Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Zivile Funkkommunikation

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Dieser Generator dient zur Erzeugung von Signalen mit zwei umschaltbaren stabilen Frequenzen. Insbesondere kann es als Teil von Synthesizern für den individuellen Rundfunk verwendet werden, wenn sowohl ein Mittelwellenrundfunk mit einer Schrittweite von 9 kHz als auch ein Kurzwellenrundfunk mit einer Schrittweite von 5 kHz gebildet wird. Sein Anwendungsbereich ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Möglichkeit, integrierte Oszillatoren und Quarzresonatoren bei verschiedenen Frequenzen zusammen mit einem breiten Bereich an Teilungskoeffizienten zu verwenden, ermöglicht die Verwendung dieses Designs in anderen Geräten.

Relative Stabilität der Generatorfrequenz 0,5 10^{-6 о}С^-1 im Temperaturbereich von -10 bis +60 ^оC wird von einem temperaturkompensierten Quarzoszillator GK321-TK-K-9M-5V [1] bereitgestellt. Es ist möglich, ihn durch einen herkömmlichen Quarzoszillator auf Basis von Logikelementen zu ersetzen. Allerdings wird die Frequenzstabilität in diesem Fall schlechter sein.

Der Generator verfügt über einen Frequenzteiler mit variablem Teilungskoeffizienten, der durch zwei umschaltbare Jumper-Sets entsprechend zwei Werten eingestellt wird; der Ausgang kann als jede gerade Zahl im Bereich von 2 bis 512 ausgewählt werden, der zweite als beliebiges Vielfaches von 4, im Bereich von 4 bis 1024. Der Teilungsfaktor (Ausgangsfrequenz) wird über einen Zweistellungsschalter ausgewählt.

Die Generatorschaltung ist in Abb. 1 dargestellt. Der integrierte temperaturkompensierte Quarzoszillator G1 (GK321-TK-K-9M-5V) wird gemäß der vom Hersteller empfohlenen Schaltung angeschlossen. Zusätzlich ist in seinem Stromversorgungskreis ein Entkopplungsfilter bestehend aus der Induktivität L1 und den Kondensatoren C1 und C5 eingebaut. Wenn der Jumper S1 auf Position 2-3 steht, wird das Generatorsignal an einen Pufferverstärker am Logikelement 3I-NOT DD1.3 gesendet, der vom Wechselrichter eingeschaltet wird.

Reis. 1 (zum Vergrößern anklicken)

Ein alternativer Quarzoszillator basiert auf den Logikelementen DD1.1 und DD1.2 gemäß der Schaltung eines asymmetrischen Multivibrators mit einem Quarzresonator im Rückkopplungskreis. Im zweiten Arm des Multivibrators ist ein einfacher R4C7-Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz gleich der doppelten Frequenz des Quarzresonators installiert, der eine Anregung dieses Resonators bei Harmonischen der Grundfrequenz verhindert. Bei Verwendung von Quarzresonatoren bei anderen Frequenzen muss die Kapazität des Filterkondensators C7 umgekehrt proportional geändert werden. Beispielsweise benötigt ein Quarzresonator mit einer Frequenz von 4,5 MHz einen Kondensator mit einer Kapazität von 30 pF.

Der programmierbare Frequenzteiler besteht aus zwei parallelen synchronen Binärzählern 533IE10 (DD4, DD5) und zwei Flip-Flops 533TM2 (DD3). Wenn der Zähler DD5 überläuft, wird sein CO-Übertragungsausgang auf einen hohen logischen Pegel gesetzt, der zum Eingang (Pin 13) des Elements DD2.1 gelangt. Das Signal vom Ausgang der höherwertigen Ziffer des Zählers DD4 (Pin 11), das an den Eingängen (Pins 1 und 2) des Elements DD2.1 ankommt, verhindert eine Desynchronisation (Anhäufung von Verzögerungen) der fallenden Flanke der Übertragung Impuls, der die Stabilität der zeitlichen Lage der Anstiegsflanken der Impulse am Ausgang dieses Elements verbessert und dadurch das Phasenrauschen des Generatorausgangssignals verringert.

Der Impuls vom Ausgang des Elements DD2.1 wird den parallelen Ladeeingängen L der Zähler DD4 und DD5 zugeführt und ermöglicht das Einschreiben von Codes, die durch die Jumpersätze S2 und S3 voreingestellt sind. Beim nächsten Taktimpuls werden die Codes in den Zähler geladen und die weitere Zählung beginnt ab der geladenen Zahl.

Zum Beispiel, wenn Protokolle an alle Eingänge D des Zählers geliefert werden. 1 (hohes Niveau), dann wird die Zahl 255 hineingeschrieben und es muss nur noch eine gezählt werden, bis es überläuft. In diesem Fall beträgt der Teilungskoeffizient 256 - 255 = 1. Die logischen Pegel an den Kontakten 1-4 der Brückengruppen S2 und S3 in verschiedenen Stellungen des Schalters SA1 sind in der Tabelle angegeben. 1. Durch die Installation von Brücken zwischen diesen Kontakten und den Kontakten 5-8 können Sie Pegelkombinationen an den Eingängen 1, 2, 4, 8 der Mikroschaltungen DD4 und DD5 erhalten, die beliebigen Zahlen X von 0 bis 255 entsprechen. Der Teilungskoeffizient wird gleich N = 256 - X sein.

Tabelle 1

Am Ausgang des Frequenzteilers an den Zählern DD4 und DD5 liegt ein zusätzlicher Zwei-Bit-Binärzähler an den D-Flip-Flops DD3.1 und DD3.2, der den Gesamtteilungsfaktor um das Zwei- bzw. Vierfache erhöht. Wenn sich Schalter SA1 in Position F befindet₁ der logische Pegel an den Eingängen (Pin 10, 11) des Elements DD2.3 ist niedrig und das Signal vom Ausgang des Triggers DD3.2 zum Ausgang F₂ geht nicht durch. Gleichzeitig ist der Pegel an den Eingängen (Pin 3, 4) des DD2.2-Elements hoch, also der Ausgang F₁ Vom Ausgang des Triggers DD2 passieren Impulse mit einem Tastverhältnis von 3.1. Sie folgen mit der Frequenz F₁ = F_sq/((256 - X₁) - 2), wobei F_KB - Frequenz des Quarzoszillators; X₁ - Anzahl, die an den Eingängen D der Zähler mit Schalter SA1 in Position F eingestellt wird₁.

Beim Umschalten des Schalters SA1 auf Position F₂ Impulse am Ausgang des Elements DD2.2 hören auf und am Ausgang des Elements DD2.3 erscheinen sie und folgen mit der Frequenz F₂ = F_sq/((256-X₂) 4), wobei X₂ - die Zahl an den Eingängen D der Zähler an Position F₂ schalten. Ausgang F₃ Unabhängig von der Schalterstellung liegen kurze Impulse (Dauer eine Schwingungsperiode des Taktgenerators) vor. Ihre Wiederholungsfrequenz ist um ein Vielfaches kleiner als die Frequenz des Quarzoszillators, die dem aktuell eingestellten Frequenzteilungsfaktor durch den Zähler auf den Mikroschaltungen DD4 und DD5 entspricht.

Nehmen wir an, dass der beschriebene Generator als Quelle einer Referenzfrequenz von 45 kHz für den in [2] beschriebenen Synthesizer verwendet werden soll. In diesem Fall muss die Frequenz des 9000-kHz-Quarzoszillators durch 9000/45 = 200 Mal geteilt werden. Unter Berücksichtigung der Division durch vier durch die Trigger der Mikroschaltung DD3 erhalten wir, dass der Frequenzteilungskoeffizient des Zählers auf den Mikroschaltungen DD4 und DD5 gleich 200/4 = 50 sein sollte. Dies bedeutet, dass dies bei jedem Überlauf erforderlich ist die Zahl 256 - 50 = 206 in seine Mikroschaltungen zu schreiben₁₀ = 1101110₂. Dazu müssen Sie Jumper gemäß Tabelle installieren. 2. Da in diesem Fall keine Umschaltung des Teilungsverhältnisses erforderlich ist, werden die Kontakte 2 und 3 nicht zum Einbau von Jumpern verwendet, deren logische Pegel von der Stellung des Schalters SA1 abhängen. Es schalten nur die Ausgänge des Generators und die Pulsfrequenz am Ausgang beträgt F₁ gleich 90 kHz sein und am Ausgang F₂ - 45 kHz.

Tabelle 2

Wenn es erforderlich ist, den Generator so zu programmieren, dass er zwei Frequenzwerte empfängt, beispielsweise 10 und 36 kHz (dies kann erforderlich sein, um einen Frequenzsynthesizer mit einem Rasterschritt von 5 und 9 kHz zu erstellen), empfiehlt es sich, einen niedrigeren zu erzeugen Frequenz am Ausgang F₂, mit einem zusätzlichen Teiler durch vier und einem höheren am Ausgang F₁ dividieren durch zwei.

Für F₁ = 36 kHz beträgt der gesamte Teilungsfaktor 9000/36 = 250 und ohne zusätzliche Teilung durch zwei - 250/2 = 125. Die Zahl, die bei Überlauf in den Zähler geschrieben werden soll, ist 256 - 125 = 131₁₀ = 10000011₂. Für F₂ = 10 kHz beträgt der Gesamtteilungsfaktor 9000/10 = 900, und ohne zusätzliche Division durch vier - 900/4 = 225. Die Zahl, die bei Überlauf in den Zähler geschrieben werden soll, ist 256 - 225 = 31₁₀ = 00011111₂. Die Positionen, an denen im betrachteten Fall die Jumper der Sätze S2 und S3 installiert werden müssen, sind in Tabelle 3 aufgeführt. In diesen Positionen sind sie im Diagramm in Abb. dargestellt und farblich hervorgehoben. 1.

Tabelle 3

Wenn ein Quarzoszillator mit einer anderen Frequenz verwendet wird (er kann 20 MHz erreichen) oder andere Frequenzwerte an den Ausgängen benötigt werden, müssen Berechnungen ähnlich den oben genannten unabhängig durchgeführt und Jumper entsprechend installiert werden mit ihren Ergebnissen. Bei Bedarf können Sie mehr als zwei Ausgangsfrequenzwerte erhalten und diese schnell umschalten, indem Sie anstelle von Jumpersätzen zwei Codeschalter mit jeweils 16 Positionen verwenden.

Alle Teile des Generators sind auf einer doppelseitigen Leiterplatte (Abb. 2) mit den Maßen 90 x 35 mm aus 1,5 mm dickem Folien-Glasfaserlaminat montiert, hergestellt in der Technologie mit metallisierten Löchern. Wenn eine Metallisierung nicht möglich ist, müssen die Anschlüsse der Teile beidseitig angelötet und verzinnte Drahtstücke in die Durchgangslöcher eingelötet werden.

Fig. 2

Die Anordnung der Teile auf der Platine ist in Abb. dargestellt. 3. Bei Verwendung eines temperaturkompensierten Quarzoszillators G1 sind die Elemente ZQ1, C7, C8, C11, R2 und R4 nicht darauf montiert. Darüber hinaus müssen zwei zusätzliche Jumper installiert werden: einer – zwischen den für den Kondensator C7 vorgesehenen Kontaktpads und der andere – zwischen den linken in Abb. 3 Kontaktpads für die Widerstände R2 und R4, Jumper S1 steht auf Position 2-3.

Fig. 3

Wenn ein Generator auf einem Quarzresonator ZQ1 und den Logikelementen DD1.1 und DD1.2 verwendet wird, sind der Generator G1, die Induktivität L1, der Kondensator C5 und die Widerstände R1 und R3 nicht auf der Platine montiert und der Jumper S1 ist auf Position gesetzt 1-2. Für die Zuleitungen des Quarzresonators sind zwei Paar Kontaktpads vorgesehen, die je nach Größe verwendet werden. Der Resonator selbst wird mit einer Schleife aus verzinntem Draht mit einem Durchmesser von 0,6...0,7 mm auf der Platine befestigt, auf die ein dünnes Rohr aus Kambrium, Polyvinylchlorid oder Fluorkunststoff aufgesetzt wird. Die Schlaufe wird gezogen und ihre Enden werden in die Löcher auf der Platine eingelötet. Unter einen Quarzresonator in einem Metallgehäuse muss eine Isolierunterlage aus Glasfaser oder dickem Karton gelegt werden. Ein Quarzresonator in einem Glaszylinder sollte vor dem Einbau mit drei bis vier Lagen lackiertem Stoff umwickelt werden.

Die Platine ist für den Einbau von MLT- oder C2-23-Widerständen ausgelegt. Kondensatoren (außer C10) – K10-17-1b. Oxidkondensator C10 - K53-18 mit axialen Anschlüssen, der durch K50-35 mit Anschlüssen in eine Richtung oder einen ähnlichen importierten ersetzt werden kann. Für den Minuspol eines Kondensators mit dieser Pinbelegung befindet sich auf der Platine ein zusätzliches Loch. Die 2D212B-Diode kann durch jede Siliziumdiode mit einem zulässigen Durchlassstrom von mindestens 500 mA ersetzt werden. Anstelle des integrierten Stabilisators KR142EN5A eignet sich ein importierter 7805. Drossel L1 - DM-0,1. Vor der Installation auf der Platine müssen die Pins digitaler Mikroschaltungen gemäß Abb. geformt werden. 4 mit einer Pinzette, einer dünnen Spitzzange oder einem Spezialgerät.

Fig. 4

Bei Verwendung eines integrierten Quarzoszillators ist es erforderlich, den Wert des Korrekturwiderstands, der durch die Reihenschaltung der Widerstände R1 und R3 gebildet wird, genau zu wählen. Er muss dem im Pass einer bestimmten Generatorinstanz angegebenen Wert entsprechen. Die genaue Frequenzeinstellung erfolgt mit einem Frequenzmesser durch Auswahl dieser Widerstände bei einer Temperatur von 20 °C ^оC.

Bei Verwendung eines Quarzresonators und eines Logikgattergenerators wird die genaue Erzeugungsfrequenz durch Auswahl der Kondensatoren C8 und C11 eingestellt. Trimmerwiderstände und Kondensatoren werden nicht speziell verwendet, wodurch der Einfluss der Instabilität ihrer beweglichen Kontakte auf die Frequenz beseitigt und die Zuverlässigkeit des Generators erhöht wird.

Das vorgeschlagene universelle Design eröffnet die Möglichkeit, einen Synthesizer (für den der beschriebene Generator vorgesehen ist) mit jedem vorhandenen Quarzresonator zusammenzubauen und zu debuggen, dann einen hochstabilen integrierten Generator mit der genauen Frequenz zu bestellen und ihn auf derselben Platine zu installieren.

Literatur

1. Thermisch kompensierter Quarzoszillator GK321-TK-K - URL: bmg-quartz.ru/gk321_tk_k.html.
2. Komarov S. Mittelwellen-Rundfunkfrequenzsynthesizer. – Radio, 2012, Nr. 9, S. 19-23; Nr. 10, S. 21-23.

Autor: S. Komarow

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