Генератор сигналов частотой 60 кГц…108 МГц

Высокочастотный генератор сигналов необходим при ремонте и настройке радиоприёмных устройств и потому довольно вос­требован. Имеющиеся на рынке лабораторные генераторы ещё советского производства имеют хорошие характеристики, как правило, избыточные для любительских целей, но стоят они довольно дорого и зачастую перед использованием требуют ремонта. Несложные генераторы иностранных производителей стоят ещё дороже и при этом не отличаются высокими парамет­рами. Это вынуждает радиолюбителей изготавливать такие устройства самостоятельно.

Генератор разработан как альтернатива простым промышленным при­борам, аналогичным GRG-450B [1]. Он работает во всех радиовещательных диапазонах, его изготовление не тре­бует намотки катушек индуктивности и трудоёмкого налаживания, В приборе реализованы растянутые КВ-диапазоны, что позволило отказаться от слож­ного механического верньера, встроен­ный милливольтметр выходного сигна­ла, частотная модуляция. Изготавлива­ется устройство из дешёвых распро­странённых деталей, которые найдутся у любого радиолюбителя, занимающе­гося ремонтом радиоприёмников.

Анализ множества любительских конструкций подобных генераторов выявил ряд общих характерных для них недостатков: ограниченный диапа­зон частот (большинство перекрывают только диапазоны ДВ, СВ и КВ); значи­тельное перекрытие частоты на высо­кочастотных диапазонах затрудняет её точную установку и приводит к необхо­димости изготовления верньера. За­частую требуется намотка катушек ин­дуктивности с отводами. К тому же опи­сания этих конструкций слишком крат­кие, а нередко вообще отсутствуют.

1) На коаксиальном выходе при со­противлении нагрузки 50 Ом, эффектив­ное значение. 2) При отключенном конден­саторе переменной емкости и напряже­нии на варикапе 0…5 В.

Было принято решение самостоя­тельно сконструировать высокочастот­ный генератор сигналов, удовлетво­ряющий следующим требованиям: пре­дельно простая схема и конструкция, катушки индуктивности без отводов, отсутствие самостоятельно изготавли­ваемых механических узлов, работа во всех вещательных диапазонах, включая УКВ, растянутые диапазоны и электри­ческий верньер. Желателен 50-омный коаксиальный выход.

В результате проверки множества технических решений и неоднократных доработок появился описанный ниже прибор. Диапазоны генерируемых им частот указаны в таблице. Точность установки частоты генератора — не хуже±2 кГц на частоте 10 МГц и±10 кГц на частоте 100 МГц. Её уход за час ра­боты (после часового прогрева) не превышает 0,2 кГц на частоте 10 МГц и 10 кГц на частоте 100 МГц. В той же таб­лице приведены максимальные эффек­тивные значения выходного напряжения в каждом диапазоне. Нелинейность шкалы милливольтметра — не более 20 %. Напряжение питания — 7,5…15 В. Схема генератора сигналов представ­лена на рис. 1.

Как правило, генераторы с двухто­чечным подключением колебательного контура, способные работать на частоте более 100 МГц, в средневолновом диа­пазоне генерируют скорее искажённый

меандр, чем синусоиду. Для уменьше­ния искажений требуется значительное изменение режимов работы активных элементов генератора в зависимости от частоты. Сигнал применённого в опи­сываемом устройстве задающего гене­ратора с включёнными последователь­но по постоянному току полевым и би­полярным транзисторами [2] имеет гораздо меньшие искажения. Их можно снижать, регулируя режим работы лишь биполярного транзистора.

На низкочастотных диапазонах ре­жим работы транзистора VT2 задан включёнными последовательно рези­сторами R1 и R9. С переходом на высокочастотные диапазоны переключатель SA1.2 замыкает резистор R1. Для уве­личения крутизны характеристики поле­вого транзистора VT1 на его затвор по­дано постоянное смещение, равное по­ловине напряжения питания. Напряже­ние питания задающего генератора ста­билизировано интегральным стабили­затором DA1. Резистор R10 служит минимальной нагрузкой стабилизатора, без которой его выходное напряжение засорено шумом.

В качестве катушек индуктивности L1-L10 задающего генератора исполь­зованы дроссели промышленного про­изводства. Их коммутирует переключа­тель SA1.1. В диапазоне УКВ2 индуктив­ностью L11 служит отрезок провода длиной около 75 мм, соединяющий пе­реключатель с печатной платой.

Отклонение фактической индуктив­ности дросселя от номинальной может быть довольно значительным, поэтому границы диапазонов выбраны с неко­торым перекрытием, чтобы исключить их трудоёмкую укладку. Указанные в таблице границы диапазонов получены без какого-либо подбора дросселей. Предпочтительно применять дроссели большого размера, стабильность индук­тивности которых (следовательно, и генерируемой частоты) выше, чем у малогабаритных.

Для перестройки частоты в приборе использован трёхсекционный конден­сатор переменной ёмкости с редукто­ром, применявшийся в радиоприёмни­ках «Океан», радиолах «Мелодия» и мно­гих других. Чтобы его корпус не имел электрического контакта с корпусом прибора, он закреплён внутри него через изолирующую прокладку. Это дало возможность включить одну сек­цию конденсатора последовательно с двумя другими соединёнными парал­лельно. Так реализованы растянутые KB-диапазоны. В диапазонах ДВ, СВ1 и СВ2, где требуется большое перекры­тие по частоте, переключатель SA1.2 соединяет корпус переменного конден­сатора с общим проводом. В диапазо­нах КВ6, УКВ1 и УКВ2 предусмотрено отключение конденсатора переменной ёмкости выключателем SA2. Когда вы­ключатель замкнут, частота устойчивой генерации не превышает 37 МГц.

Параллельно переменному конден­сатору подключена цепь из варикапной матрицы VD1, конденсаторов С6, С9 и резистора R6, служащая частотным модулятором, электрическим вернь­ером, а при отключённом переменном конденсаторе — основным элементом настройки. Поскольку амплитуда высо­кочастотного напряжения на колеба­тельном контуре достигает нескольких вольт, соединённые встречно-последо­вательно варикапы матрицы вносят гораздо меньшие искажения, чем вно­сил бы одиночный варикап. Напряжение настройки на варикапы матрицы VD1 поступает с переменного резистора R5.

Резистор R2 несколько линеаризует шкалу настройки.

Сигнал частотной модуляции генера­тора подают на разъём XS1 от любого внешнего источника. При настройке и проверке АМ-радиоприёмника пре­образование частотной модуляции в амплитудную происходит в нём самом за счёт неравномерности частотной характеристики додетекторной части приёмного тракта. Наблюдать АМ-сигнал можно на последнем контуре ПЧ приёмника с помощью осциллографа. Такое решение не всегда приемлемо, но применяемые в любительских конструк­циях измерительных генераторов простые амплитудные модуляторы создают сильную паразитную частотную модуля­цию даже на низкочастотных КВ-диапазонах, из-за чего применять их по назначению практически невозможно. На разъём XS2 при использовании при­бора в качестве генератора качающей­ся частоты подают пилообразное напряжение.

Задающий генератор связан с выходным повторителем на транзисто­ре VT4 через конденсатор С12, пре­дельно малая ёмкость которого умень­шает влияние нагрузки на генерируе­мую частоту и снижение амплитуды выходного напряжения на частоте выше 30 МГц. Для частичного устранения сни­жения амплитуды на низкой частоте конденсатор С12 зашунтирован цепью R11C14. Простой эмиттерный повтори­тель с высоким выходным сопротивле­нием на биполярном транзисторе ока­зался наиболее подходящим решением для такого широкополосного прибора. Влияние нагрузки на частоту сравнимо с истоковым повторителем на полевом транзисторе, а зависимость амплитуды от частоты гораздо меньше. Примене­ние дополнительных буферных ступе­ней только ухудшало развязку. Для обеспечения хорошей развязки в диа­пазонах ДВ-КВ транзистор VT4 должен иметь высокий коэффициент передачи тока, а в диапазонах УКВ — предельно малые межэлектродные ёмкости.

Выход повторителя соединён с зажи­мом XT 1.4, предназначенным в основ­ном для подключения частотомера, что приводит к некоторому снижению вы­ходного напряжения. Внутреннее со­противление этого выхода на КВ-диапазонах — около 120 Ом, выходное напря­жение — более 1 В. На диодах VD2, VD3, транзисторе VT3 и светодиоде HL1 реа­лизован индикатор наличия ВЧ-напряжения на выходе повторителя.

С движка переменного резистора R18, служащего регулятором выходного напряжения, сигнал поступает на дели­тель R19R20, который, помимо допол­нительной развязки генератора и нагрузки, обеспечивает выходное сопро­тивление коаксиального выхода (разъ­ём XW1) на KB-диапазонах, близкое к 50 Ом. На УКВ оно снижается до 20 Ом.

Уход частоты при изменении по­ложения движка R18 из верхнего по схеме положения в нижнее достигает 70… 100 кГц на частоте 100 МГц без на­грузки, а при подключённой нагрузке 50 Ом — не более 2 кГц (на той же частоте).

Для измерения выходного напряже­ния на разъёме XW1 предусмотрен де­тектор, выполненный на резисторах R15, R17, диоде VD4 и конденсаторе С17. Вместе с внешним цифровым вольтметром или мультиметром в режи­ме вольтметра, подключённым к контак­там ХТ1.3 (плюс) и ХТ1.1 (минус), он об­разует милливольтметр эффективного значения выходного напряжения гене­ратора. Для получения более линейной шкалы на диод VD4 подано постоянное напряжение смещения 1 В, которое ус­танавливают многооборотным подстро­ечным резистором R17.

Внешний вольтметр должен иметь предел измерения 2 В. В этом случае в старшем разряде его индикатора будет постоянно выведена единица, а в млад­ших разрядах — измеренное выходное напряжение в милливольтах. Мини­мальное измеряемое напряжение — около 20 мВ. Выше 100 мВ показания будут несколько завышены. При напряжении 200 мВ погрешность доходит до 20 %.

Питают генератор от стабилизиро­ванного источника постоянного напря­жения 7…15 В либо от аккумуляторной батареи. При нестабилизированном блоке питания генерируемый высокоча­стотный сигнал неизбежно будет моду­лирован частотой 100 Гц.

К монтажу генератора следует по­дойти очень тщательно, от этого зави­сит стабильность его параметров. Большинство деталей установлены на печатной плате из фольгированного с двух сторон изоляционного материала, изображённой на рис. 2.

Расположение деталей на плате показано на рис. 3. Площадки фольги общего провода с двух сторон платы соединяют между собой проволочны­ми перемычками, впаянными в отвер­стия, которые показаны залитыми. Элементы выходного повторителя после монтажа закрывают с двух сто­рон платы металлическими экранами, контуры которых показаны штриховы­ми линиями. Эти экраны должны быть надёжно, пайкой по периметру, соеди­нены с фольгой общего провода. В экране, находящемся со стороны печатных проводников, над контактной площадкой, с которой соединён эмит­тер транзистора VT4, сделано отверс­тие, сквозь которое проходит припа­янный к этой площадке медный штырь. В дальнейшем к нему припаивают центральную жилу коаксиального ка­беля, идущего к переменному резис­тору R18 и конденсатору С18. Оплётку кабеля соединяют с экраном повтори­теля.

В генераторе применены в основ­ном постоянные резисторы и конден­саторы для поверхностного монтажа типоразмера 0805. Резисторы R19 и R20 — МЛТ-0,125. Конденсатор С3 — оксидный с низким ЭПС, С7 — оксид­ный танталовый К53-19 или аналогич­ный. Катушки индуктивности L1-L10 — стандартные дроссели, предпочти­тельно отечественные серий ДПМ, ДП2. По сравнению с импортными, они имеют значительно меньшее отклоне­ние индуктивности от номинальной и большую добротность.

При отсутствии дросселя нужного но­минала катушку L10 можно изготовить самостоятельно, намотав восемь витков провода диаметром 0,08 мм на резис­тор МЛТ-0,125 сопротивлением не менее 1 МОм. В качестве индуктивнос­ти L11 применён отрезок жёсткого центрального провода от коаксиально­го кабеля длиной около 75 мм.

Трёхсекционные конденсаторы пе­ременной ёмкости с редуктором чрезвычайно распространены, но если такой отсутствует, можно применить и двух­секционный. В этом случае корпус кон­денсатора соединяют с корпусом при­бора, а каждую секцию подключают через отдельный выключатель, причём одну из секций — через растягивающий конденсатор. Управлять прибором с таким переменным конденсатором заметно сложнее.

Переключатель SA1 — ПМ11П2Н, также применимы аналогичные пере­ключатели серии ПГ3 или П2Г3. Вы­ключатель SA2 — МТ1. Переменный ре­зистор R18 — СПЗ-96, причём заме­нять его переменным резистором дру­гого типа не рекомендуется. Если переменного резистора указанного на схеме номинала не нашлось, то можно заменить его имеющим меньший но­минал, но при этом нужно увеличить сопротивление резистора R16 так, чтобы общее сопротивление парал­лельно соединённых резисторов R16 и R18 осталось неизменным. Перемен­ный резистор R5 — любого типа, R17 ­импортный многооборотный подстро­енный 3296.

Диоды ГД407А можно заменить на Д311, Д18, а диод 1N4007 — на любой выпрямительный. Вместо варикапной матрицы КВС111А допускается приме­нить КВС111Б, вместо 3AR4UC10 — любой светодиод красного свечения.

Задающий генератор малочувстви­телен к типам применённых транзисто­ров. Полевой транзистор КП303И может быть заменён на КП303Г— КП303Ж, КП307А-КП307Ж, а с коррек­тировкой печатной платы — на BF410B-BF410D, КП305Ж. Для тран­зисторов с начальным током более 7 мА резистор R7 не требуется. Бипо­лярный транзистор КТ3126А можно заменить любым СВЧ-транзистором структуры p-n-p с минимальными межэлектродными ёмкостями. В каче­стве замены транзистора КТ368АМ можно рекомендовать SS9018I.

Разъём XW1 — типа F. В него легко заделывается любой кабель, а при не­обходимости можно просто вставить провод. Зажимная колодка XT 1 — WP4-7 для подключения акустических систем. Разъёмы XS1 и XS2 — стандартные монофонические гнёзда под штекер диаметром 3,5 мм.

Генератор собран в корпусе от ком­пьютерного блока питания. Его монтаж показан на фотоснимке рис. 4. Ре­шётку вентилятора удалите, а сторону корпуса, где она находилась, закройте пластиной из листовой стали с отвер­стиями для разъёмов и элементов управления. Для крепления пластины следует использовать все имеющиеся в корпусе отверстия под винты.

Плату закрепите на латунной стойке высотой 30 мм, рядом с переключате­лем SA1, вверх печатными проводника­ми. Место контакта стойки с корпусом залудите и подложите под неё контакт­ный лепесток, который соедините с экраном выходного повторителя. По возможности избегайте образования больших замкнутых контуров протека­ния высокочастотного тока по общему проводу, приводящих к снижению выходного напряжения на УКВ-диапазонах.

Переменный резистор R18 поме­стите в дополнительный металличе­ский экран, зажав его под фланец резистора. Монтаж резисторов R19 и R20 — навесной. Их общую точку соедините с разъёмом XW1 коаксиаль­ным кабелем. Элементы детектора милливольтметра установите на не­большой монтажной плате, которую закрепите непосредственно на разъ­ёме XW1.

Конденсатор переменной ёмкости С4 установите в корпусе через изоли­рующие прокладки. Желательно сде­лать диэлектрический удлинитель оси конденсатора, на который будет наде­та ручка настройки. Но это не обяза­тельно, допустимо надеть её и на ось самого конденсатора. Соединение переменного конденсатора с выключа­телем SA2 и с платой выполните жёст­кой центральной жилой от коаксиаль­ного кабеля. Конденсатор С5 установи­те и соедините с корпусом рядом с конденсатором С4.

Перед установкой в прибор галетного переключателя SA1 смонтируйте на нём катушки индуктивности L1-L10 и резистор R1. Оси соседних катушек должны быть взаимно перпендикуляр­ны, иначе не избежать их взаимного влияния. Особенно это касается низко­частотных диапазонов. Удобно чередо­вать катушки с аксиальными и радиаль­ными выводами. Общий провод к гале­те SA1.1 подключите жгутом из десяти и более проводов МГТФ. Отдельным проводом соедините с общим прово­дом резистор R1 и подвижный контакт галеты SA1.2.

С помощью шприца с укороченной иглой нанесите на переднюю панель подкрашенным цапонлаком все необ­ходимые надписи. Разъём входа пило­образного напряжения XS2 установите на задней панели, чтобы исключить случайное подключение к нему. Туда же выведите шнур питания. Он дубли­рован контактами ХТ1.1 (минус) и ХТ1.2 (плюс), от которых можно питать другие измерительные приборы или настраиваемое устройство. Все лиш­ние отверстия в корпусе закройте при­паянными к нему стальными пластина­ми.

Собранный, согласно рекоменда­циям, прибор должен заработать сразу. Следует измерить постоянное напряжение на эмиттере транзистора VT4. При верхнем (по схеме) положе­нии движка переменного резистора R18 оно не должно быть менее 2 В, иначе нужно уменьшить сопротивле­ние резистора R13. Далее нужно про­верить работу генератора на всех диа­пазонах. На УКВ при большой введён­ной ёмкости переменного конденса­тора (если он включён) происходит срыв колебаний, что видно по сниже­нию яркости свечения светодиода HL1.

Если переменный резистор R5 включён, как показано на схеме, то полоса перестройки на УКВ-диапазонах не превысит 15 МГц, и может потребоваться укладка этих диапазо­нов в пределы вещательных. Прежде всего сделайте это в диапазоне УКВ1 (65,9…74 МГц) с помощью подстроен­ного конденсатора С9 при разомкну­том выключателе SA2. Далее переве­дите переключатель SA1 в положение УКВ2 и, изменяя длину отрезка прово­да, служащего индуктивностью L11, добейтесь перекрытия вещательного диапазона 87,5… 108 МГц. Если нужно сильно увеличить частоту, отрезок провода можно заменить полоской медной фольги или расплющенной оплёткой коаксиального кабеля. Пре­делы перестройки частоты варикапом можно значительно увеличить, если питать переменный резистор R5 на­пряжением со входа, а не с выхода интегрального стабилизатора DA1. Но это приведёт к заметному ухудшению стабильности частоты.

Регулировка детектора милли­вольтметра заключается в установке подстроечным резистором R17 на­пряжения 1010 мВ на подключённом к выходу детектора мультиметре при нулевом выходном напряжении гене­ратора (движок переменного резисто­ра R18 в нижнем по схеме положении). Далее, увеличив переменным резис­тором размах выходного напряжения до 280 мВ (контролируют осциллогра­фом), подстраивают R17 так, чтобы мультиметр показал 1100 мВ. Это со­ответствует эффективному значению выходного напряжения 100 мВ. Следу­ет учитывать, что ВЧ-напряжение менее 20 мВ этим милливольтметром измерять нельзя (мёртвая зона), а при напряжении более 100 мВ его показа­ния будут сильно завышенными.

Рекомендуется включать генератор за час до начала измерений. После его прогрева долговременная ста­бильность частоты существенно по­высится.

ЛИТЕРАТУРА

1. Генератор сигналов высокочастотный GRG-450B — URL: http://www.printsip.ru/cgi/download/instr/GW_instek/generatori_gwgrg-450b.pdf (26.09 _ 15).
2. Коротковолновый ГИР (За рубежом). — Радио, 2006, № 11, с. 72, 73.

Автор: Г. БОНДАРЕНКО, г. Донецк, Украина Источник: журнал Радио №1, 2016