Описываемый синтезатор на сегодняшний день может показаться «староватым» по своей схемотехнике и элементной базе. Но, как показывает мой опыт общения с ещё конструирующими радиолюбителями, многие из них не гонятся за «супер-современной» элементной базой. А предпочитают конструировать из того, что есть в наличии и легко можно найти.
Вот как раз именно эта конструкция синтезатора и подходит для такого случая. В отличие от современных синтезаторов с применением DDS и специализированных микросхем, комплектацию на этот синтезатор можно приобрести за одно посещение не особо богатого радиорынка. И бОльшую часть цифровых микросхем можно найти вообще не выходя из дома – следует только хорошо потрясти свои «старые сусеки».
Процессорный модуль, ДПКД и делитель 244Гц выполнены на одной плате размером 150х110 мм. Процессор можно применять любой, как импортный так и отечественный (1858ВМ1, ВМЗ и т.д.) Это однопетлевой синтезатор частоты с микропроцессорным управлением. Процессорный блок особенности не имеет. Это обычный контроллер на Z80. Элементы DD1.1 и DD1.2 формируют импульс сброса в момент запуска контроллера. На элементах DD1.3 и DD1.4 выполнен задающий генератор, частота стабилизирована кварцем ZQ1. Точное значение частоты 1МГц можно корректировать в небольших пределах конденсатором С2. DD3 служит для формирования импульсов последовательности работы DD5, DD6, DD7 и DD8. Микросхемы DD5 и DD6 желательно установить на панельки. Это связано с тем, что промежуточную частоту в ПЗУ придется зашивать только в настроенном трансивере, а КР537РУ10 отечественного производства, как показал опыт, не имеют 100% гарантии качественной работы и недостатки можно только выявить в работающем аппарате. Порты DD7 и DD8 достаточно предварительно проверить на исправность, их можно запаивать в плату, как и процессор. Не было ни одного случая отказа этих микросхем во время работы. Модуль управления гетеродином включает в себя делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) и делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД). ДФКД выполнен на элементах DD9, DD10 и делит частоту 1МГц до опорной частоты 244Гц, которая поступает на один из входов фазового детектора. ДПКД выполнен на микросхемах DD11-DD16. Также в состав ДПКД входит счетчик 193ИЕЗ который делит частоту генераторов на 10/11 и расположен на плате ГУНов. На входы пред-установки счетчиков ДПКД поступает двоичный код частоты от процессорного модуля. С выхода ДПКД сигнал подается на второй вход фазового детектора. Процессорный модуль через порты ввода - вывода микросхем DD7, DD8 осуществляет полное управление синтезатором. Шина D служит для подачи двоичного кода выбора диапазонов, шины J и N для отображения частоты и мнемоники управления на цифровом индикаторе, шина Е-опрос клавиатуры и управления валкодера. Шина LOCK не используется и в этой версии программно не поддерживается, так как светодиод LOCK (индикация захвата частоты) располагается на передней панели трансивера. Вход ТХ IN служит для организации работы расстройки и режимов T-R, А-В и T=R синтезатора.
Оставшиеся свободными выходы порта DD7 №№ 2, 1, 40, 39, 38, 37, 3 можно использовать для переключения режимов работы трансивера. При нажатии кнопок А1-А7 логический уровень на соответствующем выводе изменяется на противоположный. Нагрузочная способность этих выводов небольшая поэтому потребуется применить либо транзисторные ключи, либо какую-нибудь микросхему (например, 155ЛНЗ) для их умощнения. Вся настройка процессорной платы заключается в подгонке частоты кварца до 1МГц при помощи емкости С2. Это можно произвести, запаяв только одну DD1, чтобы не было опасности вывести из строя БИСы.
- Фото платы ГУНов на полевиках.
- Схема платы ГУНов на полевиках.
- Схема платы ГУНов на биполярных транзисторах.
- Монтажка платы ГУНов на полевиках.
На плате ГУНов расположены непосредственно сами генераторы, есть два варианта платы с тремя и семью ГУНами, микросхема деления частота 10/11 193ИЕЗ и делитель на четыре К500ТМ131 (ТМ231). Фазовый детектор выполнен на КМОП серии К561ТМ2 и К561ЛА7. Дешифратор выбора диапазонов К555ИД10 включает требуемый ГУН. Для развязки и согласования уровней служат эмиттерные повторители VT2 и VT3. По качеству работы ГУНы на биполярных и полевых транзисторах разницы практически не имеют. Есть одна особенность, которую приходится учитывать, нужен “крутой” КП307Г для самого высокочастотного ГУНа, иначе он плохо запускается и мала выходная амплитуда сигнала. При применении КТ363 или КТ326 амплитуда в самом высокочастотном ГУНе хотя и ниже чем в других, но подбора транзисторов обычно не требует. ГУНы на полевиках включаются через транзисторные ключи и диодные дешифраторы. Для получения частот всех девяти диапазонов к катушкам диодами подключаются дополнительные конденсаторы C8-C11. На плате разведено подключение дополнительных семи конденсаторов. В зависимости от промежуточной частоты трансивера, некоторые диапазоны можно объединять, тем самым исключать или ключи в ГУНах на полевиках или сокращать количество генераторов на биполярных транзисторах. Генераторы работают на частоте вчетверо превышающую требуемую, поэтому установлен делитель на 4 на микросхеме К500ТМ131 или аналог - К500ТМ231, дополнительно эта микросхема стабилизирует амплитуду выходного сигнала. Для управления описываемым смесителем требуется сигнал гетеродина в два раза превышающий по частоте требуемую, поэтому с платы ГУНов снимается сигнал, деленный на 2, т.е. с первого триггера МС. Сигнал с выхода фазового детектора через транзисторные ключи на VT4 -VT6 фильтруется элементами С8-С11, R16-R18 и подается на варикапы гетеродинов. В момент, когда происходит захват и удержание частоты, светодиод LOCK погашен. Напряжение, питающее гетеродин дополнительно стабилизируется интегральным стабилизатором D1 на 9В. Размеры платы аналогичны процессорной (150х110 мм).
На плате индикации синтезатора расположены индикатор, дешифраторы DD1 и DD2, транзисторные ключи VT1-VT15 и микросхема формирования импульсов от валкодера DD3. Были отработаны две платы индикации, на ИВ-18 и на светодиодных матрицах. Обе платы никакой настройки не требуют, главная задача впаять исправные р/элемены. На ИВ-18 не замкнуть случайно цепи питания анодов лампы на цифровые шины, а матрицы АЛС324А или 333А предварительно проверить тестером каждый сегмент на надежность свечения.
Кнопки управления синтезатором
Всего их 12 штук. Две кнопки служат для быстрого перегона частот вверх - вниз. Остальные 10 имеют по 3 или 2 функции, для подачи команды или входа в меню, выбора диапазона, канала памяти и как цифры от 0 до 9. Рассмотрим каждую команду:
Для выбора диапазона нажимается клавиша “D” и кнопка требуемого диапазона.
Установка любой частоты с клавиатуры осуществляется нажатием “F” и вводом значения частоты, используя клавиши в цифровом режиме. При включении этого режима, цифры на индикаторе гаснут и каждой кнопке соответствует определённая цифра от 0 до 9 – нажимая на которые можно ввести частоту.
Для запоминания текущей частоты в одной из 10 ячеек памяти используют клавишу “IN” и одну цифровую, указывающую на номер ячейки памяти.
Извлечение частоты из памяти происходит после нажатия кнопки “OUT” и одной цифровой - с номером ячейки. При работе с памятью – седьмой разряд индикатора инициирует номер ячейки памяти.
Перед подачей команды сканирования в ячейки памяти с номерами “0” и “9” заносят значения граничных частот диапазона сканирования. Для подачи команды нажимается кнопка “S”. После небольшого поворота валкодера, при переходе на передачу, или нажатии на любую кнопку, сканирование прекращается. Если подать команду повторно, процесс начнется с прерванного места.
В памяти синтезатора имеется 8 ячеек памяти, используемые как стек. Запись текущей частоты в стек происходит автоматически в следующих случаях: при выборе нового диапазона, при извлечении частоты из ячейки, при установке частоты с клавиатуры. Возврат частоты из стека осуществляется нажатием клавиши “W”. Многократно нажимая клавишу “W”, можно просмотреть все частоты в стеке.
Включение и выключение расстройки производится клавишей “R”. Если расстройка включена, в крайней левой позиции дисплея ИВ-18 светится знак “-“, или загорается светодиод RIТ в плате индикации на АЛС. Все следующие команды действуют только при включенной расстройке.
Обмен местами текущей частоты приема с дополнительной частотой приема производится клавишей “А-В”.
Обмен местами текущей частоты приема с частотой передачи осуществляется клавишей “R-T”.
Клавишей “T=R” можно сделать частоту передачи равной частоте приема. При выключении расстройки частота вернётся в исходное значение, которое было на индикаторе в момент включения расстройки. Если этого не нужно, перед выключением расстройки уравняйте частоты приёма и передачи.
Размеры плат, на ИВ-18 95х90мм, на АЛС 190х80мм. Плата индикации на АЛС разведена с 20-ю кнопками клавиатуры (ПКН 150,125) таким образом, что при надобности поле кнопок можно отрезать и часть платы с индикаторами и деталями составят 90х80мм. Внешний вид трансивера с платой индикации на АЛС можно посмотреть на ЭТОМ ФОТО.
Настройка синтезатора
Настройка производится отдельно каждой платы. Процессорная плата как таковой настройки не требует. Нужно только подогнать частоту кварца до 1 МГц при помощи С2, которую контролируем на выводе №10 DD1. Связь с частотомером желательно устанавливать небольшой для того, чтобы вход прибора не шунтировал цепи генератора. Осциллографом с открытым входом контролируем сигналы на шинах J и К Если сигналы отсутствуют, можно попробовать перезапустить контроллер, кратковременно заземлив на корпус конденсатор С1. В случае, если эта мера не приведет к появлению сигнала шин J и N - начинается самая неблагодарная работа, к тому же практически единственным способом - “методом научного тыка”. Без осциллографа в этом случае не обойтись. Наличие коротких импульсов на выводах №1,2 Z80 говорит о том, что процессор “живой”. Конечно, на входе №6 должны быть прямоугольные импульсы частотой 1МГц. На выходах DD3 №15, 14, 13, 12 при исправной микросхеме одинаковые по уровню но разные по скважности короткие импульсы. Возникали случаи когда вроде бы везде “все есть”, а “оно” не работает. Это чаще всего возникает при замыкании между собой шин адресов, данных (выводы №№ 30-40 и 7-14 Z80) или плохого контакта в панельках микросхем памяти. Такой же эффект наблюдается при “полудохлой” DD7. Следует проверить частотомером исправность работы делителей частоты DD9,10, на выходе каждого из элементов частотомер покажет частоту, которая должна быть ниже, чем на входе. На 6 ножке DD10 - 244Гц. Если не удается получить сигналы на шинах N и J, следует еще раз внимательно просмотреть монтаж и тогда только принимать решение - “какую же из МС выкосить в первую очередь”. Если БИСы были предварительно проверены, остаются только DD3 и DD4. Исправность DD1 легко проверяется - элементы DD1.3 и DD1.4 на наличие генерации, а у DD1.1; DD1.2, при кратковременном замыкании на корпус С1, на выходе логический уровень должен изменяться на противоположный. Элементы DD4 проверяются на наличие “чего-нибудь” на выходе - которые отличаются от того “что” есть на входе. Как показал опыт, если микросхемы приобретены на радио рынке у оптовиков, как правило, они исправны, за редчайшим исключением. Плата индикации настройки не требует. При подсоединении её к процессорному блоку и подаче питания на индикаторе должно высветиться 7,000,0. В этот момент можно облегченно вздохнуть и отметить этот небольшой праздник. Если к плате на ИВ-18 подключена клавиатура, понажимайте все кнопки без исключения. Нажатие на кнопки должно отражаться каким-либо изменением показаний на индикаторе. При нажатии на RIТ, в самом левом сегменте индикатора загорается горизонтальная черточка, что указывает на включение расстройки. Только в этом режиме будут действовать кнопки R-T, T=R и А:В. Если что-то не включается - ищите “хомут” или в распайке клавиатуры или в плате индикации.
Плата индикации на АЛС требует более тщательной проверки. Для четкой работы клавиатуры и яркого свечения матриц следует использовать только К155ИД10. 555 серия здесь не подходит из-за высокого сопротивления ключей. В случае если захочется, чтобы индикаторы светились еще ярче, запаиваем прямо сверху на К155ИД10 еще один такой же дешифратор параллельно. Токоограничивающие резисторы, включенные последовательно с транзисторными ключами на КТ315 можно уменьшить до 10Ом или впаять вместо них перемычки. Теперь проверяем четкость работы всех кнопок. Если какой-либо режим не включается или включается “через раз”, это говорит о том, что мы слишком увлеклись повышением яркости свечения и забыли о том, что кнопки у нас тоже “висят” на дешифраторе. Переключение кнопок происходит отрицательными импульсами, которые могут практически блокироваться положительным смещением со стороны светодиодных матриц. Если это все же произошло (кнопки нечетко срабатывают - чаше всего это F, W, IN) увеличиваем сопротивление токоограничивающих резисторов, что повлечет за собой понижение яркости свечения индикаторов, а лучше впаять параллельно до трех дешифраторов К155ИД10. При этом индикаторы ярко светятся (без токоограничивающих резисторов) и все кнопки четко срабатывают. Проблема с питанием светодиодных матриц и срабатыванием клавиатуры сама собой отпадает если применить импортные семисегментные индикаторы. Матрицы отечественного производства требуют в несколько раз большего тока для достаточной яркости свечения. Импортные матрицы, даже при размерах сегмента в несколько раз большем в сравнении с АЛС333А, потребляют в несколько раз меньший ток. В качестве светодиода, индицирующего включение RIT, требуется применять хорошего качества импортный светодиод. Лучше выбирать светодиоды красного свечения диаметром 2,5-4мм. Анод светодиода подключается к эмиттеру КТ315 сегментов G, а катод к 9-ой ножке К155ИД10. На этом настройка плат индикации заканчивается.
Настройка платы ГУНов
Принципы настройки плат на полевых и биполярных транзисторах практически ничем не отличаются. Основная задача - “уложить” диапазоны перестройки генераторов. Частоту смотрим на выходе делителя на 4. Если на входе DD1 есть сигнал, а на выходе отсутствует, может потребоваться небольшой подбор положительного смещения резисторным делителем R8 и R9. Вместо R8 временно впаиваем подстроечный резистор и подбираем точное смещение, чтобы микросхема четко работала при любых уровнях и частоте входного высокочастотного напряжения. На варикапы с переменного резистора подаем напряжение в пределах 1-8В. Конденсаторами, включенными последовательно с варикапами, выставляем пределы перестройки ГУНов ориентировочно с 20-25% запасом по краям самых широких диапазонов (если ГУН работает на нескольких диапазонах одновременно). Не стоит увлекаться увеличением емкости этих конденсаторов и значительными перестройками по частоте. В принципе можно практически полностью перекрыть участок от 5 до 22МГц, но это “чревато” ухудшением качества сигнала синтезатора. Более низкочастотные ГУНы имеют повышенную амплитуду выходного сигнала в сравнении с самым высокочастотным ГУНом. Амплитуду можно выровнять, уменьшив положительную обратную связь, в ГУНах на полевиках это происходит при приближении отвода от катушки к заземленному выводу, а на биполярных транзисторах изменением номиналов емкостного делителя С12, С13, пропорционально увеличивая емкость С12 и уменьшая С13. При кодировке дешифратора DD3 следует руководствоваться правилом, что самые высокочастотные ГУНы должны быть ближайшими к эмиттерным повторителям VT3, VT4. Кодировка дешифратора DD3 заключается в распайке перемычек между выводами микросхемы и ГУНами. Ближайшие по частоте диапазоны объединяют на один ГУН. Например, для промчастоты в районе 9МГц расклад такой: 28-10МГц; 24 -7 МГц; 21-3,5МГц; 1,8МГц; 18МГц; 14МГц и можно обойтись шестью ГУНами. Соответствующие выводы DD3 соединяются перемычками. Двоичный код шины D дешифруется этой микросхемой и при включении диапазона транзисторные ключи DD3 открываются замыкая выводы 1-7, 9-11 на корпус, тем самым включают ГУНы. Генераторы на полевиках включаются положительным напряжением через транзисторные ключи. Здесь расклад ГУНов для промчастоты 9МГц таков: 14МГц; 28-24-10-7МГц; 21-3,5-1,8-18МГц. Для включения требуемого ГУНа между транзисторным ключом и ГУНом впаивается перемычка, а для включения дополнительных емкостей впаивается диод. После предварительной настройки платы ГУНов соединяем все платы между собой. При включении светодиод LOCK должен погаснуть, если он вспыхивает - это говорит о том, что частота на выходе ГУНа не соответствует требуемой и следует немного подстроить соответствующий генератор. Свечение светодиода указывает на неисправность в синтезаторе - кольцо ФАПЧ не замкнуто. Осциллографом следует проверить наличие сигнала FD1 и FD2 на входе фазового детектора. FD2 - очень короткие импульсы, которые сдвигаются или разъезжаются при нажатии на кнопки быстрого перегона частоты. Если сигналы FD2 отсутствуют, вместо R10 на процессорной плате впаиваем подстроечный резистор и пытаемся изменением положительного смещения запустить ДПКД. Как показал опыт, номинал этого резистора чаще всего находился в пределах 240-390Ом. Если эта мера не дает положительного результата следует проверить исправность микросхем ДПКД. На выходе DD12-DD15 должны присутствовать короткие импульсы разной скважности. В случае, когда на входе фазового детектора есть сигнал, а “оно не запускается” неисправность или в фазовом детекторе или не переключается DD2 КР193ИЕЗ. Сигнал 10/11 аналогичен FD2, только инвертирован.
Компоновка синтезатора
Дополнительной экранировки платы не требуют, иногда бывает полезно подобрать точки заземления плат ГУНов и контроллера. Питание подается раздельно на каждую плату от одного источника +5В (КРЕН5А) через свой фильтр. Фильтры примитивные - это подходящий по току дроссель (20-50мкГн) и пару конденсаторов - электролитический и керамический. Дроссель можно намотать на ферритовом кольце большой проницаемости. Иногда вместо дросселей полезнее применить сопротивления небольших номиналов (3-20Ом). Плату ГУНов (особенно на полевиках) не следует близко приближать к плате контроллера, зазор 20-25мм вполне достаточен. Если по конструктивным соображениям потребуется меньший зазор, между платами нужно ввести заземленный экран. Плату ГУНов даже через перегородку не следует приближать к силовому трансформатору и выходному каскаду. Если этого нельзя избежать, силовик нужно намотать на ТОРе с минимальным полем рассеяния и расположить между ними экран из магнитного материала (луженая жесть). Иногда при неудачном монтаже основным излучателем помех является плата индикации на АЛС. “Победить” этот недостаток просто, достаточно запитать плату от индивидуального источника +5В (КРЕН5А). Фильтр на входе Кренки должен иметь токоограничивающий резистор мощностью 1-2Вт, номиналом 10-100Ом (требуется подбор в зависимости от входного напряжения) и электролитический конденсатор. Шину GND (земля) и +5В на плату индикации брать непосредственно с КРЕНки. Не нужно шины синтезатора связывать в общие жгуты и тем более объединять со жгутами трансивера. Иногда достаточно поменять расположение проводов, дабы избавиться от “непобедимой” наводки. Усложнять трансивер индивидуальными источниками питания для синтезатора не нужно. Достаточно питание для плат синтезатора подводить раздельными проводами непосредственно от стабилизаторов по кратчайшему пути, обходя входные цепи приемника и выходного каскада.
Опыт применения таких типов синтезаторов показал их неплохие шумовые характеристики. По крайней мере, по этим параметрам они не уступают синтезатору РПУ Р399А и “Катран”. Единственный недостаток, на мой взгляд, это относительно низкое быстродействие. Немаловажное преимущество - отсутствие дефицитных элементов и легкость записи и перезаписи промежуточной частоты в ПЗУ. Для уменьшения потребляемых токов следует использовать КМОП Z80 и порты.
Валкодер
Перестройка по частоте происходит изменением логических уровней по шинам ЕЗ и Е4. Изменение уровней требуется с некоторым сдвигом (90град.), дабы контроллеру было “понятно” куда мы крутим ручку. В качестве микросхемы, формирующей требуемые импульсы, применены элементы самой дешевой К561ЛА7. В качестве датчиков, которые изменяют логические уровни на входах элементов проще всего применять инфракрасные фотоприёмники. Хотя, здесь бескрайнее поле изобретательству - можно применять от тумблеров и кнопок до датчиков Холла, главное чтобы этот элемент менял сопротивление хотя бы от 300Ом до 10-100КОм.
Очень простой валкодер можно изготовить, применив сдвоенные оптопары АОТ137. В этом устройстве есть и излучатель и фотоприемник. Достаточно перед двумя такими оптопарами вращать диск из плотного картона или луженой жести с нанесёнными чёрными рисками - валкодер готов. В одном из вариантов валкодера применялись диски диаметром 60мм с нанесенными черной тушью 16 секторами, расстояние между оптопарами 14мм, они расположены в 3мм от края диска ближе к центру. Зазор между диском и оптопарами в пределах 2-3мм. Вместо диска можно применить шестеренку и расположить оптопары напротив зубцов.
Прошивки синтезаторов с 89С52 и более современных с PIC16F628, а так же управляющая программа синтеза с 89С52 Rigeqf22 -
