Автоматический Band Decoder/Sequencer DN-B10

Автоматический Band Decoder/Sequencer  DN-B10 (rev. 2015) 

Главная задача при изготовлении мощного усилителя – это обеспечение его высокой надежности. Если тщательно не продумать защиты в усилителе, авария может случиться в любой неподходящий момент. Все переключения в усилителе должны быть связаны между собой и происходить по единому алгоритму. Алгоритм исполнения функций обязан учитывать как особенности построения усилителя, так и специфику HAM Radio применения. Немаловажное требование к HAM технике – невысокая стоимость. Band Decoder/Sequencer DN-B10 разработан с учётом этих требований.    

  Автоматический Band Decoder/Sequencer  DN-B10  Автоматический Band Decoder/Sequencer  DN-B10  

Устройство предназначено для автоматического управления переключением режимов RX-TX, LPF фильтров, ATT, BIAS и защит в усилителе.
Может применяться для автоматического выбора любых устройств в соответствии с частотой сигнала, поданного в Band Decoder. Например, для переключения антенн, фильтров, усилителей.
Принцип работы Band Decoder основан на измерении частоты сигнала от передатчика. Для устойчивой работы достаточно высокочастотного напряжения от ~5V. Что соответствует мощности 0.5W на сопротивлении 50OHm.
Управление Band Decoder осуществляет микропроцессор PIC16F648A. Частотомер микропроцессора определяет частоту входного сигнала и включает соответствующий диапазон. Минимальный шаг перестройки частотомера 10kHz.
Границы диапазонов распределены таким образом:

1.0 - 2.5MHz – 160m;
2.51 - 4.0MHz – 80m;
4.01 - 8.0MHz – 40m;
8.01 - 11.0MHz – 30m;
11.01 - 16.0MHz – 20m;
16.01 - 20.0MHz – 17m;
20.01 - 23.0MHz – 15m;
23.01 - 26.0MHz – 12m;
26.01 - 31.0MHz – 10m;
31.01 - 55MHz – 6m;

Sequencer управляет переключением режимов работы RX-TX усилителя.
Для безопасного переключения соблюдается определенная последовательность управляющих сигналов. Алгоритм работы записан в программе микропроцессора.
Последовательность перевода усилителя из режима RX в режим TX такова:

1.Band Decoder включает соответствующий диапазону фильтр в усилителе.
Далее включается Sequencer от сигнала РТТ из трансивера -
2.Измеряется мощность входного сигнала. Если входная мощность превышает мощность, записанную в памяти микропроцессора – он запрещает следующий шаг и останавливает работу. Индикаторы диапазона в этом случае мерцают. Если мощность не превышает записанной мощности в памяти микропроцессора – он разрешает следующий шаг – включение  SequencerSequencer включается от сигнала РТТ из трансивера. 
3.ALC уменьшает мощность трансивера до 0W на 50mS.
4.За время 50mS, пока включена ALCК выходу усилителя подключается антенна. Задержка для включения антенного реле 40mS. 
5.Вход усилителя подключается к трансиверу. Задержка для включения реле 10mS.
6.Подаётся напряжение BIAS.
7.ALC увеличивает мощность трансивера до номинальной.
8.При возвращении трансивера в режим RX, отключается Sequenser и усилитель переводится в режим RX. Band Decoder может работать автономно. Для этого достаточно только подать на него частоту.

Дополнительные функции Band Decoder/Sequencer

Для получения одинаковой мощности по диапазонам, между трансивером и усилителем вводят аттенюатор.
Band Decoder/Sequencer может управлять двумя аттенюаторами.
На любом диапазоне можно выбрать 4 состояния аттенюаторов:

1.Оба АТТ выключены.
2.Включен АТТ №1.
3.Включен АТТ №2.
4.Оба АТТ включены.

Состояния аттенюаторов выбираются на этапе программирования микропроцессора.
В исходной программе принят такой алгоритм включения:

160m, 80m, 40m, 30m – ATT1 on, ATT2 off.
20m, 17m, 15m – ATT2 on, ATT1 off.
12m, 10m, 6m – ATT2, ATT1 off.

Для управления защитами в усилителе может применяться компаратор. Например, для защиты от перегрузки входа усилителя.
Опорное напряжение для компаратора может изменяться в зависимости от диапазона. Для работы компаратора DN-B10 формирует отдельно для каждого диапазона напряжение PWM.
Двумя кнопками «больше-меньше» выбирается требуемый уровень напряжения и сохраняется в памяти микропроцессора.
Кнопку нажать и держать, пока напряжение достигнет требуемого значения. На индикаторах будет указываться уровень напряжения в коде 1-255. Реальное напряжение на контакте PWM будет от 0V до +5V. Значения сохраняются при выключении напряжения питания Band Decoder/Sequencer.

Ниже схематично показано подключение DN-B10 и размеры платы => 

Подключение DN-B10    Плата DN-B10

 

Скриншоты осциллограмм управляющих сигналов

 

R-IN <–> R-OUT

 

R-IN <-> BIAS 

 

 

 ALC <-> R-OUT 

 

 

 ALC <-> BIAS 

 

 

 

Распиновка разъёмов

 

X1

PIN

SIGNAL

DESCRIPTION

1

+12V

Выход +12V. Подключен параллельно контакту +12V X4.

2

160m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

3

80m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

4

40m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

5

30m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

6

20m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

7

17m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

8

15m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

9

12m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

10

10m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

11

6m

Открытый коллектор 74LS145. Ток до 80mA, напряжение до 15V.

12

GND

Земля.

 

 X2 

PIN

SIGNAL

DESCRIPTION

1

ATT1

Управление реле ATT1. TTL выход +5V до 10mA.

2

ATT2

Управление реле ATT2. TTL выход +5V до 10mA.

3

GND

Земля.

4

R-IN

Управление реле IN. TTL выход +5V до 10mA.

5

ALC+12V

Управление мощностью передатчика трансивера. Выход +12V до 100mA.

6

+TX 12V

Напряжение +TX 12V. Выход +12V до 100mA.

7

R-OUT

Управление реле OUT. TTL выход +5V до 10mA.

8

IN PROC

Вход. Внешнее управление ALC+12V и ALC. Подать +5-12V. 

9

ALC

Управление ALC трансивера. Регулируемый выход от 0V до -9V, до 10mA.

10

GND

Земля.

11

ALC+

Управление ALC трансивера. TTL выход +5V до 10mA.

12

PWM

Управление защитой, напряжение от 0V до +5V. Ток нагрузки не более 0,5mA. Rl>10k.

13

PWR

Вход. Отключает управление реле LPF. Подать +5V.

14

BIAS

Напряжение смещения для транзисторов усилителя. Выход +12V до 100mA.

15

PTT

PTT вход. Замкнуть на землю для перевода в режим TX.

16

GND

Земля.

 

 X

PIN

SIGNAL

DESCRIPTION

1

Fin

Вход для измерения частоты. Минимальный уровень ~5V.

2

GND

Земля. Power supply return. Chassis ground.

 

 X4 

PIN

SIGNAL

DESCRIPTION

1

+12V

Напряжение питания от +12VDC до +14VDC. Ток потребления 80mA.

2

GND

Земля. Power supply return. Chassis ground.

 

 

 

Применение Band Decoder/Sequencer.

 

Для питания Band Decoder/Sequencer достаточно стабилизированного напряжения 5V, с током до 80mA. Но для унификации питающего напряжения применен дополнительный стабилизатор DA1 7805. Поэтому напряжение питания может быть не стабилизированным и составлять от +12VDC до +14VDC. Чем выше будет напряжение, тем сильнее будет нагреваться 7805. При повышении напряжения будет увеличиваться мощность, которая рассеивается на DA1. Питание подаётся на разъём X4.

 

Предельное напряжение входной частоты Fin - от ~5V до ~70V. Оптимальное значение напряжение Fin - от ~15V до ~30V. Чувствительность входа Fin регулируется при помощи переменного резистора (trimmer) R23. Чувствительность входа Fin устанавливается по устойчивой работе частотомера на всех диапазонах. Регулировать чувствительность Fin следует с меньших значений мощности. Начинать регулировку при положении подвижного контакта R23 ближе к выводу, соединенному с землёй. Частота подаётся на разъём X3.

 

Чувствительность входа измерителя входной мощности P регулируется при помощи переменного резистора (trimmer) R25.

 

Напряжение ALC для управления трансивером (transceiver) регулируется при помощи переменного резистора (trimmer) R36 в пределах от 0V до -9V.  

 

Для управления реле Low Pass Filters применяется DD6 74LS145D. Предельные параметры одного ключа этой MC – ток до 80mA, напряжение до 15V. Ключ – транзистор с открытым коллектором. Реле LPF должны быть шунтированы диодом от бросков обратного тока. Выходы ключей MC выведены на разъём X1.

 

Особенность DN-B10 в том, что измеряется мощность входного сигнала – Pin. Значения мощности P сохраняются в 10 ячейках памяти микропроцессора отдельно для каждого диапазона. При превышении входной мощности выше сохранённой в ячейке памяти – активируется запрет на следующий шаг программы.  

Чтобы выставить уровень напряжения, нужно войти в меню. Перед включением Band Decoder нажать и держать кнопку SA2. Включить (подать +12V) Band Decoder. На индикаторах появится надпись tU2. Кнопками установить требуемый уровень напряжения. Для сохранения значения одновременно нажать обе кнопки. На индикаторах появится надпись SAF. Теперь при включении каждого диапазона напряжение P будет восстанавливаться до сохраненного в памяти микропроцессора уровня.

Как только входная мощность Pin превысит уровень P в ячейке памяти – активируется запрет программы. Индикация запрета происходит мерцанием цифр диапазона. Соответственно не включится Sequencer и не переведет усилитель в режим TX.

Для каждого диапазона следует подобрать индивидуальный уровень напряжения P и сохранить его в ячейку памяти. Тем самым вы обезопасите свой усилитель от непредвиденного увеличения входной мощности.

Если Pin превысит значение P при включенном Sequencer – появятся сигналы ALC +12V, ALC +S, ALC и выключится BIAS. Тем самым уменьшится мощность из трансивера и системы защит переведут усилитель в безопасный режим. Индикаторы диапазона будут мерцать и работа Sequencer блокируется до перехода в режим RX.

Уровень мощности для измерения регулируется R25. Желательно выставить такой уровень Pin для измерения, когда значения P будут близки к максимальным значениям  - 10-14. Тем самым минимизируется опасное влияние наводок на цепь измерения мощности.  

 

Управляющие сигналы Sequencer выведены на разъём X2.

 

Pin №1. Выход ATT1 - TTL +5V, до 10mA.

Pin №2. Выход ATT2 - TTL +5V, до 10mA.  

В приложении даны схемы применения ATT1; ATT2.

 

Pin №3. Земля GND. Подключить минус питающего напряжения.  

 

Pin №4. Выход R-IN – TTL +5V, до 10mA. Сигнал R-IN формируется при включении PTT и Sequencer. Управление входным реле в усилителе. Сигнал R-IN появляется через 40mS после R-OUT. Задержка по времени позволяет надежно переключить реле R-OUT.

Реле R-OUT применяют мощное. Поэтому для его включения требуется большее время. Выбрано время 40mS. За это время включится подавляющее большинство применяемых типов реле. Реле R-IN применяют малой мощности. Для включения таких реле достаточно 10mS.

 

 

Pin №5. Выход ALC +12V - напряжение +12V, до 100mA. Функция аналогична Pin №9 ALC. Но иной тип выходного (выходящего) сигнала. Сигнал ALC +12V появляется только при наличии сигнала PTT при включенном Sequencer. Длительность сигнала ALC +12V  50mS с момента запуска Sequencer. В приложении даны схемы применения ALC +12V.

 

 

Pin №6. Выход +TX 12V – напряжение +12V, до 100mA. Напряжение +12V TX для перевода схем усилителя в режим передачи. Напряжение появляется при нажатии PTT и включенном Sequencer.

 

 

Pin №7. Выход R-OUT – TTL +5V, до 10mA. Управление антенным реле в усилителе. Формируется при наличии сигнала PTT и включенном (активированном) Sequencer.

 

 

Pin №8. Вход IN-PROC – внешнее управление сигналами ALC+12V и ALC. Подать +5-12V. Например, на вход IN-PROC можно подавать сигнал из SWR-meter или измерителя потребляемого тока усилителем, в случае превышения номинальных параметров.

На время подачи сигнала на вход IN-PROC появятся сигналы ALC+12V и ALC.

 

Pin №9. Выход ALC - Управление ALC трансивера. Напряжение может регулироваться триммером R36 от 0V до -9V, ток до 10mA. Сигнал ALC появляется только при наличии сигнала PTT и включенном (активированном) Sequencer. Длительность сигнала ALC  50ms с момента запуска Sequencer.

 

Pin №10. Земля GND. Подключить минус питающего напряжения.  

 

Pin №11. Выход ALC +STTL +5V, до 10mA. Управление ALC трансивера. Сигнал ALC появляется только при наличии сигнала PTT и включенном (активированном) Sequencer. Длительность сигнала ALC +S 45mS с момента запуска Sequencer. Сигнал ALC +S целесообразно применять для трансиверов с замедленной ALC.

 

Pin №12. Выход PWM. Напряжение этого выхода может изменяться программно от 0V до +5V. Сопротивление нагрузки для напряжения PWM должно быть не ниже 10k.

Чтобы выставить уровень напряжения нужно войти в меню. Перед включением Band Decoder нажать и держать кнопку SA1. Включить Band Decoder. На индикаторах появится надпись tU1. Кнопками установить требуемый уровень напряжения. Для сохранения значения одновременно нажать обе кнопки. На индикаторах появится надпись SAF. Напряжение сохраняется индивидуально для каждого диапазона. Т.е. в десяти отдельных ячейках памяти. Теперь при включении диапазона напряжение PWM будет восстанавливаться до сохраненного в памяти микропроцессора уровня.

В приложении даны схемы возможного применения напряжения PWM в защитах усилителя.

 

Pin №13. Вход PWR. При подаче +5V выключает работу DD6 74LS145D. Если в усилителе предусмотрено дополнительное управление реле LPF от переключателя или из трансивера, при необходимости управление DD6 можно выключить активацией PWR.

 

Pin №14. Выход BIAS – напряжение +12V до 100mA. Напряжение смещения для транзисторов усилителя. Напряжение BIAS появляется через 50mS от сигнала R-OUT и 10mS от сигнала R-IN. Задержки по времени позволяют надежно переключить реле R-OUT и R-IN. Тем самым исключить аварию усилителя. 

 

Pin №15. Вход PTT. Замкнуть на землю. Управление Sequencer. Если не будет превышен порог входной мощности P – тогда первыми появятся сигналы +TX 12V; ALC +12V; ALC +S; ALC; R-OUT; Через 40mS появится R-IN. Затем через 10mS появится BIAS и выключатся ALC +12V; ALC +S; ALC. При отключении PTT деактивируется Sequencer и все сигналы выключатся.

 

Pin №16. Земля GND. Подключить минус питающего напряжения.

 

Приложения

 

 

 

Вариант применения напряжения PWM для защиты усилителя.

На примере схемы защит от модуля LPF600. U1:2 – повторитель, U1:1 – компаратор, VT1-VT2 коммутируют напряжение, VT2 «защелкивает» состояние VT1. При снятии напряжения +TX 12V схема возвращается в исходное состояние. 
Сигнал REF – от SWR meter. Измеряемый сигнал условно обозначен как Pin. Выход XS3 №3 PROTECTION +13.8V подключить к входу IN-PROC DN-B10. Сигнал Pin – это может быть сигнал от измерителя тока, потребляемого усилителем. Очень часто усилитель потребляет различный ток на различных диапазонах. Или сигнал REF от SWR meter, если у антенн на разных диапазонах различный SWR. Т.е. применение PWM позволяет установить индивидуально для каждого диапазона работу защиты.

 

 

 

 

 

Предварительное видео работы Band Decoder выложено на YouTube по ссылке => ССЫЛКА

Показана работа частотомера Band Decoder при минимальной мощности трансивера в режиме SSB. Продемонстрирована та опасная ситуация, которая возникает в момент переключения трансивера из режима RX в режим ТХ. Когда на выходе передатчика трансивера наблюдается выброс ВЧ мощности от щелчка тангенты микрофона. Т.е. достаточно щелкнуть тангентой, чтобы частотомер декодера "ухватил" сигнал и определил диапазон.