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.

Диапазон	Частота, МГц	Напряжение 1), мВ
ДВ1	0,058…0,214	40…70
ДВ2	0,185. .0,726
СВ	0,56…2,33	53…120
КВ1	2,05…3,4	110..150
КВ2	2,9…4,8
КВ3	4,8. .8,3
КВ4	7…12
КВ5	11,9.20,7
КВ6	17,7..32 35,5…38,52)
УКВ1	37..           57.5 65..           ,722)	150…210
УКВ2	70…82 94. 1082)

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.

Печатная плата

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