В. ВОЛКОВ (UW3DP), инж. М. РУБИНШТЕЙН
Радио №10 1972 г

Перестраиваемый кварцевый генератор

На радиостанции UW3DP в SSB трансивере используется управляемый кварцевый генератор. Отличительной особенностью этого генератора является высокая стабильность частоты и простота. Применение электронной перестройки частоты позволяет обойтись без конденсатора переменной емкости со сложным шкально-верньерным устройством и значительно упростить смену верхней и нижней боковых полос.

Перестраиваемый генератор (см. рис. 1) представляет собой LC генератор с индуктивной обратной связью и кварцевой стабилизацией на частоте последовательного резонанса кварца, являющегося частотнозависимым элементом обратной связи. При отключении кварца колебания в генераторе срываются из-за сильной отрицательной обратной связи (ввиду большого реактивного сопротивления катушки L6). Резисторы R4, R6, R9, R8 определяют режим транзистора по постоянному току, а цепи C1R3, C3R5 являютсй фильтрами развязки.

Частота перестраивается варикапом Д2, начальное напряжение на котором устанавливают потенциометром R2. Это напряжение стабилизировано стабилитроном Д1. Индуктивности катушек L1, L2, L3 определяют разнос частот последовательного и параллельного резо-нансов кварца. Диапазон перестройки генератора находится н значительной зависимости от этого разноса частот. Поэтому для получения большого диапазона перестройки разнос частот необходимо увеличивать искусственно подключением реактивных элементов как параллельно, так и последовательно кварцевому резонатору. В данном генераторе применено комбинированное включение реактивностей, что дало возможность сдвинуть частоты последовательного и параллельного резонансов в противоположные стороны, значительно увеличив их разнос. Это позволило получить перестройку частоты 3% с сохранением хорошей линейности и достаточно высокой стабильности.

Для обеспечения постоянства уровня выходного сигнала во всем диапазоне частот в контур генератора включен двусторонний ограничитель на диодах Д3, Д4. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора через конденсатор С11, емкость которого для уменьшения влияния последующих каскадов выбрана небольшой.

Индуктивности катушек L1—L3 зависят от параметров примененного кварцевого резонатора. Поэтому на схеме они не указаны. При повторении генератора радиолюбителю следует рассчитать их. Пример упрощенного расчета приведен ниже.

Имеется кварцевый резонатор с частотой Fкв=8 Мгц, емкостью кварцедержателя Со=7 пф и эквивалентной индуктивностью Lкв=7 мГн. Требуемый диапазон перестройки 2dF=100 кгц. Для перестройки предполагается применить варикап, минимальная и максимальная емкости которого составляют соответственно Смин =19 пф, Смакс=56 пф. Коэффициент перекрытия составляет

Определяем изменение реактивного сопротивления варикапа

Тогда требуемая эквивалентная индуктивность кварца составит

Введя коэффициент

определим:

(принимая значение емкости монтажа См=20 пФ) и

Генератор собран на отдельной печатной плате и помещен в экран из тонкой латуни. Располагать его на одной плате с другими каскадами нежелательно, так как нагрев и высокочастотные наводки могут нарушить стабильную работу генератора. Питается генератор от стабилизированного источника. Аналогичный источник, но с другой полярностью включения, использован для управления генератором. Схема устройства управления показана на рис. 2.

Индикатором настройки служит микроамперметр ИП типа М24. Переменные резисторы R2 и R4 сдвоены. С целью увеличения точности установки частоты весь диапазон перестройки разбит на два поддиапазона, которые переключаются тумблером В, установленным на передней панели трансивера.

Регулировку генератора начинают с проверки режимов по постоянному току. Отпаивают конденсатор С7, а катушку L6 замыкают перемычкой. Если возбуждение генератора не происходит, следует поменять местами выводы катушки L4 или сменить транзистор. Полезно также попробовать отпаять диоды Д3, Д4. Подбирая конденсатор С8 и вращая сердечник катушки L5, перестраивают работающий LC генератор на частоту кварцевого резонатора.

Дальнейшая настройка значительно упрощается при использовании широкополосного осциллографа, например типа С1-20. Восстановив соединения, подключают кварцевый резонатор к конденсатору С2 и общему проводу, предварительно отпаяв катушки L1, L2,L3 и установив напряжение управления равным 5,5 В . Подключают осциллограф к эмиттеру. Наблюдаемый сигнал должен иметь синусоидальную форму. Подстраивая сердечником контур L5C8, добиваются появления провала точно посередине вершины синусоиды. Это укажет, что генератор работает на частоте последовательного резонанса кварца. Подбирая конденсатор С6 и одновременно подстраивая контур, добиваются, чтобы этот провал достигал 70—80% от амплитуды синусоиды. Подключив катушку L3 и контролируя частоту выходного сигнала по электронному счетчику или приемнику, повторяют всю регулировку сначала.

Включив последовательно с катушкой L3 катушку L1, устанавливают напряжение управления, равное нулю. Теперь, подстраивая сердечником катушку L1 добиваются получения нижней границы диапазона. Затем, подключив катушку L2, увеличивают напряжение управления до 11 В и сердечником катушки L3 перестраивают генератор на частоту верхней границы. После этого устанавливают напряжение управления, равное 5,5 В, и, регулируя сердечником индуктивность катушки L3, настраивают генератор на частоту кварца. Поочередно устанавливая напряжение управления, равным 0, 5,5 и 11 В , добиваются получения требуемого диапазона настройки. Правильно настроенный генератор должен иметь провал точно посередине вершины синусоиды при напряжении управления, равном 5,5 в. При перестройке частоты вверх и вниз от среднего значения этот провал должен смещаться в обе стороны на одинаковое расстояние от середины. При прослушивании с помощью приемника с включенным вторым гетеродином генератор во всем диапазоне перестройки должен иметь чистый кварцевый тон. Срывы генерации будут означать, что кварцевый резонатор имеет побочные резонансы.

Окончательно регулируют генератор, поместив его в латунный экран, после чего экран запаивают. Стабильность предлагаемого генератора при нормальной комнатной температуре не хуже +/- 10^-6 за 30 минут после предварительного включения и прогрева в течение 20 минут.

В заключение следует отметить, что подобный генератор целесообразно использовать в задающих генераторах и более простых телеграфных передатчиков — при наличии всего одного кварца, например на диапазон 3,5 Мгц, можно построить высокостабильный передатчик с чистым кварцевым тоном.