UN GENERATEUR HF : Le GHF1

Le GHF1 est un petit générateur HF et BF couvrant la bande de 30 Hz à 30 MHz, en 6 gammes. Le signal sinusoïdal obtenu peut être modulé en amplitude ( AM ) ou en fréquence ( FM ). Le GHF1 possède en outre une fonction de vobulation.
Un afficheur LCD de 2 x 16 caractères permet l'indication de la fréquence, du mode choisi et pour chacun, soit le taux de modulation, soit la valeur de l'excursion de vobulation.
Le GHF1 prétend remplacer les générateurs du temps passé, ( souvent appelés  à cette époque "hétérodynes" ) avec des performances nettement meilleures. Contrairement à ces vieux générateurs qui étaient du type LC, avec commutation de bobines pour les gammes et condensateur variable pour le réglage de fréquence, le GHF1 est du type RC, ce que permet l'excellent MAX038 de MAXIM.

I. ANALYSE des SCHEMAS

       1. Partie générateur . Voir Fig. 1

Au cœur du schéma, le MAXO38. Ce circuit délivre sur son picot 19 un signal d'amplitude parfaitement constante de 2 Vcc. La forme est choisie sinusoïdale en faisant A1 ( picot 4 ) à + 5V et A0 ( picot 3 ) à 0. La fréquence est déterminée par le condensateur connecté au picot 5 . Soit C11 à C15 ou Caj choisi entre 6 par le commutateur de gammes Sw1. Dans chaque gamme, la fréquence est déterminée par le courant injecté dans le picot 10 ( Iin ). Ce courant est égal à U_P1 / R3. Il est donc déterminé par le multitours P1 et son suiveur de tension IC3b. Le rapport de couverture est de l'ordre de 10. Un vernier de fréquence est ajouté . On obtient cet effet par la variation de la tension appliquée sur le picot 8 ( FADJ ). Cette tension est déterminée par un second multitours P2 et par la tension appliquée sur l'entrée + de IC3b. Cette entrée nous sert pour la FM et la vobulation. Dans le premier cas, on injecte une tension sinusoïdale de 400 à 1000 Hz, d'amplitude 100 mVcc environ. Dans le second cas, c'est une dent de scie descendante de 1.75 Vcc environ . Les niveaux exacts de ces tensions seront
réglés en mise au point finale, par Aj2 ( vobu ) ou Aj3 ( FM )

Les signaux de modulation sont générés par un XR2206 qui s'avère parfait pour cette mission.
On les obtient sur le picot 2.
Le niveau est réglable de 0 à max, par P3a. Une commutation par Sw2 permet de passer de la sinusoïde à la dent de scie.
La fréquence de la sinusoïde est réglable de 400 à 1000 Hz, par P4. Celle de la rampe l'est de 8 à 50 Hz environ, par P5.
Le niveau de sortie de ces signaux est calibrable par Aj1
Le XR2206 fournit sur sa broche 11 un top négatif permettant la synchronisation de l'oscilloscope associé, en mode de vobulation.
Dans la partie droite du schéma nous distinguons :

L'ampli de sortie . ( en haut ) C'est un MAX477 donné par MAXIM pour une bande passante allant jusque 300 MHz.
La résistance R20 permet une sortie sous 50 W . Le niveau d'entrée est réglable par P6. L'ampli est monté en mode non inverseur et son gain est déterminé par R19 et par la résistance du JFET de type J300. On a G = ( R19 + R _J300 ) / R _{J300 .}
La résistance du J300 est fonction de sa tension de gate. Le point de repos est ajusté par Aj4.
La tension BF issue du XR2206 permet en fonction AM d'obtenir une profondeur de modulation de 0 à 50 %, selon la position de P3. Le calibrage se fera à la mise au point par Aj1.
La tension maximale de sortie HF est de l'ordre de 5 Vcc, en 6 du MAX477, ce qui fournit la moitié de cette tension sur une charge de 50 W , soit donc environ +10 dBm, ce qui est loin d'être négligeable.
Le GHF1 est complété par un atténuateur à 4 cellules : 1 de 10 dB et 3 de 20 dB

Comparateur de déclenchement. ( en bas ) En régime de vobulation, le fréquencemètre doit indiquer la valeur de la fréquence centrale de l'excursion. La dent de scie, centrée sur le 0 V est appliquée sur IC5a dont la sortie donne un créneau rectangulaire, négatif pendant la première moitié de la rampe et positif pendant l'autre. L'ampli IC5b inverse ce signal lequel, dans ces conditions a son flanc descendant en milieu de rampe. C'est ce flanc qui assure le déclenchement de la mesure .
Voir plus loin L'ajustable Aj5 permet de placer cette mesure exactement au milieu de la rampe.

2. Partie mesure. Voir Fig. 2 et 3.


Le fréquencemètre ( Fig. 2 ) est géré par un micro-contrôleur de type 68HC811E2. ( Fig. 3 ) Ce µC fournit les fréquences  de référence à partir de son quartz de 8192 kHz. Le 1/4 de cette valeur est disponible sur la sortie E , soit 2048 kHz, le 1/4000 sur la ligne PA6 , soir 2048 Hz. Le choix entre ces deux valeurs est fait par la ligne PA3 , avec "1" pour le 2048 kHz  et "0" pour le 2048 Hz. La valeur choisie est disponible en 4 de IC7 et elle est divisée par 2048 par IC8 qui
délivre donc, soit 1 kHz, en mode vobulation, soit 1 Hz, en AM et FM. Dans le premier cas, la commande de porte constituée des deux basculeurs JK contenus dans IC10, ouvre celle-ci pendant 1 ms donnant des résultats en kHz, ( vobu ) dans le second, elle l'ouvre pendant 1s les donnant en Hz ( AM et FM )
Le signal à mesurer est injecté dans un compteur 8 bits IC9 faisant aussi office de porte, à l'aide de sa commande Enable .
IC9 fait une rotation toutes les 256 impulsions. Les dépassements de IC9 sont comptabilisés par la section PACNT du µC , section qui est en fait un compteur 8 bits d'entrée PA7. Chaque dépassement de PACNT déclenche une interruption logicielle. Il suffit de compter ces interruptions pour aboutir au résultat complet.

           Exemple . Fx = 27120000 Hz soit 27.120 MHz . Mesure en 1 seconde .

IC9 donne 27120000 : 256 = 105937 dépassements et affiche 128 en fin de mesure
Ces 105937 dépassements provoquent :
105937 : 256 = 413 interruptions avec un reste de 209 dans PACNT

Bilan final : IC9 contient 128
PACNT contient 209
Le compteur d'interruptions contient 413
Ces résultats sont mis en mémoire, en hexadécimal, dans 4 octets consécutifs ,
ce qui donne $019D, $D1, $80, soit $019DD180
dont vous pourrez vérifier qu'il s'agit bien de 27120000

La mesure terminée , le 811E2 a pour mission :

• La conversion du résultat en ASCII décimal
• L'élimination des 0 de gauche, non significatifs
• Le choix des 5 chiffres les plus significatifs
• L'interprétation du nombre obtenu pour mise en place d'une virgule éventuelle et de l'unité : Hz ou kHz
• Enfin l'affichage du résultat final.
  
  Cette mission accomplie, le 811E2 remet la commande de porte IC10 à 0 par PD1. Il fait de même pour le compteur IC9, pour PACNT et le compteur de dépassements. Il attend la prochaine ouverture/fermeture de porte en scrutant la ligne PD0 de manière à effectuer le bilan suivant.

En mode vobulation, la porte s'ouvre pendant 1 ms, juste en milieu de rampe. Voir plus haut. Le signal de déclenchement transite par deux inverseurs de IC11, le premier câblé en monostable fournissant une impulsion de 5 ms environ, inversée
par le second et qui libère le compteur 4040 en milieu de la rampe.
En mode AM/FM, le 4040 est toujours actif.

La mesure des taux de modulation et d'excursion est indirecte : Le potentiomètre P3 est double. La première section P3a contrôle l'amplitude BF tandis que la seconde, P3b mesure la position du potentiomètre en délivrant une tension continue proportionnelle à la déviation. Le convertisseur A/D interne du 811E2 assure la conversion numérique de cette tension
pour prise en compte par le calculateur du système.

3. Alimentation. Voir Fig. 4


Plus que classique. Elle fournit de +5 et le -5 V pour la partie générateur et le + 5 V pour le fréquencemètre. On utilise le - 9 V avant régulateur pour fournir le courant de rétro-éclairage. A noter que cette fonction est très gourmande. Alimentée sous 5V, la consommation dépasse les 200 mA ! Ici, nous la limitons par R33 à 40 mA environ.

             ci-dessous, vue interne du GHF1 terminé
 
      II. REALISATION

                  1    Préparation du boîtier.
Nous avons réalisé une contre-plaque de face avant, en alu de 3 mm, avec perçages identiques . Cela nous permet de noyer les vis de fixation de la plaque générateur et de l'afficheur. Elle donne par ailleurs une épaisseur utile pour masquer le filetage des canons de potentiomètres et de commutateurs. Bien entendu, cette contre-plaque n'est pas indispensable et vous pouvez recourir à une autre solution. Toutefois, pour pouvoir éventuellement utliser un décor de façade fourni, il est nécessaire de respecter les cotes de perçage de la figure.
Cliquez pour accéder au plan de perçage
Le Cimpr du générateur est fixé sur la contre-plaque à l'aide d'entretoises  de 35 mm, ce qui laisse un espace suffisant pour le logement des divers potentiomètres.
Les autres plaques sont montées sur entretoises de 10 mm avec des boulons de 2mm

                   2. Les circuits imprimés.
Vous pourrez les télécharger en format PostScript. Voir rubrique INFOS
Si vous réalisez vos plaques, n'oubliez pas l'étamage avant perçage !
Par ailleurs nous signalons que les plaquettes principale et d'ampli de sortie, doivent avoir un plan
de masse au recto. Le fichier de film n'est pas fourni. Pour réaliser ces circuits, laisser l'adhésif noir
de protection pendant la gravure. Puis, recto gravé, l'enlever ainsi que la résine protectrice .
L'étamer entièrement comme le verso. Percer les trous après étamage. Enfin au verso, à l'aide d'un foret
de 3 mm tenu dans un mandrin à main, détourer tous les trous correspondants à des passages de fils non
à la masse
Lors de la soudure des composants, souder de chaque côté, les fils reliés à la masse, de manière à assurer la
continuité recto-verso.

                  3. Liste des composants. <--- Cliquez !

                4. Pose des composants.

Se référer aux figures ci-dessous. Il n'a a pas de problème particulier. Ne pas coller les résistances contre le plan de masse, quand il existe.

Sur le Cimpr du
    générateur, les ajustables R et C sont soudés au verso pour être accessibles après montage . On trouve 2 résistances CMS 1206
à souder aussi de ce côté. Le MAX038 est soudé directement, les autres IC ont des supports. Le circuit câblé, y souder les fils
de liaison que l'on connectera aux points convenables après mise en place sur la contre-plaque.





Sur le circuit de sortie, Voir ci-dessous à droite, pas mal de passages recto-verso à assurer avant de poser les CMS
du verso. Le MAX477 est soudé directement. Un support peut être utilisé pour le LM358. Le potentiomètre P6   a ses 3 pattes pliées à 90° et soudées directement au verso du Cimpr.
La plaquette est finalement maintenue par le potentiomètre






















Pour le fréquencemètre, voir ci-dessus, à gauche, faire les passages recto-verso si la plaquette n'est pas à trous métallisés.
Les plus délicats sont ceux du support PLCC : Nous utilisons du fil fin ( wrapping, dépouillé de son isolant ) que nous soudons à plat au recto sur 1 ou 2 mm. Le fil passe par le trou et sera soudé au verso en même temps que le support. Ce n'est pas très plaisant mais c'est le prix à payer si on veut se passer des trous métallisés.
Tous les circuits sont soudés directement , sans aucune soudure au recto, en utilisant la technique du fil passé, évoquée ci-dessus. Mais là encore vous avez le choix !

Pour le circuit de l'atténuateur, souder d'abord les R/CMS, côté cuivre, puis enfiler les 4 inverseurs et présenter sur la face avant de manière que les canons se mettent bien en place. Immobiliser les inters par deux points de soudure, Déposer et terminer la fixation.  La figure ci-contre est vue côté cuivre. Les inters sont vus par transparence.

Le circuit de l'alimentation est un jeu d'enfant.

Il vous restera à fixer les platines dans le fond de boîtier et à assurer les interconnexions.
                                                                                             Voir pour cela la Fig. ci-dessous .
Les liaisons HF entre le générateur et l'ampli de sortie ou le fréquencemètre se font en fils torsadés, conducteur actif et masse.
La liaison à l'afficheur se fait en câble plat à 14 conducteurs. Sertir à l'étau à une extrémité, le connecteur femelle HE10. A l'autre extrémité, séparer les conducteurs, les dénuder, les étamer puis souder sur l'afficheur en respectant évidemment l'ordre correct. Deux fils torsadés séparés seront
à souder pour le rétro-éclairage.








         Ci-contre,  on distingue les  constituants du GHF1 :

   Le générateur à droite, l'alimentation, en bas, le fréquencemètre
   à gauche et l'ampli de sortie vertical 



   
                  III.   MISE en SERVICE

 Nous passons sous silence, l'indispensable vérification avant tout essai !!
Au départ, ne pas mettre le µC et ne pas connecter l'afficheur.
Commuter le générateur en FM. Gamme 3000-30000 Hz. Oscilloscope sur la sortie , picot 19, du MAX038. P3 à 0 .
Mettre sous tension et trouver la sinusoïde de 2 Vcc. Vérifier l'action de P1, puis de P2 sur la valeur de la fréquence.
Passer l'oscillo sur la BNC de sortie de GHF1, tous atténuateurs à 0, P6 au max. Prérégler Aj4 pour obtenir une tension
de 5 cc. Vérifier l'action de P6, puis celle des atténuateurs.
Si vous disposez d'une charge 50 W , la monter avec un T à l'entrée de l'oscillo et constater que le niveau tombe bien à
2.5 Vcc
Passer l'oscillo en 2 du 2206. Y trouver le signal sinusoïdal BF. Vérifier l'action de P4 sur la fréquence et de Aj1 sur le
niveau. Précaler à 2 Vcc.
Commuter en vobulateur. La sinusoïde devient une rampe descendante de 2.5 Vcc.
Repasser en FM
Observer le signal sur le picot 1 de IC11 du fréquencemètre . On y retrouve le signal HF avec une amplitude atténuée,
de l'ordre de 1.25 Vcc. Voir si ce signal est bien mis en forme par l'inverseur 1-2 du ACT14. On doit retrouver un signal rectangulaire en 2. Sinon, il faudra peut-être essayer un autre BF245. Le point critique est la tension continue qui doit apparaître en 1, sans signal HF : Il faut obtenir une tension de l'ordre de +1.2 à +1.4 V. Il peut être prudent de monter le BF245 sur douilles tulipes miniatures, ( RS réf  160-3717 ) pour un échange rapide.
Hors tension, placer le 811E2 et brancher l'afficheur. Régler Aj6, presque à fond, côté masse.
Remettre sous tension et voir apparaître brièvement l'écran de CopyRight, puis l'écran de service. Retoucher Aj6 pour
avoir le meilleur contraste.
Commuter en AM. Repasser l'oscillo en sortie BNC. Mettre P6 ( niveau HF ) à mi-course. Pousser P3 ( niveau BF ) au maximum. Le signal HF doit se moduler en amplitude. Retoucher Aj4 pour une meilleure forme du signal. Le taux de modulation AM est à régler par Aj1. Noter que, P3 au maximum, l'écran indique un taux de modulation de 51%.
Retoucher Aj1 pour avoir V = 3 v comme en Fig. .
Commuter en mode Vobu. Mettre le niveau BF ( P3 ) à 0.   Noter la valeur de la fréquence  HF.  Pousser P3 au max.
Régler Aj5 pour retrouver la valeur précedente.
Le calage de la modulation de fréquence et de l'excursion vobu est par contre plus délicat. Il nécessite en principe un
analyseur de spectre. Si vous possédez cet appareil, réglez le swing FM par Aj3 et l'excursion vobu par Aj2 pour
conformité avec la valeur affichée.
Si vous n'avez pas cet appareil, contentez-vous de régler Aj3 pour obtenir 100 mVcc en sortie 1 de IC3b, en FM, et
Aj2 en vobu pour avoir 1.70 Vcc, au même point, le potentiomètre P3 étant poussé au maximum.
Vérifier finalement, en AM ou FM, que les gammes sont correctement couvertes. En fait, on dépasse les limites indiquées.
Pour la gamme 3-30 MHz, pousser P1 et P2 au maximum et voir si on atteint 30 MHz, Retoucher éventuellement Caj.
Si on n'arrive pas à 30 MHz, on peut ajouter une résistance de valeur élevée, à déterminer expérimentalement, aux bornes
de R3.
Ces réglages terminés, on peut considérer que le GHF1 est opérationnel et … fixer le couvercle !