ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ В СПОРТИВНОЙ АППАРАТУРЕ
Т. КРЫМШАМХАЛОВ (UA6XAC), мастер спорта СССР, г. Нальчик
В последнее время радио-спортсмены — коротковолновики, ультракоротковолновики и «охотники на лис»— всё чаще применяют в своей аппаратуре интегральные микросхемы. Сейчас на микросхемах можно выполнить практически весь приемный и большую часть передающего тракта трансивера, изготовить радиоприемник для «охоты на лис». Использование микросхем не только существенным образом упрощает конструирование спортивной аппаратуры, уменьшает ее габариты и массу. Появляется реальная возможность создавать качественно новую аппаратуру, изготовление которой из дискретных элементов, по существу, было недоступно широкому кругу радиолюбителей. Цифровые шкалы, высококачественные системы фазовой автоподстройки частоты, отображающие устройства (дисплеи) — вот далеко не полный перечень узлов, введение которых в спортивную аппаратуру стало возможным только благодаря применению интегральных микросхем.
В спортивной KB и УКВ аппаратуре все шире применяются цифровые микросхемы. Из них в радиолюбительской практике наибольшее распространение получили микросхемы серий К133 и К 155, которые обладают достаточно высоким быстродействием, хорошей нагрузочной способностью, легко согласуются с узлами, выполненными на транзисторах. На этих микросхемах выполняют автоматические телеграфные ключи, датчики кода Морзе, электронно-цифровые шкалы, отдельные узлы спортивной аппаратуры и т. д.
Используя D-триггеры, легко, например, построить фазовращатель со сдвигом фаз 0°-180°-90°-270° (рис. 1). По сравнению с описанным в «Радио», 1977, № 6, он обеспечивает более высокую точность фазовых соотношений, так как в нем нет триггера предварительного деления, вносящего дополнительную погрешность.
На рис. 2 приведена схема смесителя на D-триггере, выгодно отличающегося от аналоговых не только своей простотой, но и тем, что на его выходе не образуется никаких «продуктов» преобразования, кроме разностной частоты и ее гармоник. Это позволяет в .некоторых случаях отказаться от фильтрующей системы. Сигналы с частотами f1 и f2 подают на входы D и С. Распределение сигналов по входам не имеет значения: в любом случае на выходах триггера появится сигнал разностной частоты. Важно лишь, чтобы, во-первых, сигнал на входе С имел достаточно крутой фронт, а во-вторых, чтобы частоты f1 и f2 отличались друг от друга не более чем на 30...35%. Форма сигнала на входе D особой роли не играет.
На базе такого смесителя можно построить эффективный пороговый детектор для приемника «лисолова».
Сигнал телеграфного гетеродина подают на вход С, а сигнал ПЧ — на вход D. До тех пор пока положительная полуволна напряжения ПЧ не достигнет уровня 2...2,4 В, сигнал на выходе детектора будет отсутствовать. Такой детектор обладает резко выраженным порогом ограничения и весьма эффективен при ближнем поиске. Если промежуточная частота в приемнике «лисолова» меньше 1 МГц, целесообразнее применять экономичные триггеры серии К134.
Логические элементы также могут быть использованы для построения аналоговых смесителей, с помощью которых можно получить как разностную, так и суммарную частоту двух колебаний. Один из вариантов смесителя на элементе «2И-НЕ» показан на рис. 3. В принципе, он ничем не отличается от обычных, выполненных на аналоговых элементах. Соотношение частот здесь может быть любым, а сигнал разностной или суммарной частоты из спектра выходного сигнала выделяется соответствующим фильтром.
Цифровой и аналоговые смесители, описанные выше, непригодны для построения SSB детекторов, модуляторов и преобразователей. Однако, используя цифровые микросхемы, можно создать и линейные смесители.
Один из вариантов такого смесителя (его предложил В. Поляков, RA3AAE) показан на рис. 4. Он представляет собой балансный модулятор на базе ключевого преобразователя и может быть использован для построения формирователей или преобразователей однополосного сигнала. Модулятор не нуждается в налаживании. При использовании согласующего трансформатора (Т1) от транзисторного радиоприемника несущая частота подавляется не менее чем на 40 дБ. Для большего подавления необходимо тщательно симметрировать вторичные обмотки трансформатора. Строго говоря, в таком модуляторе сигнал несущей частоты вообще не" должен присутствовать на выходе, так как он не поступает на трансформатор, а лишь определяет частоту коммутации электронных ключей, выполненных на элементах D2.1 и D2.2, которые соединяют выводы вторичных обмоток с общим проводом.
Однако в реальном устройстве из-за недостаточной симметрии вторичных обмоток трансформатора на выходе всегда имеется напряжение несущей частоты.
Цифровые микросхемы могут быть использованы для возбуждения выходных каскадов маломощных телеграфных передатчиков, например передатчиков для «охоты на лис» (рис. 5). Такой выходной каскад работает в режиме, близком к классу В. По существу, транзистор VI возбуждается прямоугольными импульсами, близкими г. по форме к меандру, поэтому на выходе передатчика необходимо применять достаточно эффективную фильтрацию гармоник.
На частоте 3,5 МГц подводимая мощность может составлять 10...12 Вт. Резистор R2 подбирают так, чтобы она не превышала предельно допустимого для транзистора VI значения.
В любительской коротковолновой аппаратуре часто применяют метод умножения частоты низкочастотного задающего генератора для получения частот более высокочастотных диапазонов. При этом устройство получается громоздким и критичным к настройке. Кроме того, с ростом номера гармоники падает амплитуда сигнала. Гораздо проще эту задачу можно решить делением частоты задающего генератора, используя элементы цифровой техники (рис. 6). На триггерах D1, D2.1 собран делитель частоты, на микросхеме D3 — электронные ключи. В зависимости от конкретных условий задающий генератор может быть плавным, кварцованным, интерполяционным или охваченным петлей ФАПЧ.
Следует иметь в виду, что частоты, соответствующие десятиметровому любительскому диапазону, превышают предельную частоту переключения, гарантированную для триггеров серии К155. Поэтому не каждая микросхема К155ТМ2 будет работать в первом каскаде делителя. Точно так же не каждая микросхема К155ЛА8 будет эффективно пропускать эти частоты. Следовательно, при повторении данного устройства может потребоваться подбор D1 и D3. В качестве примера радиопередающего устройства, в котором использованы цифровые микросхемы, можно привести передатчик для «охоты на лис», разработанный Р. Гуевым (UA6XBP) и А. Волченко. Он экспонировался на 28-й Всесоюзной выставке радиолюбителей - конструкторов ДОСААФ. Схема передатчика приведена на рис. 7. Его выходная мощность в диапазоне 3,5 МГц составляет около 2 Вт, в диапазоне 28 МГц — около 1,5 Вт.
В диапазоне 28 МГц сигнал задающего генератора, выполненного на транзисторе VI, через элементы D1.1 и D1.2 поступает на усилитель мощности на транзисторе V2 и далее в антенну. Выключателем S1 при необходимости включают тональный генератор (элементы D1.3. D1.4, D2.1), сигнал частотой около 1000 Гц с которого поступает на второй вход элемента D1.1, выполняющего в этом случае роль амплитудного модулятора.
При работе в диапазоне 3,5 МГц прохождение сигнала через элемент D1.1 блокировано логическим 0, поступающим через контакты переключателя S2 на нижний (по схеме) вход этого элемента. Сигнал задающего генератора делится триггерами D3.1, D3.2, D4.1 на 8 и с выхода последнего триггера поступает на усилитель мощности, выполненный на транзисторе V3. Манипуляция может осуществляться как с помощью телеграфного ключа, так и автоматическим манипулятором.
Катушка L1 в передатчике выполнена на кольцевом сердечнике из феррита МЗОВЧ (типоразмер К12Х Х6Х4.5). Она содержит 13 витков провода ПЭЛШО 0,35 (отводы от 3 и 6-го витков, считая сверху по схеме). Катушки L2—L4 наматывают на каркасе диаметром 10 мм. Катушка L2 должна содержать 15 витков провода ПЭВ-1 0,8, L3 (намотана поверх L2) — 6 витков ПЭЛШО 0,35, L4 — 40 витков ПЭЛШО 0,15. У катушек L2 и L4 отводы следует делать примерно от трети витков (считая сверху по схеме). Подстроечники у катушек L2—L4 — СЦР-1.
РАДИО № 12, 1978 г.