Г.ЛАВРЕНТЬЕВ (UR4QDF),
"РЛ" №11 1999г.
Предлагаемая цифровая АПЧ (ЦАПЧ) работает совместно с цифровой шкалой (ЦШ), описанной в [1]. Схема ЦАПЧ, показанная на рисунке, использует обозначения элементов схемы из [1].
Для введения системы ЦАПЧ ГПД трансивера необходимо выполнить следующие условия:
- частота ГПД должна подаваться на вход f1 (вывод 1 DD1) ЦШ;
- диапазон расстройки частоты ГПД должен составлять не менее ±3,5 кГц;
- следует, по возможности, сократить количество используемых входов; при этом увеличится скорость счета и улучшится работа системы ЦАПЧ. Для сокращения числа неиспользуемых входов и увеличения скорости счета необходимо переключить на верхний вывод R14: катод VD4 в случае двух входов ЦШ, и катоды VD4, VD5 в случае одного входа с предварительной записью значения ПЧ в счетчики ЦШ по сигналу от вывода 2 DD9 ЦШ;
- собственный уход частоты ГПД не должен превышать 200...300 Гц за 5...10 мин.
Система ЦАПЧ ГПД на ЦШ [1] позволяет значительно улучшить стабильность частоты трансивера. Перестройка частоты ГПД получается дискретной с шагом 50 Гц (можно выбрать 50,100 Гц— в зависимости от подключения к предварительному делителю (ПД) на 555ТМ2 в ЦШ).
Работу системы (шаг перестройки равен 100 Гц) в упрощенной форме можно представить так.
Если значение младших разрядов входной частоты лежит в интервале 0...99 Гц. то по истечении времени счета на выходе ПД (вывод 8 DD3.2) — уровень логического "0". При повышении частоты на выходе ПД появляется логическая "1".
Это свойство используется в работе системы ЦАПЧ ГПД. Данный принцип не является новым, и широко используется в других конструкциях. Рассмотрим случай, когда частота "плывет вверх". Итак. при повышении частоты ГПД, по истечении времени счета, на выходе ПД появляется логическая "1". D-триггер 561ТМ2 фиксирует логическую "1" на выводе 1. Напряжение высокого уровня открывает транзисторный ключ, что приводит к зажиганию светодиода — индикатора работы системы, а также к постепенному разряду интегрирующей емкости С2. Тем самым уменьшается напряжение на варикапе, и частота ГПД начинает понижаться до тех пор, пока не появится логический "0" на выводе 1 DD1. Появление логического "0" на выводе 1 приводит к закрыванию транзисторного ключа и постепенному повышению напряжения на интегрирующей емкости и варикапе, т.е. частота ГПД начинает повышаться.
Если вы проанализируете работу ЦАПЧ в случае, когда частота "плывет вниз", то убедитесь, что она работает аналогично описанному выше. Из принципа работы системы видно, что она работает при некотором постоянном изменении частоты —"пульсациях", которые тем меньше, чем меньше скорость изменения частоты под действием системы ЦАПЧ (в пределе скорости подстройки ЦАПЧ и собственного ухода частоты ГПД сравняются). Уменьшать скорость изменения частоты под действием системы ЦАПЧ можно либо увеличением интегрирующей емкости С2, либо увеличением номинала резистора R4, следя за тем. чтобы она всегда превышала скорость ухода частоты самого ГПД, иначе не будет захвата и удержания частоты. Напряжение на интегрирующей емкости С2 может принимать значения от 0 до 0,7...0,9 Uпит (верхний и нижний пределы зависят от соотношения номиналов R4, R5, R6). В зависимости от того, куда "плывет частота", напряжение будет постепенно уменьшаться или увеличиваться в указанном диапазоне, удерживая частоту ГПД. Диапазон перестройки частоты ГПД при изменении напряжения на емкости С2 (в указанном ранее диапазоне) —- это полоса удержания ЦАПЧ.
Реально достижимые "пульсации частоты" ГПД — 3...5 Гц, что в большинстве случаев вполне удовлетворительно. Так как протекающие процессы очень медленные, работа ЦАПЧ не увеличивает уровень шума ГПД и не ухудшает электрические параметры трансивера.
Важно:
1. Диапазон расстройки ГПД при работе ЦАПЧ уменьшается примерно в 1,5...2 раза. Если это принципиально, то перед установкой ЦАПЧ увеличьте "растягивающие" емкости на варикапах.
2. При включенной расстройке "набегает" ошибка при возвращении на исходную частоту, что является неизбежным следствием простоты данной системы. Поэтому в режиме включенной расстройки необходимо контролировать частоту по ЦШ. Сдвиг частоты происходит эпизодически, без всякой закономерности, но становится маловероятным при небольшой расстройке—200...300 Гц.
Резистором R4 подбирают постоянную времени интегрирующей цепи по минимальным "пульсациям" частоты при работающей ЦАПЧ (контролируют по частотомеру в режиме индикации единиц герц). От номиналов резисторов R4, R5, R6 зависит диапазон расстройки и ширина полосы удержания ЦАПЧ. Эти номиналы (в указанных пределах) подбирают по необходимому диапазону расстройки, с одной стороны, и надежному удержанию частоты ГПД в течение длительного времени, с другой стороны, (контролируют после прогрева аппарата). При нормальной работе ЦАПЧ светоди-од должен мигать с периодом примерно 4...15 с (зависит от скорости ухода частоты ГПД), а частота ГПД не должна изменяться более чем на ±5 Гц.
Частота стабилизируется через 5...10 минут прогрева аппарата. Первоначальный выбег частоты — ±1 кГц (в зависимости от диапазона). Система ЦАПЧ работает постоянно (без отключения).