generator znaczników w.cz..pdf

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Generator znaczników w.cz.

Urz¹dzenie, ktÛre

prezentujemy w†artykule jest

niezbÍdne do kalibrowania

i†strojenia odbiornikÛw

radiowych, a†takøe

generatorÛw sygna³owych.

Kaødy, kto zajmuje siÍ konstru-

owaniem radioodbiornikÛw i†zwi¹-

zanego z†nimi wyposaøenia, prÍ-

dzej czy pÛüniej odczuje potrzebÍ

zastosowania jakichú przyrz¹dÛw

do utworzenia dok³adnie skalibro-

wanej skali.

MoøliwoúÊ niezawodnego usta-

wienia pokrÍt³a strojenia na pew-

ne szczegÛlne czÍstotliwoúci jest

czÍsto po³ow¹ sukcesu przy wy-

szukiwaniu s³abych nadajnikÛw

i†znacznie zwiÍksza przyjemnoúÊ

korzystania z†kaødego odbiornika.

Opisany tu kalibrator wykorzystuje

rezonator kwarcowy do okreúlenia

i†utrzymania sta³ej czÍstotliwoúci

oscylatora, bÍd¹cego ürÛd³em syg-

na³Ûw znacznikÛw.

Wczeúniejsze przyrz¹dy tego

rodzaju zawiera³y czÍsto dwa re-

zonatory kwarcowe: jeden dostro-

jony do rezonansu na 1MHz,

a†drugi na 100kHz, ktÛrych czÍs-

totliwoúci podstawowe i†harmo-

niczne s³uøy³y do kalibracji od-

biornikÛw i†w†urz¹dzeniach testu-

j¹cych do i†ponad 30MHz.

RozwÛj uk³adÛw scalonych,

a†w†szczegÛlnoúci produkcja sca-

lonych licznikÛw binarnych i†dzie-

siÍtnych, umoøliwi³ stosowanie

tylko jednego kwarcu dostrojone-

go do rezonansu przy wyøszej

czÍstotliwoúci (czÍsto 2†lub 4MHz)

i†podzia³ tej czÍstotliwoúci dla

uzyskania znacznikÛw dla fal d³u-

gich i†úrednich i†dok³adnego po-

dzia³u skali.

Przy prÛbach skalibrowania

skali odbiornika krÛtkofalowego

za poúrednictwem tylko wzorco-

wego kwarcu moøe siÍ pojawiÊ

trudnoúÊ identyfikacji poszcze-

gÛlnych harmonicznych czÍstot-

liwoúci podstawowej 1MHz. Jeúli

zastosuje siÍ kwarc 4MHz, sytu-

acja staje siÍ znacznie ³atwiejsza,

ale niejednoznacznoúÊ ci¹gle mo-

øe wyst¹piÊ w†miarÍ przesuwa-

nia siÍ w†wyøsze zakresy widma

HF.

Aby tego unikn¹Ê, opisane tu

urz¹dzenie zosta³o skonstruowane

w oparciu o kwarc 8MHz. Przy

harmonicznych na 16, 24 i†32

MHz, w†pasmach HF pojawiaj¹

siÍ wzglÍdnie jednoznaczne znacz-

niki. £atwiejsza jest wÛwczas ka-

libracja w†gÛrÍ i†w†dÛ³ od nich,

sygna³ami o†mniejszych czÍstotli-

woúciach, wytworzonych poprzez

podzia³ czÍstotliwoúci podstawo-

wej kwarcu.

Elektronika Praktyczna 8/99

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

WiÍkszoúÊ znacznikÛw kwarco-

wych nie ma moøliwoúci modu-

lacji sygna³u. Wysokiej jakoúci od-

biorniki zawieraj¹ce BFO (ang.

Beat Frequency Oscillator - oscy-

lator czÍstotliwoúci zdudnieÒ) mo-

g¹ wytworzyÊ s³yszalny ton z†nie

modulowanej noúnej, ale w†lokal-

nych superheterodynach nie bÍ-

dzie wyraünie s³yszalnej wskazÛw-

ki, øe nast¹pi³o dostrojenie do

sygna³u znacznika. Jak na ironiÍ,

s³uchacze czÍsto usi³uj¹ uzyskaÊ

jak najwiÍcej ze swoich prostszych

odbiornikÛw, ktÛrych najwiÍksz¹

potrzeb¹ jest jakiú sposÛb polep-

szenia dok³adnoúci strojenia. Zgod-

nie z†tym wprowadzono w†urz¹-

dzeniu opcjonalnie moøliwoúÊ mo-

dulacji sygna³Ûw znacznika.

Buforowane wejúcie oscylatora

jest po³¹czone z†wejúciem zegaro-

wym przerzutnika bistabilnego

(IC1). Uk³ad ten zmienia naprze-

miennie swÛj stan, dziel¹c czÍs-

totliwoúÊ oscylatora kwarcowego

przez dwa. Sygna³ znacznika 4MHz

na wyprowadzeniu 1 jest podawa-

ny do drugiego wejúcia zegarowe-

go, a†na wyprowadzeniu 13 poja-

wia siÍ sygna³ 2MHz. Proces ten

jest powtarzany w†IC2 do wytwo-

rzenia znacznikÛw 1MHz i†500kHz.

Sygna³ 1MHz jest podawany

do wyjúcia zegarowego podwÛjne-

go licznika dziesiÍtnego (IC3).

Pierwszy stopieÒ tego uk³adu dzie-

li sygna³ wejúciowy 1MHz przez

10 dla uzyskania 100kHz. Sygna³

ten w†drugim stopniu jest dalej

dzielony przez 10 dla utworzenia

znacznikÛw 10kHz.

Przy kalibrowaniu skal dla fal

d³ugich, úrednich i†krÛtkich od-

biornika przydaj¹ siÍ znaczniki

50kHz i†25 kHz. Dla ich uzyska-

Opis urz¹dzenia

Schemat ideowy urz¹dzenia

jest przedstawiony na rys. 1 .

Konstrukcja opiera siÍ na tanim

uk³adzie logicznym CMOS. Nie-

drogi rezonator kwarcowy 8MHz

okreúla czÍstotliwoúÊ podstawow¹

oscylacji o†wysokim stopniu do-

k³adnoúci i†stabilnoúci.

Uk³ad IC5 zawiera cztery dwu-

wejúciowe bramki NOR. Zwarcie

wejúÊ kaødej z†bramek tworzy czte-

ry odwracaj¹ce stopnie wzmacnia-

cza. Jeden z†nich, IC5a, s³uøy jako

oscylator w.cz. o†czÍstotliwoúci os-

cylacji okreúlonej przez kwarc X1.

W†tym uk³adzie kwarc przedstawia

sob¹ reaktancjÍ indukcyjn¹ na czÍs-

totliwoúci roboczej i†rezonuje z†kon-

densatorami obci¹øaj¹cymi C1 i†C2.

C2 jest regulowany i†czÍstotliwoúÊ

oscylacji, poprzez porÛwnanie z†ze-

wnÍtrznym wzorcem,

moøna ustawiÊ dok³ad-

nie na 8MHz. Sta³opr¹-

dowe ujemne sprzÍøenie

zwrotne, wprowadzone

przez R1, stabilizuje wa-

runki pracy stopnia,

a†IC5b buforuje wyjúcie.

Bramki IC5c i†IC5d

s¹ po³¹czone w†uk³ad

oscylatora R-C, o†war-

toúciach elementÛw R5,

R6 i†C5 dobranych tak,

by zapewni³y czÍstotli-

woúÊ oscylacji w†przy-

bliøeniu 1kHz. Ten

sygna³ akustyczny s³uøy

do modulowania

sygna³u wyjúciowego

w.cz. generatora znacz-

nikÛw.

Rys. 1. Schemat elektryczny generatora znaczników w.cz.

Elektronika Praktyczna 8/99

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

go lub niedrogiego zasilacza sie-

ciowego 12VDC.

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów.

Montaø

Z†wyj¹tkiem prze³¹cznika S1,

wszystkie podzespo³y s¹ monto-

wane na p³ytce drukowanej. Na

rys. 2 przedstawiono rozmieszcze-

nie elementÛw, a†na rys. 3 mo-

zaikÍ úcieøek miedzi.

Przedstawiona p³ytka nie jest

dostÍpna jako gotowy wyrÛb.

Chociaø uk³ady CMOS s¹ wy-

posaøone w†diody zabezpieczaj¹ce,

mog¹ one nie zapobiec wszystkim

moøliwym uszkodzeniom, a†wiÍc

przy rozpakowywaniu i†montowa-

niu naleøy przedsiÍwzi¹Ê odpo-

wiednie úrodki ostroønoúci zabez-

pieczaj¹ce przed ³adunkami elek-

trostatycznymi (ESD). Naleøy pra-

cowaÊ na uziemionej macie sto³u

laboratoryjnego i†nigdy nie wk³adaÊ

ani nie wyjmowaÊ uk³adÛw i nie

pracowaÊ na p³ytce drukowanej

przy w³¹czonym zasilaniu.

Zosta³y wmontowane podstaw-

ki uk³adÛw scalonych dla umoø-

Rys. 3. Mozaika ścieżek płytki drukowanej.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 10M

nia wyjúcie uk³adu IC3a jest po-

³¹czone z†wejúciem podwÛjnego

przerzutnika bistabilnego IC4.

Tranzystor T1 dzia³a jako mo-

dulator. W†uk³adzie wtÛrnika emi-

terowego jego baza ma umiarko-

wanie wysok¹ impedancjÍ dla

sygna³u pochodz¹cego z†uk³adÛw

scalonych dzielnika, co umoøli-

wia wybÛr wymaganego znacznika

prze³¹cznikiem obrotowym S2.

Niskoimpedancyjne wyjúcie syg-

na³u zmodulowanego tworz¹ re-

zystancje wtÛrnika emiterowego

R2 i R3. Gniazdo K2 dostarcza

wzglÍdnie niskiego poziomu na-

piÍcia wyjúciowego (20 - 50mV),

ktÛre przy sprzÍøeniu bezpoúred-

nim (zamiast indukcyjnego) moøe

byÊ bardziej bezpieczne dla wej-

úcia odbiornika.

W†uk³adach CMOS czas propa-

gacji sygna³u (czas do zmiany na

wyjúciu w†odpowiedzi na zmianÍ

stanu na wejúciu) zaleøy w†szcze-

gÛlnoúci od napiÍcia zasilania.

Uk³ady IC5 i†IC1, umieszczone na

pocz¹tku ³aÒcucha dzielnikÛw,

pracuj¹ naprawdÍ blisko swojej

maksymalnej czÍstotliwoúci zega-

rowej, a†dla ich niezawodnej pra-

cy najniøszym napiÍciem zasilania

jest 12V.

Aczkolwiek oscylatory kwarco-

we s¹ znane ze swojej stabilnoúci,

ich czÍstotliwoúÊ pracy zmienia

siÍ (w†pewnym niewielkim stop-

niu) przy zmianach napiÍcia za-

silania wzmacniacza. St¹d stabi-

lizacja napiÍcia zasilania poprawi

parametry urz¹dzenia. Dlatego na-

piÍcie zasilania pochodzi z†dwu

9-woltowych baterii PP3 po³¹czo-

nych szeregowo dla uzyskania

nominalnego napiÍcia zasilania

18V, obniøanego do wymaganych

12V i†zarazem stabilizowanego

przez IC6. Kondensator boczniku-

j¹cy C12 zwiera do szyny masy

wszystkie szumy elektryczne wy-

twarzane przez stabilizator.

WydajnoúÊ pr¹dowa úwieøych

baterii mieúci siÍ w†pobliøu 35mA

i†maleje do oko³o 25mA, gdy

dobiega koÒca okres ich przydat-

noúci. Mimo øe sprzÍt tego rodza-

ju nie stawia bateriom PP3 nad-

miernych wymagaÒ pr¹dowych, to

zwykle pracuje on przez d³uøsze

okresy i†dlatego w†prototypie prze-

widziano moøliwoúÊ zasilania

urz¹dzenia ze sto³u laboratoryjne-

R2: 3,3k

Ω

R4: 3,9k

Ω

R6: 390k

Ω

Kondensatory

C1: 22pF

C2: 22pF, trymer

C3, C4: 1nF

C5: 1nF

C6, C7, C8, C10, C11, C13, C14:

100nF

C9: 100

F/25V, stojący

Półprzewodniki

D1: 1N4148

T1: BC550

IC1, IC2, IC4: 4013

IC3: 4518

IC5: 4001

IC6: 7812

Różne

X1: kwarc 8MHz

K1, K2: gniazda “cinch”, kątowe,

do druku

S1: wyłącznik “on/off”

S2: 12−drożny, 1−biegunowy

przełącznik obrotowy, do druku

K3: 2 końcowki lutownicze

Elektronika Praktyczna 8/99

R3: 33

R5: 1M

C12: 22

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

liwienia szybkiego sprawdzenia

przez wymianÍ (dla tego rodzaju

uk³adÛw scalonych nie jest ni-

czym dziwnym uszkodzenie przy

wy³¹czeniu zasilania) i†dla zmini-

malizowania moøliwoúci uszko-

dzenia w†trakcie instalowania.

ìwci¹gniÍciaî kwarcu dok³adnie

na tÍ czÍstotliwoúÊ.

Jeúli do ustawienia kalibratora

zamierzasz uøyÊ radioodbiornika,

dostrÛj go do odpowiedniej stacji,

np. Deutsche Welle (w†Niemczech

nadajnik 500kW na 6MHz). Do-

prowadü do odbiornika czÍstotli-

woúÊ moøliwie najwyøszego znacz-

nika i†reguluj C2 do uzyskania

zdudnienia z†nadajnikiem.

W†miarÍ przybliøania siÍ oby-

dwu czÍstotliwoúci, wysokoúÊ to-

nu akustycznego emitowanego

przez odbiornik bÍdzie maleÊ do

powolnego falowania i†w†koÒcu

zaniknie (zdudnienie), gdy harmo-

niczna czÍstotliwoúci znacznika

dok³adnie dopasuje siÍ do czÍs-

totliwoúci odleg³ego nadajnika.

Znacznik 1MHz powinien byÊ,

oczywiúcie, zastosowany w†przy-

padku nadajnika o†nieparzystej

liczbie MHz, ale dla niemieckiego

nadajnika pracuj¹cego na 6MHz

moøna uøyÊ 2MHz.

Do po³¹czenia wyjúcia genera-

tora znacznikÛw z†kalibrowanym

urz¹dzeniem moøna zastosowaÊ

krÛtki odcinek przewodu ekrano-

wanego z†gniazda K2, ale odcinek

pojedynczego przewodu izolowa-

nego z†gniazda K1, u³oøony w†po-

bliøu anteny odbiornika zwykle

jest tym, czego potrzeba do za-

pewnienia odpowiedniego pozio-

mu sygna³u. Zawsze stosuj moø-

liwie jak najmniejsze poziomy dla

zminimalizowania pasoøytniczych

odpowiedzi wewn¹trz odbiornika.

PamiÍtaj, øe superheterodyny ge-

neruj¹ czÍstotliwoúci lustrzane od-

bieranego sygna³u, z†ktÛrych naj-

bardziej k³opotliwe s¹ te roz-

mieszczone w†odleg³oúci dwukrot-

noúci czÍstotliwoúci poúredniej od-

biornika od czÍstotliwoúci nadaj-

nika.

Jeúli odbiornik jest typu komu-

nikacyjnego, prze³¹cz go na BFO

i†dostrajaj do zera dudnieÒ z†nie

modulowanym znacznikiem. Tech-

niki tej moøesz rÛwnieø uøyÊ do

kalibracji prostych odbiornikÛw

reakcyjnych. Jeúli odbiornik jest

z†lokaln¹ superheterodyn¹ lub od-

biornikiem TRF (ang. Tuned Radio

Frequency - ze wzmocnieniem

bezpoúrednim) bez reakcji, sygna³

znacznika musi byÊ zmodulowany

dla wytworzenia s³yszalnego tonu.

Harmoniczne wszystkich znacz-

nikÛw s¹ roz³oøone (w†gÛrÍ) przez

ca³e widmo w.cz. B³Ídu niejed-

noznacznoúci moøna wiÍc unik-

n¹Ê, jeúli na pocz¹tku procesu

kalibracji zastosujemy moøliwie

najwiÍksz¹ czÍstotliwoúÊ znaczni-

ka, np. zaczynaj¹c w†paúmie fal

úrednich od wprowadzenia znacz-

nika 1MHz (pasmo to nie rozci¹ga

siÍ dostatecznie wysoko, by po-

mieúciÊ jego harmoniczn¹ 2MHz),

a†w pasmie fal krÛtkich zacznie-

my od znacznikÛw 4†lub 8MHz.

Gdy te punkty odniesienia zo-

stan¹ ustalone, posuwaj siÍ dalej

od nich, stosuj¹c znacznik o†niø-

szej czÍstotliwoúci. Na falach úred-

nich odpowiedni bÍdzie 100kHz,

a†nastÍpnie 50 i†25kHz w†celu

dalszego podzia³u skali. Jeúli ska-

la jest d³uga, zamiast 25kHz moø-

na podaÊ 10kHz dla uzyskania

dok³adniejszej kalibracji.

Kalibratora moøna, oczywiúcie,

uøyÊ do sprawdzenia dok³adnoúci

dostrojenia odbiornika (o†s³abo lub

üle skalibrowanej skali) do czÍstot-

liwoúci poszczegÛlnych nadajnikÛw.

Projektował Raymond Haigh

[990047−1]

Testowanie

Dobrym pomys³em jest spraw-

dzenie funkcjonowania urz¹dze-

nia przed ostatecznym zamkniÍ-

ciem go w†obudowie.

Przede wszystkim sprawdü

p³ytkÍ drukowan¹ pod k¹tem wad-

liwych punktÛw lutowniczych

i†zwarÊ pomiÍdzy úcieøkami mie-

dzi. Sprawdü orientacjÍ uk³adÛw

scalonych i†innych pÛ³przewodni-

kÛw, w†szczegÛlnoúci uk³adu sta-

bilizatora napiÍcia - gdyby zosta³

wmontowany nieprawid³owo, na

uk³adach CMOS mog³oby siÍ po-

jawiÊ pe³ne napiÍcie zasilaj¹ce.

Po³¹cz urz¹dzenie z†bateriami

lub zasilaczem sto³u laboratoryj-

nego. PobÛr pr¹du przy zasilaniu

18V powinien wynosiÊ oko³o

35mA. Sprawdü czy napiÍcie wyj-

úciowe stabilizatora jest rÛwne

12V.

Jeúli dysponujesz miernikiem

czÍstotliwoúci lub oscyloskopem,

uøyj ich do sprawdzenia czÍsto-

tliwoúci z†rÛønych zakresÛw. Jeúli

nie, uøyj odbiornika radiowego,

by upewniÊ siÍ, øe uk³ad dzia³a

(wskazÛwki odnoúnie wprowadza-

nia sygna³u do odbiornika znaj-

dziesz dalej).

Regulacja i†eksploatacja

Jeúli dysponujesz dok³adnym

miernikiem czÍstotliwoúci, wpro-

wadü znacznik 8MHz (z wy³¹czo-

n¹ modulacj¹) i†reguluj C2 aø do

Elektronika Praktyczna 8/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: