В последнее время в печати появилось не мало синтезаторов для аппаратуры диапазона 144 МГц. Предлагаемый в этой статье вариант синтезатора интересен тем, что в нем применена недорогая микросхема-синтезатор LM7001J, используемая в бытовых радиоприемных устройствах.
Синтезатор предназначен для работы в приемопередающих устройствах ЧМ с промежуточной частотой 10,7 МГц. Он обеспечивает формирование сигнала с частотой 133,3... 135,3 МГц в режиме приема и 144... 146 МГц в режиме передачи с шагом сетки частот 25 кГц. В нем предусмотрена возможность сканирования в режиме приема во всем диапазоне рабочих частот. Синтезатор имеет энергонезависимую память на три пользовательские частоты. В ней также "зашиты" 9 репитерных каналов (RO—R8). В режиме передачи в синтезаторе осуществляется частотная модуляция ВЧ сигнала. Питают синтезатор напряжением 8... 15 В. Ток потребления — не более 50 мА. Уровень высокочастотного сигнала на его выходе при нагрузке 50 Ом составляет не менее 0,1 В.
Работа синтезатора
При подаче напряжения питания синтезатор сразу начинает работать на частоте, записанной в 1-й ячейке памяти. Пока напряжение питания ниже 4,2В, на выводе 1 (RES) микроконтроллера DD1 будет уровень логического нуля, сформированный микросхемой-супервизором DA1, которая формирует сигнал сброса. По достижении данного значения уровень скачкообразно изменится на "1". Это исключает искажение информации ОЗУ, возникающее при плавном нарастании напряжения питания. На индикаторе HG1 отображается частота, на которой синтезатор будет работать в режиме передачи. Для перехода на частоту, записанную в одной из ячеек памяти, необходимо нажать на соответствующую кнопку "1"—"3" (S1 — S3). Каждое нажатие на кнопку "UP" или "DM" (S6 и S7) приводит к смещению рабочей частоты соответственно вверх или вниз на 25 кГц. При нажатии на кнопку "SCAN" (S5) включается режим сканирования во всем диапазоне рабочих частот. При появлении в канале несущей сканирование приостанавливается и возобновляется через несколько секунд после ее пропадания. Сигналом остановки сканирования служит уровень логического нуля, подаваемый на вывод "SCAN" синтезатора. Для выхода из режима сканирования достаточно нажать на одну из кнопок "UP", "DN", "SCAN".
При нажатии на кнопку "REP" (S4) 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). Сканирование в репитерном режиме не предусмотрено. Выход из данного режима производится повторным нажатием на кнопку "REP". Для записи частоты в ячейку памяти необходимо набрать на индикаторе значение частоты, нажать кнопку с номером ячейки и, не отпуская ее, нажать кнопку "REP". При выключении питания информация, записанная в ячейках памяти, сохраняется.
Принцип действия
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 диапазона 2 метра. Более подробно об этой микросхеме можно узнать из [3] или в Интернете на сайтах с технической информацией (например, на [4]).
Электрическая принципиальная схема синтезатора приведена на рис.1.
Управление микросхемой синтезатора осуществляется с помощью микроконтроллера DD1 AT90S1200. Этот тип контроллера выбран автором как один из самых дешевых на рынке. Индикация частоты производится с помощью ЖКИ индикатора, применяемого в импортных телефонах и АОНах. Микроконтроллер DD1 при нажатии клавиш обрабатывает команды, выдает данные в индикатор и управляет работой синтезатора DA2 по трехпроводной шине (выводы 6, 7, 8 DD1). Он тактируется от внутреннего генератора DA2, работающего на частоте 7,2 МГц. Для перевода синтезатора в режим передачи необходимо подать нулевой логический уровень на вывод "ТХ" синтезатора.
Генератор управляющего напряжения (ГУН) собран на транзисторе VT3 по схеме "емкостной трехточки". В качестве элемента перестройки частоты используется варикап VD5.Катушка индуктивности ГУН состоит из двух частей. В режиме приема "работают" обе части катушки, при передаче — только одна (большая) часть. Открытые стоки трех ключей (ВО1 — ВОЗ) на полевых транзисторах, входящих в состав микросхемы LM7001, подключены к ее выводам 7—9 . Состояние этих ключей изменяется при изменении соответствующих битов управления. Микросхема программируется так, что во время приема ключ ВО2 закрыт, а ВОЗ — открыт. При этом диод VD4 закрыт и катушка L1 полностью включена. При переходе в режим передачи ключ В02 открывается, ВОЗ — закрывается, открывается диод VD4 и емкость 07 заземляет по переменному току меньшую часть катушки. Буферный каскад сигнала ГУН собран на транзисторе VT4.
Составной каскад, собранный на транзисторах VT1 и VT2, выполняет роль инвертирующего усилителя сигнала ошибки ФАПЧ и активного фильтра.
Рис.2.
В режиме передачи сигнал синтезатора модулируется по частоте речевым сигналом, подаваемым на вход "MOD" синтезатора. Уровень частотной девиации выходного сигнала зависит от амплитуды речевого. Амплитуда речевого сигнала должна быть такой, чтобы обеспечить девиацию выходного сигнала в необходимых пределах. Ее величину целесообразно подбирать уже в собранной радиостанции. Качество передаваемого сигнала можно оценить с помощью близкорасположенного контрольного приемника. Напряжение питания индикатора HG1 (1,5 В) снимают с делителя R1VD1 — VD3. Для согласования уровней логических сигналов, подаваемых на индикатор, используют резистивные делители R2 — R5.
Конструкция и детали
Вся конструкция собрана на одной печатной плате размерами 148x50 мм, выполненной из одностороннего текстолита (рис. 2). Чертеж ее трассировки приведен на рис. 3 , а расположение элементов — на рис. 4.
В конструкции использованы постоянные конденсаторы типа К10-17 или КМ. Подстроечный конденсатор СЗ — типа КТ4-23. Электролитические конденсаторы С14 и С15 — типа К50-35.
Рис.3.
Постоянные резисторы — типа С2-23, С1-4. Для перестройки ГУН автор применил имеющиеся у него в наличии варикапы КВ134АТ-9. Вместо них с успехом можно применить любые высокочастотные низковольтные варикапы с начальной емкостью 18—22 пФ. Микросхему-супервизор DA1 можно заменить импортным аналогом PST529D. В качестве индикатора использован десятиразрядный ЖК модуль с контроллером НТ1611 фирмы Holtek. Катушка индуктивности L1 имеет 0,5 и 2,5 витка (считая от "холодного" конца) проводом 0,45 мм на оправке 4 мм. Дроссель L2 намотан на резисторе R24 и содержит 15 витков провода диаметром 0,15 мм.
Настройка
После сборки синтезатора необходимо отпаять верхний (по схеме) вывод резистора R17 и подать на него напряжение + 2,5В от внешнего источника.
Включив синтезатор, его переводят в режим передачи и на выходе “OUT” с помощью частотомера замеряют частоту ГУН.
Рис.4.
Сдвигая и раздвигая витки 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 приема и снова контролируют значение частоты. Изменением формы меньшей части катушки устанавливают частоту, генерируемую ГУН, близкой к 134,8 МГц. По окончании подстройки частоты ГУН витки катушки фиксируют парафином или воском, вывод резистора R17 запаивают в плату. Далее к выходу синтезатора подключают частотомер. Подстройкой СЗ 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.
Программирование микроконтроллера
Для программирования AT90S1200 автор воспользовался программатором PonyProg2000, разработанным Клаудио Ланконелли.
Рис.5.
Последние релизы программного обеспечения, схемы программаторов для различных типов микроконтроллеров и подробную инструкцию по использованию можно найти в [5], также полезную информацию о использовании программатора можно почерпнуть из [1].
Программатор содержит базовый блок, подключаемый к СОМ или LPT порту компьютера, и сменные адаптеры для каждого семейства микроконтроллеров. Однако если предполагается программировать только определенный тип микросхем, например, AT90S1200 и AT90S2313, то можно воспользоваться упрощенным адаптером для СОМ-порта (рис. 5). Данные для программирования микроконтроллера и ОЗУ можно скачать
