DIY中波扫频仪的点滴

songluhui

看了论坛中各种扫频仪电路，我觉得有必要学习一下。此贴记录了整个设计、调试过程中的点滴，由于水平有限，不免会有谬误，望大家指正。
收音机中频扫描仪大致划分成五个部分。
        第一个部分：X轴信号发生器
        第二个部分：扫描信号发生器
        第三个部分：混频器
        第四个部分：频标识别器
        第五个部分：检波探头
画了个简单的框图，表明了各部分的连接关系。扫频仪使用现成的示波器作为显示设备。所以没有显示电路。

X轴信号发生器：
     产生扫频信号的调制电压。论坛中的扫频仪都是采用锯齿波，线性的正程然后几乎瞬间回原位，周而复始。优点是电路简单；缺点有调制电压瞬间归零，虽然显示可以跟上此速度，但扫频信号跟不上。扫频信号的频率滞后于调制电压，导致正程信号已经开始，但扫频信号还在前一帧的高频处，有可能出现单谐振回路扫出双峰的现象；调制电压的瞬变还会引起直流的波动。鉴于上述，我们采用第二种方法，即三角波调制。提供额外的逆程，减少调制信号的突变，改善直流的波动，避免双峰的出现，并且利用逆程的回扫，使显示屏显示基线（零线）。但线路较为复杂，调整三角波的正逆程和频率同步变得更为繁琐。为简化设计，我们先采用固定阻值设计，频率为固定值。
    三角波发生器框图如下

songluhui

扫频信号发生器：
即VCO，采用了前辈门设计中经典的差分对振荡电路，在较窄的频段内，提供平坦的幅频。有一处改动了一下，就是驱动变容管的电阻470K。改成了通过扼流圈驱动。做了个实验板，实测效果如图，使用锯齿波，导致输出信号的直流扰动清晰可见。黄色为输出的扫频信号，蓝色为加在变容管上的电压。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-11 22:30
扫频信号发生器：
即VCO，采用了前辈门设计中经典的差分对振荡电路，在较窄的频段内，提供平坦的幅频。有 ...

关于背对背变容管接法的好处，多说几句。
在变容二级管测试治具中，我们发现过小的反向偏置电压与使用过大测试信号电压产生的严重失真，变容二极管的反向偏置瞬时变成了正向偏置导致。其实，即使不产生正偏置，变容管的变容特性就不是线性的，而负偏置与信号电压合成的电压信号加在变容管的两端，就会导致电容量的微小变化，从而导致失真，从楼上的示波器截图中，我们看出加在变容管上不再是直流，而是叠加了振荡波形的锯齿波。如果采用一个变容管，就会发现谐振正弦信号的一个半周（哪个半周取决于参考点）抵消了负偏置，另一个半周则增强了负偏置。致使变容管的非线性特性暴露无遗。再来看看背对背的情况，谐振信号任何一个半周都是使其中一个变容管抵消而另一个增强负偏置。非线性曲线在上下半周的信号中呈对称分布。举个数值的例子：见如下表格
从表格中对比这两种接法，电容的变化量明显减少，即减少了失谐。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-11 22:49
关于背对背变容管接法的好处，多说几句。
在变容二级管测试治具中，我们发现过小的反向偏置电压与使用过 ...

频标设计：虽然论坛中的扫频仪为了DIY简单都没有频标电路，但对于实用性来讲，频标始终是绕不开的坎。有前辈大神用对锯齿波的电平检测来间接标识频率的，也有用LC谐振作差频标识的；我想使用音频解码器LM567来试试。
使用电脑产生一个线性扫频信号10Hz – 20KHz 。看一下捕捉的结果

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-12 10:36
频标设计：虽然论坛中的扫频仪为了DIY简单都没有频标电路，但对于实用性来讲，频标始终是绕不开的坎。有 ...

看上去值得一试，只有去掉毛刺就好了。接下来只要把420K-480K的扫频信号下变频到20K-80K的范围就行了。
混频器：
我采用了平衡调制的方法。框图如下。为了提高成功概率先作个仿真。框图中的乘法器，我用了模拟开关来实现。图中，绿色，紫色曲线代表相位差180度的扫频信号，红色代表本振500K信号。蓝色为模拟开关输出的信号。在输出信号的频谱中，含有我们所需的低频信号。
当然，lm567可以支持到500KHz的检测，不用混频器而直接检测扫频信号貌似也可以。但还是保守一点。以后做出样品后再试试直接捕捉。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-12 12:43
看上去值得一试，只有去掉毛刺就好了。接下来只要把420K-480K的扫频信号下变频到20K-80K的范围就行了。
...

陆续上原理图了
X轴信号发生器：


补充内容 (2020-6-14 08:40):
Q1T负责逆程的恒流充电，而Q2T掌管正程的恒流放电，通过改变R1T，R10T来改变充放电的速度。电流源选择器使用的是一个整流桥，通过AC2端的电位控制来切换充放电。

补充内容 (2020-6-14 08:47):
U1TA是框图中的迟滞比较器，比较器的两条门限值之差就是输出三角波的峰峰值。
三角波经反相后一路给VCO，一路给示波器的X轴。X轴的一路提供幅度和直流电平的调制，方便调整显示。
VCO的一路微调就将就了。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-13 08:51
陆续上原理图了
X轴信号发生器：

VCO原理图：


补充内容 (2020-6-14 08:54):
手头上一个共模电感，500mH@100KHz，大约1.4M@465K，所以并联起来当扼流圈用。
使用3.3稳压块减少电源纹波带来的寄生调频，毕竟三极管的Cbc并联在谐振回路两端。


补充内容 (2020-6-14 09:04):
后面的放大电路不是为了放大幅度，而是为了轻松驱动50ohm负载。
预留个电位器调整反馈量改变增益。设计输出最大电平-3dBV（2Vpp@50ohm）。
以后会考虑增加频响补偿，微调校平频响。

mov99

谢谢分享,期待……

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-13 09:09
VCO原理图：

先感谢下 1996， monky1977，乙猪 给的鼓励。
原理图继续：
混频器：

补充内容 (2020-6-14 09:12):
使用开关替代乘法器的方法，源自于LCR表中电压矢量投影于实虚轴的设计。想法搬过来用一下。待后续看下效果。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-13 19:27
先感谢下 1996， monky1977，乙猪 给的鼓励。
原理图继续：
混频器：

频标识别器：提供了五个频标。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-13 19:54
频标识别器：提供了五个频标。

检波探头：先囫囵吞枣画一个，附带洞洞板以后可以做实验。
至此，主要原理图差不多了。layout开始，目标10*10 两层，5元 而努力。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-13 21:38
检波探头：先囫囵吞枣画一个，附带洞洞板以后可以做实验。
至此，主要原理图差不多了。layout开始，目标 ...

pcb 2d完成。

songluhui

songluhui 发表于 2020-6-15 10:23
pcb 2d完成。

pcb 3d 完成

ym78321

制作扫频仪的大多是中频扫频，如果信号源频率600kHz、加大扫频范围比如+-20kHz就能实现高放低端、再生机低端的幅频特性了，如果再增加1000和1500两个点频振荡且频偏不窄于+-20kHz 就很实用了。当然，这种点频扫频只适合研究，选择性，如果要研究整个频段高低端灵敏度均匀性，包括再生机高低端再生均匀度，那就难度大了，至少这么宽范围内需要振幅恒定才行。个人体会，纸上谈兵，借题发挥哈。

songluhui

ym78321 发表于 2020-6-15 13:54
制作扫频仪的大多是中频扫频，如果信号源频率600kHz、加大扫频范围比如+-20kHz就能实现高放低端、再生机低 ...

很好的建议，我会考虑考虑。现在的硬件构架只能实现单频点窄带扫频，如果整个中波段扫频，DDS可能是更好的选择。此设计旨在记录中频扫频设计制作和学习过程。频标设计，可能是此设计中最大的风险。如果成功，可以使调试简化而且灵活。
谢谢您的关注