Система подстройки ФСС при изменении частоты ГПД
В трансиверах, приёмниках и передающих приставках с переменной ПЧ (блок схема по типу TRx UW3DI-II) её перестраивают, как правило, с использованием многосекционного конденсатора переменной ёмкости. При этом производят сопряжение частот ГПД и ФСС. Схемное решение подобных конструкций имеет ряд преимуществ («долгий» век трансиверов UW3DIтому яркое доказательство), но наряду с плюсами, оно имеет и ряд недостатков. Так, многие каскады такой конструкции оказываются «привязанными» к одному «смычку» (в данном случае – к секциям переменного конденсатора). И если это «неудобство» хоть как то «решается» в трансиверах и приёмниках, то в передающей приставке использование подобной блок-схемы уже доставляет немалые хлопоты радиолюбителям-конструкторам, ибо приходится использовать специальные устройства чтобы получить синхронную перестройку ФСС передающей приставки с перестройкой ФСС приёмника - сопрягать с конденсатором ГПД переменный резистор и напряжением, снятым с него управлять варикапами ФСС Tx… или использовать другие схемные решения, либо перестраивать ФСС передатчика вручную – что весьма и весьма неудобно.
В данной статье предлагается простое схемное решение, позволяющее автоматически перестраивать ФСС Tx одновременно и синхронно с перестройкой ФСС Rx – информация для перестройки ФСС при этом «черпается» непосредственно из частоты ГПД.
Для этого из приёмника в передатчик не нужно заводить отдельные управляющие проводники. Информация для определения положения частоты настройки ФСС «извлекается» непосредственно из частоты сигнала ГПД приёмника, который из приёмника в передающую приставку подаётся в любом случае и в обязательном порядке.
Система включает в себя (см. рис.1) сдвоенный входной каскад (VT1 и VT2), одна половина которого представляет собой резистивный усилитель, а вторая – резонансный. На объединённый вход этого усилителя подаётся сигнал ГПД (5,5-6,0 МГц). При перестройке частоты последнего на выходе резистивного каскада, а точнее – на выходе выпрямителя (выполнен по схеме удвоения напряжения на диодах VD2 и VD3) присутствует некое постоянное напряжение, почти не меняющееся по амплитуде при перестройке частоты ГПД. На выходе же выпрямителя VD4, VD5 (собранного по такой же схеме как и предыдущий) напряжение при перестройке частоты меняется, так как нагрузкой VT2 является резонансный контур L1С5VD1 и при перестройке частоты ГПД она уходит от резонанса контура.
Сигналы с выпрямителей поступают на входы 2 и 3 компаратора DA1. На частоте ГПД соответствующей резонансу (или около него) вышеуказанного контура эти сигналы будут равны по напряжению, а при отстройке от таковой управляющее напряжение, поступающее на выпрямитель с резонансной нагрузки, будет уменьшаться. Это приведёт к переключению компаратора, он изменит своё состояние на противоположное, что приведёт к переключению каскадов, выполненных на транзисторах VT3 и VT4. Появившееся на коллекторе VT3 напряжение через резисторы R13 и R8 воздействует на варикап VD1 что приведёт к подстройке контура в сторону резонанса. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обоих входах примут одинаковые значения. То есть система будет автоматически следить за частотой ГПД и подстраивать контур на эту частоту. При этом величина управляющего напряжения на выходе компаратора будет меняться и его уровень будет соответствовать только определённой частоте ГПД (это напряжение и используется для перестройки с целью сопряжения каскадов ФСС ПЧ с ГПД). Величины сопротивлений резисторов R13, R14 и ёмкость конденсатора С10 будут определять инерционность работы системы подстройки (их номиналы подобраны так, чтобы перестройка ФСС осуществлялась почти с той же скоростью, с какой осуществляется и перестройка частоты ГПД, но в то же время хорошо сглаживала скачки напряжения, возникающие из-за переходных процессов). После настройки системы при отключении и повторном включении питания система сразу же подстраивает ФСС на нужную частоту (соответственно частоте ГПД) без какого либо дополнительного внешнего вмешательства (по принципу – выключил … включил и … забыл!).
Выработанное управляющее напряжение поступает также на каскад, выполненный на транзисторе VT4, который представляет собой УПТ – его задача «разогнать» управляющее напряжение до максимально возможного по уровню, а также инвертировать его.
С R17 управляющее напряжение поступает на варикапы настройки ФСС – VD6, VD7, VD8. Данный фильтр рассчитан на перестройку в полосе частот 6,0-6,5 МГц, то есть, выше на 500 кГц, чем частоты ГПД.
Данную систему можно настраивать либо непосредственно встроенной в реальный аппарат (TRx, Rx, Tx), либо с использованием дополнительных вспомогательных каскадов, как показано на рисунке №2. Тут применены два синхронно перестраиваемых ГПД на 5,5-6,0 МГц и 6,0-6,5 МГц, и два усилителя ПЧ – на VT3 и VT4. Первый ГПД и усилители ПЧ можно в дальнейшем использовать в реальной конструкции трансивера (приёмника), при этом управляющее напряжение АРУ (0…-3 вольта) можно подавать на нижний конец резистора R12, отсоединив его от корпуса и зашунтировав на корпус конденсатором ёмкостью 0,1 мкФ. Вышеуказанные ГПД выполнены по схеме Вакара – аналогично ГПД, использованному в трансивере UW3DI-II. Перестройка частоты в них близка к линейной. В качестве ГПД можно использовать и схему генератора, показанного на рисунке 3 (следует использовать два однотипных генератора, вырабатывающих частоты 5,6-6,0 МГц и 6,0-6,5 МГц – отличие в величине ёмкости конденсатора С2 – для нижнего диапазона указана в скобках). Она выполнена по схеме ёмкостной трёхточки. Конденсатор перестройки частоты (С3/1, С3/2) использован от лампового приёмника. Его особенностью является непрямая зависимость изменения ёмкости от поворота угла ротора. Такого типа конденсаторы применялись для получения линейной шкалы, обозначения которой сделаны в длине волны. Но, несмотря на то, что изменение частоты при перестройке ручки настройки такого типа ГПД будет происходить нелинейно, частота подстройки ФСС всё равно будет следовать этому алгоритму управления (будет достигаться хорошее сопряжение частот). Представленную систему подстройки ФСС вполне можно использовать и с такими типами ГСС.
Питать данную схему можно как от разных источников питания +12 вольт и -3,3 вольта, так и от одного источника (стабилизатора)показанного на рисунке 4 (прим: схема в отдельной статье обозначена как рис.11). Его плюсом является не только то, что коллектор силового транзистора стабилизатора посажен на корпус (отпадает необходимость использования отдельного громоздкого радиатора), но и то, что на выходе кроме положительного напряжения ещё есть и отрицательные (-3,3 В и – 5В). Данный стабилизатор напряжения +12 вольт способен обеспечить на выходе параметры: Напряжение +9…14 вольт (регулируется резистором R52), ток до 1 ампера, коэффициент стабилизации – более 10000, коэффициент подавления пульсаций – 50000.
В схеме применены постоянные резисторы МЛТ-0,125; МЛТ-0,25, переменные СП4-1 (можно заменить любыми другими типами подстроечных резисторов с указанными на схеме номиналами), переменный конденсатор С3/1-С3/2 (рис.2) такого же типа, как и применённый в трансивере UW3DI-IIи сдвоенный конденсатор переменной ёмкости от ламповых приёмников 12…495 пФ (С3/1-С3/2 на рис. 3).
Катушки на рис.1: L1 – имеет 42 витка провода ПЭЛ-0,16, внавал, каркас трёхсекционный (унифицированный) от транзисторных карманных приёмников, диаметр в месте намотки 4 мм. Использован подстроечный ферритовый сердечник 400НН. L3, L4, L5 на односекционных пластмассовых каркасах (от ламповых приёмников), диаметр в секции намотки 4 мм, по 22 витка провода (внавал) ПЭЛ-0,16 (ферритовый подстоечник такой же). L2 13 витков провода ПЭЛ-0,16 внавал поверх L3.
Катушки на рис.2: L1 и L2 намотаны на эбонитовых каркасах диаметром 12 мм и длиной 47 мм (длина намотки 30 мм) и содержат по 20 витков провода ПЭЛ-0,9, намотка виток к витку. Подстроечник резьбовойкарбонильный. L4, L5, L6 такие же как и L3, L4, L5 на рис.1, а L3 как L2.
Катушка L1 на рис.3 намотана на пластмассовом трёхсекционном унифицированном каркасе (от карманных радиоприёмников), диаметр каркаса в месте намотки 4 мм, содержит 31 виток провода ПЭЛ-0,16 (внавал). Построечник ферритовый марки 400НН.
Перед настройкой нужно проверить схему на отсутствие короткого замыкания по цепям питания. При отсутствии такового, а при наличии – после устранения последнего, подать на схему питание. На вход схемы (С1 на рис.1) подать сигнал от ГСС с частотой 5,5 МГц амплитудой 0,3 вольта. Измерить постоянное напряжение (высокоомным вольтметром или осциллографом, включенным в режим измерения постоянных напряжений) на аноде конденсатора С8 – оно должно быть в диапазоне +1,5…2 вольта. R6 отсоединить. Щуп вольтметра поместить на анод С9 и подстраивая сердечник L1 добиться максимума напряжения (настроить контур в резонанс). Затем подстраивая сердечник L1 путём его выворачивания из катушки, уменьшить напряжение до минимума - в данном случае рабочая точка управляющего напряжения окажется на нужном скате в нижней части характеристики АЧХ контура. Установить щуп вольтметра на коллектор VT3 и восстановить соединение резистора R6. Напряжение на коллекторе должно увеличиться до +10 вольт. Установить щуп вольтметра на коллектор VT4. Перестроить ГПД на частоту 6,0 МГц и подстраивая движок R14 установить напряжение на коллекторе VT4 равным +12 вольт. Плавно перестроить частоту ГПД от минимальной 5,5 МГц до максимальной 6,0 МГц – напряжение на выходе компаратора должно плавно повыситься от 0 до +12 вольт. Установить щуп осциллографа (в режиме измерения переменных напряжений) на выход ФСС (на С17), установить частоту ГПД 5,5 МГЦ (что подаётся на С1), подать сигнал с ГСС частотой 6МГц на вход ФСС (на С11) и подстраивая поочерёдно сердечники катушек L3, L4, L5 по рис.1 и L4, L5, L6 по рис.2, добиться максимума сигнала на выходе. Установить частоту ГПД 6,0 МГц, а частоту ГСС 6,5 МГц и подстраивая движок резистора R17 снова добиться максимума сигнала на выходе уже на этой частоте. Изменяя частоту ГСС на входе ФСС (синхронно с частотой ГПД, подаваемой на С1 – на схеме по рисунку 2 это будет происходить автоматически) проверяют правильность сопряжения ФСС с ГПД (в авторском варианте напряжение ПЧ 6…6,5 МГц на выходе ФСС равнялось 1,9 вольта и не менялось по амплитуде при перестройке). Если наблюдаются просадки на некоторых участках частотного диапазона, то следует произвести нивелировку – небольшую подстройку вышеназванных сердечников.
При правильной настройке постоянные напряжения на анодах конденсаторов С8 и С9 могут несколько изменяться при перестройке частоты ГПД, но при этом они будут оставаться равными друг другу (это может происходить в том случае, если ГПД при перекрытии всего частотного участка в 500 кГц выдаёт неравномерный по амплитуде сигнал), однако на точность сопряжения это не сказывается, так как компаратор сравнивает напряжения на обоих входах, поддерживая на выходе необходимый рабочий уровень постоянным (в данной конкретной точке настройки частотного диапазона). При этом управляющее напряжение на варикапе VD1 подстраивает контур (L1C5VD1) до требуемой частоты (отслеживает изменение частоты). Это же напряжение, снятое с коллектора VT4 (в инверсии) используется и для сопряжения контуров ФСС ПЧ.
При использовании в процессе настройки вспомогательных каскадов (по рис.2), предварительно следует установить частотные диапазоны перекрытия генераторами – на VT1 5,5-6 МГц и VT2 – 6-6,5 МГц (аналогично и для рис.3) подстройкой сердечников соответствующих катушек. Применение вспомогательных каскадов резко упрощает процесс настройки и делает его нагляднее.
После окончания настройки движок переменного резистора R1 желательно не трогать, ибо изменение уровня переменного напряжения на входе схемы, может слегка расстроить схему. Причина этому - использование в качестве подстроечного конденсатора варикапа VD1, который, как известно, является ещё и диодом. Изменение уровня переменного напряжения на нём, вызовет и изменение его ёмкости из-за увеличения уровня детектированного сигнала.
Данная система позволяет реализовать перестраиваемыйФСС с шириной частотного участка до 700 кГц (на частотах в районе 6 МГц).
Использование такой системы позволяет применять в ГПД настроечный конденсатор с одной секцией, размещать ФСС в удобном месте конструкции, применять раздельные перестраиваемые одновременно ФСС для трактов приёма и передачи, управлять перестройкой ФСС передающей приставки дистанционно непосредственно от частоты сигнала ГПД без использования дополнительных специальных цепей управления.
Если на коллектор транзистора VT3 или VT4 установить измерительную головку (например, 100 мкА с "гасящим" резистором ... нечто наподобие R17 - типа вольтметра с пределом измерения 10-12 вольт), то эту схему можно использовать как прибор - стрелочный частотомер (с прямой или обратной шкалой отсчета) или как шкалу трансивера (приёмника, передающей приставки). Конечно, такой способ измерения частоты ... не совсем классический и измерение производитсяв довольно узкой полосе частот (500 кГц) – но всё же какой-никакой, а есть измеритель частоты. Это позволяет и в передающей приставке использовать ИП как шкалу для контроля - на какой частоте она работает.
25.01.2018г. Рубцов В.П. UN7BV. Астана, Казахстан.