Електронне урядування частотою генератора

У середовищі початківців радіоаматорів конструктор часто виникають проблеми з управлінням частотою різних генераторів, в тому числі і задаючих генераторів (ЗГ) радіопередавальних пристроїв. У цій статті пропоную вашій увазі кілька варіантів простих схем управління частотою генераторів, які, на мій погляд, недостатньо широко описувалися в радіоаматорського літературі.

Проста схема електронної настройки

Перебудова частоти генератора, що задає передавача з параметричної стабілізацією частоти зазвичай виконується за допомогою конденсатора змінної ємності з повітряним діелектриком. Іноді застосовується перебудова частоти зміною індуктивності контурної котушки ЗГ.Очень зручно перебудовувати частоту задаючих генераторів електронним способом - за допомогою варикапа або, що краще, варікапной матриці. Одна з поширених схем електронної перебудови показана на рис. 1.

В якості матриці тут використовуються два окремих варикапа, включені назустріч один одному В результаті така схема еквівалентна схемі варікапной матриці. Завдяки зустрічному включенню варикапов для змінного струму зменшується залежність частоти від амплітуди високочастотного напруги.

Якщо використовується власне варікапная матриця, то параметри контуру для неї не складно розрахувати. Наприклад, у КВС111Б ємність змінюється від 20 до 40 пФ при зміні зсуву від +9 до +2 В. Зміна ємності складає 20 пФ Якщо перекриття по частоті має бути, скажімо, 6%, то необхідна зміна ємності складе 12% (удвічі більше, так як індуктивність контуру не змінюється). Звідси знаходимо повну ємність контуру С = 20 пФ / 0,12 = 167 пФ. Індуктивність контуру розраховується за відомою Формулі Томсона:

Щоб не погіршилася стабільність частоти, напруга зсуву варикапов має бути дуже добре стабілізовано і відфільтровано, Це дуже важливо. Для невеликої перебудови контуру замість варикапов можна використовувати звичайні кремнієві діоди. Але в цьому випадку діоди повинні підбиратися під потрібну величину перекриття по частоті. Справа в тому, що не у всіх однотипних діодів власна ємність при зміні замикаючої напруги змінюється на одну і ту ж величину.

На рис 2 показана схема електронного зсуву частоти, що дуже часто використовується при переході з прийому на передачу. Наприклад, при прийомі генератор повинен видавати частоту 133,3 МГц, а при передачі - 144 МГц.

Варикап в цьому випадку підключається через конденсатор невеликої ємності, оскільки необхідний зсув частоти невеликий. У верхньому положенні перемикача S1 ​​(передача) на

варікап подається фіксований напруга зміщення з дільника R3R4 При переході на прийом (нижнє положення) зміщення змінюється змінним резистором R5, зрушуючи частоту. Межі перебудови можна підібрати, змінюючи ємність конденсатора С5 або співвідношення опорів дільника R2. R6.

На рис. 3 в якості ілюстрації до теми про електронну перебудові частоти показана діюча схема генератора з одним з можливих варіантів електронною перебудовою частоти. Електронна перебудова частоти виконується змінним резистором R4. Як варикапов використовуються діоди VD2 і VD3 типу Д220. Замість цих діодів можна використовувати також діоди багатьох інших типів.

Кварцовий генератор зі зміною частоти

Далі я хочу розповісти про те, як можна виконати стабілізований кварцом генератор з плавним зміною частоти. Подібні генератори стали застосовуватися радіоаматорами з 70-х років минулого століття, але досить докладну розповідь методів побудови і настройки подібних генераторів я ніде в аматорській літературі не зустрічав. Нижче мною будуть стисло описані експериментів з одним з варіантів подібного генератора, потім будуть надані рекомендації з розробки кварцового генератора з плавним зміною частоти.

Щоб виявити роль і вплив котушки індуктивності в процесі плавної зміни генеруються кварцовим генератором частот електромагнітних коливань, мною був побудований невеликий стенд, основу якого представляв експериментальний кварцовий генератор (КГ).

Генератор виконаний за схемою індуктивного трехточкі. Схема генератора представлена ​​на рис. 4.

Генератор виконаний за схемою ємнісної трехточкі і не має будь-яких особливостей. Транзистор VT1 виконує функцію власне генератора, частота генерованої енергії якого стабілізована кварцом Z1, а каскад на VT2 є емітерний повторювачем, який служить для зменшення впливів ланцюга вимірювального приладу А1 на частоту генератора. Котушка індуктивності L1 і конденсатор С1 служать для зміни частоти генерованих електромагнітних коливань. Харчується генератор від стабілізованого джерела напруги +9 Вольт.

Конденсатор С1 має величину 75 пкФ, котушка L1 складається з 45 витків дроту ПЕЛ-0,3, намотана на каркасі діаметром 9 мм, між щічками з відстанню 5 мм. Котушка має підлаштування сердечник сірого кольору (очевидно з альсифера) з різьбленням Мб х 0,75. Число витків котушки L1 вибрано за результатами проведених раніше інших подібних експериментів.

У схемі використовувався кварц А523 (7,692 МГц) від старовинної УКВ радіостанції РСІУ. корпус якого являє собою пластмасовий циліндр коричневого кольору, діаметром 20 мм і довжиною 40 мм з двома висновками від власників кварцової пластини. Всі інші радіодеталі будь-яких особливостей не мають, звичайний «ширвжиток».

Як приладу для вимірювання випромінюваної генератором частоти використовувався зв'язковий короткохвильовий радіоприймач Р-250М. Контроль за наявністю генерації електромагнітних коливань здійснювався вольтметром змінного струму А1 Розглянемо детально процес проведення експерименту.

Спочатку слід переконатися в працездатності генератора. Для цього нижній за схемою висновок від кварцу підключаємо безпосередньо до землі, включаємо харчування і по приймачу знаходимо випромінюється генератором сигнал При цьому радіоприймач повинен перебувати в режимі прийому телеграфних сигналів, щоб можна було найбільш точно налаштовуватися на частоту випромінюваних коливань по нульовим биттям Нульові биття відповідають такій налаштування приймача, коли на виході радіоприймача ніяких звукових сигналів не прослуховується, але варто тільки хоча б трохи повернути ручку настройки приймача в ту чи іншу торону, то тут же на виході приймача з'являється гармонійний звуковий сигнал. Вольтметр А1 повинен показувати якусь величину, що підтверджує роботу генератора. Записуємо величину випромінюваної частоти.

Відновлюємо підключення котушки L1 до нижнього висновку кварцу. При цьому підлаштування сердечник повинен бути повністю виведений з котушки, ті. котушка повинна мати мінімально можливу для неї величину індуктивності Включаємо харчування. При цьому вольтметр А1 повинен відразу ж підтвердити роботу генератора. Частота випромінюваних генератором коливань при цьому включенні кілька (незначно) повинна змінитися в порівнянні з попереднім включенням. Налаштовуємо радіоприймач на нову частоту по нульовим биттям, записуємо величину цієї частоти і присвоюємо їй номер 1. Вводимо в корпус котушки підлаштування сердечник. Робити це слід дуже обережно і повільно, щоб не пропустити момент виникнення на виході радіоприймача гармонійного звукового сигналу, що підтверджує факт початку впливу сердечника на індуктивність котушки. Як тільки з'явиться сигнал, слід повернути сердечник в зворотну сторону, до моменту відсутності сигналу.

* Далі починається основний етап проведення експерименту. Для цього вводимо підлаштування сердечник в котушку рівно на один оборот сердечника. При цьому зміниться індуктивність котушки, що спричинить за собою зміну частоти випромінюваних генератором електромагнітних коливань. Записуємо нову величину частоти під номером 2.

* Вводимо підлаштування сердечник в котушку ще рівно на один оборот і записуємо нову величину частоти по номером 3.

* Точно таким же чином вводимо сердечник в котушку ще на один оборот і записуємо нову величину частоти під таким порядковим номером. Таку процедуру слід проводити кілька разів При цьому завжди потрібно контролювати наявність показань вольтметра А1. Якщо стрілка вольтметра впала до нуля, значить генератор перестав працювати і експеримент вважаємо закінченим.

У моєму випадку вдалося до припинення генерації ввести сердечник всередину котушки на 10 обертів. Результати проведеного мною експерименту наведені в таб 1. Кожна з отриманих значень частоти відповідає певній величині індуктивності котушки, заданої положенням підлаштування сердечника, і певною величиною ємності конденсатора С1. Якщо замість постійного конденсатора величиною 75пФ встановити конденсатор змінної ємності 4 75 пФ, то при мінімальній ємності цього змінного конденсатора (4 пФ) випромінюється генератором частота буде дорівнює максимально можливій частоті, тобто дуже близькою до частоти в кроці 1 (7,962 МГц для даного випадку).

При максимальній частоті змінного конденсатора (75 пФ) частота генеруючих коливань буде визначатися положенням підлаштування сердечника всередині котушки. Наприклад, якщо індуктивність котушки відповідає положенню кроку 5, то при максимальному ємності змінного конденсатора генеруються коливання будуть мати частоту 7.957 МГц. При зміні ємності змінного конденсатора від мінімуму (4 пФ) до максимуму (75 пФ) частота генеруючих кварцовим генератором електромагнітних коливань буде плавно змінюватися від 7,962 до 7.957 МГц, ті діапазон зміни частоти становить 7,962 - 7,957 = 0,005 МГц = 5 кГц.

Максимально можливий діапазон перебудови частоти для даного кварцу матиме місце при максимально допустимій індуктивності котушки L1. В даному випадку максимально допустима індуктивність виходить за крок 10. При цьому максимально можливий діапазон перебудови частоти виходить 7,961 - 7,771 = 0,090 МГц = 90 кГц. Це досить великий діапазон перебудови, але слід пам'ятати, що зі збільшенням діапазону перебудови погіршується стабільність частоти кварцового генератора. В кожному окремому випадку потрібно знаходити якусь оптимальну величину діапазону перебудови виходячи з допустимої для створюваного апарату стабільності частоти, що генерується. Як правило, радіоаматор використовує тільки якийсь вузький діапазон частот Наприклад, любитель далеких зв'язків телеграфом постійно працює тільки на DX-ділянці діапазону, власник пакетної радіостанції станції, що працює постійно в складі аматорської пакетної мережі, використовує практично одну фіксовану частоту. Якщо врахувати, що короткохвильовий аматорський діапазон має ширину 100 кГц, то мати виключно простий у виготовленні і налагодженні кварцовий генератор з плавним зміною частоти в межах 50 кГц це знахідка для радіоаматора, який не бажає возитися зі складними схемами синтезаторів.

Великі можливості дає принцип плавної зміни частоти кварцових генераторів при побудові УКВ гетеродинов. Справа в тому, що в цих гетеродина використовуються каскади множення частоти. При цьому діапазон перебудови частоти при переході від одного каскаду до іншого збільшується пропорційно збільшенню частоти. Наприклад, після

подвоєння частоти діапазон перебудови збільшується в два рази, після потроєння частоти - в три рази і т.д.

Мною проведено ряд експериментів, в яких використовувалося паралельне підключення декількох кварців. При цьому використовувалася експериментальна установка, схема якої приведена на рис 4. Кілька змінена була тільки ланцюжок, що складається з Z1, L1 і С1.

На рис. 5 показано, що паралельно кварцу Z1 можуть бути підключені точно такі ж за номіналом кварци (Z1а, Z16 і Z1b), виготовлені одним і тим же підприємством. Котушка L1 повинна бути підібрана саме для застосованого в даний момент кварцу Z1. До нижнього за схемою висновку котушки L1 приєднані чотири конденсатора постійної ємності (С1а, С1б і С1в), які перемикачем S1 можуть по черзі підключатися на землю. Це як би своєрідний імітатор конденсатора змінної ємності, створений їх елементів з фіксованою ємністю

Продовжимо далі описаний вище експеримент з метою визначити вплив числа підключених паралельно однакових кварців на ширину діапазону плавної перебудови кварцового генератора.

Мною було проведено багато експериментів з різними кварцами. Не всі кварци

«З відкритими обіймами» брали підключається до нього сусіда, але більшість з них пристойно працювали з одним або двома паралельними кварцами. Краще за інших допускали паралельне підключення високочастотні кварци (13,5. 22,5 МГц), конструктивно виконані в малогабаритних металевих корпусах. Кварци від радіостанції РСІУ (в циліндричних карболітовими корпусах) працювали не більше ніж з двома паралельно підключеними такими ж кварцами. Високочастотні кварци в малогабаритних металевих корпусах добре працювали навіть з трьома паралельно підключеними кварцами, але при цьому тон биття ставав деренчливим і погіршувалася стабільність генерованої частоти.

На рис. 6 наведені графічні залежності частоти генерованих коливань від кількості підключених паралельно однакових кварцових резонаторів на частоту 22,5 МГц.
Крива 1 на рис. 6 отримана при єдиному кварці, крива 2 - при двох паралельно підключених кварцах, крива 3 - при трьох кварцах і крива 4 - при чотирьох кварцах.

Ширина діапазону частот, що генеруються при чотирьох підключених кварцах вражає, але сигнал стає деренчливим і стабільність різко погіршується. Однак в деяких випадках подібними явищами варто знехтувати, приділивши більше уваги жорсткості конструкції генератора, жорсткого кріпленню самого кварцу і котушки L1.