Автор разработки: Е.Коновалов
Схема принципиальная Широкополосный синусоидальный генератор
Предлагаемый вниманию радиолюбителей прибор можно использовать и как генератор качающейся частоты, и как обычный генератор с ручной перестройкой. Его отличительной особенностью является широкий диапазон генерируемых частот, стабильность амплитуды во всем диапазоне, высокое качество формы генерируемого синусоидального сигнала. Генератор имеет только один переключатель для переключения в режим качания частоты с периодом 100 Гц или в режим ручной перестройки. Границы качания частоты и ширину полосы можно задавать плавно в пределах всего рабочего диапазона. Выход согласован с 75-омной линией. Генератор прост в изготовлении и настройке для радиолюбителей, имеющих некоторый опыт общения с ВЧ-аппаратурой. Он может быть полезен при па-стройке и измерении ЛЧХ видеотракта телевизора. ПЧ-тракта и входных цепей радиоприемника, НЧ-усилителя, а также различных фильтров.
В основе работы прибора лежит широко известный способ получения низкочастотных колебаний путем перемножения частот двух высокочастотных генераторов, один из которых расстраивается по частоте относительно другого. Как известно, чаще всего этот способ используется при создании генераторов качающейся частоты, так как выходной сигнал разностной частоты имеет значительные нелинейные искажения и низкую стабильность по частоте. Для получения высокой стабильности частоты применяют кварцованные ВЧ генераторы, однако при этом резко сужается диапазон перестройки по частоте. Для того чтобы получить и высокую стабильность по частоте, и широкий диапазон частот одновременно, автор использовал цифровую микросхему КР531ГГ1. Эта микросхема представляет собой два независимых мультивибратора- автогенератора, частота колебаний которых управляется напряжением. Максимальная частота генерации, согласно справочнику, достигает 60 МГц, причем форма колебаний на выходе микросхемы близка к меандру, т.е. нечетные гармоники отсутствуют. В качестве частотозадающего элемента допускается использование конденсатора либо пьезоэлектрического резонатора. Последнее и использовано в схеме. Эта микросхема позволяет получить широкий диапазон перестройки по частоте вниз от частоты кварцевого резонатора за счет увеличения эквивалентного затухания в цепи резонатора по мере снижения частоты колебаний. Нестабильность разностной частоты возрастает с ее уменьшением, т.е. при сближении частот ВЧ генераторов, но именно здесь стабильность генератора на КР531ГГ1 максимальна и соответствует стабильности кварцованного генератора (конечно, в том случае, если второй неперестраиваемый ВЧ генератор стабилизирован аналогичным кварцевым резонатором). По мере снижения частоты колебаний перестраиваемого ВЧ генератора стабильность его частоты снижается вследствие увеличения затухания в цепи кварцевого резонатора, но стабильность частоты разностного сигнала остается примерно одинаковой по всему диапазону, т.к. частота перестраиваемого ВЧ генератора удаляется от частоты неперестраиваемого.
В качестве перемножителя (смесителя) использован двойной балансный смеситель К174ПС1. Применение этой микросхемы позволило получить на выходе синусоидальный сигнал с минимальными искажениями. Это объясняется тем, что она почти идеально реализует функцию перемножения входных сигналов, в то время как обычный смеситель, работа которого основана на нелинейности входных или выходных характеристик полупроводниковых приборов, неизбежно имеет на выходе, кроме основного сигнала разностной частоты, еще и гармоники более высокого порядка, так как форма вольтамперной характеристики этих приборов всегда отличается от квадратичной. Особенно это проявляется в режиме больших входных сигналов. Еще одной особенностью этой микросхемы является то, что используемый в ней двойной балансный смеситель подавляет прямое прохождение входных перемножаемых сигналов на выход, поэтому фильтрация высокочастотных составляющих в выходном сигнале, обусловленных прямым прохождением, существенно упрощается. Так в выходном сигнале, снятом непосредственно с выхода 2 микросхемы, при отсутствии фильтров L1C18 и L2C19 амплитуда ВЧ составляющих была не более 5% от амплитуды основного сигнала. Поэтому, несмотря на то, что верхняя частота выходного сигнала только в три раза меньше частоты входного, фильтрация обеспечивается достаточно просто.
Принципиальная электрическая схема широкополосного синусоидального генератора показана на рисунке. На микросхеме D1, которая представляет собой два D-триггера, собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой 100 Гц. Первый триггер D1.1 работает в качестве задающего мультивибратора и частота импульсов на его инверсном выходе 2 определяется параметрами цепочек C2R3 и C3R4. Диод VD1 и резистор R5 установлены для того, чтобы конденсатор С3 разряжался быстрее, чем заряжается С2 — это необходимо для нормальной работы триггера в качестве мультивибратора. Триггер D1.2 выполняет функции ждущего мультивибратора, длительность импульсов которого задается параметрами элементов С1R2. С выхода 12 триггера D1.2 импульсы с частотой 100 Гц подаются на базу транзистора VT4 через резистор R14 и на выход S, через защитный резистор R26 для синхронизации осциллографа в режиме качания частоты, а с выхода 13 импульсы инверсной полярности поступают на формирователь пилообразного напряжения на транзисторе VT1. Линейно спадающее пилообразное напряжение формируется при заряде емкости С4 постоянным током. Постоянство тока заряда обеспечивается за счет отрицательной обратной связи по напряжению, которая создается самой емкостью С4. Размах пилообразного напряжения на коллекторе VT1 равен напряжению питания схемы минус напряжение насыщения коллектор — эмиттер этого транзистора, которое в данном случае имеет величину порядка 150...200 мВ. Через регулятор на транзисторах VT2, VT3 и фильтр R11C5 пилообразное напряжение поступает на вход управления частотой описанного выше перестраиваемого кварцованного ВЧ-генератора на микросхеме D2. Резистор R8 предназначен для плавной установки частоты в ручном режиме. Резисторами R9, R10 осуществляется установка границ диапазона изменения частоты. В зависимости от величины управляющего напряжения частота на выходе генератора изменяется от 18 до 13,5 МГц. Этот ВЧ-сигнал с вывода 10 через резистор R12 попадает на ключ VT4, который отключает его на время обратного хода пилообразного напряжения. В режиме ручной установки частоты переключатели S1.1, S1.2 замыкаются, при этом па выводе 12 микросхемы D1 устанавливается низкий уровень напряжения, а на выводе 13 — высокий. Транзистор VT4 запирается и сигнал с выхода микросхемы D2 проходит беспрепятственно на НЧ-филыр R12R13C12. Генераторы КР531ГГ1 имеют возможность выключения генерации, однако ею воспользоваться невозможно и связи с тем, что из-за высокой добротности; кварцевого резонатора амплитуда на выходе после включения нарастает слишком плавно, что заметно на экране осциллографа, и искажает результаты измерений в режиме качания частоты.
Смеситель и неперестраиваемый кварцованный ВЧ-генератор на фиксированную частоту 18 МГц собраны на микросхеме D3. На ее дифференциальный вход 8 подается отфильтрованное от гармоник напряжение перестраиваемого ВЧ-генератора, а с выхода 2 снимается напряжение разностной частоты. Основной вклад в ВЧ-гармоники выходного сигнала дают первая и вторая гармоники неперестраиваемого генератора на 18 МГц, поэтому они отфильтровываются последовательными резонансными контурами L1C18 и L2C19, настроенными на частоты 18 и 36 МГц соответственно. Дальнейшая фильтрация сигнала осуществляется фильтром Баттерворта второго порядка с частотой среза 7,5 МГц на элементах L3, С20 и R18. Для развязки фильтров использованы эмиттерные повторители на транзисторах VT5, VT6; цепочка R20C21 предназначена для коррекции АЧХ в области верхних частот. Усилитель тока на транзисторах VT7, VT8 обеспечивает работу прибора на нагрузку 75 Ом.
При изготовлении прибора необходимо соблюдать обычные правила ВЧ-техники, т.е. подсоединения к общему проводу должны быть минимальной длины, корпуса кварцевых резонаторов должны иметь контакте общим проводом, конденсатор С6 подсоединяется непосредственно к выводам 8 и 16 микросхемы D2, а С24 — непосредственно к выводам 3 и 1 микросхемы D3. Сердечники катушек индуктивности L1, L2, L3 должны располагаться во взаимно перпенднкулярных плоскостях, либо разделяться металлическими перегородками для ослабления взаимного влияния. Выводы используемых элементов должны быть по возможности короткими для уменьшения паразитных емкостей и индуктивностей.
Для качественной настройки прибора понадобятся осциллограф с полосой пропускания не менее 40 МГц и частотомер на частоту до 10 МГц. Настройка проводится в следующем порядке:
Установить S1 в положение ручной работы (замкнуть), резистор R10 установить в верхнее по схеме положение, резистор R9 — в нижнее, а резистор R24 — в крайне левое. Конденсатор С10 установить в среднее положение, к выходу прибора подключить частотомер и осциллограф. На выходе должен быть синусоидальный сигнал размахом 0,6...0,8 В, частота которого зависит от положения регулятора R8.
Установить регулятором R8 частоту на выходе порядка 10 кГц и регулировкой индуктивностей L1, L2 устранить гармоники ВЧ-сигнала в основном сигнале. Если сигнал на выходе имеет искажения типа ограничения, необходимо увеличить номинал С12. Если амплитуда сигнала слишком мала и не имеет искажений, ее можно увеличить уменьшив С12.
Затем более точно настраивают L1 и L2, подключив осциллограф к эмиттеру VT5 и временно перемкнув на время этой операции коллектор и эмиттер транзистора VT4. При этом основной сигнал исчезает и не мешает настройке.
После этого устанавливается частотный диапазон. В верхнем положении движка резистора RS устанавливается минимальная частота при помощи конденсатора С10, затем в нижнем положении устанавливается максимальная частота 4,5 МГц подбором емкости С9, после этого вновь подстраивается С10. Эти операции проводятся в прогретом состоянии прибора, время прогрева — не менее 5 минут. При помощи С9 верхнюю рабочую частоту прибора можно поднять до 6...7 МГц, но при этом на частотах выше 4,5 МГц будет присутствовать неустранимая паразитная амплитудная модуляция основного сигнала порядка 5% от полной амплитуды сигнала.
Плавно перемещая движок резистора R8 и одну и другую стороны по всему диапазону проверить по осциллографу отсутствие перескоков частоты. Если это наблюдается и не вызвано плохим качеством самого резистора, необходимо увеличить емкость С11 на 0,5...1 пФ и затем вновь подстроить С9, С10.
Переключить S1 в положение качания частоты и установить R8 в верхнее положение. На эмиттере VT3 должно быть пилообразное напряжение частотой 100 Гц и амплитудой примерно равной напряжению питания. При необходимости частота подстраивается подбором R4, а размах амплитуды — подбором R2 или С4.
И наконец, в режиме качания частоты производится регулировка равномерности амплитуды выходного сигнала при помощи подстройки L3 и, при необходимости, подбором С21.
В генераторе использованы постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы С8, С23 — типа К50-6, подстроечный конденсатор C10 — керамический любого типа, остальные — КМ-5 или КМ-6. Резисторы R15, R16 должны быть подобраны с точностью не менее 0,5%, т.к. их равенство определяет симметрию токов балансного смесителя. В случае значительного разброса сопротивлений этих резисторов увеличивается уровень ВЧ-составляющих на выводе 2 микросхемы DA3. Кварцевые резонаторы ZQI и ZQ2 — типа РК-171 или любого другого, имеющие металлический корпус. Если отсутствуют резонаторы на 18 МГц, их можно заменить парой одинаковых резонаторов, частота которых находится в пределах от 14 до 24 МГц, но при этом следует учесть, что фильтры L1С и L2C должны быть настроены на первую и вторую гармоники этой частоты соответственно. Транзисторы КТ3102Е. КТ315Г, КТ361Г можно заменить на аналогичные с любыми буквенными индексами. Катушки индуктивности L1, L2, L3 намотаны внавал проводом ПЭЛШО-0,1 на каркасах от катушек 2L1 модуля цветности MЦ-2 телевизора 2УСТЦ и имеют 23, 16 и 25 витков соответственно, они снабжены подстроенными сердечниками М100НН-2ПС2.8х12. Переменные резисторы R8, R9, R10, R24 — любого типа непроволочные, лучше использовать многооборотные, это значительно повысит точность установки частоты. Переключатель S1 — типа П2К. Для питания прибора необходимо использовать источник с высоким коэффициентом стабилизации напряжения, например, в качестве стабилизатора можно применить микросхему КР142ЕН5Г, которая имеет номинальное выходное напряжение 6 В.
Этот прибор удобно использовать совместно с частотомером, но можно производить измерение частоты грубо при помощи осциллографа. Для работы с генератором в режиме качания частоты выполняются действия в следующей последовательности:
1. Переключателем S1 установить режим ручной перестройки частоты.
2. Резисторы R8 и R9 установить в верхнее по схеме положение.
3. Резистором R10 выбрать нижний предел частоты качания.
4. Резистором R9 выбрать верхний предел частоты качания.
5. Переключателем S1 установить режим качания частоты.
Для точной установки частоты и ее плавной регулировки резистором R8 при работе и режиме ручной перестройки частоты необходимо выполнить указанную выше последовательность действий, за исключением пункта 5.
Источник: Е.Коновалов, журнал "Радиолюбитель". Схемы и статьи публикуются с разрешения редакции журнала.
Похожие материалы:
|
