Забезпечення стабільності частоти гетеродинов аматорських приймально-передавальних пристроїв завжди було актуальною проблемою. Особливо зросли вимоги до цього параметром з появою цифрових видів зв'язку. Аматорські розробки цифрових синтезаторів частоти, повністю вирішують проблему стабільності частоти, не отримали поки широкого поширення із-за їх відносної складності. Разом з тим існують і більш доступні варіанти рішення цієї задачі. Про одного з них розповідає автор пропонованої статті.
Пристрій цифрової автопідстроювання частоти (ЦАПЧ) призначене дпя використання спільно з універсальною цифровою шкалою (ЦШ), опис якої було наведено в [1]. Застосування ЦАПЧ дозволяє значно поліпшити стабільність частоти налаштування трансивера.
Схема ЦАПЧ наведена іа малюнку. Перебудова частоти ЦПД, який доповнено таким пристроєм, буде дискретною з кроком 50 або 100 Гц у залежності від її підключення до попереднього дільнику на DD2, DD3 цифрової шкали.
Роботу схеми, з кроком перебудови 100 Гц, у спрощеній формі можна уявити так. Якщо значення молодших розрядів (герці) вимірюваної частоти лежить в інтервалі 0...49 Гц, то по закінченні часу рахунки на виході попереднього дільника (висновок 8 DD3.2) рівень лог. 0. При подальшому підвищенні частоти на виході дільника з'являється лог. 1. Це властивість і використовується в роботі системи ЦАПЧ. Даний принцип не є новим. Він застосовувався раніше в інших конструкціях, наприклад, в [2].
Розглянемо випадок, коли частота "пливе вгору". При підвищенні частоти гетеродина трансивера, коли молодші розряди значення частоти потрапляють в діапазон 50...99 Гц, після закінчення часу рахунки на виході попереднього дільника ЦШ з'явиться рівень лог. 1. Тригер DD1.2 схеми ЦАПЧ зафіксує цей рівень і на виводі 1 також з'явиться лог. 1. Напруга високого рівня відкриє транзисторний ключ VT1, що призведе до поступового розряду інтегруючої ємності С2. Напруга на варикапе підстроювання частоти гетеродина зменшиться, і частота ЦПД починає знижуватися до тих пір, поки не з'явиться рівень лог. 0 на виводі 1 тригера DD1.2 вузли ЦАПЧ. Лог.0 на цьому висновку закриває транзисторний ключ, і напруга на інтегруючої ємності і варикапе буде поступово підвищуватися. Частота ЦПД також почне підвищуватися.
З опису принципу дії системи видно, що вона працює при постійному зміні частоти - "пульсації", які будуть тим менше, чим менше швидкість зміни частоти під впливом системи ЦАПЧ (в межі швидкості ЦАПЧ і власного відходу частоти ЦПД зрівняються). У цьому випадку зменшувати швидкість зміни частоти можна, або збільшивши місткість інтегруючого конденсатора С2, або збільшенням номіналу резистора R4. При цьому треба стежити за тим, щоб вона завжди перевищувала швидкість відходу частоти самого ЦПД, інакше система виявиться ЦАПЧ непрацездатною (не буде захоплення і утримання частоти).
Напруга на інтегруючої ємності G2 може приймати значення від 0 до (0,7...0,9)Uжив (верхній і нижній межі залежать від співвідношення номіналів резисторів R4-R6). В залежності від того, куди пливе час-тота", напруга буде поступово зменшуватися або збільшуватися в зазначеному діапазоні, утримуючи частоту ЦПД. Діапазон перебудови частоти ЦПД при зміні напруги на конденсаторі С2 (в зазначених раннє межах) є смуга утримання ЦАПЧ.
Якщо ви проаналізуєте роботу ЦАПЧ у випадку, коли частота "пливе вниз", то переконайтеся, що вона працює аналогічно.
Для введення системи ЦАПЧ в ГПД трансивера необхідно виконати ряд умов.
1. Частота гетеродина повинна подаватися на вхід f1 (висновок 1 DD1) ЦШ.
2. Розлад частоти ЦПД повинна бути не менше ±3,5 кГц.
3. Власний відхід частоти ЦПД не повинен перевищувати 200...300 Гц за 5...10 хв.
Так як протікають процеси дуже повільні, робота ЦАПЧ не збільшує рівень шуму ГПД і не погіршує електричні параметри трансивера.
Розлад ЦПД зменшується при введенні ЦАПЧ приблизно в 1,5...2 рази. Якщо її збереження принципово, то перед підключенням ЦАПЧ треба збільшити "розтягують" ємності в ланцюзі варикапа.
При включеній розладі "набігає" помилка у встановленні вихідної частоти, що є неминучим наслідком простоти даної системи. Тому в режимі включеною расстройки необхідно контролювати частоту по ЦШ. Зсув частоти відбувається епізодично без всякого контролю, але стає малоймовірним при невеликий розладі - 200...300 Гц. Реально досяжні "пульсації" частоти ЦПД - 3...5 Гц, що в більшості випадків цілком прийнятно.
Резистором R4 підбирають постійну часу інтегруючої ланцюга по мінімальним "пульсаціям" частоти при працюючій ЦАПЧ (контролюють за частотомеру в режимі індикації одиниць герц). Від номіналів резисторів R4, R5 і R6 залежать смуга расстройки і ширина смуги утримання ЦАПЧ. Їх підбирають (в межах 1...3 МОм) по необхідній смузі розладу, з одного боку, і по надійному утриманню частоти ЦПД протягом тривалого часу - з іншого боку (контролюють після прогрівання трансивера). При нормальній роботі ЦАПЧ світлодіод HL1 (індикатор роботи системи) повинен мигати з періодом приблизно 4...15 с (залежить від швидкості догляду частоти ЦПД). а частота ЦПД не повинна змінюватися більш ніж на ±5 Гц.
Авторський варіант системи ЦАПЧ ГПД має наступні характеристики: число використовуваних входів цифрової шкали - 2; смуга расстройки ЦПД після установки - ±2 кГц (до установки ЦАПЧ - ±3.5 кГц); початковий вибіг частоти гетеродина ± 1 кГц (в залежності від діапазону): частота стабілізується через 5...10 мім прогрівання трансивера; крок перебудови частоти ЦПД - 50 Гц (вхід D тригера DD1.2 системи ЦАПЧ підключений до виходу 5 DD3.1 шкали).
Система ЦАПЧ працює постійно (без відключення). Помилка при встановленні вихідної частоти при включеній розладі приблизно 100 Гц на кожні 5 - 10 включень "прийом-передача". При розладі 200...300 Гц помилка б установці частоти малоймовірна.
Поправка. Верхній за схемою вивід резистора R6 (див. малюнок) повинен підключатися до ланцюга расстройки ЦПД, а нижній - до варикапу підстроювання ЦПД.
Література
Автор: Р. Лаврентьєв (UR4QDF)