Электронный верньер для управления варикапами (К544УД1, 140УД1408А)

В 80-х годах прошлого века я работал в Самарском филиале ФИАН. Писал научные статьи, заявки на изобретения, делал всякие электронные разработки для обеспечения физических экспериментов.

И вот как-то возникла необходимость в дистанционном управлении кареткой двухкоординатного самописца типа “Эндим”, производства ГДР.

На этой каретке был смонтирован испытуемый объект, который должен был сперва линейно перемещаться, затем в нужный момент останавливаться, потом перемещаться снова.

На объект светили лазером, а контролировали процесс, в частности, тепловизором. Управление осуществлялось как вручную (скорость перемещения), так и с модуля КАМАК.

По условиям эксперимента объект должен был перемещаться строго по линейному закону. Для этой цели было решено использовать интегратор на операционном усилителе. Имевшиеся в те годы микросхемы операционных усилителей уже имели достаточно высокие параметры.

В зависимости от задачи можно было подобрать тип микросхемы с высоким входным сопротивлением, малым дрейфом, большим быстродействием и т.д. Для интегратора была выбрана микросхема К544УД1 в пластмассовом (DIP) корпусе, а в качестве интегрирующей емкости - пленочный конденсатор типа К73 с малыми утечками.

Схема содержала элементы сброса и разрыва цепей на ключах 590КН7 с ТТЛ-управлением, а также отрабатывающие заданный порог компараторы 554СА2 и некоторые элементы логики. В ходе эксперимента я обратил внимание на высокую стабильность выходного напряжения интегратора в режиме остановки. Оно было очень длительное время практически неизменным.

Это натолкнуло меня на мысль использовать интегратор на операционном усилителе для управления варикапом перестройки частоты ГПД. Идея была реализована на практике в приемнике прямого преобразования, работавшем в диапазоне частот от нуля до 250 МГц (использовалась разность частот двух генераторов, работавших в районе 1 ГГц, один из которых перестраивался варикапом).

Этот приемник с сенсорным управлением частотой я демонстрировал в радиоклубе. Он имел высокую стабильность частоты настройки. Недостатком его было заметное прослушивание фона 50 Гц.

Это было обусловлено применением ферритовых элементов (колец) во входном балансном смесителе на диодах КД514А (почти Шоттки), в катушке ФНЧ-фильтра, а также большим усилением НЧ тракта, где стояли “в затылок” два сверх-малошумящих усилителя 538-й серии.

Последующие модернизации несколько снизили эффект паразитной наводки сетевой частоты: смеситель был заменен на безин-дуктивный на двухзатворном транзисторе КП350, по входу УНЧ поставлен RC-фильтр, исключен один (явно лишний) усилитель предварительного усиления (выход был на мощной микросхеме 174УН14).

Однако полностью избавиться от наводок этими мерами не удалось и этот экспериментальный приемник (там был еще и точный S-метр на компараторах со светодиодной индикацией!) был куда-то заброшен.

Что касается перестройки частоты на интеграторе, то несколько позже мне попалась на глаза небольшая книга Чистякова “Радиоприемные устройства”, в которой было решение с интегратором, но на полевом транзисторе. Использование операционника мне представляется более удобным и “продвинутым”.

В моей схеме для питания узла перестройки использовалось два стабилизированных источника “+” и 15 В. Но не представляет никакой проблемы и использование одного источника на 30 В. При этом “точка земли” для неинвертирующего входа усилителя имеет потенциал, равный половине питающего напряжения и создается резистивным делителем.

Принципиальная схема

Схема электронного верньера приведена на рис.1. Линейный резистор R1 и провод-пластина вдоль него расположены в щели на передней панели трансивера или приемника, несколько выступая наружу. Они образуют сенсорный узел управления частотой. Касание по краям обеспечивает более высокую скорость вверх или вниз.

Схема электронного верньера

Рис. 1. Схема электронного верньера.

В качестве R1 использован высокоомный проволочный резистор (разогнутая кольцевая пластина переменного резистора, выдвинутая в щель панели ребром). Чтобы не влияла влага и грязь, между R1 и сенсорной пластиной есть небольшой воздушный зазор. Диоды VD1 и VD2 обеспечивают некоторую зону нечувствительности в центре и уменьшают паразитный дрейф.

Их применение необязательно. Сам интегратор выполнен на микросхеме К544УД1, имеющей высокое входное сопротивление. Резистор R2 совместно с R3...R6 (можно переключать скорость перестройки ступенчато) и емкость С1 определяют постоянную времени интегратора. Конденсатор С1 надо выбирать с малыми утечками, например, типа К73 или тефлоновый.

Его номинал выбирается в диапазоне 1 ...10 мкФ. Кнопкой S2 можно быстро сбрасывать интегратор в исходное состояние. Ее применение не обязательно. Смещать средний уровень выходного напряжения можно резистором R9. Он выполняет функцию “расстройка”.

Резистор R11 требуется для балансировки операционного усилителя. Это уменьшает собственный дрейф усилителя. Процедура делается стандартно.

Величину выходного напряжения в зависимости от диапазона можно регулировать резисторами R12...R15. Это бывает удобно, поскольку диапазоны разной ширины, и бывает необходимость подгонять границы.

На операционном усилителе DA2 собран повторитель, с выхода которого подается напряжение к цепи управления варикапом ГПД. Поскольку добротность варикапа выше при больших запирающих напряжениях (при этом изменение емкости также уменьшается, надо искать компромисс), то может потребоваться большее значение выходного напряжения.

Для решения этой задачи можно поставить дополнительный каскад на высоковольтном усилителе, на схеме - на микросхеме DA3, в качестве которой применен ОУ типа 1408УД1. Усиление определяется соотношением номиналов резисторов R17/R16 и в данном случае равно пяти.

Размах выходного напряжения может достигать почти 80 В. Если R18 подключить не к земле, а к движку переменного резистора, подсоединенного двумя крайними выводами к “+40 В” одного источника и “-40 В” другого, то диапазон изменения выходного напряжения можно смещать в желаемую сторону.

Для обеспечения стабильности частоты все питающие напряжения должны быть хорошо стабилизированы. В самом генераторе следует применять транзисторы с малыми собственными емкостями и стабильные конденсаторы в частотоопределяющих цепях.

Лучше всего слюдяные и воздушные (подстроечные), поскольку добиться с керамическими конденсаторами стабильности в широком температурном диапазоне достаточно сложно.

А. Гончаров, RU4HG. г. Самара. РМ-02-17.

1 59 Узлы радиостанций и трансиверов
верньер варикап настройка электронный потенциометр сенсорное управление
Написать комментарий:

cashback