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l’on a sous la main un générateur designal HF fiable. Malheureusement, lesgénérateurs de signal HF de qualitéprofessionnelle (comme le puissantHewlett Packard 8640B utilisé dansnotre laboratoire de conception) coû-tent bien trop cher, même si on arrive àen acheter un aux puces. Néanmoins,vous trouverez au moins un générateurde signal HF, fait main, assemblé de bric

Un générateur designal HF sert au

dépannage des circuitsradio/TV, aux essais de

filtres, à l’alignement derécepteurs, et aux testscomparés de sensiblité

de toutes sortes derécepteurs. On le

trouve bricolé à la main,récupéré aux puces ou

acheté dans le com-merce. Le générateur

décrit ci-dessous pos-sède une plage de fré-

quences de sortie allantde 0,5 à 30 MHz qui en

fait un auxiliaire pré-cieux pour ces mul-

tiples utilisations.

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Projet : G. Brunner

générateurde signal HF

Caractéristiques principalesà Plage de fréquence : 0,5 à 30 MHzà Niveau de sortie : 0 dBm à –79 dBm, par pas de 1 dBà Niveau max. de sortie : 0,63 Vcc dans 50 Ωà Impédance de sortie : 50 Ωà Entrée AMà Entrée FMà Lecture par écran LCDà Contrôle par microprocesseurà Interface série en option

1ère partie : description du circuit

CIRCUITS HF, RADIO

Toute personne sérieusement impli-quée dans la réparation de récepteursradio et autres équipements de com-munication tels que filtres ou mêmesantennes, doit disposer d’un signal HFultra-solide avec une fréquence et unniveau précisément établis. En particu-lier, les sections HF et FI (FréquenceIntermédiaire) ne peuvent être testéesavec un certain degré de sûreté que si

et de broc, sur l’établi de tout radio-amateur avancé, simplement parce quecet outil de test est aussi indispensableque le bon vieux multimètre.La stabilité du générateur de signal HFprésenté dans cet article est tellequ’elle répondra à la demande(modeste) de beaucoup d’amateurs.Offrir une gamme de fréquences de0,5 à 30 MHz et un niveau de sortiejusqu’à –80 dBm est parfait pour le testet l’alignement de nombreux récep-teurs et de leurs circuits composantscomme les amplificateurs, les mélan-geurs et les démodulateurs. Qu’attend-t-on d’un générateur designal HF ? La réponse est très simple :une assurance de la précision 1) et de la fréquence 2) et du niveau du signal que vousinjectez dans le circuit (récepteur)

testé. Si l’une ou l’autre valeurest douteuse, tout test et

comparaison descaractéristiques

du récepteurp e r d e n tleur sens.Dans leschéma pré-senté, la sta-bilité de lafréquence estassurée parune bouclePLL (boucleà ver-rouillage dephase), et le

niveau de sortiedéterminé par un atténua-

teur en pi (Π) commuté, le tout sous lecontrôle d’un microprocesseur.

S Y N O P T I Q U EF O N C T I O N N E LParce que les schémas des circuits réelsdes 4 modules qui constituent le géné-rateur de signal sont assez complexeslorsqu’ils sont présentés tous ensemble,nous avons décidé de les dessiner et deles présenter dans des blocs séparés.L’interaction principale entre ces sous-ensembles est présentée dans la figure1. Le schéma du bloc montre que lecoeur du circuit est un module PLLsynthétiseur conservant sous sur-veillance un VCO (Voltage ControlledOscillator = oscillateur contrôlé par ten-sion). Le signal de sortie de l’oscillateurVCO est amplifié et injecté simultané-ment dans la sortie du générateur, dansl’entrée du synthétiseur et l’entrée del’atténuateur. Un microprocesseurfournit à la boucle PLL une informa-tion numérique sur la fréquence del’oscillateur-cible VCO. Le micropro-cesseur pilote aussi le tableau de l’in-terface utilisateur montée en face avantet constituée de 3 interrupteurs, d’unencodeur rotatif et d’un écran LCD(écran à cristaux liquides). Il contrôle

aussi la quantité d’atté-nuation à la sortie dugénérateur, dans uneplage de 0 dB à –79 dB.Une interface série estdisponible en optionpour relier le générateur de signal HFà un PC par un câble RS232. Fonction-nellement, l’instrument est complétépar une source d’alimentation interne.

L E C I R C U I T P L LLe schéma du circuit de ce premiermodule à être présenté en détail setrouve en figure 2. Il comporte troissous-circuits : l’oscillateur VCO, le syn-thétiseur et le circuit tampon de sortie.L’oscillateur VCO et le synthétiseurconstituent, ensemble, la boucle PLL

L’oscillateur VCOet les circuits tamponsL’élément actif de l’oscillateur est unamplificateur différentiel construitautour de trois transistors T1, T2 et T3,dont le gain dépend du courant trans-mis par T3. L’élément résonateur del’oscillateur est un circuit L–C parallèlerésonant connecté à l’entrée de l’am-plificateur. Le réseau LC est constituéd’inducteurs L1-L5 combinés avec desdiodes à capacité variable (varicaps) D9et D10. L’autre entrée de l’oscillateur estmise à la terre pour les Hautes Fré-quences par le condensateur C10.Suivant la plage de fréquences désirée,un ou plusieurs inducteurs sontconnectés dans l’oscillateur. Ceci estréalisé en reliant à la terre HF les ter-minaux spécifiques par l’intermédiairedes tensions de contrôle +5 V sur les

diodes PIN D2, D4, D6et D8. Au sommet de laplage de fréquences,tous les inducteurs sonteffectivement connec-tés en parallèle, afin de

s’assurer que les inducteurs non sélec-tionnés et leur capacité parasite ne for-ment un circuit-série résonant quiempêcherait l’oscillateur de fonction-ner à la fréquence voulue. Tous lesinducteurs sont des bobines miniaturesdu commerce. Le basculement de fré-quences a lieu à 1,024 MHz,2,304 MHz, 5,376 MHz et 13,056 MHz.Le condensateur C8 procure la quan-tité nécessaire de rétroaction positivedans l’oscillateur. Un signal BF (BasseFréquence, AF en anglais) peut êtreappliqué à l’émetteur de T3 pour réali-ser la modulation d’amplitude (AM).On peut aussi obtenir une modulationde fréquence (FM) en superposant unsignal BF à la tension d’accord de ladiode varicap. Bien que la modulationde fréquence (FM) fasse sauter le ver-rouillage de la boucle PLL, la fréquencemoyenne restera stable parce que laconstante de temps de la boucle decontrôle n’est pas capable de suivre« l’instabilité » causée par le signal demodulation.Pour s’assurer qu’il n’est pas trop lour-dement chargé, le signal de l’oscillateurest d’abord filtré par un transistor àeffet de champ (FET), T4. Ensuite vientle véritable amplificateur, IC1, de typeNE592, que certains d’entre vousconnaissent peut-être déjà dans lesamplis des récepteurs de satellite TV.L’amplificateur est alimenté par l’am-

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VCO

synthétiseurPLL

alimentation

interface

PC

30V

12V

5V

230V

clavierF

atténuateur0 ... - 79 dB

LCD

980053 - 11

0,5 ... 30 MHz

Figure 1. Schéma géné-ral du générateur designal RF. Toute l’intelli-gence est enfouie dansun microcontrôleur.

1

3

plificateur opérationnel IC3b à la moitiéde la tension d’alimentation, et songain défini par un réseau série R26–L8.À cause de l’action de l’inducteur, legain diminue à des fréquences plusélevées. Parce que l’oscillateur VCOs’efforce de maintenir un niveau desortie stable, une diminution du gainsur l’amplificateur NE592 entraîneautomatiquement une augmentationdu gain au niveau de l’oscillateur dif-férentiel. Cet effet voulu est essentielpour un démarrage fiable de l’oscilla-teur aux fréquences élevées.L’amplificateur NE592 étant un ampli-ficateur différentiel, il a deux entrées,et aussi deux sorties. Le signal de lapremière entrée (broche 7) est appliqué

à l’émetteur-suiveur T5 qui approvi-sionne le signal réel de sortie du géné-rateur avec une impédance de 50 Ω (lestandard dans l’équipement detest HF). L’autre signal de sortie fournipar le NE592 est utilisé pour piloterdeux circuits secondaires. L’un parvientà la boucle PLL via C23 et R33, l’autrepilote un redresseur/doubleur de ten-sion, D11-D12, qui à son tour pilotel’amplificateur opérationnel decontrôle d’amplitude IC3a. L’amplitudemaximum de sortie désirée peut êtredéterminée en utilisant le P1 précali-bré. L’auteur a utilisé un calibrage où0 dBm (décibel-milliwatt) dans 50 Ωégale 0,63 Vcc à la sortie du générateur.

Le synthétiseurLe circuit du synthétiseur répond lar-gement à la notice d’utilisation duSAA1057 que publie Philips Semicon-ducteurs. Quelques valeurs des com-posants de la boucle de contrôle ont dûêtre légèrement modifiées pour opti-miser le comportement de la bouclePLL. La sortie « LOCK » (Verrouillage)n’est là que pour servir à des tests. LeSAA1057 reçoit ses informations decontrôle en format I2C via ses lignesd’entrée SDA, SCL et DLEN qui sontconnectées à un microcontrôleur. Fon-

damentalement, le SAA1057 comparela fréquence du VCO à celle d’unsignal de référence provenant duquartz 4 MHz externe. Pour pouvoirêtre comparé, le signal VCO est diviséen interne par un facteur déterminépar le microprocesseur. La différencede fréquence produit un signal d’er-reur, converti ensuite en une tensionde contrôle correspondante par ladiode varicap. Cette tension decontrôle est intégrée par R40-C37, àl’intérieur d’une plage de 0 à 30 V. Ilmérite d’être signalé que le SAA1057n’a pas besoin d’utiliser un convertis-seur de niveau externe pour convertirla tension de contrôle de la diode vari-cap – un amplificateur spécial est inclusdans la puce à cette fin, de mêmequ’une connection directe pour le+30 V (broche 7).Le régleur C33 permet de calibrer lafréquence de sortie du générateur enréférence à une fréquence standard.La platine VCO/PLL a besoin de 3 ten-sions d’alimentation : +5 V pour le

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Figure 2. Schéma du circuit dela platine VCO/PLL. Le coeurde la boucle PLL est une pucesynthétiseur contrôlée par unampli I2C, de type SAA1057.

Figure 4. Schéma du circuit dela platine contrôleur. Un89C51 est encadré par un cer-tain nombre de dispositifsd’entrée et de sortie.

4

Figure 3. Schéma du circuit del’atténuateur à contrôle numé-rique. Plage de 0 à –79 dB, parpas de 1 dB.

synthétiseur, +12 V pour l’oscillateurVCO, et +30 V pour la diode varicap.

L A P L A T I N EA T T É N U A T E U RLa figure 3 montre le schéma du circuitd’un atténuateur HF Π à 8 sectionscontrôlé numériquement, avec uneplage de 0 à –79 dB par incréments de1 dB. Les combinaisons de résistancesnécessaires pour obtenir chacun des79 niveaux discontinus d’atténuationsont connectées dans le circuit par l’in-termédiaire de contacts de relais. Lesrelais associés sont activés et désactivéspar les signaux envoyés par le micro-processeur, formant des combinaisons à8 bits aux entrées de commande A1-A8.Les valeurs théoriques des résistancesde l’atténuateur sont obtenues aumoyen de combinaisons parallèles derésistances 1% de la série E96.Chaque bobine de relais est shuntéepar une diode de suppression de forceélectro-mécanique (fem) et un conden-sateur de découplage.

P L A T I N E D UM I C R O C O N T R Ô L E U RToute l’intelligence requise pour instal-ler une interface homme/machine,c’est-à-dire pour établir une communi-cation entre l’utilisateur d’une part, et

la boucle PLL et l’atténuateur d’autrepart, est enfouie dans un microcontrô-leur de type 89C51. Ce contrôleur exé-cute un programme écrit par l’auteuret introduit dans la mémoire internepar les éditeurs. Le 89C51, programmeinclus, est disponible auprès desadresses habituelles.Le 89C51 reçoit de l’information etfournit de l’information. Les amateursde microcontrôleurs baptisent cettepossiblité « I/O » (Input/Output, E/Spour entrée/sortie en français). Les dis-positifs d’entrée comportent une tigeencodeuse rotative, S4, utilisée pour lafixation de la fréquence, un petit cla-vier, S1-S2-S3, la ligne SDA du bus I2Cet (en option) la ligne RxD de l’inter-face série MAX232. Les dispositifs d’en-trée/sortie contrôlés sont l’écran LCDconnecté au port P0, l’atténuateur auport P1, les inducteurs de l’oscillateurVCO à la ligne de ports P2.0 à P2.3 et,bien sûr, la puce synthétiseur, à l’aidedes lignes SDA et SCL (P2.7 et P2.6). Enréalité, le bus I2C est modifié sous laforme d’un pseudo-bus CBUS par l’ad-dition de P2.5 (DLEN) et de sa résis-tance de forçage, R4.L’horloge du 89C51 fonctionne à11,059 2 MHz à partir d’un quartzexterne X1. Cette fréquence a été choi-sie parce qu’elle permet d’utiliser des

valeurs standards de bauds sur l’inter-face série.Un réseau classique de remise à zéro àla mise sous tension (POR pour PowerOn Reset) , R1-C1, complète le circuitmicrocontrôleur.Le circuit imprimé n’a besoin qued’une tension de +5 V pour fonction-ner, le MAX232 disposant de convertis-seurs élévateurs intégrés de +10 V et–10 V.Comme vous pouvez le voir sur leschéma du circuit de la figure 5, lasource d’alimentation du générateurde signal RF est tout à fait classique.L’alimentation en 30 V de la diode vari-cap est fournie par une combinaisonsimple de diodes zener et d’un transis-tor série. La perte probable sur la lignede 30 V sera très faible, aucun redres-sement extensif ne sera donc néces-saire. Néanmoins, un nombre adéquatde condensateurs de découplage estutilisé pour garder la tension de la vari-cap aussi propre que possible. Aprèstout, tout bruit ou murmure sur cetteligne pourrait causer une modulationde la fréquence du signal de sortie. Latension à l’entrée du régulateur de30 Vv est fournie par un doubleur detension, C10-D5-D6.L’alimentation en 5 et 12 V est fourniepar 2 fidèles compagnons, un LM317 etun 7805 respectivement. Ces circuitsintégrés et leurs composants « satel-lites » habituels ont été utilisés si sou-vent dans les circuits que nouspublions qu’aucune description ulté-rieure n’est nécessaire.Un unique transformateur principal,calibré à 15 V/8 VA, fournit toutes lestensions alternatives nécessaires. Latension principale au primaire estappliquée via un interrupteur à deuxpôles et un fusible, insérés tous lesdeux dans une prise européenne.

L E M O I S P R O C H A I NDans le second et dernier article dumois prochain, nous présenterons lemontage de l’instrument sur quatre cir-cuits imprimés. La conclusion de l’ar-ticle comportera des notes sur l’utilisa-tion du générateur de signal HF, dessujets divers et des extras en option.

(980053-1)

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D3

D1

D2

D4

15V

TR1

8VA

C3

C4

C2

C1

7812

IC1

IC2

LM317T

C5

1000µ 35V

C7

2µ2 16V

C9

2µ216V

C13

10µ 63V

C12

1µ63V

C11

220µ63V

C10

470µ63V

K1K2

C6

220n

D5

C8

220n

R1

22

Ω

5W

R2

27

0Ω

R3

82

0Ω

D6

1N4001

R4

1k

D7

33V

400mW

R5

10

k

D8T1

BC141+30V

+12V

+5V

30V

12V

5V

2x

63mA T

980053 - 15

D1 ... D4 = 4x 1N4001C1 ... C4 = 4x 47n

Figure 5. Schéma du cir-cuit d’alimentation. Troistensions à partir d’unseul transformateur !

5

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