Vhf bandında çalışmak üzere tasarlanmış bir PLL devresi yapmaya ne dersiniz? 2mt bandında (144-148 MHz) çalışan kristal kontrollü alıcı ve vericilerimizi çalışma frekansını sentezleyerek tam bant çalışır hale getirmek için tasarlanmış bir frekans sentezleme devresi.
PLL sistemleri bünyesinde bulundurduğu referans kristalinden aldığı bilgiyi VCO dan gelen bilgi ile karşılaştıran ve hatayı VCO (voltaj kontrollü osilatör)daki varikap diyotun voltajını değişterek sürekli düzelten bir döngü sistemidir.
Burada, PLL sistemlerinin nasıl çalıştığı konusunda uzun ve detaylı bilgiler vererek sizleri sıkmak istemiyorum. Sistemin gerçekten teorisini merak edenler için başvuracak referans kaynaklar mevcuttur. Burada bilinmesi gereken çalışma frekansının nasıl hesaplanacağı, sistemin nasıl çalıştırılacağıdır.
PLL devremiz sırasıyla bir PLL entegresi (MC145152p2), bir 64/65 e bölen dual modül ön bölücü (MC12017), bir döngü filtresi (LM741) ve VHF bandında çalışan bir VCO (BF246’lı) dan oluşmuştur.
Öncelikle VCO devresi yapılmalı ve çalıştırılmalıdır. BB329 (veya BB105 veya muadili) varikap diyotuna 51K üzerinden 5V verilmeli ve L1 bobini ile oynayarak 145.000 MHz de osilasyon yapması sağlanmalıdır. Burada dikkat edilecek husus osilasyonun frekansının olabildiğince kararlı halde tutulacak dizayn ve ekranlama yöntemlerinin denenmesidir. Yani öyle bir VCO yapalım ki ayarladığımız frekansdan kayması zaman içinde minimum olsun. Bunun için VCO devresindeki elemanların birbirine çok yakın durması ve tüm VCO nun metalik bir şilt içine alınmasında büyük fayda vardır. Ayrıca tüm VCO bu şilt içine balmumu dökülerek mekanik titreşimlerden de korunmalıdır. Devrenin en zor yanı bu özelliklerde bir VCO yapmaktır.
Devre basit olarak şöyle çalışmaktadır. VCO den gelen örnek olarak 145000 KHz lik yüksek frekanslı sinyal 64/65 e bölünür. Yaklaşık 2200 KHz lik sinyal PLL entegresinin girişine uygulanır. Ön bölücünün kaça böleceği PLL entegresinden Modül Kontrol sinyali ile kontrol edilir. Entegrenin içinde bizim kullanımımıza bırakılmış programlanabilir bölücü olarak bir A sayıcı(Counter) ve bir N sayıcı vardır. Bu sayıcıların bölüm oranlarını hesaplayarak ve ayarlıyarak (ikili tabana göre) istediğimiz frekansı sentezlememiz mümkündür.
PLL entegresi içindeki referans bölücü VHF bandında çalışma yapacağımız için 256 ya ayarlanmıştır. 6400 KHz / 256 = 25 KHz . VHF bandında kanal aralığı standart 25 KHz dir, böylece A sayıcısının değerini 1 değiştirdiğimizde frekans değişimi de 25 KHz olacaktır.
Ayrıca 25KHz bizim hata sinyalini algılayacağımız faz karşılaştıma frekansımızdır ve döngü filitreside bu frekansa göre tasarlanmıştır. Filitre çıkışındaki hata sinyalinin VCO nun varikap diyotuna bağlanması ile döngü tamamlanır.
Bölücü değerlerinin frekansa göre hesaplanması:
Bu hesaplamayı bir örnek ile çok kolay anlayabiliriz.
Çalışma frekansını 145000 KHz olarak seçelim. Ön bölücünün bir an için sadece 64 e böldüğünü düşünelim. 145000/64 = 2265.625 KHz PLL entegresine giriş frekansıdır. Referans olarak 25 KHz i seçtiğimize göre bizim kullanımımıza sunulmuş olan N ve A bölücü değerlerinin toplamını 2265.625/25 = 90.625 gibi bir sayıya (2 li tabanda) ayarlamamız gerekir. Gördüğünüz gibi 90.625 bir tam sayı değildir. İşte burada dual modül ön bölücü devreye girer ve birim zaman içinde bölüm oranını değiştererek sabit bir değere getirmeye çalışır.
Pratik olarak 90.625 in tam sayısı olan 90 N bölücü değeridir. 90.625-90= 0.625
0.625×64 = 40, A bölücü değeride 40 dır.
Eğer A=40, N= 90 değerine ayarlanırsa ve referans kristali de tam 6400.00 KHz de titreşiyorsa ( bağlı trimer kondansatör yardımıyla tam frekansında titreşmesi sağlanır) VCO frekansı 145000.00 KHz olacaktır.
Bir hesap örneği daha,
Frekans = 145050 MHz (R2 röle giriş frekansı)
N bölücü değeri = 145050 /64 =2266.4062…./25 = 90.656248… tam sayısı = 90
A bölücü değerei = 0.656248…. x64= 42
R bölücü değeri = sabit 256. (entegrenin 4,5,6 nolu bacakları ile sabit 256 ) hesaba gerek yok!
Dikkat ederseniz N değeri değişmiyor ve sadece A değeri 2 artarak 42 oluyor. Yani 145000 KHz den 2 kanal yukarıda (25 KHz x 2 = 50 KHz ) 145050 KHz
145152p2 entegresini bacak numaraları:
PLL entegresinin bölücü giriş bacakları yani A ve N sayıcı girişleri içinden Pull up lıdır. Yani bir direnç üzerinden + ya bağlanmıştır. Ayarlana bacağın DIP anahtar ile Şaseye bağlanması veya boşta bırakılması şeklinde olacaktır. 10’lu tabana göre hesaplanan değerler ikili tabana göre basitce söyle hesaplanabilir.
A değeri 42, 42= 32+8+2 nin toplamıdır. Buda A5, A3 ve A1 in boşta, A4, A2 ve A0 ın şasede olduğu durumdur.
N değeri 90, 90= 64+16+8+2 nin toplamıdır. Buda N6, N4, N3 ve N1 in boşta diğer N sayıcı uçlarının şasede olduğu durumdur. N8 ve N9 cok büyük değerler olduğu için baştan şaseye bağlıdır.
Bu değerler doğru olarak ayarlandığında ve VCO önceden Varikap voltajı 5V ile beslenerek bandın ortasında çalıştırıldığında, PLL döngüsü tamamlanacak ve LED parlak bir şekilde yanıcaktır. Eğer kilitleme gerçekleşmez ise LED çok kısık bir şekilde yanar. Bu durumda 741 entegresinin 6 nolu bacağında 5 V görecek şekilde L1 bobini ile oynayın.
L1 bobini 0.5 mm2 lik emaye bobin teliden 4.5 mm çapında yan yana 3 tur.
T1 bir minyatür karkas üzerine 0,2 mm2 lik telden 3 tur giriş, 1 tur çıkış.
PLL sistemleri bünyesinde bulundurduğu referans kristalinden aldığı bilgiyi VCO dan gelen bilgi ile karşılaştıran ve hatayı VCO (voltaj kontrollü osilatör)daki varikap diyotun voltajını değişterek sürekli düzelten bir döngü sistemidir.
Burada, PLL sistemlerinin nasıl çalıştığı konusunda uzun ve detaylı bilgiler vererek sizleri sıkmak istemiyorum. Sistemin gerçekten teorisini merak edenler için başvuracak referans kaynaklar mevcuttur. Burada bilinmesi gereken çalışma frekansının nasıl hesaplanacağı, sistemin nasıl çalıştırılacağıdır.
PLL devremiz sırasıyla bir PLL entegresi (MC145152p2), bir 64/65 e bölen dual modül ön bölücü (MC12017), bir döngü filtresi (LM741) ve VHF bandında çalışan bir VCO (BF246’lı) dan oluşmuştur.
Öncelikle VCO devresi yapılmalı ve çalıştırılmalıdır. BB329 (veya BB105 veya muadili) varikap diyotuna 51K üzerinden 5V verilmeli ve L1 bobini ile oynayarak 145.000 MHz de osilasyon yapması sağlanmalıdır. Burada dikkat edilecek husus osilasyonun frekansının olabildiğince kararlı halde tutulacak dizayn ve ekranlama yöntemlerinin denenmesidir. Yani öyle bir VCO yapalım ki ayarladığımız frekansdan kayması zaman içinde minimum olsun. Bunun için VCO devresindeki elemanların birbirine çok yakın durması ve tüm VCO nun metalik bir şilt içine alınmasında büyük fayda vardır. Ayrıca tüm VCO bu şilt içine balmumu dökülerek mekanik titreşimlerden de korunmalıdır. Devrenin en zor yanı bu özelliklerde bir VCO yapmaktır.
Devre basit olarak şöyle çalışmaktadır. VCO den gelen örnek olarak 145000 KHz lik yüksek frekanslı sinyal 64/65 e bölünür. Yaklaşık 2200 KHz lik sinyal PLL entegresinin girişine uygulanır. Ön bölücünün kaça böleceği PLL entegresinden Modül Kontrol sinyali ile kontrol edilir. Entegrenin içinde bizim kullanımımıza bırakılmış programlanabilir bölücü olarak bir A sayıcı(Counter) ve bir N sayıcı vardır. Bu sayıcıların bölüm oranlarını hesaplayarak ve ayarlıyarak (ikili tabana göre) istediğimiz frekansı sentezlememiz mümkündür.
PLL entegresi içindeki referans bölücü VHF bandında çalışma yapacağımız için 256 ya ayarlanmıştır. 6400 KHz / 256 = 25 KHz . VHF bandında kanal aralığı standart 25 KHz dir, böylece A sayıcısının değerini 1 değiştirdiğimizde frekans değişimi de 25 KHz olacaktır.
Ayrıca 25KHz bizim hata sinyalini algılayacağımız faz karşılaştıma frekansımızdır ve döngü filitreside bu frekansa göre tasarlanmıştır. Filitre çıkışındaki hata sinyalinin VCO nun varikap diyotuna bağlanması ile döngü tamamlanır.
Bölücü değerlerinin frekansa göre hesaplanması:
Bu hesaplamayı bir örnek ile çok kolay anlayabiliriz.
Çalışma frekansını 145000 KHz olarak seçelim. Ön bölücünün bir an için sadece 64 e böldüğünü düşünelim. 145000/64 = 2265.625 KHz PLL entegresine giriş frekansıdır. Referans olarak 25 KHz i seçtiğimize göre bizim kullanımımıza sunulmuş olan N ve A bölücü değerlerinin toplamını 2265.625/25 = 90.625 gibi bir sayıya (2 li tabanda) ayarlamamız gerekir. Gördüğünüz gibi 90.625 bir tam sayı değildir. İşte burada dual modül ön bölücü devreye girer ve birim zaman içinde bölüm oranını değiştererek sabit bir değere getirmeye çalışır.
Pratik olarak 90.625 in tam sayısı olan 90 N bölücü değeridir. 90.625-90= 0.625
0.625×64 = 40, A bölücü değeride 40 dır.
Eğer A=40, N= 90 değerine ayarlanırsa ve referans kristali de tam 6400.00 KHz de titreşiyorsa ( bağlı trimer kondansatör yardımıyla tam frekansında titreşmesi sağlanır) VCO frekansı 145000.00 KHz olacaktır.
Bir hesap örneği daha,
Frekans = 145050 MHz (R2 röle giriş frekansı)
N bölücü değeri = 145050 /64 =2266.4062…./25 = 90.656248… tam sayısı = 90
A bölücü değerei = 0.656248…. x64= 42
R bölücü değeri = sabit 256. (entegrenin 4,5,6 nolu bacakları ile sabit 256 ) hesaba gerek yok!
Dikkat ederseniz N değeri değişmiyor ve sadece A değeri 2 artarak 42 oluyor. Yani 145000 KHz den 2 kanal yukarıda (25 KHz x 2 = 50 KHz ) 145050 KHz
145152p2 entegresini bacak numaraları:
| Bacak No | İşlevi | Sayısal Değeri |
| 23 | A0 | 1 |
| 22 | A1 | 2 |
| 21 | A2 | 4 |
| 24 | A3 | 8 |
| 25 | A4 | 16 |
| 10 | A5 | 32 |
| 11 | N0 | 1 |
| 12 | N1 | 2 |
| 13 | N2 | 4 |
| 14 | N3 | 8 |
| 15 | N4 | 16 |
| 16 | N5 | 32 |
| 17 | N6 | 64 |
| 18 | N7 | 128 |
| 19 | N8 | 256 |
| 20 | N9 | 512 |
| 4 | RA0 | 1 |
| 5 | RA1 | 2 |
| 6 | RA3 | 4 |
| 2 | GND | ŞASE |
| 3 | VCC | +5V |
| 7 | V çıkış | Faz karşılaştırıcı |
| 8 | R çıkış | Faz karşılaştırıcı |
| 9 | MC | Modül Kontrol |
| 28 | LD | Kilit Dedektörü |
| 26 | OSC | Kristal |
| 27 | OSC | Kristal |
A değeri 42, 42= 32+8+2 nin toplamıdır. Buda A5, A3 ve A1 in boşta, A4, A2 ve A0 ın şasede olduğu durumdur.
N değeri 90, 90= 64+16+8+2 nin toplamıdır. Buda N6, N4, N3 ve N1 in boşta diğer N sayıcı uçlarının şasede olduğu durumdur. N8 ve N9 cok büyük değerler olduğu için baştan şaseye bağlıdır.
Bu değerler doğru olarak ayarlandığında ve VCO önceden Varikap voltajı 5V ile beslenerek bandın ortasında çalıştırıldığında, PLL döngüsü tamamlanacak ve LED parlak bir şekilde yanıcaktır. Eğer kilitleme gerçekleşmez ise LED çok kısık bir şekilde yanar. Bu durumda 741 entegresinin 6 nolu bacağında 5 V görecek şekilde L1 bobini ile oynayın.
L1 bobini 0.5 mm2 lik emaye bobin teliden 4.5 mm çapında yan yana 3 tur.
T1 bir minyatür karkas üzerine 0,2 mm2 lik telden 3 tur giriş, 1 tur çıkış.