1. Wiadomości ogólne.

Modulator częstotliwości 90326A FM MOD o częstotliwości nośnej 402MHz jest zbudowany przy użyciu generatora sterowanego napięciem (VCO). Generator VCO jest wysterowany sygnałem z pasma telefonicznego lub sygnałem telewizyjnym, zaś jego sygnał wyjściowy, wspomniane wcześniej 402MHz jest przenoszony w zakres pośredniej częstotliwości.

2. Parametry podstawowe.

konstrukcja typu plug-in

wymiary 24,5 x 196 x 198 mm

sygnał wejściowy z pasma telefonicznego lub telewizyjny

poziom sygnału wejściowego patrz tabela (str. 3)

nieliniowość poniżej 2% dla 70 ± 10 MHz

charakterystyka opóźnienia poniżej 2ns dla 70 ± 10 MHz

poziom wyjściowy

i dewiacja częstotliwości patrz tabela (str. 3)

sygnał wyjściowy sygnał FM o częstotliwości nośnej 70MHz

poziom sygnału wyjściowego +4dBm lub +5,2dBm

impedancja wejściowa

i wyjściowa 75Ω

pobór zasilania -18V dc, około 280mA

3. Działanie

Podstawowe moduły modulatora 90326A:

Wzmacniacz szerokopasmowy (BB AMP)

Generator sterowany napięciem (VCO) 400MHz

Mieszacz i lokalny generator

Korektor i wzmacniacz pośredniej częstotliwości

Obwód automatycznej kontroli poziomu sygnału

Obwód automatycznej kontroli częstotliwości

Rys 1. Modulator częstotliwości 90326 FM MOD - schemat blokowy

System	Pojemność [kanałów]	Częstotliwość pilotująca [kHz]	Poziom sygnału wejściowego [dBm]	Dewiacja [kHz]
TP	300 CH	8500	-42	140
		600 CH	8500	-42	140
		960 CH	4715	-42	140
				6199	-42	140
				9023	-45	100
			1260 CH	6199	-42	140
				9023	-45	100
				9500	-45	100
			1800 CH	9023	-45	100
				9023	-45	100
		2400 CH	11800	-48,2	69
	TV	625 linii	650	-42	140
				9023	-45	100
				9500	-45	100
			525 linii	8500	-42	140
				9023	-45	100
				9500	-45	100
			1800 CH	8500	-42	140
				9023	-45	100
				9500	-45	100

Tabela 1 Poziom wejściowy sygnału modulatora

3.1. Wzmacniacz szerokopasmowy

Wzmacniacz ten jest układem hybrydowym o wzmocnieniu około 19dB. Zmienna pojemność CV1 w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego (CV1, C4, C5, R2, R6) dostosowuje częstotliwość wyjściową tego wzmacniacza. Sygnał z pasma telefonicznego lub sygnał telewizyjny podawane na wejście BB IN są w pierwszej kolejności regulowane przez dzielnik rezystancyjny AV1 i po tym wzmacniane we wzmacniaczu scalonym IC1 do wymaganego poziomu napięcia dla modulacji częstotliwości.

Rys. 2 Schemat ideowy wzmacniacza szerokopasmowego (str. 12)

3.2. Generator sterowany napięciem (VCO) 400MHz

VCO 400MHz to generator Hartleya sterowany napięciem (składa się z tranzystora TR111, cewki L102 oraz silikonowej diody waraktorowej X101). Generator ten funkcjonuje w układzie jako modulator częstotliwości o częstotliwości nośnej 402MHz. Sygnał szerokopasmowy z wejścia BB IN przechodzi przez filtr dolnopasmowy, który wyrzuca z widma składniki szumowe, do silikonowej diody waraktorowej (X101), której bariera pojemnościowa formuje fragment obwodu przestrajającego generator VCO.

Oscylacje częstotliwości generatora VCO są determinowane poprzez barierę częstotliwościową silikonowej diody waraktorowej X101 oraz przez indukcyjność wysokoczęstotliwościowej cewki L103 przyłączone równolegle. Częstotliwość nośna 402MHz generowana w oscylatorze jest modulowana częstotliwościowo przez wyjściowy sygnał z pasma telefonicznego lub sygnał telewizyjny. Pojemność złączowa silikonowej diody waraktorowej w obwodzie rezonansowym zmienia się zgodnie z poziomem sygnału wejściowego.

Sygnał FM jest wzmacniany we wzmacniaczu zbudowanym w oparciu o tranzystor TR121 i wówczas wprowadzany do mieszacza.

Rys. 3 Schemat ideowy generatora sterowanego napięciem VCO (str. 13)

1. Mieszacz i generator lokalny.

Mieszacz składa się z transformatorów T15 i T16 oraz diod X15÷X18. Sygnał FM (402MHz z generatora VCO (400MHz) jest doprowadzony do mieszacza poprzez transfomator T15 zaś poprzez transformator T16 jest doprowadzony lokalny sygnał nośny 332MHz.Zrównoważony mieszacz diodowy miesza sygnał FM 402MHz z sygnałem lokalnym 332MHz i produkuje sygnał pośredniej częstotliwości 70MHz.

Lokalny generator składa się z tranzystorów TR161 i TR171. Tranzystor TR161 generuje sygnał o częstotliwości 332MHz i sygnał ten jest wzmacniany przez tranzystor TR171 do poziomy wymaganego do mieszania.

Rys. 4 Schemat ideowy generatora lokalnego (str. 14)

Rys. 5 Schemat ideowy mieszacza (str. 15)

2. Korektor i wzmacniacz pośredniej częstotliwości.

Sekcja korektora i wzmacniacza pośredniej częstotliwości składa się z filtru dolnoprzepustowego, korektora fazy, wzmacniacza pośredniej częstotliwości o obwodu automatycznej kontroli poziomu sygnału. Filtr dolnoprzepustowy (L22÷L25, C22÷C23) eliminuje harmoniczne od sygnału 70MHz wytworzone w mieszaczu i korektor (L26÷L27, C26÷C30) koryguje całkowite grupowe opóźnienie charakterystyk w tym module. Skorygowany sygnał pośredniej częstotliwości jest wzmacniany we wzmacniaczu (IC31, IC32), którego poziom sygnału jest kontrolowany przez układ automatycznej kontroli poziomu sygnału, celem uzyskania sygnału rzędu +4dBm lub +5,2dBm na wyjściu IF OUT.

Część sygnału pośredniej częstotliwości jest przetworzona w zmienne napięcie używane jako automatyczna regulacja wzmocnienia przez detektor diodowy X41÷X44. Napięcie zmienne w ten sposób przetworzone jest wzmocnione przez dwupoziomowy wzmacniacz IC33 oraz wzmocnione we wzmacniaczu pośredniej częstotliwości IC31.

Gdy poziom sygnału pośredniej częstotliwości w modulatorze jest normalny, czyli wynosi około -6V dc na wyjściu nr 7 wzmacniacza scalonego IC33 to napięcie to jest podawane na wejście B13 jako sygnał „nie alarmuj”. Jeśli jednak wyjściowy sygnał pośredniej częstotliwości opadnie poniżej 6dB lub więcej, czyli mniej niż -3V dc wystąpi na wyjściu nr 7 wzmacniacza scalonego IC33 to napięcie podawane na wejście B13 jest sygnałem alarmowym.

Rys. 6 Schemat ideowy korektora (str. 16)

Rys. 7 Schemat ideowy wzmacniacza pośredniej częstotliwości (str. 17)

3.4. Obwód automatycznej kontroli częstotliwości.

Schemat funkcjonalny modułu automatycznej kontroli częstotliwości AFC CKT pokazany jest na poniższym schemacie.

Rys. 8 Schemat funkcjonalny układu automatycznej kontroli częstotliwości.

Wejściowy sygnał pośredniej częstotliwości (70MHz) jest wzmacniany przez informacyjny wzmacniacz TR201 i podawany na dzielnik częstotliwości 1/64 IC211÷IC213. W ten sposób wyjściowy sygnał jest podzielony częstotliwościowo przez 64 a po tym wzmacniany przez tranzystor TR251 i ponownie podzielony częstotliwościowo przez 16384 (2¹⁴) przez scalony dzielnik częstotliwościowy CMOS (IC231). W ten sposób wyjściowa częstotliwość dzielnika częstotliwości IC231 wynosi 66,757Hz przy wejściowej częstotliwości sygnału 70MHz. Ten sygnał jest podawany na wejście nr 8 bramki NAND (IC251) w detektorze fazy (IC251÷IC253).

Kontrolny oscylator kwarcowy IC241 generuje sygnał odniesienia 4375Hz odpowiadający sygnałowi pośredniej częstotliwości 70MHz podzielonemu częstotliwościowo przez 16. Sygnał 4385Hz jest podzielony częstotliwościowo przez 65536 w dzielniku częstotliwości IC231 oraz IC243 aby uzyskać częstotliwość odniesienia 663,757Hz. Ta częstotliwość jest podawana na wejście nr 3 bramki NAND.

1. Przebieg operacji automatycznej regulacji częstotliwości.

Detektor fazy składa się z bramek NAND (IC251÷IC253) oraz komparatora fazy. Sygnał wejściowy podzielony częstotliwościowo w stosunku 1/2²⁰ oraz sygnał odniesienia 66,858Hz są podawane odpowiednio na wejścia nr 8 i 3 bramki NAND (IC251).

A. Przyśpieszanie fazy sygnału wejściowego.

Ciąg impulsów napięcia ujemnego dochodzi do wyjścia ostatniego stopnia bramki NAND (IC253). Uformowana fala pojawia się na wejściu i wyjściu detektora fazy. Sytuację tę przedstawia rys 9. Szerokość impulsu ukazywana jest na wyjściu nr 10 układu IC253 i wzrasta wraz z dryftem fazy w sygnale wejściowym ponad 2π rad.

Ciąg impulsów ujemnych oraz brak impulsu (0V) są pokazywane na wejście odpowiednio nr 2 i 3 wzmacniacza operacyjnego IC261, w ten sposób wytwarzany jest ujemny impuls na wyjściu nr 6, którego wzmocnienie jest mniejsze od wartości typowej ponieważ potencjał na wejściu nr 2 jest mniejszy od potencjału na wejściu nr 3. Te impulsy są przekształcone w napięcie zmienne za pośrednictwem filtra aktywnego (IC2262).

Ujemne wyjście napięcia zmiennego z filtru aktywnego przechodzi na diodę waraktorową w obwodzie sterującym generatorem VCO, aby zwiększyć barierę częstotliwościową i w ten sposób częstotliwość wyjściową modulatora może być sprowadzona do poprawnego poziomu.

Rys. 9 Charakterystyka czasowa sygnałów wejściowego i odniesienia dla przypadku przyśpieszenia fazy sygnału wejściowego

B. Opóźnianie fazy sygnału wejściowego

Żaden ciąg impulsów nie jest kierowany do wyjścia nr 10 układu IC253 ale ciąg impulsów ujemnych jest kierowany do wyjścia nr 1 układu IC253. Sformowana fala pojawia się na wejściu i wyjściu detektora fazy jak to pokazuje rysunek nr 10.

Rys. 10 Charakterystyka czasowa sygnałów wejściowego i odniesienia dla przypadku opóźnienia fazy sygnału wejściowego

Te wyjścia są dołączone do wzmacniacza operacyjnego IC261. Gdy potencjał na wejściu nr 2 układy IC251 jest większy niż na wejściu nr 3, ujemny impuls napięcia z wyjścia nr 6 staje się większy w porównaniu do wartości standardowej. Te impulsy są przekształcone w napięcie zmienne za pośrednictwem filtru aktywnego (IC262). Ujemne napięcie wyjściowe z filtru aktywnego podawane jest na diodę waraktorową w obwodzie sterującym VCO, aby zmniejszyć jej barierę pojemnościową i stąd taż częstotliwość wyjściowa z modulatora może być sprowadzona do poprawnego poziomu.

C. Zmiany częstotliwości wejściowej.

Jak pokazuje to rysunek nr 11 (następna strona) ujemne impulsy napięcia dużej szerokości są podawane na wyjście nr 10 układu IC253 gdy częstotliwość sygnału wejściowego ma duży dryft, ale podawana na wyjście nr 1 tegoż układu gdy wejściowa częstotliwość ma mały dryft. W ten sposób wyjściowe napięcie zmienne z filtru aktywnego jest takie że dioda waraktorowa sprowadza częstotliwość generatora VCO do poprawnego poziomu opisanego powyżej.

Rys. 11 Charakterystyka czasowa sygnałów wejściowego i odniesienia dla przypadku dryftu fazy sygnału wejściowego

(2) Przebieg operacji alarmowania układu automatycznej regulacji częstotliwości.

Schemat blokowy układu automatycznej kontroli częstotliwości przedstawia rys.12. Obwód alarmowania układu automatycznej regulacji częstotliwości składa się z bramki EXCLUSIVE OR (IC254)m bramki NOR (IC 255) oraz przerzutnika Shmitta (IC256). Ciąg impulsów sygnału wejściowego i ciąg impulsów sygnału odniesienia są podawane odpowiednio na wejścia bramki EXCLUSIVE OR, która wykrywa różnice fazy pomiędzy oboma sygnałami. Wynikowe ujemne napięcie przyjmuje wartość 0V w przypadku faz koincydentnych i wzrasta wraz z ich różnicą (
) jak pokazuje to poniższy wykres.

Rys. 12 Relacja pomiędzy różnicą fazy a napięciem wyjściowym dla przypadku faz koincydentnych

W tym przypadku
oraz
reprezentują fazy sygnału odniesienia i sygnału wejściowego. Oba napięcia wyjściowe komparatora fazy są podawane odpowiednio na wejścia bramki EXCLUSIVE OR, która wykrywa różnicę napięć pomiędzy oboma wyjściami komparatora fazy. Napięcie w tan sposób otrzymane jest ukazane na poniższym wykresie.

Rys. 13 Relacja pomiędzy różnicą fazy a napięciem wyjściowym dla przypadku różnych faz sygnałów.

Oba napięcia wyjściowe z bramki EXCLUSICE OR załączają obwód bramki NOR (IC255) celem uzyskania sygnału wyjściowego, który zmienia się liniowo wraz z dryftem fazy sygnału wejściowego jak pokazuje to wykres.

Rys. 14 Relacja pomiędzy różnicą fazy a napięciem wyjściowym dla przypadku dryftu częstotliwości sygnału wejściowego

Gdy różnica faz pozostaje w założonym przedziale, napięcie na wejściu nr 3 układu IC256 staje się większe niż na wejściu 2 tegoż układu i tymże sposobem napięcie wyjściowe w przedziale -18V÷-12V jako sygnał braku alarmu jest przesyłany z wyjścia układu IC256 do wejścia AFC ALM celem wskazania, że częstotliwość wyjściowa modulatora częstotliwości (70MHz) pozostaje na określonej wartości.

Gdy różnica faz wzrasta poza zdeterminowaną wartość potencjał na wejściu nr 3 układu IC256 staje się wyższy od potencjału na wejściu nr 2 i w ten sposób napięcie wyjściowe układu IC256 zmienia się z zera do wartości -2V i oznacza sygnał alarm układu APC. W ten sposób wykazywany jest przypadek w którym częstotliwość wyjściowa modulatora jest niezsynchronizowana w fazie.

4. Schematy ideowe poszczególnych bloków modulatora.

Ze względu na znaczny rozmiar całościowego schematu modulatora zostaną przedstawione jego poszczególne bloki przy czym relacje pomiędzy nimi są zgodne z uwidocznionymi na schemacie blokowym modulatora (str. 3).

11

---