Азбука УКВ аппаратуры

Часть 1. Блоки УКВ аппаратов

Статья 7. Блоки задающих генераторов

(Продолжение)

     Разработка умножителя частоты с ФАПЧ

    Формирование частоты, кратной фиксирован­ной входной частоте, является одним из наи­более распространенных применений ФАПЧ. В частотных синтезаторах частота выходного сиг­нала формируется за счет умножения частоты, стабилизированной кварцевым резонатором, на число п, число п можно задавать в цифровом виде, т.е. можно получить гибкий источник сигналов, которым можно управлять даже с помощью компьютера или простого контрол­лера.

   В данном примере попытаемся использовать ФАПЧ чтобы полу­чить довольно высокую частоту диапазона ДМВ, стабилизирован­ную низкочастотным кварцевым резонатором. Итак, имеем квар­цевый резонатор на частоту 6,8 МГц, микросхему КР193ИЕ6 (делитель на 64, работает на частотах до 1000 МГц), а также микросхему КР1564ЛП5, которую

будем использовать в качестве фазового детектора.

   Начнем со стандартной схемы ФАПЧ, в которой между выходом ГУН и фазовым детектором включен счетчик-делитель на п (рис. 7.8).

На этой схеме для каждого функционального блока указан коэффициент передачи. При рас­чете контура ФАПЧ эти коэффициенты исполь­зуются для проведения расчетов по устойчи­вости. Имеются специальные формулы для расчета каждого из коэффициентов передачи. Общий коэффициент передачи контура ФАПЧ будет равен произведению коэффициентов передачи всех функциональных блоков контура.

   По  результатам расчета величины общего коэффициента судят об устойчи­вой работе данной схемы контура. Наибольшие трудности в этих расчетах приходятся на долю расчета элементов НЧ фильтра. Большинству радиолюбителей, не имеющих возможности заняться расчетом устойчивости, приходится подбирать компонен­ты фильтра до тех пор, пока контур не зарабо­тает. Попробуем рассмотреть назначения элементов фильтра. На рис. 7.9 приведена одна из возможных схем фильтра НЧ.

Произведение R1xCO определяет время сгла­живания контура, a R0/R1 - демпфирование, т.е. отсутствие перегрузки в скачкообразном изме­нении частоты. Подбор величин можно начинать с R0 = 0,2 R1. На рис. 7.9,6 приведена схема с дополнительным конденсатором С1. Один из возможных вариантов этого фильтра может иметь следующие данные: Rl = 10k, R0 = 10k, СО = 1000 и С1 = 0,033мк.

   Рассмотрим принципиальную схему умножи­теля частоты с ФАПЧ, в которой имеется квар­цевый резонатор на частоту 6,8 МГц, микросхема КР193ИЕ6 (делитель на 64, работает на частотах до 1000 МГц), а также микросхема КР1564ЛП5, которую будем использовать в качестве фазового детектора. На рис. 7.10 приведена одна из возможных принципиальных электри­ческих схем умножителя частоты на 64 с применением ФАПЧ, в которой задействованы перечисленные выше компоненты.

   Эта схема не является отработанной и приве­дена мною чисто в целях иллюстрации возмож­ного варианта умножителя с применением ФАПЧ.

   Фазовый детектор выполнен на МС DDI 74НС86 (564ЛП5). На элементе этой микросхемы DD1.1 выполнен генератор с кварцевым резонатором Z1. На элемент DD1.3, который работает в режиме повторителя, поступает сигнал с МС делителя частоты ГУН.   Разностный сигнал выявляется на элементе DDI. 2 и подается на активный НЧ фильтр, выполненный на транзисторах VT1 и VT2. R10 и С6 являются дополнительными элементами НЧ фильтра. На варикап VD1 разностный сигнал поступает через R10. ГУН выполнен на транзисторе VT3, а на VT4 собран буфер - усилитель частоты ГУН. С VT4 сигнал с подается через С14 на выход, а через фильтр ВЧ С13Др1С15 на делитель частоты ГУН, выполненный на DD2. С выхода делителя частоты сигнал подается на фазовый детектор через конденсатор С16.

   О процессе захвата. Для выполнения процесса «захвата» частоты необходимым усло­вием является достаточное напряжение сигнала рассогласования после НЧ фильтра. Всегда сле­дует помнить, что НЧ фильтр на LC элементах вносит большое ослабление сигнала. Контур первого порядка всегда будет синхронизиро­ваться, поскольку там отсутствует ослабление сигнала рассогласования на низкой частоте. Синхронизация контура второго порядка зависит от типа фазового детектора и полосы пропус­кания фильтра нижних частот. Кроме того, фазовый детектор по схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ имеет ограниченный диапазон захвата, зависящий от постоянной времени фильтра.

   Процесс захвата происходит следующим обра­зом: когда сигнал фазового рассогласования приближает частоту ГУН к опорной частоте, его изменения становятся более медленными и наоборот. Сигнал рассогласования поэтому является асимметричным и меняется более медленно в той части цикла, в течение которой fry_H ближе подходит к f₀n . В результате появ­ляется ненулевая средняя компонента, т.е. постоянная компонента, которая и вводит ФАПЧ в синхронизм. Если графическим путем проана­лизировать управляющее напряжение ГУН в процессе захвата, то можно получить что-то похожее на сигнал, показанный на рис. 7.11.

Каждый процесс захвата индивидуален и каждый раз он выглядит по-разному.

   О полосе захвата и слежения. При исполь­зовании фазового детектора по схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ полоса захвата ограничена

постоянной времени фильтра нижних частот. В этом есть определенный смысл, так как, если различие по частоте велико, сигнал рассогла­сования будет ослабляться фильтром настолько, что контур никогда не сможет осуществить захват. Очевид­но, что увеличение постоян­ной времени фильтра умень­шает полосу захвата, так как это приводит к пониженному коэффициенту передачи контура.

  Умножитель частоты на МС12179

Фирма MOTOROLA изготавливает серийно микросхему ФАПЧ типа МС12179, которая в сво­ем составе уже имеет следующие компоненты, необходимые для создания полноценного контура ФАПЧ, а именно:

• Все элементы, необходимые для организации работы внешнего генератора с кварцевой стабилизацией частоты;

• Фазовый детектор;

• Делитель частоты на 256, что позволяет использовать эту МС как умножитель частоты до частот 2500 МГц;

• Предусмотрен вход для частоты ГУН и выход сигнала рассогласования к НЧ фильтру.

Обратите внимание, - фильтра НЧ в составе микросхемы нет, его в каждом отдельном случае следует проектировать в соответствии с индивидуальными требованиями к умножителю.

   На рис. 7.12 показан схематически контур ФАПЧ с микросхемой МС12179. Кварц Z1 может выбираться в пределах от 5 до И МГц, при этом на выходе умножителя можно получить частоты в диапазоне от 2400 до 2800 МГц. Схемы возможных для применения НЧ фильтров показаны на рис. 7.13.

   Как сообщил мне в одном из своих писем Александр Пожарский (RK3DTI), которому я исключительно благодарен за ряд ценной информации, умножитель частоты с ФАПЧ на МС12179 создает шумы во много раз меньшие, чем умножитель по описанной выше схеме с отдельным делителем частоты.

 

Синтезатор частоты на LM7001

 

   В журнале «Радио» №4 за 2003 бала опубликована статья Алексея Темерева (UR5VUL) «УКВ синтезатор частот». Описанная в этой статье схема синтезатора час­тоты для диапазона 145МГц выполнена на микросхеме LM7001J, используе­мой различными фирмами в бытовых радио­приемниках.

   Синтезатор предназначен для работы в при­емопередающих устройствах ЧМ с промежуточ­ной частотой 10,7 МГц. Он обеспечивает форми­рование сигнала с частотой 133,3...135,3 МГц в режиме приема и 144...146 МГц в режиме пере­дачи с шагом сетки частот 25 кГц. В нем также предусмотрена возможность сканирования в ре­жиме приема во всем диапазоне рабочих частот.

   Синтезатор имеет энергонезависимую память на три пользовательские частоты. В нем также «зашиты» 9 репитерных каналов (R0...R8). В режиме передачи в синтезаторе осуществляется частотная модуляция ВЧ сигнала. Питают син­тезатор напряжением 8...15 В. Ток потребления - не более 50 мА. Уровень ВЧ сигнала на его выходе при нагрузке 50 Ом составляет не менее 0,1 В. Эта очень интересная конструкция должна заинтересовать многих радиолюбителей.

   Далее привожу очень краткое описание МС LM7001J. Более подробное описание смотрите в журнале «Радио» №4 за 2003 год или в Интернете на сайте по адресу www.promelec.ru.

Микросхемы LM7001J и LM7001JM предназна­чены для построения частотных синтезаторов с системой ФАПЧ, применяемых в бытовых радиоприемных устройствах. Обе микросхемы идентичны по схеме и параметрам и отличаются лишь конструкцией корпуса - у LM7001J корпус DIP16 для обычного монтажа, у LM7001JM - MFP20 для поверхностного монтажа (обе микросхемы пластмассовые). Назначение выво­дов микросхем представлена в табл.

Выводы Xout и Xin - выход и вход усилителя сигнала образ­цовой частоты; к этим выводам подключают кварцевый резона­тор. Вывод СЕ- вход сигнала разрешения записывания. CL - вход тактовых импульсов запи­сывания. Data -информационный вход. SC - Syncro Control - выход контрольной частоты 400 кГц. BSoutl -BSout3 - band switching -выходы управления внешними устройствами (выход BSoutl, кроме этого, - выход сигнала частоты 8 Гц); с помощью этих сигналов выполняется коммутация диапазонов Amin и Fmin - входы программируемого делителя частоты, иначе говоря, входы сигналов AM и ЧМ. Pdl и Pd2 - выходы частотно-фазового детектора в режимах FM и AM соответственно.

Функциональная схема прибора изображена на рис. 7.14.

 Управляющая последовательность битов, поступающая на приемный сдвиговый регистр, определяет значение шага частотной сетки синтезатора, коэффициент деления программируемого делителя частоты, режим его работы и состояние выходов BSoutl...BSout3.

Выходной сигнал генератора, управляемого

блокируется во избежание паразитных наводок. Делители частоты уменьшают частоту сигналов образцового генератора и входного сигнала в необходимое число раз - до значения частот­ного шага сетки. Фазовый детектор сравнивает оба сигнала и формирует сигнал ошибки, уровень которого пропорционален разности фаз между ними. Сигнал ошибки снимают с выходов Pdl и Pd2 в зависимости от выбранного режима работы микросхемы.

Микросхема может работать с семью стандарт­ными значениями шага частотной сетки - 1, 5, 9, 10, 25, 50 или 100 кГц (при частоте образцового генератора 7200 кГц. Введение управляющей последовательности битов происходит последо­вательно, начиная с младшего бита коэффици­ента деления частоты программируемого дели­теля, который может работать в двух режимах - AM и FM.

Тяпичев Г. А.

Продолжение следует.. .