, что качество их примерно одинаково. Даже он может быть немножко получше. В непосредственной близости (+-200 Гц) от номинала частоты уровень шума не превышает -40..-43 дБ. На удалении 2 КГц и более -80 дБ. Дальше 20 кГц -90...-100 дБ.

Второй гетеродин 500 кГц - вообще идеальный.

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
В спектре сигнала 364 кГц присутствует "палка" 500 кГц с уровнем -50 дБ. Может быть не следовало сводить оба сигнала 364 и 500 кГц в одну микросхему-буфер (74НС04). Но уж сделал так, может быть и ничего?

На выходах видим чистенькие синусоиды.

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
Собственно, к подбору R12 при наблюдении высокоомным осциллографом минимальной амплитуды импульсов на ножке 13 DD4 и сводится налаживание синтезатора. Если осциллографа нет, то можно контролировать напряжение на ножке 9 DD4 - нужно, чтобы оно было 3,6...3,7 В. При правильном подборе спуры не превысят уровня -50 дБ. Если же не заниматься подбором, будет -40...-35 дБ. Вот и все налаживание.

В общем, похоже синтезатор получился неплохой, простой и без необходимости программирования. Каждый может его легко адаптировать под свои условия, выбрав подходящий опорный генератор и задав требуемые коэффициенты деления диодами.

При питании от 12 В синтезатор потребляет 58 мА.
« Последнее редактирование: 10 Май 2018, 16:23:45 от rn3aus »

Оффлайн Сергей RA1ADF

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2791
    • Просмотр профиля
Александр, огромное спасибо!
RA1ADF Сергей

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
Продолжая модернизацию, изготовил и испытал второй вариант синтезатора, на 5 микросхемах, что предполагалось в предыдущих заметках. Кроме того, синтезатор оказалось можно применять в качестве гетеродина приемника прямого преобразования. Ниже приведена новая схема, на ней указано, что нужно сделать, чтобы использовать синтезатор для ППП:
1) Выставить у делителя нужный код. Например, если нам нужна частота генератора 68 кГц (это есть 136:2=68 - для смесителей, работающих на половинной частоте), то коэффициент деления должен быть равен 68 кГц : 500 Гц=136=10001000  - очень удобно, коэффициент деления численно равен частоте приема!
Если хотим принимать на 135 кГц: 135=100010111
Для 137 кГц: 137=10001001
2) Номинал частото-задающей емкости С2=470 пФ вместо 100 пФ
3) Выходной П-фильтр: 10 нФ, 1 мГн, 10 нФ. Выходное сопротивление его равно 220 Ом.
Вот и все, синтезатор настроен для работы с ППП.

Выяснилась интересная особенность счетчиков CD4040. этот счетчик асинхронный, то есть уровни на выходах могут появляться не строго одновременно. Заметил, что для четных коэффициентов деления все работало нормально, для нечетных - иногда как-то не так, делилось неправильно. Объясняется это эффектом "гонок". Выход простой - несколько удлинить импульс сброса, чтобы ступени счетчика успевали отработать. Оказалось достаточным поставить в цепи сброса емкость С17 2н2. И все вновь отлично заработало при любых коэф-тах деления.

Схема собрана и проверена. В приложении схема, плата, размещение деталей и внешний вид.

Ток потребления оказался всего лишь 21 мА.
« Последнее редактирование: 16 Май 2018, 21:12:55 от rn3aus »

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
Качество сигнала в режиме ППП оказалось довольно высоким (в режиме супергетеродина - такое же как у схемы на 6 микросхемах).
Уровень побочных спектральных составляющих при расстройке более 10 кГц: -90...-100 дБ
При расстройке более 1 кГц: -75...-80 дБ
В непосредственной близости от номинала (ближе 200 Гц): -45...-50 дБ

Переключателями S1 и S2 можно оперативно двигать частоту приема на 1 кГц за шаг в ППП (частота гетеродина двигается на 500 Гц, но так как прием в два раза выше гетеродина, то шаг удваивается).

В общем, схема надежно работает и представляет собой, как мне кажется, довольно удобный "конструктор", чтобы любой желающий мог легко адаптировать его под свой приемник.
Плата разведена так, чтобы на ней можно было легко выставлять любой коэффициент деления и любую из возможных частот опорника.
« Последнее редактирование: 16 Май 2018, 22:39:04 от rn3aus »

Оффлайн Сергей RA1ADF

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2791
    • Просмотр профиля
Для смесителя собранного по схэ на встречно паралельных диодах надо 68,03 кГц (что на нижней картинке) умножить на 2 получиться 136,03 кГц. Теперь от частоты на которой передают  в моде OPERA  это ну-у где то 137,5 кГц вычту из этого  полученные в предыдущем действие 136,03 кГц и получу частоту на которую перенесётся спект. И она будет равна 1,47 кГц. Как раз то что надо для отправления спотов . Замечательно!  Верно рассуждаю? Думаю что верно.                 Остаётся "включить" ХоТелКу (хи-хи) собрать схему, а это самое трудное  :)
« Последнее редактирование: 17 Май 2018, 12:09:50 от Сергей RA1ADF »
RA1ADF Сергей

Оффлайн GM

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 78
    • Просмотр профиля
И она будет равна 1,47 кГц
Не, на 1,52 кГц будет могучая "палка" HGA22, не отстроитесь.
« Последнее редактирование: 17 Май 2018, 13:56:47 от GM »

Оффлайн Сергей RA1ADF

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2791
    • Просмотр профиля
не убедили. Объяснитесь
RA1ADF Сергей

Оффлайн GM

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 78
    • Просмотр профиля
Я ошибся. Частота fHGA22=135600±170 Гц, FSK 200 baud. Поэтому разностная частота будет не 1,52 кГц, а 0,72 кГц, что достаточно далеко от сигнала 137,500-136,06=1,44 кГц. При построении алгоритма приёма буду иметь в виду, что станция HGA22 имеет мощность 100 кВт, и надо бы её как-то подавить аппаратно, хотя бы частично.
« Последнее редактирование: 17 Май 2018, 20:00:28 от GM »

Оффлайн rn3aus

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2151
    • Просмотр профиля
Частоты синтезатора круглые, 136.000, 135.000 и т.д. Значение на экране осциллографа приблизительное. Измеритель спектра показал, что значение частоты стоит точно, до долей герц

Частота hga22 135430, так что разность при частоте настройки Ппп 136000  будет 570 Гц, телетайпные посылки HGA22 идут на 135730 (200 бод с разносом 300 Гц), то есть на выходе приемника будет 270 Гц. 
Так что прием в окне оперы и вспр, а также в ТА-окне будет чистым.

Для наглядности и памяти - картинка, как расположены HGA22 и DCF39 относительно нашего диапазона.
« Последнее редактирование: 17 Май 2018, 20:00:12 от rn3aus »

Оффлайн GM

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 78
    • Просмотр профиля
Здесь http://136.su/index.php/topic,160.msg21204.html получил спектры сигнала HGA22 как они есть.
« Последнее редактирование: 18 Май 2018, 12:07:45 от GM »