Réalisation d'un stabilisateur de VFO
à base de ST6
Ce système est à ajouter à un VFO classique piloté par Varicap. Il permet de mesurer la fréquence du VFO, de calculer le fréquence de réception s'il est monté sur un RTX, et de stabiliser la fréquence sur demande. L'affichage s'effectue à 10 Hz près, ce qui est suffisant pour la plupart des cas.
Le microcontroleur utilisé est un ST6. L'article est en cours de rédaction. Il vous propose le plan, les typons et les sources du programme, ainsi qu'un exemple d'utilisation.
Principe de fonctionnement
Le système comporte deux parties :
Le principe de fonctionnement de la partie fréquencemètre est simple. On compte les alternances du signal issu du VFO durant un laps de temps bien défini. La durée de comptage dépend de la précision en fréquence désirée. Si l'on compte pendant une durée T, la précision de la mesure de fréquence est de 1/T. Dans notre cas, le comptage s'effectue durant 0.1s, ce qui nous donne une résolution de 10Hz, valeur satisfaisante dans la plupart des cas.
Le compteur interne du ST6 est insuffisant pour effectuer le comptage durant 0.1s. On utilise le prédiviseur interne, ainsi qu'un compteur externe. Le problème est de lire la valeur du compteur en fin de cycle. On ne dispose pas de suffisamment de ports pour réaliser cette opération. Il est fait appel à un petit artifice consistant à incrémenter ce compteur externe à l'aide d'impulsions générées par le microcontroleur. Lorsqu'il passe à 0, après un tour complet, il génère une impulsion qui incrémente le prédiviseur interne du microcontroleur. On sait alors combien d'impulsions ont été nécessaires pour le faire déborder, d'où l'on peut déduire par simple soustraction la valeur du contenu initial.
Lorsque l'on ne peut pas lire le contenu du prédiviseur interne du microcontroleur, il suffit d'effectuer la même opération sur celui-ci. On reconstitue la valeur totale en mémoire. De cette valeur, on déduit, connaissant la valeur de la fréquence intermédiaire du récepteur, la valeur de la fréquence reçue. Dans le cas de l'utilisation en fréquencemètre pur et dur, il suffit d'afficher cette valeur sur l'afficheur LCD. Le cycle de mesure est ensuite répété.
Lorsque l'on veut stabiliser la fréquence, il faut mémoriser la fréquence désirée. Les autres mesures sont ensuite comparées à la valeur en mémoire, et on corrige la tension de commande du VFO en conséquence.
Il existe plusieurs façons de générer la tension de correction. Il faut savoir que l'on veut éviter les faibles dérives, la correction à effectuer ne dépassant pas un ou deux kHz. La méthode utilisée ici consiste à charger ou décharger une forte capacité par des impulsions très brèves. Il est également important de ne pas tirer de courant sur la capacité de mémorisation, c'est pourquoi on utilise un ampli opérationnel à très haute résistance d'entrée pour isoler cette capa du circuit de la diode varicap du VFO. Le CA3130 est un ampli opérationnel à trés haute impédance d'entrée et capable de fonctionner avec une alimentation simple. La tension résiduelle en sortie est faible.
Une diode Varicap, en fonctionnement, est toujours polarisée en inverse. Plus la tension de polarisation est élevée, plus sa capacité est faible. Donc, dans un circuit oscillant, si l'on augmente la tension aux bornes de la varicap, la fréquence du circuit va augmenter. Il faut aussi noter que la variation de capacité n'est pas linéaire avec la tension. Elle varie beaucoup plus rapidement quand la tension est faible que lorsqu'elle est élevée. On tient compte de cette particularité lors du choix de la valeur des résistances de charge/décharge du condensateur.
Fonctionnement de la correction
Le générateur de tension de correction est initialement placé dans une position neutre, c'est à dire 2.5V. En fonctionnement, cette tension pourra évoluer de 0.8V à 4.2V. Pour obtenir cette valeur neutre, il suffit de rendre simultanément actifs les circuits de charge et de décharge.A partir de l'instant où l'on désire stabiliser la fréquence, on coupe les circuits de charge et de décharge. Logiquement, la capacité va se décharger trés lentement, à cause des inévitables résistances de fuite, mais cette décharge est trés lente et sera compensée par le circuit de stabilisation.
Le microcontrôleur va, après chaque mesure de la fréquence, faire une comparaison avec la valeur mémorisée. Si la valeur mesurée est trop élevée, il envoie un impulsion de décharge sur le condensateur qui aura pour effet de faire baisser la fréquence de l'oscillateur. Bien sûr, cette opération pourra si nécessaire être répétée après le prochain cycle de mesure. Il est important de veiller à ce qu'une impulsion de correction n'induise qu'une variation de 1 ou 2 Hz, pour éviter des sur-corrections. Le choix des résistances et de la capacité sera fait en conséquence. Si l'on trouve une différence de fréquence trop importante, il est possible d'envoyer directement plusieurs salves, ce qui accélère la vitesse de correction.
La référence de temps est donnée par le quartz. On remarquera la présence d'un condensateur ajustable qui permet de corriger la fréquence du quartz. Les délais de mesures sont obtenues par logiciel. On effectue des instructions en boucle, qui doivent durer au total 0.1s. Sur le ST6, une instruction dure 13 Microcycles machine, ce qui n'est pas pratique.
Le fréquencemeètre est étalonné à l'aide d'un générateur, ou directement en réception.
Le Schéma
Unité centrale du stabilisateur
Un schéma plus lisible se trouve ici.
Description sommaire
Le stabilisateur U4 fournit l'alumentation de 5V aux circuits logiques et au ST6. On prélève le signal de l'oscillateur et on le met en forme pour le comptage à l'aide du transistor Q1 et d'une porte nand U3. Les 2 autres portes servent à bloquer le signal et à envoyer au compteur externe U2 les impulsions servant à faire déborder ce compteur afin de connaître sa valeur initiale. Le port B du st6 est utilisé pour piloter l'afficheur LCD à 2 lignes de 16 caractères, et pour autoriser les opérations de comptage.
L'afficheur est placé sur un circuit annexe déporté, comportant également un bouton de commande de mémorisation de la fréquence.Ce circuit est plus lisible ICI.
Module d'affichage
Le port A du ST6 commande la charge et la décharge du condensateur au travers des diodes D1 et D2. PA0 charge le condensateur, et PA1 le décharge.Initialement, PA0 est à 5V et PA1 à 0V, ce qui place le condensateur à une charge à mi-valeur (environ 2.5V), configuration utilisée lorsque l'on ne verrouille pas la fréquence. Si l'on verouille la fréquence, On isole le condensateur en plaçant PA0 à 0V et PA1 à 5V (les diodes sont alors bloquées). pour faire monter la tension aux bornes du condensateur, on génère des impulsions de 5V sur le port PA0. Pour la faire baisser, on génère des impulsions de 0V sur PA1.
PA2 est utilisé pour remettre à 0 le compteur externe U2.
Implantation du circuit
Seul le microcontrôleur est monté sur support. Le reste ne pose aucun problème au montage. La self de choc est réalisée en bobinant 6 à 10 spires de fil de cuivre émaillé de 0.3 mm dans une petite perle de ferrite.
Implantation des composants sur la platine principale
Le régulateur 5V ne nécessite pas de refroidisseur.
Implantation de l'afficheur
La résistance ajustable de la platine afficheur peut être omise. Relier dans ce cas directement le curseur à la masse. Le module afficheur ets relié à la platine principale par un cable plat de 14 conducteurs comportant un connecteur HE10 à chaque extrémité.
Attention. Ce montage génère des radiofréquences qui nuiront certainement à la bonne réception. Il est donc important, de blinder l'ensemble.
Réalisation des circuits imprimés
Les typons disponibles sont :
Ces typons sont au format PDF, à l'échelle 1. On peut les imprimer sur du transparent et passer à la gravure des circuits. (Voir la rubrique réalisation de circuits imprimés)
Le programme
(paragraphe en cours de rédaction)
Le programme proposé doit être assemblé et implanté dans le ST6. Pour l'adapter au rtx (selon les valeurs de la FI), il suffit de changer les valeurs à certaines lignes.
Connexion à un VFO existant
(paragraphe en cours de rédaction)
Fonctionnement
A la mise en marche, le système fonctionne en fréquencemetre. Il est conseillé d'attendre la mise en temprérature (5 à 10 mn) avant d'utiliser la fonction stabilisation. L'afficheur indique la fréquence et la mention STATUS : FREE. On sélectionne la fréquence à l'aide du potentiomètre d'accord de la varicap du VFO. Losque la fréquence souhaitée est affichée, il suffit d'appuyer sur le bouton poussoir et l'afficheur indique STATUS : LOCKED. Le stabilisateur est alors en fonction.
Liste des composants
(paragraphe en cours de rédaction)