51

Świat Radio Lipiec 2005

Usprawnienia

HOBBY

Projekt Czytelnika Świata Radio

Praktyczny syntezer PLL

Opis układu

Prezentowany syntezer pracuje

na częstotliwości 9000,0-9999,9kHz,

ale można go dostosować do pracy

w dowolnym pasmie KF, a nawet

UKF, stosując odpowiedni dzielnik

wstępny, podany na rysunkach (

1a,

1b, 1c). Zasada działania bez wni-

kania w szczegółową analizę jest

następująca. Sercem układu jest pro-

gramowany dzielnik częstotliwości

wraz z przerzutnikiem RS, który

steruje dzielnikiem programowa-

nym i dzielnikiem wstępnym o dwu-

współczynnikowym stopniu podzia-

łu (

rys. 1 na następnej stronie).

Układ US1 jest zaprogramowany

na stałe (MHz); US2, US3, US4 są

programowane z licznika uniwer-

salnego US10, US11,US12 (kHz).

Teoretyczne zasady dzia-

łania układów stabilizacji

częstotliwości PLL (Phase

Locked Loop)

były opisane na naszych

łamach kilka miesięcy temu

(ŚR 12/04, ŚR 1-3/05). Teraz

prezentujemy układ PLL

zaprojektowany na łatwo

dostępnych i tanich ukła-

dach scalonych oraz prak-

tycznie wypróbowany przez

Czytelnika ŚR.

Jak zapewnia konstruktor,

pomimo dużej liczby US

i złożoności układu elek-

trycznego do uruchomienia

urządzenia wystarczy tylko

miernik uniwersalny (mul-

timetr) oraz miernik czę-

stotliwości (z dokładnością

odczytu 10Hz).

Układ był pierwotnie zbudo-

wany do minitransceivera

„Antek” (AVT 2310), dzięki

czemu udało się uzyskać

doskonałą stabilność czę-

stotliwości (pełna synteza)

oraz wyeliminować skalę

jako licznik częstotliwości

oraz trudny do zdobycia

kondensator strojeniowy.

Rys. 1a. Dzielnik współpracujący z syntezerem

Rys. 1b. Dodatkowy dzielnik do 400MHz współpracujący z syntezerem

Rys. 1c. Dodatkowy dzielnik do 250MHz współpracujący z syntezerem

52

HOBBY

Usprawnienia

Świat Radio Lipiec 2005

Przy zastosowaniu dziel-

ników z rys. 1b i 1c nie

wykorzystujemy bramki

układu US6 (sygnał

należy podać wprost na

układy US3, US4)

Rys. 1. Zasadniczy układ syntezera PLL

53

Świat Radio Lipiec 2005

Syntezer stabilizuje częstotli-

wość dokładnie taką samą, jakie

są zaprogramowane liczby na wej-

ściach US1, US2, US3, US4. Np.

gdy zaprogramujemy „9”, „0”, „0”,

„0”, to syntezer będzie stabilizował

9MHz. Jeżeli chcemy, aby syntezer

stabilizował częstotliwość powyżej

10MHz, należy do dzielnika dodać

jeden US (rys. 8). Dla przykładu

zaprogramujemy „1”, „0” (MHz),

syntezer będzie stabilizował często-

tliwość od 10.000,0-10999,9kHz. Po

włączeniu zasilania syntezer usta-

wia się na takiej częstotliwości, jak

jest zaprogramowany licznik uni-

wersalny, por. schemat, tzn. 9.700.0,

po włączeniu zasilania lub naciśnię-

ciu przycisku na wyprowadzeniach

pin 1 pojawia się krótki impuls i na-

stępuje ustawienie licznika. Układ

Rys. 2. Skala cyfrowa

Rys. 3. Generator taktujący współpracujący
z licznikami 4039

Rys. 4. Generator współpracujący z licznikami 40192

Skala cyfrowa – dla

okrągłych wartości p.cz.:

4, 6, 8, 9, 12MHz itp.

(ustawienie pilota 1kHz

w górę lub w dół –

odczyt prawidłowy)

54

HOBBY

Usprawnienia

Świat Radio Lipiec 2005

US5 to detektor fazy i częstotliwości

wraz z biernym filtrem RC, bar-

dzo skutecznym, na wyjściu tego

filtru w stanie synchronizmu pętli

pojawia się napięcie błędu, które

steruje diodą pojemnościową VCO.

Układy w dzielniku programowa-

nym US3, US4 muszą być jak na

schemacie lub ze zwykłej serii 7492,

z tego względu, że układy CMOS

w tym miejscu nie będą pracowa-

ły, ponieważ impulsy należałoby

uformować do poziomu CMOS,

co skomplikowałoby układ.

Synte-

zer był sprawdzony z dzielnikami

wstępnymi z rysunku 1 a oraz 1b

i pracował doskonale. Sprawdzi-

łem kilka egzemplarzy 193 @IE3

i wszystkie pracowały już od 8MHz

(gwarantowane), a nawet niżej.

Niestety układ SP8647A nie był

sprawdzony i jest zaprojektowa-

ny tylko teoretycznie, ma prawdo-

podobnie wyjście CMOS, ale nie

mam ani jego, ani jego szczegó-

łowej aplikacji, i z tym układem

sądzić należy, że cały dzielnik pro-

gramowany mógłby być CMOS.

Część licznika uniwersalnego US13

steruje dwukierunkowymi klu-

czami zawartymi w US9, klucze

te sterują drabinką rezystancyjną,

z której jest uzyskiwane napięcie do

przestrajania generatora wzorco-

wego US9 w celu uzyskania kroku

ok. 100Hz. Indukcyjność dławika

w generatorze wzorcowym zależy

od egzemplarza kwarcu i należy

ją tak dobrać, aby generator mógł

współpracować z diodą BB105 (ok.

100µH).

Rysunek 3 to generator

taktujący zbudowany z bramek A,

B; bramka D startuje i blokuje gene-

rator, a bramka C steruje zliczaniem

w dół lub w górę. W liczniku uni-

wersalnym można też zastosować

US 40192, z tą różnicą, że bramki

w generatorze taktującym 2A, 2B,

2C, 2D sterują przepuszczaniem

impulsów na wejścia zliczające pin

4,5. Stosując potencjometr w ge-

neratorze taktującym można tak

regulować jego częstotliwość, że do

przestrojenia pasma wystarczy kil-

ka sekund, przy takiej opcji można

wyeliminować przełącznik kroków.

Z wyjść Q licznika uniwersalnego

można sterować dowolnymi de-

koderami BCD na 7 segmentów,

np. 4543 ze skalą LCD, a impulsy

do prawidłowej pracy wyświetla-

cza LCD pobrać z wyprowadzenia

pin 3 US4060. Ze skalą LED prąd

pobierany wynosi ok. 200mA, sto-

sując dekodery CMOS można go

jeszcze zredukować, a z LCD do ok.

70mA. Można zrezygnować z ukła-

dów US9, US13 i wykonać syntezer

z krokiem 1kHz, a mały krok uzy-

skać z przestrajania potencjome-

trem (

rys. 6).

Uruchomienie

Uruchamiać należy z krokiem

1kHz, o małych krokach na po-

czątek trzeba zapomnieć. W tym

celu przełącznik włączyć w pozycje

1kHz, zestroić trymerem generator

wzorcowy, tak aby na pin 9 uzy-

skać 4096kHz, wzorcowy, tak żeby

na pin 9 uzyskać 4096 kHz, można

korygowć również PR100K. Spraw-

dzić w ten sposób działania dzielni-

ka wstępnego, np. z pomocniczego

Vx010MHz podać sygnał na WE

VCO odn., pin 15 w US7 zewrzeć

do masy, zmierzyć częstotliwość,

na wyjściu dzielnika powinno być

100,00kHz. Następnie pin 15 zewrzeć

do +5V, zmierzyć częstotliwość - po-

winno być 909,09kHz (ewentualnie

skorygować 220k w T1). Zamknąć

pętlę przez podłączenie VCO, mie-

rząc częstotliwość na VC WY - syn-

tezer powinien stabilizować. Przyci-

skami sprawdzić strojenie z krokiem

1kHz, jeżeli próby wypadły pomyśl-

nie, należy ustawić małe kroki (prze-

łącznik w pozycji 100Hz). Na PR100

ustawić napięcie np. 1V, mierząc

częstotliwość na WY; VCO ustawić

trymerem 9700, 0kHz, przyciskami

sprawdzić krok.

Rys. 5. VCO z separatorem

Rys. 6. Generator wzorcowy

Rys 8. Programowanie liczb

Rys. 7. Alternatywny układ do uzyskania kroku 100Hz

55

Świat Radio Lipiec 2005

Jeżeli krok nie jest zadowala-

jący, należy PR100K ustawić inne

napięcie, np. 1,2V, trymerem dopro-

wadzić do 9700,0kHz, sprawdzić

ponownie kroki, czynności powta-

rzać aż do uzyskania zadowalające-

go kroku. W prototypie uzyskałem

krok 100Hz ±40Hz, tzn. najmniej-

szy krok wyniósł 60Hz, a najwięk-

szy 140Hz i jest to w zupełności

wystarczające do pracy SSB. Kroki

te są powtarzalne w całym pasmie.

W zakresie 9,5-9,8MHz ulegają nie-

znaczącej zmianie. Można włączyć

układ RIT z rys. 6. Można również

uzyskać dokładny krok 100Hz w

inny sposób, zamiast US9 stosu-

jąc układ z

rys. 7. Na Q 0 wstawić

rezystor 100k (PR 100k), ustawić

np. 1V, trymerem zestroić VCO na

9700,0kHz, przestroić syntezer o 1

w górę, na Q1 potencjometrem

pomocniczym ustawić VCO WY

9700,1kHz zmierzyć wartość na po-

tencjometrze i na Q1 wstawić rezy-

stor stały itd. Z opisanych powyżej

względów syntezer należy trakto-

wać jako jednopasmowy. Z krokiem

1kHz jak najbardziej może być wie-

lopasmowy. W układach syntezy

PLL, VCO powinno pracować na

niskim poziomie i dlatego powi-

nien być zasilany napięciem 5V nie

większym, ma to wpływ na jakość

sygnału, może być zasilany tym

samym napięciem co syntezer, sto-

sowanie oddzielnego stabilizatora

dla VCO jest zbędne.

Po zamknięciu pętli na VCO WY

jest napięcie w.cz. ok. 250mV i z po-

wodzeniem można nim wysterować

NE612, oczywiście sygnał ten moż-

na wzmocnić już poza VCO, np. na

jednym tranzystorze, który może

już być zasilony wyższym napię-

ciem, np. 9V. Syntezer był testowa-

ny w torze odbiorczym, odbierany

sygnał CW i SSB był doskonały, do-

strajanie do stacji SSB bez żadnych

problemów (naturalne brzmienie).

Syntezer może być zmontowany

na dwóch mniejszych płytkach.

Prawidłowy montaż i połączenia

elektryczne gwarantują pełny suk-

ces. Niezbędne połączenia, których

nie da się poprowadzić drukiem,

należy wykonać cienkim przewo-

dem w izolacji.

Przed zaekranowaniem VCO

należy go wstępnie zestroić. Zakres

VCO powinien się rozpoczynać od

ok. 2V, a kończyć (nie wyżej) 0,25V

niżej od zasilania 4046. W proto-

typie z pojedynczą diodą BB112

C1100 pF C210pF dla pokrycia za-

kresu US-4046 wystarczyło zasilić

napięciem 5V.

Mam nadzieję, że zaprogramowa-

ny syntezer ucieszy wielu kolegów

konstruktorów i posłuży jako baza

do własnych przemyśleń i koncepcji.

Jako ciekawostkę mogę jeszcze

podać, że syntezer ten może współ-

pracować z dowolną p.cz. po doda-

niu do skali uniwersalnego licznika,

ale z uwagi na dużą dostępność na

rynku rezonatorów z okrągłą f jest

nieopłacalne, ale możliwe, prze-

prowadziłem takie próby w celu

poznawczym.

Roman Tyrała

W przypadku większego zain-

teresowania prezentowanym ukła-

dem istnieje możliwość w AVT

skompletowania wszystkich podze-

społów, a nawet wykonania płytek

drukowanych.

Rys.9. Ilustracja pracy klucza 4066 sterującego drabinką rezystancyjną

Rys.10. Rozmieszczenie elementów na płytkach modelowych (fotografia na pierwszej stronie artykułu)

Kluczowe elementy

syntezera można nabyć

w sklepie AVT:

www.sklep.avt.pl

Wykaz kluczowych elementów syntezera PLL
Zasadniczy układ syntezera (rys.1):

US1, US2, US3, US4: 74LS192

US5: 4046

US6: 74LS00

US7: 74LS193

US8: 4060

US9: 4066

US10, US11, US12, US13: 4029

X: 4096kHz
Dzielnik częstotliwości (rys.1a.):

US1, US2: 7474

US3: 74S10
Skala cyfrowa (rys. 2):

US1, US2, US3, US4: 74LS47

W1-W5: wyświetlacze, wspólna anoda np.

SA52-11EWA
Generatory taktujące (rys. 3, 4):

US1, US2, US3: 4011

US4, US5: 40192