シンプルな中波周波数シンセサイザー。スキーム、説明

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シンプルな中波周波数シンセサイザー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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このシンセサイザーを開発する際、著者らはその技術的特性を損なうことなく、可能な限り回路と設計を簡素化することを試みました。

提案されたシンセサイザーは、[1] で提案された興味深いトピックを発展させて開発されました。残念ながら、「金採掘者」の活発な活動により、そこに記載されているシンセサイザーの製造は幅広いアマチュア無線家にとって困難になっており、DIP パッケージ内の金を含まない超小型回路に移されると、デバイスの寸法が大幅に増加します。さらに、多くのアマチュア無線家、特に初心者や産業中心地から遠く離れた場所に住んでいるアマチュア無線家にとって、金属化された穴を備えた両面プリント基板の製造は困難な問題です。低い「非円形」周波数の水晶振動子を探しても、楽になるわけではありません。

検討中のシンセサイザーは、金を含まないパッケージの CMOS マイクロ回路上のフェーズロックループ (PLL) と、広く使用されている 1 MHz 水晶共振器を備えた古典的な方式に従って構築されています。

主な技術的特徴

周波数範囲、kHz ...... 1449 ... 1800
チューニングステップ、kHz ....... 9
固定周波数数……40
周波数設定精度、
Hz、悪くない.......±5
温度ドリフト周波数、^оС^-1.......1,5 10^-6
供給電圧、V......15...30
消費電流、mA ....... 50
全体寸法、mm ....... 90x70x25

シンセサイザーのブロック図を図に示します。 1. 電圧制御発振器 (VCO) は出力と同じ周波数で動作します。この発電機の周波数設定回路にはインダクタが含まれておらず、発電機自体はほぼ完全に単一の超小型回路内に配置されているという事実によって、干渉に対する耐性が確保されています。

シンプルな中波周波数シンセサイザー
図。 1

パルス整形器 (PF) は、オープンドレインと最大 200 V の許容電圧を備えたシングルサイクルの強力な出力を備えています。負荷との最適なマッチングのために、整形器は出力パルスの持続時間を調整する機能を備えています。

比較周波数 100 Hz の基準信号は、1 MHz の水晶発振器 (CH) の周波数を 10000 で分周することによって得られます。この周波数が非常に低く選択されたのは、シンセサイザーの出力信号のスペクトルに必然的に次のような成分が含まれるためです。は、その値によってメイン出力周波数から分離されます。これは通信機器では許容できますが、ブロードキャスト送信機では、振幅検出中にオーディオ周波数信号を生成するスペクトル成分の存在は許容できません。したがって、比較周波数は音調上または音調下領域で選択する必要があります。私たちの場合、受信した音声信号や音楽信号の品質を劣化させることなく、受信機の後検波フィルターによって 100 Hz を簡単に抑制できるため、XNUMX 番目のオプションが採用されました。

周波数位相検出器 (FPD) は、100 Hz の基準信号を、最初に VCO 周波数を 9 で分周し、次に可変分周係数分周器 (VDR) を 1610 で使用して得られる同じ (キャプチャモードの) 周波数の信号と比較します。出力周波数の設定値に応じて-2000。周波数と位相における比較された信号の不一致の符号に応じて、PFD は VCO 周波数を増減する制御信号を生成します。制御電圧は比例積分フィルタ (PIF) を介して VCO に供給され、PLL ループの動的特性が最適化されます。

VCO 周波数を事前に 9 で除算するのは 9 つの理由によって決定されます。まず、これは 561 kHz ステップの周波数グリッドを取得するために必要です。次に、DPKD で使用される KA15IE1,5A チップの最大動作周波数は XNUMX MHz です。

米。 2（クリックで拡大）

シンセサイザーの概略図を図に示します。 2.そこで使用されているすべてのデジタルマイクロ回路は、低および中程度の集積度の CMOS 構造です。 K561 および KR1561 シリーズのマイクロ回路は、電源電圧 2 ～ 3 V、最大 3 ～ 15 MHz の周波数で動作します。ダイナミックモードで消費する電流は数ミリアンペアを超えません。

CGはDD1チップ上で作られています。同調コンデンサ C4 は、1...1 Hz 以下の精度で生成周波数を 2 MHz に設定します。

周波数 100 Hz の基準信号を取得するには、CG の出力からのパルスがバイナリカウンタ DD4 の入力 C に供給されます。ここで使用されている K561IE16 チップは 14 ビットのバイナリカウンタです。必要な分周係数 10000 は、ダイオード VD5 ～ VD3 と抵抗 R7 の 7I 論理ノードを使用して得られます。カウントプロセス中に、ダイオードが接続されているカウンタのすべての出力に高論理レベルが存在すると、その入力 R のレベルも高くなり、カウンタが初期のゼロ状態に設定され、その後、パルスをカウントするプロセスが繰り返されます。図のダイオード接続時の分圧係数はKとなります。_д = 16+256+512+1024+8192= 10000.

VCO と PFD は DD2 KR1561GG1 チップにあります。 VCO 同調範囲の極端な周波数値は、抵抗 R1、R2、C1 によって設定されます。周波数は IG 入力 (マイクロ回路のピン 9) の電圧によって調整されます。

上記の要素を選択するための初期データは、1,449.1,8 MHz のシンセサイザー周波数範囲と、マイクロ回路のインスタンス間で最大 20% に達する可能性がある VCO パラメーターの広がりです。したがって、少なくとも 0,36 MHz の調整マージンが必要です。ある程度の余裕を持って、VCO を 1.2,2 MHz の範囲で調整する必要があると仮定します。この範囲の下限 (IG 入力のゼロ電圧における) は抵抗 R2 によって設定され、上限 (電源電圧に等しい制御電圧における) は抵抗 R1 と R2 の合計抵抗によって設定されます。 VCO の動作は、INH 入力 (ピン 5) の論理レベルが Low になるとイネーブルになります。

PFD には 3 つの入力 IC および IS (ピン 14 および 1) と出力 Q13 (ピン 1) があります。出力 Q4 からのエラー信号は、PIF R3R2CXNUMX を介して VCO IG の制御入力に供給されます。

PIF は PLL ループの非常に重要な部分です。一般に、このフィルターの計算は非常に複雑で、自動制御理論 [2] の知識が必要です。アマチュア無線の練習では、KR14046GG1561 の外国の類似品である MC1B マイクロ回路の参考資料に記載されている関係を使用して計算することにより、完全に満足のいく特性が得られます。

ここで、N は PLL ループの動作周波数の分周係数です。へ_マックスそしてf_分 - VCO チューニングの周波数を制限します。 3000 オーム - PFD の出力インピーダンス。

VCO の出力から、動作周波数信号は FI と 9 分周器に送られます。後者は DD5 K561IE14 マイクロ回路と K3.1LN561 マイクロ回路の DD2 要素で生成されます。

561 ビットアップ/ダウンカウンタ K14IEXNUMX は、XNUMX 進数 (入力 B でハイレベル) または XNUMX 進数 (入力 B でローレベル) として動作できます。カウント方向は入力 U のレベルによって設定されます: 高 - 増加、低 - 減少。カウントパルスは入力 C に供給され、その立ち上がりエッジに従ってカウンタの状態が変化します。 PI 入力が Low の場合、カウントは有効になります。

入力 S を使用すると、入力 D1 ～ D8 からカウンタートリガーに任意の 1 ビットコードを非同期で書き込むことができます。カウンタには個別の初期セットアップ入力がないため、この機能は入力 D8 ～ DXNUMX のローレベルの S 入力によって実行されます (インクリメンタルカウントモード)。累積された数値がアップカウントモードで最大値 (またはダウンカウントモードで最小値) に達すると、キャリー出力は Low になります。

この例では、カウンターは 3.1 進モードで増加します。 XNUMX 番目のパルスが到着すると、インバータ DDXNUMX を介した転送出力からの信号によってカウンタが強制的にゼロになります。

カウンタの出力 4 から、信号は DPKD - マイクロ回路 DD6 KA561IE15A に送られます。計数パルス入力 C、1 つの制御入力 K2、K3、K1、L、分周係数設定用の 8000 個の 3-21327 入力と 1 個の出力を備えています。分周係数は 8000 ～ 16659 の範囲で指定でき、設定方法はいくつかあります。シンセサイザーは、最も単純で便利な方法を使用します。係数は、入力 XNUMX ～ XNUMX に適用される XNUMX 進 XNUMX 進コードによって設定されます。ただし、可能な最大値は XNUMX です。

この方法を使用するには、入力 K1 と L を異なる論理レベル (ローとハイ、またはハイとロー) に設定し、入力 K3 をローに設定する必要があります。入力 K2 は、カウンタを初期状態に設定するために使用されます。初期状態は、この入力のレベルがカウントパルスの XNUMX 周期にわたって Low であるときに発生します。レベルが High の場合、カウンタは分周器モードで動作します。

入力 1 ～ 8000 の必要なレベルは、スイッチ SA1 および SA2 を使用して設定されます。共通ワイヤに接続されたそれらの接点は、マイクロ回路の対応する入力の低レベルに対応し、それらの自由接点は高レベルに対応します（抵抗器R8〜R15によってサポートされています）。

FI を使用すると、出力パルスの持続時間を設定できます。これは、シンセサイザーに接続された負荷、たとえば、中間アンプのない出力回路 (トランスミッターのような、その回路は [3] で示されています) に最適です。 FI は、論理インバータ DD3.2 ～ DD3.6、ダイオード VD2、トリミング抵抗 R6、トランジスタ VT1 ～ VT3 で構築されます。トランジスタ VT1 および VT2 のエミッタフォロワは、電界効果トランジスタ VT3 のゲート容量の充電および放電時間を短縮し、それによってオンおよびオフのスイッチング速度を高めます。要素 DD3.3 ～ DD3.6 の入力容量の充電は、ダイオード VD2 の低い動的抵抗を通じて急速に発生し、放電は同調抵抗器 R6 を通じて比較的ゆっくりと発生します。放電の持続時間、およびこれにより生成されるパルスの持続時間は、抵抗器 R6 の導入抵抗によって決まります。

シンセサイザーの設計と調整について

シンセサイザーは、厚さ 1,5 mm の片面プリント基板上に作成されます (図 3)。

シンプルな中波周波数シンセサイザー
図。 3

これは、レーザープリンターで印刷した導体パターンを箔の表面に熱転写することによって作成されます。基板上のスイッチへの配線用の取り付け穴の数は、図のハーネスの配線の数と一致します。取り付けピンをこれらの穴と、電力線および負荷線用の穴に取り付けることをお勧めします。トランジスタ VT3 と電圧レギュレータ DA1 は、図に示すようにアルミニウムシートでできた共通のヒートシンク (KPT-8 サーマルペーストでシートを潤滑することを忘れないでください) 上に配置されています。 4. トランジスタ VT3 は絶縁ガスケットを介してヒートシンクに取り付ける必要があります。ヒートシンクの長いアームはワイヤークランプで基板に固定されています。

シンプルな中波周波数シンセサイザー
図。 4

固定抵抗 - MLT または類似のもの。トリマー抵抗器 R6 - SP3-38a。コンデンサ C2 (たとえば、K73-24) には有機誘電体を使用する必要があります。コンデンサ C4 - トリマー KT4-24。コンデンサ C1、C3、C7 ～ C10 - 適切なサイズのセラミックコンデンサ。酸化物コンデンサもサイズと定格電圧が適切なものであれば何でも構いません。

シンプルな中波周波数シンセサイザー
図。 5

KA561IE15A マイクロ回路は 564IE15 に置き換えることができますが、残念なことに、金が含まれているため、より高価になります。図の写真に示されているシンセサイザーに組み込まれているのは、この種の超小型回路です。 5. K561LA7 の代わりに、回路と基板を変更せずに K561LE5 が動作します。トランジスタ VT1、VT2 - 適切な構造の低電力シリコン。

スイッチ SA1 および SA2 - P2G-3、それぞれ 4P4N および 10P4N、または位置と方向の数に適したその他のビスケット。水晶振動子 - RG-06 または RK170。

正常な素子で組み立てられたエラーのないシンセサイザーは調整の必要がなく、同調コンデンサ C4 を使用して水晶発振器の周波数を ±2 Hz の精度で設定するだけで済みます。これは、DD11 チップのピン 1 で制御されます。同調抵抗器 R6 は、アンテナ等価で最も歪みのないキャリア信号を取得するために使用されます。

PS パワーアンプを備えた送信機では、PLL の誤動作につながる可能性のある VCO への干渉を防ぐために、シンセサイザーボードを十分にシールドする必要があります。

文学

コマロフ S. 中波放送周波数シンセサイザー。 - ラジオ、2012 年、第 9 号、p. 19-23; No.10、p. 21-23。
Horowitz P.、Hill W. 回路設計の芸術。あたり。英語からによって編集M.V.ガルペリーナ。 - M.: ミール、1993 年。全 3 巻 (第 4 版、改訂および追加)。
コマロフ S. 低電力放送用中波 AM 送信機。 - cqf.su/technics5-1.html。

著者: E. ゴロマゾフ、M. ドゥタリエフ、B. カナエフ

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