УКВ синтезатор частоты на микросхеме LM7001

В последнее время в печати появилось много схем синтезаторов для аппаратуры диапазона 144-146 МГц. Тем не менее, описанный здесь синтезатор представляет интерес тем, что в нём применена недорогая микросхема-синтезатор LM7001J (производитель – фирма SANYO), используемая в бытовых радиоприёмных устройствах.

Синтезатор предназначен для работы в устройствах с промежуточной частотой 10.7 МГц, обеспечивает формирование сигнала с частотой 133.3-135.3 МГц в режиме приёма и 144-146 МГц в режиме передачи.

Шаг сетки частот составляет 25 кГц.
Есть возможность сканирования частот во всём рабочем диапазоне в режиме приёма.
Количество репитерных каналов –9 (R0-R8)
Напряжение питания синтезатора составляет 8…15В, ток потребления не более 50 мА.
Уровень высокочастотного сигнала на выходе синтезатора на нагрузке 50 Ом составляет не менее 0.1 В.

Управление микросхемой синтезатора осуществляется с помощью микроконтроллера AT90S1200. Этот тип контроллера выбран автором как один из самых дешёвых на рынке.

Индикация частоты производится с помощью ЖКИ индикатора, применяемого в импортных телефонах и АОНах.

При подаче напряжения питания синтезатор сразу начинает работу на частоте, записанной в 1-й ячейке памяти. На индикаторе отображается частота, на которой синтезатор будет работать в режиме передачи. Каждое нажатие на кнопку UP или DN приводит к смещению рабочей частоты на 25 кГц вверх или вниз. При нажатии на кнопку SCAN включается режим сканирования. Сканирование производится во всём диапазоне рабочих частот.

Сигналом остановки сканирования служит уровень логического нуля, поданный на вывод "SCAN" микроконтроллера. Оптимальным образом для этой цели послужит ключ с открытым коллектором, поскольку ножки порта микроконтроллера, настроенные на ввод, притянуты к положительному источнику питания с помощью внутренних резисторов.

При появлении в канале несущей сканирование приостанавливается и возобновляется через несколько секунд после её пропадания. Для выхода из режима сканирования достаточно нажать на одну из кнопок UP, DN, SCAN. При нажатии на кнопку REP синтезатор переходит в режим работы с репитерными каналами. Переход по каналам осуществляется кнопками UP и DN. На индикаторе в этом случае отображается непосредственно номер канала (R0…R8). Режим сканирования для репитерного режима не используется. Выход из него производится повторным нажатием на кнопку REP.

Для перехода на частоту, записанную в одной из ячеек памяти, необходимо нажать на соответствующую кнопку 1….3. Для записи частоты в ячейку памяти необходимо набрать на индикаторе значение частоты, нажать кнопку с номером ячейки и, не отпуская, кнопку REP. При выключении питания информация, записанная в ячейках памяти, сохраняется.

Внутренняя структура микросхемы LM7001, согласно документации позволяет построить синтезатор частоты на частоты 45-130 МГц с шагом 25, 50 или 100 кГц. Однако несколько имеющихся у автора экземпляров этой микросхемы без проблем работали на частотах любительского 2-метрового диапазона 144-146 МГц. Более подробно о этой микросхемы можно узнать из технического описания (файл LM7001.pdf), имеющихся на многих сайтах с технической информацией (например, на www.promelec.ru в разделе "описания").

Электрическая принципиальная схема синтезатора приведена на рис.1.

(Щелкните мышь для увеличения изображения)

Микроконтроллер DD1 обрабатывает команды при нажатии клавиш, выдаёт данные в индикатор и управляет работой синтезатора DA2 по трёхпроводной шине. Микросхема-супервизор DA1 служит для формирования сигнала сброса микроконтроллера. Пока напряжение питания не достигнет значения 4,2В, на выводе 1 микроконтроллера будет присутствовать уровень логического нуля, после чего уровень скачкообразно устанавливается в "1".

При этом исключается искажение информации ОЗУ, возникающие при плавном нарастании напряжения питания микроконтроллера.

Микроконтроллер DD1 тактируeтся от внутреннего генератора DA2, работающего на частоте 7,2 МГц. ГУН собран на транзисторе VT3 по схеме "ёмкостной трёхточки". Катушка индуктивности ГУНа состоит из двух частей. В режиме приёма "работают" обе части катушки, при передаче – только одна (большая) часть.

В составе микросхемы LM7001 есть три ключа на полевых транзисторах (их открытые стоки подключены к выводам ВО1…ВО3). Состояние этих ключей изменяется при изменении соответствующих битов управления. Микросхема программируется так, что во время приёма ключ ВО1 закрыт, ВО3- открыт. При этом диод VD4 заперт и катушка L1 полностью включена. При переходе в режим передачи ключ ВО1 отпирается, ВО3 – запирается, открывается диод VD4 и ёмкость С4 заземляет по переменному току часть катушки.

На транзисторе VT4 собран буферный каскад сигнала ГУНа.

Составной каскад, собранный на транзисторах VT1 и VT2 выполняет роль инвертирующего усилителя сигнала ошибки ФАПЧ и активного фильтра.

Напряжение питания индикатора HG1 (1.5 В), снимается с делителя R1VD1…VD3.

Для согласования уровней логических сигналов, подаваемых на индикатор, применяются резистивные делители R2…R5.

Конструкция и детали

Вся конструкция собрана на одной печатной плате размерами 148х50 мм, выполненной из одностороннего текстолита.

Чертёж печатной платы в формате Sprint Layout.(рис.2)

Расположение элементов на печатной плате.(рис.3)

В конструкции использованы постоянные конденсаторы типа К10-17 или КМ. Подстроечный конденсатор С3 – типа КТ4-23. Электролитические конденсаторы С14 и С15 типа К50-35. Постоянные резисторы – типа С2-23, С1-4. Для перестройки ГУНа автор применил имеющиеся у него в наличии варикапы КВ134АT-9. Вместо них с успехом можно применить любые высокочастотные низковольтные варикапы с начальной ёмкостью 18-22 пФ. Микросхему-супервизор DA1 можно заменить импортным аналогом PST529D. В качестве индикатора использован десятиразрядный ЖК модуль с контроллером НТ1611 фирмы Holtek. Индуктивность L1 состоит из двух частей- по 0.5 и 2.5 витков провода 0.45мм (считая от "холодного" конца) на оправке 4мм. Дроссель L2 намотан непосредственно на резисторе R24 и содержат 15 витков провода диаметром 0.15мм.

Настройка

После сборки синтезатора необходимо отпаять верхний (по схеме) вывод резистора R17 и подать на него напряжение +2.5 В от внешнего источника. Для этой цели можно использовать подстроечный резистор сопротивлением 1-10 кОм, одним выводом подключенный к точке +5В, другим- на корпус. Напряжение снимается с движка резистора. Включив синтезатор, его переводят в режим передачи и на выходе OUT с помощью частотомера замеряют частоту ГУНа. Сдвиганием и раздвиганием витков большей части катушки индуктивности L1 добиваются того, чтобы частота генерируемого сигнала была как можно ближе к значению 145.5 МГц. После этого синтезатор переключают в режим приёма и снова контролируют значение частоты. Изменением формы меньшей части катушки устанавливают частоту, генерируемую ГУНом, близкой к 134.8 МГц. По окончании подстройки частоты ГУНа витки катушки фиксируют парафином или воском, вывод резистора R17 запаивают в плату. Далее к выходу синтезатора подключают частотомер. Подстройкой С3 добиваются того, чтобы частота генерируемого сигнала на любом канале отличалась от требуемой не более чем на несколько сотен герц. Заключительный этап-проверка работы синтезатора во всех режимах. Управляющее напряжение на варикапе в рабочем диапазоне частот должно быть в пределах 1.5-4.5 В.

Величину модулирующего сигнала, подаваемого в синтезатор, целесообразно подбирать уже в собранной радиостанции. Качество передаваемого сигнала можно оценить с помощью близкорасположенного контрольного приёмника.

Как запрограммировать микроконтроллер

Для программирования АТ90S1200 автор воспользовался программатором PonyProg2000, разработанным Клаудио Ланконелли. Последние релизы программного обеспечения , схемы программаторов для различных типов микроконтроллеров и подробную инструкцию по использованию можно найти на сайте www.lancos.com, также полезную информацию о использовании программатора можно почерпнуть из [1]. "Железо" этого программатора содержит базовый блок, подключаемый к СОМ – либо LPT порту компьютера и сменные адаптеры для каждого семейства микроконтроллеров. Однако если предполагается программировать только определённый тип микросхем, например, АT90S1200 и AT90S2313, то можно воспользоваться упрощённым адаптером для СОМ-порта (рис.4)

Данные для программирования программной памяти микроконтроллера и ОЗУ лежат в файле прошивки.

О использовании синтезатора

При эксплуатации синтезатора для уменьшения паразитных наводок, снижающих качество сигнала, его необходимо помещать в экранированный отсек.

Конструкция, предложенная автором, (расположение микроконтроллера, микросхемы синтезатора и ГУНа на одной плате) не всегда оказывается удобной.

По необходимости можно микросхему синтезатора и ГУН расположить на отдельной плате, также применить другую схему ГУНа. Изменять программу прошивки микроконтроллера при этом не нужно.

Литература

1. Долгий А. Разработка и отладка устройств на МК. Радио, №6, 2001г., с.24-26; №7, 2001г., с19-21;
2. Матанцев А. Контроллер и синтезатор. Радио, №3, 2001 г. с. 62-63.
   

Советую попробовать, не пожалеете! Удачи и 73 !!!