Opracowanie: Zdzisław Wierzchowski SP4HKQ SK
sp4hkq@wp.pl
W projekcie CDG2000 szczególny nacisk został położony na odporność na duże sygnały występujące na wejściu odbiornika. IP3 odbiornika, przy prawidłowym dopasowaniu mieszacza do wejścia filtru kwarcowego, osiąga nawet wartość +40dBm. Istotnym elementem odbiornika jest także moduł pośredniej częstotliwości z układem automatycznej regulacji wzmocnienia AGC. Jego działanie skutkuje prawidłowym przenoszeniem sygnałów o bardzo małej, jak i o wielkiej wartości.
Moduł IF jest przystosowany do pracy z sygnałem wejściowym z zakresu od 0.8 uV do 0.23V z współczynnikiem sygnał –szum >10dB. Jak podaje autor sygnały o poziomie >0.03uV, gdy szerokość pasma przenoszenia pośredniej wynosi 2.5kHz, są rozpoznawane. Moduł posiada ręczną regulację wzmocnienia i płynną regulację czasu „zawieszenia” od 0.1 s do 2 s.
Schemat układu umożliwia zastosowanie w odbiorniku filtrów kwarcowych o wartości 4.434MHz lub 9MHz. Jednak związane jest to z wymianą niektórych elementów w module IF.
Prawidłowa praca automatycznej regulacji wzmocnienia AGC związana jest z zastosowanym wzmacniaczem, detektorem i układem zamieniającym sygnał z detektora na napięcie sterujące wzmocnieniem.
AD600 jest podwójnym, niskoszumnym, szerokopasmowym, o zmiennym wzmocnieniu układem scalonym. Wzmocnienie dwóch wewnętrznych wzmacniaczy jest kontrolowane przez różnicę napięć na nóżkach CxLO i CxHI. Zakres regulacji wzmocnienia jednego wzmacniacza wynosi 40 dB, a jego współczynnik jest stały w całym zakresie zmian i wynosi 32dB/V. Ponieważ ten układ scalony posiada pasmo przenoszenia 30 MHz i 2 dB współczynnik szumów idealnie nadaje się do układu pośredniej częstotliwości o regulowanym wzmocnieniu.
Logarytmiczne, zrównoważone detektory powodują wzrost o 3V napięcia wyjściowego przy zmianie sygnału sterującego o 8 dB. Współczynnik zmian sygnału wyjściowego wynosi 0.375V/dB.
W połączeniu z AD600 stosunek zmiany sygnału wejściowego do
zmiany sygnału wyjściowego wzmacniacza pośredniej częstotliwości wynosi
Szerokopasmowy szum doprowadzony do detektora AGC wyklucza
używanie automatyki w przypadku niskich poziomów sygnału. Więc zakres szumów
własnych wzmacniacza musi być ograniczony. Osiągnąć to można przez umieszczenie
dodatkowego filtru kwarcowego pomiędzy stopniami wzmacniacza. Takie rozwiązanie
ma też ujemne strony, ponieważ
przesunięcie czasowe filtru umieszczonego pomiędzy kontrolowanym układem, a
detektorem destabilizuje cały system AGC. Optymalnym układem jest zastosowanie
2 detektorów, jednego przed filtrem, drugiego po wzmacniaczu za filtrem.
Pierwszy detektor SZYBKI, ze względu na opóźnienie spowodowane filtrem, pozwala
szybko przycinać silne sygnały i ukrywać zakłócenia impulsowe nim dotrą do
drugiego detektora WOLNEGO. Dzięki temu detektor WOLNY nie przycina wzmocnienia
całego toru IF na zauważalnie długi czas. Natomiast detektor SZYBKI
uniemożliwia przeciążenie wzmacniaczy U1A i U1B sygnałem wyższym niż 10 uV,
przez kilka milisekund, zanim detektor WOLNY zareaguje. Dzięki regulacji
wzmocnienia Q2 obydwa detektory posiadają takie same napięcie sygnału
sterującego przy minimalnym wzmocnieniu U2A. Identyczne detektory SZYBKI i
WOLNY pracujące na tym samym poziomie sygnału, w połączeniu z dobrze
zdefiniowaną charakterystyka kontroli wzmocnienia każdego AD600, pozwalają bezproblemowo sumować sygnał z
wyjść detektorów. Takie rozwiązanie wpływa na precyzyjne działanie S-metra i
idealne brzmienie odbiornika wyposażonego w taką pośrednią.
AGC rozpoczyna działanie, gdy poziom sygnału na wyjściu U2B wynosi –32 dBm. Odpowiada to sygnałowi –128 dbm na wejściu pośredniej (0.09uV), wtedy współczynnik sygnał – szum S/N wynosi >10dB. Natomiast gdy na wejściu pojawi się maksymalny poziom sygnału wynoszący 0 dBm (0.23V), to na wyjściu U2B sygnał wzrośnie do –20 dBm.
Q1 J310
jest FET-em ze sprzężeniem indukcyjnym
bramka – źródło. Zasada jego działania jest opisana przez W7ZOI i G3SBI poz. 2
bibliografii. Jego wzmocnienie wynosi 12 dB. Dren tego tranzystora jest
podłączony do transformatora T2 o przełożeniu 2:1 obciążonego oporem 220 Om. Wartość
tego oporu jest zoptymalizowana na maksymalne dopasowanie do wejścia układu
AD600. Aby dopasować oporność wejścia pośredniej dokładnie na 50 Om, prąd źródła Q1 jest regulowany przez R1. Zmiana
prądu reguluje sprzężenie źródło – bramka. Transformator T1 o przełożeniu 4/3.5 zw wnosi minimalną stratę sprzężenia,
aby wzmacniacz miał niski współczynnik szumów. Jak podaje autor, transformator
należy wykonać na rdzeniu dwuotworowym BN61-202 dokładnie jak na rysunku i nie
stosować zamienników. (porównałem rdzeń BN z polskim F200 i się okazało że mają
bardzo podobne parametry, np. 4zw na kolumnie środkowej BN dają 9.5 uH indukcyjności i dobroć Q=
Dalej są 4 stopnie wzmacniacza w 2 układach scalonych AD600. Jeden stopień wzmacniacza umożliwia zmianę wzmocnienia o 40 dB. Realizowane jest to sekwencyjnie tz. wzrost sygnału na wejściu tłumi najpierw 3 wzmacniacz na min. a następnie 2 itd. Taka realizacja wzmocnienia skutkuje maksymalnie optymalnym współczynnikiem sygnał – szum.
Aby w pełni zrozumieć działanie AD600 potrzebne są dane katalogowe. Ale mówiąc krótko wygląda to tak, zmiana napięcia na wejściu kontrolnym CxLO ( C1LO i C2LO) od –0.625V do
+0.625V w stosunku do drugiego wejścia kontrolnego CxHI (C1HI i C2HI) powoduje liniową zmianę wzmocnienia od +40db do 0 dB.
Ponieważ C1HI U2A sterowane jest napięciem +0.649V, to aby nastąpiła zmiana wzmocnienia o 40dB, napięcie AGC na nodze 2 i 13 U7 musi się zmienić od 0.024V do1.274V. C2HI układu U1B jest sterowany napięciem 1.947V, to aby nastąpiła zmiana wzmocnienia o 40dB, napięcie AGC na nodze 2 i 13 U6 musi się zmienić od 1,322V do 2.572V. Mała różnica pomiędzy 1.274V a 1.322V niezauważalnie wpływa na liniowość zmiany wzmocnienia przy przejściu od U2A do U1B.
Próg U1A jest także sterowany z napięcia 1.947V, to aby zrealizować sekwencyjną zmianę wzmocnienia, napięcie sterujące jest pomniejszone o 1,298V za pomocą U6C. W ten sposób sterowanie wzmocnieniem U1A o 40 db następuje przy zmianie napięcia AGC od 2.62V do 3.87V. W takim razie napięcie na TP2 zmienia się od 0V do 3.87V powodując kaskadowo zmianę wzmocnienia o 120 db, zaczynając od trzeciego stopnia wzmacniacza.( ostatni 4 wzmacniacz objęty jest działaniem AGC, ale nie jest objęty pętlą pomiarową, a moment rozpoczęcia działania, ustawia się według indywidualnych upodobań konstruktora za pomocą R3)
Wykonany jest w układzie filtru drabinkowego, z 3 jednakowych rezonatorów kwarcowych 4.43 lub 9MHz. Jego charakterystyka powinna być symetryczna względem środka zasadniczego filtru odbiornika. Od strony Q2 powinien być dopasowany do 200 Om oporności kolektora tranzystora, a z drugiej strony do 100 Om wejścia U2A. Tłumienie filtru rekompensuje wzmocnienie Q2 regulowane za pomocą R2. Przykładowa charakterystyka to 2.5kHz –3 dB, 5.5kHz –20 dB.
Czwarty wzmacniacz AD600 U2B nie jest objęty pętlą pomiarową AGC. Za pomocą R3 można ustawić charakterystykę zmiany wzmocnienia U2B, aby była ona możliwie płaska (w zakresie do kilku decybeli) dla zmiany poziomów sygnału od 0.23 uV do 0.23 V (-120 dBm do 0 dBm). Z powodu założonego stosunku sygnał - szum S / N dla bardzo małych sygnałów, nie jest możliwe ustawienie wzmocnienia na stałe. Pozwala jednak wyregulować poziom wyjściowy do indywidualnych potrzeb użytkownika.
Wyjście sygnału U2B jest stłumione na parze oporników 150/75 Om w celu dopasowania wyjścia wzmacniacza do 50 Om wejścia produkt detektora. Wzmacniacz U2B i oporniki zapobiegają przenikaniu sygnału BFO na wejście WOLNEGO detektora.
Napięcie odniesienia
Napięcie sterujące dla wejść kontrolnych CxHI wytwarzane jest w stabilizatorze U3 TL431. Jest to skompensowany termicznie, regulowany stabilizator na którego wyjściu ustalone jest napięcie 2.6V. Napięcie to jest dzielone na czterech jednakowej wartości opornikach 1kOm, aby otrzymać 1.947V dla wejść kontrolnych CxHI U1A i U1B, 1.298V napięcie pomniejszające poziom AGC w układzie U6C do sterowania C1LO w U1A i 0.649V dla progu działania U2A. Przy precyzyjnie dobranych opornikach wystarczy wyregulować za pomocą R6 wartość 1.947V aby pozostałe napięcia przyjęły założone wartości. Wartości oporników mogą przyjąć wartość z zakresu od 1kOm do 5kOm. W celu zabezpieczenia drogich układów scalonych zastosowano 7 podwójnych miniaturowych diod krzemowych (+ 1 pojedynczą). Do normalnej pracy te diody są niepotrzebne, ale w wypadku błędu zabezpieczą przed niepotrzebnymi kosztami.
Dwa detektory AGC, U8 z U7C i U9 z U11C nie są prostownikami, ale wewnętrznie połączonymi sparowanymi tranzystorami wytwarzającymi stałe napięcie, którego wartość liniowo zależny od logarytmicznej zmiany poziomu sygnału zmiennego na wejściu. Detektory zaczynają działać, gdy na ich wejściu pojawi się sygnał >l0 mV. A ich logarytmiczna charakterystyka uzupełnia się z współczynnikiem zmiany wzmocnienia AD600 prawie doskonale.
Napięcia, wyjściowe detektora WOLNEGO (TP2) i z potencjometru IF GAIN na nóżce 3 U11A, po przejściu przez układy U11A i U11D są porównywane. Napięcie które ma wyższą wartość przez diodę i opornik ładuje kondensator HOLD C1. Natomiast na wyjściowej nóżce wzmacniacza, którego napięcie jest niższe, może pojawić się wartość –11V. Takie działanie wzmacniaczy jest całkowicie normalne i nie jest to błąd konstrukcyjny. Podobnie zachowują się wzmacniacze U6A-U6D i U7A-U7D.
Wyjście AGC z U11A-U11D łączy się z zewnętrznym sygnałem sterowania (jeśli istnieje) w U7A-U7D. Potem sygnał z detektora WOLNEGO łączy się z sygnałem detektora SZYBKIEGO TP1 w U6A-U6D i jak opisano poprzednio wyższy poziom kontroluje wzmocnienie UlB i steruje poziomem S-metra. Jednocześnie ten poziom sygnału AGC jest pomniejszany w U6C o napięcie z bufora U6B (1.298V), by sterować wzmocnieniem U1A (nóżka 1). Zmiana napięcia sterującego U1A ma zakres od –1.2V do 2.6V.
Kiedy na wyjściu WOLNEGO detektora napięcie osiągnie 90% napięcia na kondensatorze C1, napięcie na Ul0B nóżka 7 wyniesie około 11V. Prąd płynący przez diodę i opornik o wartości 100-kOm do nóżki 13 U10D ładuje kondensator całkujący 1uF.Na wyjściu U10D pojawia się ujemne napięcie, rosnące do wartości ok. –8 V, (wartość ta określona jest momentem rozpoczęcia przewodzenia diody zenera). To napięcie podane na bramkę Q4 blokuje tranzystor i prąd drenu nie rozładowuje kondensatora C1. Opornik 4.7-MOm powoli rozładowuje C1, pozwalając AGC śledzić niewielkie zmiany napięcia, gdy Q4 jest zablokowany. Układ U10C (negative clamp) dostarcza prąd potrzebny do powstrzymywania Q4 od wytworzenia ujemnego napięcia na C1. Kiedy napięcie WOLNEGO detektora AGC nie jest na poziomie 90% napięcia na C1(jest niższe) , wówczas napięcie na U10B nóżka 7 jest ujemne, a wyjście układu całkującego U10D zmienia się w kierunku wartości dodatnich. Wartość napięcia na nóżce 13 U10D ustalana jest przez potencjometr CZASU ZAWIESZENIA. Dodatnie napięcie odblokowuje Q4 i kondensator C1 zostaje rozładowany, ale tylko do poziomu 90% napięcia na kondensatorze. Położenie potencjometru CZAS ZAWIESZENIA wydłuża lub skraca czas reakcji AGC na zmiany poziomu sygnału wejściowego. Zakres regulacji: 0.1s do 2 s
S-meter
Miernik sygnału S-meter pokazuje poziom napięcia wcz. dostarczonego przez antenę na oporność znamionową wejścia odbiornika 50 Om. Włączenie dodatkowego wzmacniacza lub tłumika na wejściu odbiornika nie powinny zmieniać odczytu S-metra, gdyż napięcie z anteny w rzeczywistości się nie zmienia. Taka zasada w wielu fabrycznych odbiornikach nie jest stosowana. Dzięki wzmacniaczom AD600 możliwe stało się uzyskanie linowej zmiany napięcia AGC w stosunku do logarytmicznej zmiany poziomu sygnału na wejściu. Zmiana napięcia w TP2 od 0V do 3.87V odpowiada zmianie wzmocnienia o 120 dB (w zakresie pętli pomiarowej), plus wzmocnienie ostatniego stopnia U2B wynoszące ok. 10dB..
Zależnie od posiadanego ustroju pomiarowego należy dobrać opornik ograniczający prąd aby przy napięciu 3.75V było pełne wychylenie przyrządu. Zastosowanie PR-ka pozwoli na korekcję wskazań miernika podczas końcowego strojenia Autor proponuje zastosowanie np. 3 przełączanych zmiennych oporników dla pracy z wzmacniaczem, tłumikiem, lub bez nich, a doskonale liniowa charakterystyka pozwoli zachować wskazania. W końcowym strojeniu na wejście odbiornika należy podać sygnał o poziomie 50 uV i wyregulować PR-ki na 50% wychyłu miernika tj. poziom sygnału S9 . Włączanie wzmacniacza lub tłumika powinno jednocześnie podłączać do miernika odpowiedni opornik.
Do strojenia modułu IF służy 7 regulowanych oporników. W sześciu przypadkach regulacja jest całkowicie niezależna. Do strojenia potrzebny jest generator z regulowanym poziomem sygnału i mostek pomiarowy o oporności znamionowej 50 Om.
Moduł pośredniej jest czuły na zmiany napięcia
+12V i –12V ponieważ zasilają one detektory i wzmacniacze U11C i U7C gdzie
precyzyjnie powinno być ustawione 0V przy braku sygnału. Należy zastosować
stabilizatory których nie uwidoczniono na schemacie. Płytka drukowana musi być
wykonana z dwustronnego laminatu. Ja stosuję filtr PP9, a wiec dalszy opis
dotyczy wykonania na 9MHz. Ze względu, że nie każdy posiada karkasy z rdzeniami
na obwody T2, L1 i L2 takie jak w opisie, należy dokonać pomiaru indukcyjności
przed wlutowaniem. Rdzeń powinien przestrajać cewki L od 1.5 uH do 3uH (u mnie
wyszło 18 zw. drutu