Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2012
James B Wood, США
EDN
Аппаратный синтезатор частот можно сделать на одной недорогой специализированной микросхеме и нескольких пассивных компонентах. Но такие микросхемы не всегда доступны, так как не взаимозаменяемы у различных производителей и часто отсутствуют на складах дистрибьюторов. Предлагаемая схема возникла в ответ на возникшую однажды необходимость в кратчайшие сроки создать подобное устройство. Синтезатор покрывает американский коммерческий радиовещательный диапазон АМ. Он настраивается в диапазоне от 500 до 1800 кГц с шагом 10 кГц.
Времязадающим элементом ФАПЧ (схемы фазовой автоподстройки частоты) является 100-килогерцовый низкочастотный кварцевый резонатор с пьезоэлементом камертонного типа, подобный тем, которые используются в часах. Можно использовать и более распространенные кварцевые резонаторы, но тогда потребуются дополнительные каскады деления частоты. Обратите внимание, что если вы попытаетесь использовать кварцевые генераторы на КМОП логических элементах, они будут источником сильного джиттера, или не запустятся вовсе. Лучше всего в этой схеме работает генератор Франклина, подобный тому, который сделан на транзисторах Q3 и Q4 (Рисунок 1). Такое же решение хорошо подходит и для ГУН (генератора, управляемого напряжением).
.gif) |
|
| Рисунок 1. | Синтезатор для радиовещательного диапазона АМ сделан на микросхемах общего применения. |
Чтобы из опорной частоты 100 кГц получить 10 кГц для ФАПЧ, использована половина сдвоенного декадного счетчика 74HC390 (IC4A). Последовательность симметричных прямоугольных импульсов частотой 10 кГц поступает с выхода счетчика на один из входов фазового компаратора IC3, а также на утроитель напряжения, образованный диодами D12 … D15 и соответствующим конденсаторами, на выходе которого формируется напряжение порядка 12 В, необходимое для смещения варикапа D1, устанавливающего частоту ГУН.
Частота ГУН, сделанного на транзисторах Q1 и Q2, вдвое превышает требуемую выходную частоту. Варикап и индуктивность образуют перестраиваемый резонансный контур. Подойдет любой варикап, применяемый для настройки АМ приемников. У варикапа, использованного в схеме, емкость изменяется от 500 пФ при обратном смещении 25 В до 25 пФ при смещении 12 В. Микросхема IC1A делит частоту резонансного контура на 2, чтобы получить последовательность симметричных прямоугольных импульсов.
Дальнейшее деление частоты ГУН до частоты ФАПЧ происходит в микросхеме восьмикаскадного двоичного счетчика IC2, который сбрасывает себя в ноль каждый раз по достижении запрограммированного значения. Для программирования делителя частоты используется DIP переключатель S1. Диоды D2 … D9 выполняют необходимую логическую функцию «И».
Для установки частоты синтезатора, прежде всего, рассчитайте требуемый коэффициент деления. Если на выходе нужно установить, например, 1140 кГц, частоту ГУН следует поделить на 114, чтобы частота ФАПЧ стала равной 10 кГц. Для этого в S1 надо замкнуть переключатели 64, 32, 16 и 2, так как 114 = 64 + 32 + 16 + 2.
Компаратор ФАПЧ представляет собой частотно-фазовый детектор с тремя состояниями выхода [1]. Когда поделенная частота ГУН превышает 10 кГц, на выходе Q микросхемы IC3B устанавливается высокий уровень напряжения, а на выходе Q микросхемы IC3A присутствуют импульсы с частотой 10 кГц. В результате открывается транзистор Q6 и смещает в обратном направлении диод D16, переводя выход компаратора в высокоимпедансное состояние относительно шины 12 В. Затем конденсатор петлевого фильтра C2 разряжается через R15 и Q5.
Если поделенная частота ГУН меньше частоты ФАПЧ, на выходе Q микросхемы IC3A установится низкий уровень напряжения, транзистор Q5 выключится, и выход компаратора будет иметь высокий импеданс относительно земли. Теперь Q6 периодически открывается и закрывается, давая возможность конденсатору C2 заряжаться через D15 и R16. При захвате частоты ФАПЧ транзистор Q5 выключается, а Q6 включается, за исключением коротких отрезков времени прохождения импульсов на частоте ФАПЧ, свидетельствующих о нормальной работе схемы.
Ссылки
- Shahriary, I, G Des Brisay, S Avery, and P Gibsan, “GaAs Monolithic Phase/Frequency Discriminator,” IEEE GaAs Symposium, 1985, pg 183.
