Скачать методы настроек кварцевых фильтров. Кварцевые фильтры кв трансивера. Простой кварцевый фильтр промежуточной частоты


Кварцевый фильтр - это, как известно, “половина хорошего трансивера”. В предлагаемой статье приведены практическая конструкция двенадцати кристального кварцевого фильтра основной селекции для высококачественного трансивера и приставки к компьютеру, позволяющие настроить этот и любые другие узкополосные фильтры. В любительских конструкциях в последнее время в качестве фильтра основной селекции используют кварцевые восьми кристальные фильтры лестничного типа, выполненные на одинаковых резонаторах. Эти фильтры относительно просты в изготовлении и не требуют больших материальных затрат.

Для их расчета и моделирования написаны компьютерные программы. Характеристики фильтров вполне удовлетворяют требованиям качественного приема и передачи сигнала. Однако при всех преимуществах у этих фильтров имеется и существенный недостаток - некоторая асимметрия АЧХ (пологий низкочастотный скат) и, соответственно, невысокий коэффициент прямоугольности.

Загруженность радиолюбительского эфира определяет достаточно жесткие требования к избирательности современного трансивера по соседнему каналу, поэтому фильтр основной селекции должен обеспечивать затухание вне полосы пропускания не хуже 100 дБ при коэффициенте прямоугольности 1,5... 1,8 (по уровням -6/-90 дБ).

Естественно, что потери и неравномерность АЧХ в полосе пропускания фильтра должны быть минимальны. Руководствуясь рекомендациями, изложенными в , за основу был выбран десяти кристальный лестничный фильтр с чебышевской характеристикой при неравномерности АЧХ 0,28 дБ.

Чтобы увеличить крутизну скатов параллельно входу и выходу фильтра были введены дополнительные цепи, состоящие из последовательно включенных кварцевых резонаторов и конденсаторов.

Расчеты параметров резонаторов и фильтра проводились по методике, описанной в . Для полосы пропускания фильтра 2,65 кГц были получены исходные значения C1,2 = 82,2 пФ, Lкв = 0,0185 Гн, Rн = 224 Ом. Схема фильтра и расчетные значения номиналов конденсаторов показаны на рис. 1.

В конструкции использованы кварцевые резонаторы для телевизионных PAL-декодеров на частоту 8,867 МГц, выпускаемые ВНИИСИМС (г. Александров Владимирской области). Свою роль в выборе сыграли стабильная повторяемость параметров кристаллов, их малые габариты и невысокая стоимость.

Подбор частоты кварцевых резонаторов для ZQ2- ZQ11 проводился с точностью ±50 Гц. Измерения проводились с помощью самодельного автогенератора и промышленного частотомера. Резонаторы ZQ1 и ZQ12 для параллельных цепей подобраны из других партий кристаллов с частотами соответственно ниже и выше основной частоты фильтра примерно на 1 кГц.

Фильтр собран на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 2).

Верхний слой металлизации использован в качестве общего провода. Отверстия со стороны установки резонаторов раззенкованы. Корпусы всех кварцевых резонаторов соединены с общим проводом пайкой.

Перед установкой деталей печатная плата фильтра запаивается в коробочку из луженой жести с двумя съемными крышками. Также со стороны печатных проводников припаивается экран-перегородка, проходящая между выводами резонаторов по центральной осевой линии платы.


На рис. 3 приведена монтажная схема фильтра. Все конденсаторы в фильтре - КД и КМ.

После того как фильтр был изготовлен, возник вопрос: каким образом в домашних условиях измерить его АЧХ с максимальным разрешением?

Был задействован домашний компьютер с последующей проверкой результатов измерений построением АЧХ фильтра по точкам с применением селективного микровольтметра. Меня, как конструктора радиолюбительской аппаратуры, очень заинтересовала идея, предложенная DG2XK , использовать компьютерную программу низкочастотного (20 Гц...22 кГц) спектроанализатора для измерения АЧХ узкополосных радиолюбительских фильтров.

Ее суть заключается в том, что высокочастотный спектр АЧХ кварцевого фильтра с помощью обычного SSB детектора переносится в диапазон низких частот и компьютер с установленной программой анализатора спектра дает возможность посмотреть АЧХ этого фильтра на дисплее.

В качестве источника высокочастотного сигнала DG2XK использован генератор шума на стабилитроне. Проведенные мной эксперименты показали, что такой источник сигнала позволяет просматривать АЧХ до уровня не более - 40 дБ, что явно недостаточно для качественной настройки фильтра. Для того чтобы просмотреть АЧХ фильтра на уровне -100 дБ, генератор должен иметь

 уровень боковых шумов ниже указанной величины, а детектор - хорошую линейность при максимальном динамическом диапазоне не хуже 90... 100 дБ.

По этой причине генератор шума был заменен традиционным генератором качающейся частоты (рис. 4). За основу взята схема кварцевого генератора , у которого относительная спектральная плотность мощности шумов равна -165 дБ/Гц. Это означает, что мощность шумов генератора при расстройке 10 кГц в полосе 3 кГц

 меньше мощности основного колебания генератора на 135 дБ!

Схема первоисточника немного видоизменена. Так вместо биполярных транзисторов применены полевые, а последовательно с кварцевым резонатором ZQ1 включен контур, состоящий из катушки индуктивности L1 и варикапов VD2-VD5. Частота генератора перестраивается относительно частоты кварца в пределах 5 кГц, что вполне достаточно для измерения АЧХ узкополосного фильтра.

Кварцевый резонатор в генераторе аналогичный фильтровому. В режиме генератора качающейся частоты управляющее напряжение на варикапы VD2- VD5 подается с генератора пилообразного напряжения, выполненного на однопереходном транзисторе VT2 с генератором тока на VT1.

Для ручной перестройки частоты генератора применен многооборотный резистор R11. Микросхема DA1 работает как усилитель напряжения. От первоначально задуманного синусоидального управляющего напряжения пришлось отказаться ввиду неравномерной скорости прохода ГКЧ разных участков АЧХ фильтра, а для достижения максимальной разрешающей способности частота генератора снижена до 0,3 Гц. Переключателем SA1 выбирается частота генератора "пилы" - 10 или 0,3 Гц. Девиация частоты ГКЧ устанавливается подстроечным резистором R10.

Принципиальная схема блока детектора показана на рис. 5. Сигнал с выхода кварцевого фильтра подается на вход Х2, если контур L1C1C2 используется в качестве нагрузки фильтра.

Если измерения проводятся на фильтрах, нагруженных на активное сопротивление, этот контур не нужен. Тогда сигнал с резистора нагрузки подается на вход Х1, а на печатной плате детектора удаляется проводник, соединяющий входХ1 с контуром.

Истоковый повторитель с динамическим диапазоном более 90 дБ на мощном полевом транзисторе VT1 согласует сопротивление нагрузки фильтра и входного сопротивления смесителя. Детектор выполнен по схеме пассивного балансного смесителя на полевых транзисторах VT2, VT3 и имеет динамический диапазон более 93 дБ.

На объединенные затворы транзисторов через П-контуры C17L2C20 и C19L3C21 поступают противофазные синусоидальные напряжения уровнем 3...4В (эфф.) от опорного генератора. В опорном генераторе детектора, выполненном на микросхеме DD1, установлен кварцевый резонатор с частотой 8,862 МГц.

Образовавшийся на выходе смесителя низкочастотный сигнал усиливается примерно в 20 раз усилителем на микросхеме DA1. Так как звуковые карты персональных компьютеров имеют сравнительно низкоомный вход, в детекторе установлен мощный ОУ К157УД1. АЧХ усилителя скорректирована так, чтобы ниже частоты 1 кГц и выше частоты 20 кГц наблюдался спад усиления приблизительно -6 дБ на октаву.


Генератор качающейся частоты смонтирован на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 6). Верхний слой платы служит общим проводом, отверстия под выводы деталей, не имеющие с ним контакта, раззенкованы.

Плата запаяна в коробку высотой 40 мм с двумя съемными крышками. Коробка изготовлена из луженой жести. Катушки индуктивности L1, L2, L3 намотаны на стандартных каркасах диаметром 6,5 мм с подстроечниками из карбонильного железа и помещены в экраны. L1 содержит 40 витков провода ПЭВ-2 0,21, L3 и L2 - соответственно 27 и 2+4 витка провода ПЭЛШО-0,31.

Катушка L2 намотана поверх L3 ближе к “холодному” концу. Все дроссели стандартные - ДМ 0,1 68 мкГн. Постоянные резисторы МЛТ, подстроечные R6, R8 и R10 типа СПЗ-38. Многооборотный резистор - ППМЛ. Постоянные конденсаторы - КМ, КЛС, КТ, оксидные - К50-35, К53-1.

Налаживание ГКЧ начинают с установки максимального сигнала на выходе генератора пилообразного напряжения. Контролируя осциллографом сигнал на выводе 6 микросхемы DA1, подстроечными резисторами R8 (усиление) и R6 (смещение) устанавливают амплитуду и форму сигнала, приведенную на эпюре в точке А. Подбором резистора R12 добиваются устойчивой генерации без вхождения в режим ограничения сигнала.

Подбирая емкость конденсатора С14 и подстраивая контур L2L3, настраивают выходную колебательную систему в резонанс, что гарантирует хорошую нагрузочную способность генератора. Подстроечником катушки L1 устанавливают границы перестройки генератора в пределах 8,8586-8,8686 МГц, что с запасом перекрывает полосу АЧХ испытуемого кварцевого фильтра. Для обеспечения максимальной перестройки ГКЧ

 (не менее 10 кГц) вокруг точки соединения L1, VD4, VD5 верхний слой фольги удален. Без нагрузки выходное синусоидальное напряжение генератора равно 1В (эфф).

Блок детектора выполнен на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 7).

Верхний слой фольги используется в качестве общего провода. Отверстия под выводы деталей, не имеющие контакт с общим проводом, зенкуют.

Плата запаивается в жестяную коробку высотой 35 мм со съемными крышками. От качества изготовления приставки зависит ее разрешающая способность.

Катушки L1 -L4 содержат по 32 витка провода ПЭВ-0,21, намотанных виток к витку на каркасах диаметром 6 мм. Подстроечники в катушках от броневых сердечников СБ-12а. Все дроссели типа ДМ-0,1. Индуктивность L5 - 16 мкГн, L6, L8 - 68 мкГн, L7- 40 мкГн. Трансформатор Т1 намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе 1000НН типоразмера К10 x 6 x 3 мм и содержит в первичной обмотке 7 витков, во вторичной - 2 x 13 витков провода ПЭВ-0,31.

Все подстроечные резисторы - СПЗ-38. Во время предварительной настройки блока высокочастотным осциллографом контролируют синусоидальный сигнал на затворах транзисторов VT2, VT3 и, при необходимости, подстраивают катушки L2, L3. Подстроечником катушки L4 частота опорного генератора уводится ниже полосы пропускания фильтра на 5 кГц. Это делается для того, чтобы на рабочем участке анализатора спектра меньше наблюдалось различных помех, уменьшающих разрешающую способность устройства.


Генератор качающейся частоты подключают к кварцевому фильтру через согласующий колебательный контур с емкостным делителем (рис. 8).

В процессе настройки это позволит получить малые затухание и неравномерность в полосе пропускания фильтра.

Второй согласующий колебательный контур, как уже упоминалось, находится в детекторной приставке. Собрав схему измерения и подключив выход приставки (разъем ХЗ) на микрофонный или линейный вход звуковой карты персонального компьютера, запускаем программу спектроанализатора. Существует несколько таких программ. Автором была использована программа SpectraLab v.4.32.16, размещенная по адресу: http://cityradio.narod.ru/utilities.html. Программа удобна в пользовании и обладает большими возможностями.

Итак, запускаем программу “SpektroLab” и, подстраивая частоты ГКЧ (в режиме ручного управления) и опорного генератора в детекторной приставке, выставляем пик спектрограммы ГКЧ на отметку 5 кГц. Далее, балансируя смеситель детекторной приставки, пик второй гармоники уменьшают до уровня шумов. После этого включается режим ГКЧ и на мониторе появляется долгожданная АЧХ испытуемого фильтра. Вначале включается частота качания 10 Гц и, подстраивая с помощью R11 центральную частоту, а затем и полосу качания R10 (рис. 4), устанавливаем приемлемую “картинку” АЧХ фильтра в реальном времени. Во время измерений, подстраивая согласующие контуры, добиваются минимальной неравномерности в полосе пропускания.

Далее для достижения максимальной разрешающей способности устройства включаем частоту качания 0,3 Гц и устанавливаем в программе максимально возможное количество точек преобразования Фурье (FFT, у автора 4096...8192) и минимальное значение параметра усреднения (Averaging, у автора 1).

Так как характеристика рисуется за несколько проходов ГКЧ, то включается режим запоминающего пикового вольтметра (Hold). В итоге на мониторе получаем АЧХ исследуемого фильтра.

С помощью курсора мыши получаем необходимые цифровые значения полученной АЧХ на нужных уровнях. При этом надо не забыть измерить частоту опорного генератора в детекторной приставке, чтобы потом получить истинные значения частот точек АЧХ.

Оценив первоначальную “картинку”, подстраивают частоты последовательного резонанса ZQ1n ZQ12 соответственно на нижний и верхний скаты АЧХ фильтра, добиваясь максимальной прямоугольности на уровне - 90 дБ.

В заключение с помощью принтера получаем полновесный “документ” на изготовленный фильтр. В качестве примера на рис. 9 приведена спектрограмма АЧХ этого фильтра. Там же приведена спектрограмма сигнала ГКЧ. Видимая неравномерность левого ската АЧХ на уровне -3...-5 дБ устраняется перестановкой кварцевых резонаторов ZQ2-ZQ11.


В итоге получаем следующие характеристики фильтра: полоса пропускания по уровню - 6 дБ - 2,586 кГц, неравномерность АЧХ в полосе пропускания - менее 2 дБ, коэффициент прямоугольности по уровням - 6/-60 дБ - 1,41; по уровням - 6/-80 дБ 1,59 и по уровням - 6/-90 дБ - 1,67; затухание в полосе - менее 3 дБ, а за полосой - более 90 дБ.

Автор решил проверить полученные результаты и измерил АЧХ кварцевого фильтра по точкам. Для измерений потребовался селективный микровольтметр с хорошим аттенюатором, коим послужил микровольтметр типа HMV-4 (Польша) с номинальной чувствительностью 0,5 мкВ (в то же время хорошо фиксирующий сигналы с уровнем 0,05 мкВ) и аттенюатором в 100 дБ.

Для этого варианта измерений была собрана схема, приведенная на рис. 10. Согласующие контуры по входу и выходу фильтра тщательно экранированы. Соединительные экранированные провода применены хорошего качества. Также тщательно выполнены “земляные” цепи.

Плавно изменяя частоту ГКЧ резистором R11 и переключая по 10 дБ аттенюатор, снимаем показания микровольтметра, проходя по всей АЧХ фильтра. Используя данные измерений и тот же масштаб, строим график АЧХ (рис. 11).

Благодаря высокой чувствительности микровольтметра и малым боковым шумам ГКЧ хорошо фиксируются сигналы на уровне -120 дБ, что четко отражено на графике.

Результаты измерений получились следующие: полоса пропускания по уровню - 6 дБ - 2,64 кГц; неравномерность АЧХ - менее 2 дБ; коэффициент прямоугольности по уровням -6/-60 дБ равен 1,386; по уровням - 6/-80 дБ - 1,56; по уровням - 6/-90 дБ - 1,682; по уровням - 6/-100 дБ - 1,864; затухание в полосе - менее 3 дБ, за полосой - более 100 дБ.

Некоторые отличия результатов измерений от компьютерного варианта объясняются наличием накапливающихся ошибок цифроаналогового преобразования при изменении анализируемого сигнала в большом динамическом диапазоне.

Необходимо отметить, что приведенные графики АЧХ кварцевого фильтра получены при минимальном объеме настроечных работ и при более тщательном подборе компонентов, характеристики фильтра могут быть заметно улучшены.

Предложенная схема генератора может быть с успехом использована для работы АРУ и детекторов. Подав сигнал генератора качающейся частоты на детектор, на выходе приставки к ПК получаем сигнал низкочастотного генератора качающейся частоты, с помощью которого можно легко и быстро настроить любой фильтр и каскад НЧ тракта трансивера.

Не менее интересно использовать предлагаемую детекторную приставку в составе панорамного индикатора трансивера. Для этого следует подключить к выходу первого смесителя кварцевый фильтр с полосой пропускания 8...10 кГц. Далее полученный сигнал усилить и подать на вход детектора. В этом случае можно наблюдать сигналы своих корреспондентов с уровнями от 5 до 9 баллов с хорошей разрешающей способностью.

Г. Брагин (RZ4HK)

Литература:

1. Усов В. Кварцевый фильтр SSB. - Радиолюбитель, 1992, № 6, с. 39, 40.

2. Дроздов В. В. Любительские KB трансиверы. - М.: Радио и связь, 1988.

3. Klaus Raban (DG2XK) Optimizierung von Eigenbau-Quarzfiltern mit der PC-Soundkarte. - Funkamateur, № 11, 2001, S. 1246-1249.

4. Frank Silva. Shmutzeffekte vermeiden und beseitig. - FUNK, 1999, 11, S. 38.

При проверке и налаживании трактов ПЧ с кварцевыми фильтрами или отдельных кварцевых фильтров у большинства радиолюбителей возникает проблема, где взять тестовый сигнал. Не всегда есть возможность измерить параметры косвенным методом с использованием смесителей приёмника. Не все доступные и относительно недорогие прецизионные, многофункциональные измерительные генераторы перекрывают диапазон частот 30...90 МГц либо стабильность обычных ВЧ-генераторов (с функцией ГКЧ) не позволит ювелирно измерить и наладить характеристики кварцевых фильтров. А чаще всего просто нет такой техники в наличии, и покупать только для этих работ дорогой генератор неразумно.

В данной статье приводится описание двухканального генератора, управляемого напряжением (ГУН) с малым (несколько десятков килогерц) диапазоном перестройки, центральной частотой 2...90 МГц, выходным сопротивлением 50 Ом и выходным сигналом размахом 100...300 мВ. Устройство рассчитано на работу в составе измерителя АЧХ взамен ГКЧ, а также может работать вместе с другим генератором пилообразного сигнала.

Для получения стабильной работы ГУНа в качестве частотозадающих элементов были применены недорогие и доступные керамические резонаторы на частоты 2...12 МГц и дальнейшее умножение частоты. Конечно, современная элементная база позволила бы на DDS-генераторах или генераторах с ФАПЧ решить такую же задачу (с микроконтроллером и соответствующим программным обеспечением), но тогда сложность такого устройства превысила бы сложность проверяемой аппаратуры. Поэтому целью было создание простого генератора с использованием доступных элементов и не заниматься изготовлением катушек индуктивности, а также наладить устройство с помощью простых измерительных приборов.

Устройство разделено на отдельные функциональные узлы, которые можно монтировать или нет, в зависимости от потребностей владельца. Например, если у вас имеется мультифункциональный DDS-генератор, то можно генераторы не собирать и для выхода на конечную частоту обойтись только умножителями частоты и основным фильтром. Во избежание нестабильной работы я рекомендую применить в высокочастотной части исключительно КМОП-микросхемы серии 74АСхх.

Плата устройства (рис. 1) размерами 100x160 мм разработана таким образом, что её можно изготовить односторонней (верхняя сторона, на которой размещены все элементы, кроме проволочных перемычек) или двухсторонней, если планируется использовать устройство на частотах более 25 МГц. Нумерация элементов на принципиальной схеме и плате начинается с цифры, присвоенной узлу, в который они входят. На рис. 2 показан монтаж элементов на одностороннем варианте платы. В этом случае выводы микросхемы в корпусе DIP припаивают со стороны печатных проводников, что требует особой внимательности.

Рис. 1. Плата устройства размерами 100x160 мм

Рис. 2. Монтаж элементов на одностороннем варианте платы

Керамические резонаторы имеют хорошую кратковременную стабильность частоты, позволяющую использовать их сигнал для налаживания кварцевых фильтров и надёжно замерить их крутые скаты. Межрезонансный интервал у таких резонаторов на порядок больше, чем у кварцевых. Их можно без особых проблем тянуть по частоте на +0,3...-2 % от номинального значения. В табл. 1 приведены основные параметры пьезокерамических резонаторов, купленных в 2015 г. в России, и их диапазон перестройки по частоте для случая построения генератора на логических элементах микросхемы 74АС86.

Таблица 1

Тип резонатора 1)

Номинальная частота, МГц

Число выводов

Минимальная частота 2) , МГц

Максимальная частота 3) , МГц

1) Р - резонаторы серии ZTA, PC - резонаторы серии ZTT (со встроенными конденсаторами), Д - дискриминаторные (для применения в ЧМ-детекторах). 2) С двумя конденсаторами по 280 пФ. 3) С двумя конденсаторами по 20 пФ.

Керамические резонаторы на более высокие частоты (более 13 МГц), очевидно, изготавливают по другой технологии, и их диапазон перестройки по частоте очень мал. У резонаторов серии ZTT есть встроенные конденсаторы, и поэтому перестроить их по частоте гораздо труднее, при этом не всегда можно получить номинальную частоту.

В табл. 2 приведены наиболее распространённые значения частоты ПЧ в различных радиоприёмных устройствах (РПУ) и трансиверах, а также варианты генерирования этих частот с помощью керамических резонаторов. Анализ необходимых коэффициентов умножения или деления выявит необходимость применения умножения на два для расширения числа возможных вариантов и обеспечения качества сигнала.

Таблица 2

ПЧ, МГц

Основное применение

Частота генераторов, МГц

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Трансиверы самодельные

Трансиверы самодельные

Трансиверы самодельные

Трансиверы самодельные

Трансиверы самодельные

Трансиверы самодельные

Стандартная

Трансивер IC R-75

Трансиверы Си-Би диапазона

Стандартная

Гражданские РПУ

Стандартная

Трансиверы YAESU

Трансиверы

Бытовые РПУ

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Бытовые РПУ

Трансиверы ICOM

РПУ Бригантина

Трансиверы

Трансиверы

Трансивер IC R-75

Трансиверы

РПУ EKD(ГДP)

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Трансиверы

Самодельные РПУ

Для понимания работы предлагаемых умножителей частоты приведу кратко важные параметры спектров выходных сигналов логических КМОП-элементов серии 74АС. Эти быстродействующие элементы работают при напряжении питания 2...6 В, и без ёмкостной нагрузки минимальная длительность фронта выходных импульсов - 1 нс, что позволяет получить существенные спектральные составляющие вплоть до частоты 250 МГц. При этом выходное сопротивление элементов - около 25 Ом, что облегчает получение значительной энергии высших гармонических составляющих. Передаточная характеристика логических элементов этой серии симметричная, а выходной каскад обладает одинаковой нагрузочной способностью и скоростью переключения для вытекающего и втекающего тока. Таким образом, выходной сигнал логических элементов и триггеров серии 74АСхх до частот 30 МГц можно считать идеальным, и все законы математики, относящиеся к спектрам импульсных сигналов, можно применить на практике с высокой точностью.

Прямоугольный сигнал с одинаковой длительностью импульса t и и паузы t п так называемый меандр (скважность Q = T/t и = 2, где Т - период следования импульсов Т = t и +t п, но иногда используется термин "коэффициент заполнения", обратный скважности К = 1/Q), содержит в спектре, кроме первой гармоники (F 1 = 1/T - основная частота), ещё и нечётные гармоники (2n+ 1)F 1 , где n = 1, 2, 3.... На практике подавление чётных гармоник может достигать 40 дБ без применения особых мер, а чтобы получить подавление до 60 дБ, придётся обеспечить долговременную стабильность параметров элементов с помощью ООС и с дополнительной тщательной регулировкой.

Опыт показал, что делители частоты на два (D-триггеры и JK-триггеры серии 74АСхх, а также делитель частоты 74АС4040) на частотах до 4 МГц обеспечивают такое подавление до 60 дБ. При выходной частоте 30 МГц оно уменьшается до 30 дБ, а на частотах более 100 МГц выраженное подавление чётных гармоник отсутствует.

Поэтому меандр имеет особое значение в умножителях частоты из-за относительной чистоты спектра, что упрощает последующие фильтры. По этой причине в предложенном устройстве предусмотрены элементы настройки симметрии сигнала. Практически идеальные выходные характеристики элементов серии 74АСхх позволяют без применения анализатора спектра с помощью элементов регулировки получить желаемую форму сигнала, измеряя среднее постоянное напряжение на выходе. Подавление чётных гармоник до 40...50 дБ на частотах до 20 МГц получается без проблем.

Измерение скважности (коэффициента заполнения) выходного сигнала можно провести с помощью цифрового мультиметра в режиме измерения постоянного напряжения (R вх ≥ 10 МОм), не меняя при этом предел измерения (рис. 3). Сначала мультиметр калибруют, для этого его через резистор сопротивлением 33...100 кОм подключают к линиям питания (непосредственно к соответствующим выводам микросхемы). Так как входное сопротивление мультиметра 10 МОм, его показания (U к) будут на 0,3...1 % меньше напряжения питания. Резистор вместе со всеми ёмкостями проводов и входа мультиметра образуют ФНЧ для высокочастотного сигнала. Если на выходе логического элемента присутствует импульсный сигнал с Q = 2, мультиметр покажет U вых = 0,5U к. На рис. 4 показан спектр сигнала на выходе генератора микросхеме 74АС86 без особых мер симметрирования, подавление второй гармоники по отношению к первой - около 36 дБ. Для работы с умножителями частоты это не очень хорошо.

Рис. 3. Измерение скважности (коэффициента заполнения) выходного сигнала

Рис. 4. Спектр сигнала на выходе генератора микросхеме 74АС86

Если нарушить симметричность выходного сигнала, можно добиться подавления других спектральных составляющих. Например, при Q = 3 (рис. 5) в выходном сигнале подавляются гармоники, кратные трём (рис. 6). Налаживание такого режима осуществляют также с помощью мультиметра, только надо получить среднее напряжение U вых = 0,333U к (или 0,666U к). Этот вариант особенно интересен, если необходимо получить умножение надваили четыре. На более высоких гармониках затраты на фильтры уже затрудняют практическое применение этого варианта.

Рис. 5. Спектр сигнала

Рис. 6. Спектр сигнала

Таким образом, меандр идеально подходит для получения нечётных гармоник сигнала, вплоть до седьмой. Более высокие уже сильно ослаблены, и их выделение потребовало бы сложных фильтров и усилителей. Вторую и четвёртую гармоники лучше всего получить при скважности выходного сигнала Q = 3. Если в спектре нужны все ближние гармоники, надо настроить Q = 2,41 (К = 41,5%).

Здесь следует важное замечание. Иногда бывает, что в приёмнике "блуждают" помехи от собственной системы ФАПЧ гетеродина или микроконтроллера. Умелым подбором скважности тактового сигнала можно подавить часть мешающих гармоник. Но в целом общий фон гармоник от тактового сигнала можно снизить, если по умолчанию установить его скважность точно Q = 2.

В предлагаемом устройстве в основном применены логические КМОП-элементы, работающие в линейном режиме. Для этого используется режим инвертора (если элемент двухвходовый, второй вход подключают к общему проводу или линии питания) и вводят ООС по постоянному току (рис. 7) для поддержания рабочей точки на середине передаточной характеристики. Резистор R3 обеспечивают ООС, а с помощью резисторов R1 и R2 можно смещать положение рабочей точки на передаточной характеристике. Эта схема также позволяет симметрировать логические элементы серий 74хСТхх, у которых порог переключения около 1,2 В (при напряжении питания 3,3 В). Критерий правильной настройки - установление выходного напряжения на 50 % от питания. Сопротивление резистора R2 выбирают как можно больше, чтобы он меньше влиял на входные сигнальные цепи.

Рис. 7. Схема устройства

Крутизна передаточной характеристики соответствует коэффициенту усиления по напряжению 30...40дБ. Поэтому входной сигнал напряжением несколько десятков милливольт уже приводит к изменению выходного от нуля до максимума. Чтобы уменьшить шумы при переключении из одного состояния в другое, на входе надо обеспечить определённую скорость нарастания сигнала (для серии 74АСхх - около 125мВ/нс). При этом существует нижняя граничная частота, при которой во время прохождения через активный участок характеристики не возникают мешающие шумы или самовозбуждение.

Если на входе логического элемента включён параллельный LC-контур, допускается подача более низкочастотных входных сигналов без возникновения шума. При напряжении питания 3,3 В на частоте 3 МГц минимальный размах напряжения - 0,5...1 В. Для работы на более низких частотах надо использовать логические элементы серий 74НСхх, MM74Схх, 40хх.

На основе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (микросхема 74АС86) можно легко сделать умножитель частоты на два, если сигнал подавать на один вход напрямую, на другой вход - через линию задержки на основе RC-цепи (рис. 8). Если постоянная времени RC-цепи (τ) существенно меньше периода следования импульсов Т, на выходе получим короткие импульсы при каждом перепаде входного напряжения, т. е. число импульсов (а значит, и их частота) увеличилось в два раза. С увеличением задержки (постоянной времени RC-цепи) на конденсаторе С1 сигнал становится треугольным и уменьшается его амплитуда, поэтому точность переключения снижается и ухудшается качество сигнала - фронты "плавают" с шумом. Такой умножитель работает стабильно при τ

Рис. 8. Умножитель частоты

Ещё более чистый спектр выходного сигнала будет в случае Q = 3 (рис. 9). При этом умножитель "выдаст" на выходе гармоники на частотах 2F 1 , 4F 1 , 8F 1 , 10F 1 , 14F 1 , 16F 1 и т. д.). Практическое значение имеют только гармоники на 2F 1 и 4F 1 , а подавление гармоник с частотами F 1 , 3F 1 , 5F 1 и 6F 1 выручает. При этой настройке на выходе должно быть U вых = 0,333U к.

Рис. 9. Спектр выходного сигнала

Рис. 10. Спектр сигнала

Структурная схема измерительного генератора показана на рис. 11. В схеме предусмотрены два генератора (G1, G2) одинаковой конструкции для расширения функциональных возможностей прибора. После них в умножителе-делителе частоты U1 или умножителе частоты U2 происходит промежуточное умножение частоты. Коэффициент умножения равен одному, двум, трём или четырём. Кроме того, в умножителе-делителе частоты U1 перед умножением частоту сигнала можно поделить на два или четыре. В смесителе на выходе элемента DD1 и после ФНЧ Z3 (частота среза - 100 кГц) формируется сигнал на частоте F = |n 1 F гун1 - n 2 F гун2 |. Смеситель также работает на гармониках.

Рис. 11. Структурная схема измерительного генератора

В модуляторе работают элементы DD2, DD3, Z1 и Z2, они формируют необходимую скважность сигнала для последнего этапа умножения. При скважности Q = 2 элементы Z1 и Z2 не нужны. DD4 и DD5 работают как буферные усилители, кроме того, в них можно осуществить импульсную модуляцию.

Генератор G3 формирует короткие импульсы для имитации импульсных помех, он активируется высоким уровнем сигнала SPON. Если его частоту уменьшить в 100...1000 раз (увеличением ёмкости соответствующих конденсаторов), в РПУ можно наладить динамику АРУ или шумоподавителя.

С помощью фильтров Z4 и Z5 выделяется нужная гармоника, а усилители А2 и А3 придают сигналам необходимый уровень. На выходе GEN-3 можно создать комбинированный сигнал с помощью перемычек S1 и S2.

Блок питания (БП) обеспечивает напряжением 3,3 В узлы устройства, а также есть выход напряжения +3,9 В для питания проверяемой маломощной аппаратуры (радиоприёмники TECSUN, DEGEN и др.) На вход блока питания можно подавать напряжение +5 В от USB-порта или зарядного устройства сотового телефона, а также от нестабилизированного сетевого блока питания с выходным напряжением 5...15 В. Ток, потребляемый устройством, зависит от частоты генераторов и не превышает 70 мА в полной комплектации.

В следующей части статьи будут приведены подробное описание схемы устройства и некоторые конкретные примеры его комплектации для работы на часто встречающихся ПЧ в радиолюбительских РПУ

Прежде чем приступать к изготовлению кварцевого фильтра, следует запастись кварцевыми резонаторами, по возможности, с некоторым запасом, так как их надо будет заранее проверить и отбраковать. Устанавливать в фильтр новые кварцы не рекомендуется - они как и другие детали подвержены старению. Наиболее интенсивно они меняют свою частоту в первый год после выпуска.

Так, кварц на 9 МГц за первый год может изменить свою частоту на 180 Гц, что весьма ощутимо. За последующие 2...4 года относительный уход частоты не скажется на работе фильтра. Старению подвержены и конденсаторы, поэтому, как и кварцы, они должны вылежаться несколько лет (от 3-х до 5-ти).

Кварцевые резонаторы следует покупать из одной партии, так как в ее пределах разброс параметров невелик. Для получения хороших параметров фильтров разброс частот последовательных резонансов кварцев не должен превышать 0,1 от полосы пропускания фильтра, для получения отличных - 0,01. Например, для полосы пропускания 3000 Гц разброс не должен превышать плюс-минус 150 (15) Гц, от среднеарифметического значения частот Fs всех кварцевых резонаторов.

Определение электрических параметров кварца.

Генератор Г4-102 лучше не применять, так как у него плохая форма сигнала и не очень стабильная амплитуда при перестройке частоты генератора, вместо ГСС и ВЧ-вольтметра лучше применить измеритель частотных характеристик Х1-38.

При отсутствии приборов, вместо ГСС можно использовать генератор шума плюс радиоприемник (рис.2). Вообще говоря, хороший RX - это универсальный прибор, который можно использовать самым разнообразным способом. В RX включается АРУ и по показаниям S-метра. Если его нет, на выходе УНЧ можно включить тестер.


На частоте последовательного резонанса Fs кварц эквивалентен последовательному колебательному контуру, следовательно, показания ВЧ-вольтметра или RX будут максимальны.

На частоте параллельного резонанса Fp кварц эквивалентен параллельному колебательному контуру - показания приборов минимальны.

PНо этот момент можно обойти, т.к. кварц описывается тем же уравнением, что и последовательный колебательный контур. Требуется лишь частотомер, позволяющий измерять частоту с точностью до 10 Гц и два эталонных конденсатора. С1 и С2, емкость которых известна с точностью до 0,1...1%. Для частот порядка 3...10 МГц С = 39 пФ и С2 = 20 пФ. Если нет возможности точно измерить величину емкости, то эталонные конденсаторы можно сделать самому.

Для этого берутся 5... 10 конденсаторов емкостью в 5. .10 раз меньше необходимой и соединяются параллельно. Дело в том, что кривая разброса погрешностей подчиняется закону нормального распределения Гаусса, она симметрична, и разброс величин в большинстве случаев гораздо меньше указанной величины допуска.

Точность эталонного конденсатора будет заведомо лучше 1%. ТКЕ (температурный коэффициент емкости) должен быть равен нулю. Пусть в нашем случае имеются конденсаторы с ненулевым ТКЕ.

Общее правило таково: - ТКЕ х С = +ТКЕ х С. У нас имеются С = 6,2 пФ, ПЗЗ - 3 шт, С = б,2 пФ М47 - 2 шт. и С = 6,2 пФ МП0 -1 шт. Получим; 6,2 х (+33) х 3 + 6,2 х 0 х 1 + 6,2 х (-47) х 2 = 6,2 пФ (+ 99 - 94) = 6,2 пФ П+0,03

Это означает, что при изменении температуры на 10°С, величина емкости возрастет на 3x10 -5 % (0,000003%). Сэт = 6,2 x 6 = 37,2 пФ П + 0.03. Аналогичным образом изготавливаем Сэт №2.

Чтобы измерить Fs, собирается схема на рис 4 из (2] - это схема мультивибратора с эмиттерной связью, в которой кварц возбуждается вблизи Fs Сначала пронумеровываемое кварцы.

Для каждого кварца измеряется Fso Данные измерений заносятся в таблицу. Затем последовательно с каждым кварцем включаем конденсатор С1 и производим измерения Fs1. Данные заносим в таблицу. Аналогично измеряем Fs2. После чего находим среднеарифметические значения Fs0, Fs1, Fs2. Для расчета кварцевых фильтров нам необходимо знать величину индуктивности кварцевых резонаторов, которую мы находим методом трех частот.

Lк = 1 /2665 x 10 10 (Fs2-Fs1)/ , (1) где LK - в Гн; С1 и С2 - в пФ; Fs0, Fs1, Fs2 - в Гц,

Погрешность расчета по формуле (1) не превышает 2,5 %, Ниже будут приведены необходимые данные для расчета 4, 6 и 8-ми кристальных фильтров с Чебышевской характеристикой для приема SSB и с характеристикой Баттерворта - для приема телеграфных сигналов, они меньше "звенят", но обладают меньшим затуханием за полосой пропускания и худшим коэффициентом прямоугольности Кп, рис.5.


Кп представляет собой отношение полос пропускания кварцевого фильтра при заданном уровне ослабления к поносе пропускания на уровне 0,7 (-ЗдБ).

Например, Кп 1,7 по уровням -60 дБ/-3 Дб = 4,25/2,5 = 1,7. Фильтры рассчитаны для неравномерности АЧХ = 0,28 дБ, но на практике из-за неизбежной неточности изготовления, она получается несколько больше.

Фильтры рассчитаны по методике приведенной в , но входные и выходные емкости (С2,3) из последовательных пересчитаны в параллельные, т.к. фильтры неудобно согласовывать, потому что влияет емкость монтажа, образовывая к тому же емкостный делитель, уменьшающий полезный сигнал на 8...15%.

Чтобы уменьшить влияние емкости монтажа в 8 кристальных фильтрах, Т-звенья пересчитаны в П-звенья. Согласовывать кварцевые фильтры лучше всего с помощью колебательных контуров (не имеющих ферромагнитных сердечников, чтобы не ухудшить динамику приемной части), они улучшают соотношение сигнал/ шум в корень квадратный из нагруженной добротности.

Расчет (SSB) кварцевых фильтров с Чебышевской характеристикой и неравномерностью АЧХ в полосе пропускания 0,28 дБ.

Четырехкристальный фильтр, рис 6.

С1.2 = 33354/(Fs0 + П/2) x Lк х П (пФ), где

  • Fs0 - среднеарифметическое значение (кГц),
  • LK - индуктивность кварца, рассчитанная по формуле (1) (Гн).
  • П - полоса пропускания фильтра (кГц).

    • С2.3 = 1.149 х С1,2; С1 = 0,419 x С1,2

    Сопротивление нагрузки фильтра

    Rф = 8.63 х Lк х П (Ом), где Lк в Гн, П в Гц.


    Шестикристальный фильтр, рис7.

  • С1 =39 пФ и С2 = 20 ПФ.
  • С1,2 = 35383/ (Fs0+ П/2) x Lк x П, пФ
  • С1 = 0,439 х С1.2;
  • С2,3=1,213 x С1,2.
  • С3,4=1,344 x С1,2;
  • С = 3,907 х С1,2
  • Rф = 7,715xLк x П.

    • Восьмикристальный фильтр, рис 8.

  • С1.2 = 36007/(Fs0 + П/2) x Lк x П, пФ,
  • С1 = 0,578 х С1,2;
  • С2,3 =1,227 x С1,2;
  • С3,4 = 1,357 х С1,2;
  • С4,5 = 1,297 x С1,2
  • С2 = 0,832 x 01,2;
  • С3 =1,471 x С1,2;
  • С4 = 0,525x C1,2,
  • Rф = 8,862 х Lк х П

    • Как видно из приведенных формул, чтобы получить например, телеграфный фильер с Чебышевской характеристикой достаточно в рассчитанном SSB фильтре увеличить все величины емкостей в число раз, равное Пssb/Пcw/ Rф уменьшится во столько же раз. Этим приемом можно воспользоваться, если П изготовленного SSB кварцевого фильтра оказалась меньше требуемой из-за малого резонансного промежутка используемых кварцев. Для получения требуемой полосы пропускания в соответствующее число раз уменьшаем все емкости фильтра. Но если попались некачественные кварцы, этот способ не сможет помочь.

    Расчет телеграфных (CW) кварцевых фильтров с характеристикой Баттерворта.

    (Обозначения аналогичны приведенным на рис 6-8).

    Четырехкристальный кварцевый фильтр.

  • С1,2 = 30125/(Fs0 + П/2) х Lк х П, пФ, (кГц, Гн)
  • С1 = 0,22 7x
  • С1,2; = C2,3 = 1.554 x C1,2;
  • Rф = 9,62 х Lк х П. (Гн, Гц) Ом

    • Шестикристальный фильтр.

  • С1,2 = 21670/(Fs0 + П/2) x Lк x П
  • С1 = 0,173 x С1,2;
  • С = 1,795 x С1,2;
  • С2.3 = 1,932 х С1,2;
  • С3,4 = 2,258 x С1,2
  • Rф = 17,429 х Lк х П.

    • Восьмикриcтальный фильтр.

  • С1,2 = 16678/(Fs0 + П/2) x Lк х П.
  • C1 = 0,157 x С1,2;
  • C2,3 = 2,064 x C1,2;
  • C3,4 = 2,743 x C1.2;
  • C4.5 = 2,979 x C1 2
  • С2 = 0,583 x С1,2;
  • С3 = 0,359 x С1,2;
  • С4 = 0,625 x С1,2;
  • Rф = 17,429 х Lк х П

    • Для того, чтобы работать CW на той же частоте что и SSB надо использовать один и тот же опорный кварцевый генератор, но, чтобы прием CW не был слишком низкочастотным, надо полосу пропускания CW фильтра сдвинуть вверх на 400....700 Гц, тогда тон сигнала будет оптимальным и составит 0,8.....1,2 кГц. Подбирать кварцы имеющие Fs = 400...700 Гц не всегда есть возможность, да и делать отдельный CW фильтр дороговато. Лучше воспользоваться методом, предложенным EU1TT в .

    Конденсатор С2 включается последовательно с кварцевым резонатором и Fs вверх на 400. .700 Гц. Конденсатор С1 сужает резонансный промежуток образовавшегося эквивалентного резонатора Величина С2 рассчитывается по формуле:

    С2 = 0,0253302/Lк х (2Fs0 x f + f 2 ), пФ (2), где Lк в Гн, Fs0 и f в Гц. Fs = 400...700 Гц. С2 = 50...200 пФ и может быть подобран экспериментально. С1 по рекомендации UP2NV находится в пределах 20..70 пф, причем большей величине емкости соответствует меньшая полоса пропускания фильтра. Конденсаторы подключаются малогабаритными реле (например, РЭС-49). Т.е. одни и те же кварцы используются одновременно и в SSB и CW фильтрах.

    В правильно спроектированном приемнике между величиной затухания за пределами полосы пропускания Ао, динамическим диапазоном по блокированию ДД1, динамическим диапазоном по интермодуляции ДДЗ, усилением по промежуточной частоте RX Кус. ПЧ (все в дБ), существуют зависимости: Ао = ДД1, и До = ДД3 + Кус.ПЧ Применительно к трансиверу RA3AO это составит Ао = 140 Дб и Ао = 100 + 60 = 160 дБ.

    Из двух величин выбираем большую. (У автора применено 8 кварцев в SSB фильтре. 6 в CW фильтре и 2 в подчисточном фильтре. Всего 8 + 6 + 2 = 16 кварцев). Лучше их распределить так: ФОС -13 шт, второй ФОС - 6 шт включенный между первым и вторым каскадами усилителя ПЧ, и в подчисточном фильтре SSB/CW фильтры. Это позволит реализовать высокую динамику приемного тракта трансивера и резко улучшить реальную избирательность


    Большое значение имеет правильное изготовление фильтров. Монтаж на печатной плате не подходит из-за влияния емкостей монтажа и вносимых потерь. Лучше всего навесной монтаж на выводах кварцев Удачную конструкцию предложил UY50N в , рис 9.

    Вид на фильтр со стороны монтажа (снизу), со стороны выводов кварцевых резонаторов (в металлических корпусах). Расположение резонаторов - вертикальное. Монтаж аккуратный, проводится непосредственно на их выводах. Устанавливаются на плату из 2-х стороннего фондированного стеклотекстолита. Отверстия в фольге разенковываются.

    Все эти узлы следует выполнять в экранированных корпусах, соединяя корпус смесителя с корпусом кварцевого фильтра в одной точке, а корпус усилителя промежуточной частоты с корпусом кварцевого фильтра также в одной точке, около выхода фильтра. Экран должен быть значительной толщины, чтобы через него не смешивались токи смесителя и усилителя промежуточной частоты. Реле для изменения полосы пропускания следует располагать рядом с кварцами и питание на них следует подавать через проходные конденсаторы и развязывающие LC цепочки.

    Кварцы следует разбить на пары с наиболее близкими Fs. Пары с минимальным разносом следует ставить, в крайние (ZQ1-ZQ8) звенья фильтра, пары с максимальным разносом ставить в центральные звенья (ZQ4-ZQ5), применительно к 8-ми кристальному фильтру. При измерении параметров изготовленного фильтра надо правильно подключать приборы, чтобы не исказить ФЧХ фильтра, рис.10. Если есть возможность, конденсаторы надо подобрать с точностью не хуже 1%, но и применение их с допуском 5 % слабо ухудшит параметры фильтра, и вполне допустимо.

    Применять надо малогабаритные керамические конденсаторы с минимальным ТКЕ Можно даже применять устаревшие конденсаторы КТ-1 от различной, приведшей в негодность аппаратуры. Они удобны еще и тем, что допускают подгонку емкости путем осторожного соскабливания скальпелем части обкладки с наружной стороны в сторону уменьшения величины емкости. Удаленное место для изоляции покрывается тонким споем клея БФ-2. От других типов конденсаторов можно отламывать кусочки, не забыв проверить подогнанный" конденсатор на отсутствие замыкания между обкладками.

    После установки в аппаратуру кварцевые фильтры должны быть обязательно согласованы (нагружены на требуемые величины сопротивлений), иначе АЧХ (амллитудно-частотная характеристика или форма полосы пропускания) будет далека от расчетной (ожидаемой). Величину входных емкостей фильтра (С2,3) следует уменьшить на величину емкости монтажа, она может сильно увеличить как неравномерность АЧХ в полосе пропускания фильтра, так и затухание в полосе пропускания фильтра. Правильно изготовленный и установленной фильтр не нуждается в на: тройке.

    Если не удалось подобрать требуемое количество кварцев с допустимым разносом Fs, то частоты можно подогнать, но не механически, а электрически, рис.10, что предложено также EU1TT. Можно также воспользоваться формулой (2), преобразованной к виду:

    С2 = 0.0253302/Lк x (Fs max - Fs I) (3)

    Имея осциллограф, можно создать систему, которая будет эквивалентна измерителю частотных характеристик. Для этого на вход трансивера или приемника нужно подать через аттенюатор сигнал от генератора, рис 4, а на цепи управления варикапом расстройки через переменный резистор 150 кОм подать пилообразное напряжение от осциллографа, выход которого выведен на разъем. Этот способ удобен тем, что мы наблюдаем АЧХ фильтра в том месте, где он и должен находиться. Если осциллограф низкочастотный, его можно включить на выход детектора. При таком способе наблюдения АЧХ в фильтре можно применять кварцы с большим разбросом по частоте, меняя их местами, добиваясь требуемой АЧХ. Но это менее надежно, более трудоемко, и не позволяет изготовить комплект кварцевых фильтров с идентичными АЧХ.

    По предлагаемой методике были изготовлены два комплекта 6 + 6 + 4 кварцевых фильтров на частоты 8,002 МГц и 5,503 МГц Разнос полос пропускания составил плюс/минус 50 Гц. т.е. следует рассчитывать с полосой пропускания шире на 100 Гц - не 2500, а 2600 Гц. Характеристики хорошо совпали с расчетными и фильтры не потребовали дополнительной настройки, а были только согласованы непосредственно в схеме. В данной статье обобщены результаты труда многих авторов и собственный многолетний опыт [б], .

    А Кузьменко (RV4LK)

    1, Радио, 1975 г. №3, Л. Лабутин "Кварцевые резонаторы".

    2. Инфотех, А. Каракаптан, UY50N "Методика изготовления кварцевых фильтров".

    3. Радио, 1982-1983 г.г. статьи В. Жалнераускаса, ex UP2NV.

    4. Радиолюбитель, 1991 г. №11. И. Гончаренко, EU1TT, "Совмещение полос пропускания SSB/CW в кварцевом фильтре с переменной полосой пропускания".

    5. Радио, 1992 г. №1, И. Гончаренко, EU1TT, "Лестничные фильтры на неодинаковых резонаторах".

    6. Радиодизайн, 1996 г, №3, А. Кузьменко, RV4LK, ex UA4FON, "Определение, параметров кварцевых резонаторов для расчета и изготовления кварцевых фильтров".

    7. Радиолюбитель, 1993, №6, А. Кузьменко, RV4LK, ex UA4FON, "Определение параметров кварцевых резонаторов для расчета лестничных фильтров"

    Простой и дешевый фильтр для SSB

    Воронцов А. RW6HRM предлагает в качестве альтернативы ЭМФ-ам применять простую и главное-дешевую схему кварцевого фильтра. Статья актуальна ввиду дифицита и дороговизны данных элементов.

    В последнее время очень часто в Интернет-публикациях встречаются «слезы» начинающих радиолюбителей, мол, трудно достать ЭМФ, это дорого, кварцевый фильтр сделать сложно, необходимы приборы и т.п. Действительно, достать сейчас хороший новый ЭМФ достаточно проблематично, что предлагается на рынке – это глубокое б/у без гарантии нормальной работы, а сваять кварцевый фильтр даже на имеющихся в продаже кварцах на 8,86 МГц не обладая соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой, «на глазок», невозможно. На первый взгляд ситуация не ахти…

    Однако есть вариант сделать простой кварцевый фильтр для низкочастотного SSB-передатчика или трансивера достаточно простым и самое главное – недорогим. Достаточно пройтись по радиомагазинам и узреть в продаже «двухножковые» кварцы для пультов ДУ на частоты от 450 до 960 кГц. Данные детали делают с достаточно большими допусками на генерируемые частоты, что дает нам право выбора как используемой промежуточной частоты, так и полосы пропускания делаемого фильтра. Сразу оговорюсь: идея не моя, ранее её апробировал шведский радиолюбитель HARRY LYTHALL, SM0VPO, а я просто сообщаю об этом Вам (предварительно сделав несколько фильтров для себя).

    Итак, что нам требуется для подбора кварцев – простой генератор типа «трехточка» и частотомер или радиоприемник с частотомером, перекрывающий любительский диапазон 160 метров. Из кучи кварцев нам требуется выбрать два с разносом генерируемых частот в 1 – 1,5 кГц. Если мы используем кварцы на частоту 455 кГц, то удобнее всего настраиваться на их четвертую гармонику (около 1820 кГц, добиваясь разноса в 4 – 4,5 кГц), а если 960 кГц, то на вторую (1920 кГц, разнос 2 – 2,5 кГц).

    Контур CL1 в данном примере является нагрузкой предыдущего каскада УПЧ, это стандартный контур на 455 кГц из любого зарубежного раскуроченного АМ-приемника. Можно также использовать данные из радиолюбительской литературы для самодельных контуров на частоту 465 кГц, уменьшив количество витков на 5%. Точками обозначено начало катушек связи L2 и L3, им достаточно по 10 – 20 витков. Вполне возможно поставить фильтр сразу после смесителя, к примеру, кольцевого на четырех диодах. В этом случае уже получится трансформатор 1:1:1, который можно выполнить на кольце Ф600 с внешним диаметром 10 – 12 мм, количество витков скрученного тройного провода ПЭЛ-0,1 – 10 – 30. Конденсатор С в случае трансформатора, естественно, не нужен. Если второй каскад УПЧ выполнен на транзисторе, то резистор 10 кОм возможно использовать в токозадающей базовой цепи, тогда разделительный конденсатор 0,1 мкФ не нужен. А если этот фильтр использовать в схеме простого радиотракта , то и резистор можно исключить.

    Теперь из оставшейся кучи кварцев нам надо подобрать подходящий для опорного генератора. Если к указанным на схеме номиналам мы подберем кварц на 455 кГц, то на выходе фильтра получим нижнюю боковую полосу, если на 454 кГц – верхнюю. Если кварцев больше не осталось, то вполне возможно собрать опорный генератор по схеме емкостной трехточки и, подбирая его частоту, настроить получившийся фильтр. При этом генератор должен быть выполнен с повышенными мерами в части его термостабильности.

    Настройку можно производить даже на слух, по несущим радиостанций, но это удовольствие оставим для более-менее опытных «музыкантов». Для настройки хорошо бы иметь звуковой генератор и осциллограф. Подаем сигнал со звукового генератора частотой 3 – 3,3 кГц на микрофонный усилитель (предположим, что фильтр уже стоит в схеме передатчика), подключаем осциллограф на выход фильтра и сдвигаем частоту опорного генератора до тех пор, пока выходной уровень сигнала после фильтра не уменьшится минимально. Далее проверяем нижнюю границу пропускания фильтра, подавая на микрофонный вход частоту 300 Гц со звукового генератора. Кстати, для повышения нижней границы пропускаемой полосы микрофонного усилителя по звуковым частотам, достаточно установить переходные конденсаторы емкостью около 6800 пФ и менее, а для верхней границы в любом случае хорошо бы установить хотя бы однозвенный ФНЧ.

    Вот и все. Как видите, вы не понесете больших затрат при изготовлении данного фильтра, а сигнал получится достаточно презентабельный. Конечно, из-за простоты применить его в передатчиках второй категории уже нежелательно, но для 1,8 – 7 МГц его будет более чем достаточно. По результатам измерений эта классическая конструкция полностью совпадает с описанным в справочниках (к примеру, Справочник коротковолновика Бунина и Яйленко) - нижняя часть характеристики несколько затянута. Затухание в полосе пропускания - около 1 - 2 дБ, оно зависит от качества примененных резонаторов. Но если вы найдете еще более дешевый способ выйти в эфир с SSB (кроме фазового) - сообщите

    Улучшение АЧХ "Ленинградского" кварцевого фильтра

    С. Попов RA6CS



    Часто в статьях встречаешь фразу: "Кварцевый фильтр легче настроить при помощи характериографов (например, X1-38, X-1-48, СК-4-59 и др.). Конечно, если они есть, то настройка фильтра проста. Но это если у вас есть соответствующий прибор, да еще и инструкция к нему. В противном случае слово "просто" быстренько превратится в противоположное ему "трудно". Поэтому в данной статье делается упор на настройку кварцевого фильтра с использованием простейших приборов.

    В некоторых статьях опускают информацию о типе настраиваемого фильтра (лестничный, мостовой, монолитный), описывая общие правила настройки. Однако я пришел к выводу, что каждый из них имеет, наряду с общими, еще и свои собственные особенности.

    Начнем с настройки фильтра лестничного типа (рис.1).

    Опыт показывает, что:

    Фильтр получается с лучшими параметрами, если все кварцы имеют как можно более близкие частоты последовательного резонанса (±10 Гц). Однако не стоит расстраиваться, если это условие не выполнимо, ибо неплохой фильтр получается и при разносе частот до 1 кГц ;

    Подбирать кварцы лучше всего включая их в опорном генераторе того устройства, в котором предполагается эксплуатировать этот фильтр, а самый низкочастотный из них использовать непосредственно в опорном генераторе. При этом подстроечные элементы генератора не следует трогать;

    Настраивать фильтр следует непосредственно в составе "родного" аппарата;

    Если кварцы имеют неодинаковые частоты, их следует располагать в следующей последовательности: наиболее высокочастотный установить первым на входе, а все последующие - поочередно слева направо, по рангу, с понижением частоты;

    Емкости следует применять малогабаритные, с минимальным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) с точностью не хуже ±1,5%. Но не отчаивайтесь, если таковые не найдутся, ибо в процессе настройки их все равно придется подбирать. В большинстве случаев в процессе настройки бывает заменено до 90% емкостей на другие (хотя и близкие) номиналы;

    Кварцы лучше использовать фильтровые (взятые, например, из разобранных заводских фильтров).

    Так, из четырех фильтров на частоту 10,7 МГц (типа ФП2П-325-10700М-15) можно собрать четыре лестничных восьмикристальных фильтра (в этих фильтрах имеется по четыре пары кварцев с одинаковыми частотами) с разными, но близкими к 10,7 МГц частотами. Обычно так и поступают несколько радиолюбителей (как правило, 4 человека), имеющих по одному фильтру. Самый опытный из них подбирает одинаковые по частоте четыре комплекта кварцев, затем кварцы с минимальным. разбросом оставляет себе, а остальные отдает обратно друзьям (или наоборот?!). С несколько меньшим успехом можно использовать и генераторные кварцы.

    В домашних условиях кварцевый фильтр можно настроить тремя способами.

    В первом случае следует использовать (кроме настраиваемого аппарата) в качестве вспомогательного прибора другой трансивер с цифровой шкалой, во втором случае - ГСС (генератор стандартных сигналов) и частотомер (с предельной частотой, превышающей хотя бы низшую частоту вашего настраиваемого устройства, например 1,9 МГц). Частотомером измеряют либо частоту ГСС, либо частоту ГПД исследуемого аппарата.

    В третьем случае используется кварцевый гетеродин на одну из рабочих частот (либо ГСС, либо другой трансивер без цифровой шкалы), и обязательно наличие цифровой шкалы в настраиваемом аппарате.

    Во всех трех случаях на вход настраиваемого аппарата подают ВЧ-сигнал рабочего диапазона. В первых двух случаях медленно изменяют подаваемую частоту в полосе прозрачности кварцевого фильтра, снимая при этом показания S-метра в относительных единицах, и через каждые 200 Гц записывают их в таблицу. Затем, согласно таблице, строят графики (АЧХ). По вертикали откладывают показания S-метра, а по горизонтали - частоту. Соединив проставленные на графике точки интерполяционной (усредняющей) линией, получают АЧХ - амплитудно-частотную характеристику новоиспеченного фильтра.

    В третьем случае все проделывают аналогично, только перестраивают по частоте сам настраиваемый аппарат, снимая показания непосредственно с его цифровой шкалы и S-метра одновременно.

    При этом "новоиспеченный" фильтр, как правило, имеет:

    Иную полосу, чем требуется;

    Неравномерность в верхней части АЧХ;

    Пологий (а иногда с выбросами) нижний скат АЧХ.

    В дальнейшем настройка фильтра ведется по трем вышеуказанным направлениям в порядке очередности.

    На первом этапе настройки (грубая настройка) следует получить полосу пропускания фильтра до 2,4 кГц путем поочередной замены емкостей, начиная от входа фильтра, и снятия при этом АЧХ. При этом следует иметь в виду следующее:

    Если параллельно кварцам (особенно крайним) установить дополнительные емкости и увеличивать их номинал (до определенного предела), то ширина полосы пропускания фильтра будет уменьшаться. Аналогичный эффект будет наблюдаться и при увеличении емкостей конденсаторов, идущих на корпус. При уменьшении величин этих емкостей будет наблюдаться обратный эффект. Данное свойство используют для сужения полосы пропускания кварцевого фильтра в телеграфном режиме. Таким образом полосу пропускания можно уменьшить до 0,8 кГц. При дальнейшем сужении полосы резко увеличивается затухание фильтра в полосе прозрачности (для получения малого затухания в CW-фильтре следует использовать резонаторы с добротностью, по крайней мере на порядок превышающей добротность фильтра);

    Величина "горбов" и провалов в верхней части АЧХ (линейность характеристики) будет зависеть не только от величины подбираемых емкостей, но и от величины сопротивления нагрузочных резисторов, установленных на входе и выходе фильтра. При уменьшении их сопроитвления линейность характеристики улучшается, но увеличивается затухание в полосе пропускания фильтра;

    При невозможности получения достаточной крутизны нижнего ската, следует параллельно нагрузочным резисторам установить кварцы, аналогичные используемым в фильтре, при этом из всех имеющихся кварцев следует выбрать наиболее низкочастотный или понизить его частоту путем последовательного включения индуктивности. Подбором количества витков этой индуктивности можно менять крутизну нижнего ската;

    Настройку фильтра нужно повторить несколько раз. Если на последнем этапе настройки не удается получить приемлемей АЧХ, необходимо попробовать подогнать частоту последовательного резонанса отдельных кварцев. Для этого последовательно кварцу устанавливают конденсатор, и подборкой этого конденсатора добиваются генерации на частоте остальных кварцев. Если это не поможет (а это может быть при малом разносе между частотами параллельного и последовательного резонансов кварца), следует заменить кварцы. Кварцы в фильтре следует располагать в цепочку, тщательно экранируя вход от выхода. На рис.2 показаны АЧХ КФ приемника "TURBO-TEST", снятые при различных значениях емкостей конденсаторов. -


    Рис.2- Для большей наглядности значения частоты сняты без соблюдения принимаемой боковой полосы и действительного значения ПЧ. На рис.3 показаны АЧХ окончательного варианта настройки фильтра. -


    Рис.3

    Теперь несколько практических советов по настройке мостового кварцевого фильтра. Такой фильтр показан на рис.4. Катушки L1 и L2 содержат 2х10 витков провода диаметром 0,31 мм, в качестве сердечников использованы ферритовые кольца от фильтра ФП2А-325-10,700 М-15. Ширина полосы пропускания фильтра - 2,6 кГц.

    Если у вас изготовлен фильтр на низкие частоты (2...6 МГц), он обычно получается более узкополосным, чем требуется, а если фильтр на высокие частоты (8...10 МГц) - слишком широкополосным. В первом случае следует расширить полосу пропускания путем подключения к верхним, либо к нижним (рис.4) кварцам катушек индуктивности, которые следует подобрать экспериментально. Во втором случае, чтобы уменьшить полосу пропускания, необходимо параллельно резонаторам подсоединить подстроечные конденсаторы (аналогично катушкам). Кварцы в фильтре нужно подобрать с точностью до 50 Гц (частота последовательного резонанса), причем частоты всех верхних резонаторов должны быть одинаковыми и отличаться от нижних (также одинаковых) на 2...3 кГц.

    Если в наличии имеются только кварцы на одинаковые частоты, можно изменить частоту кварцев путем стирания посеребренного слоя с кристалла (повысить частоту) или путем заштриховки карандашом (понизить). Но практика показывает, что стабильность параметров такого фильтра с течением времени оставляет желать лучшего.

    Более устойчивые результаты дает подгонка частоты путем последовательного включения с кварцем подстроечного конденсатора. После настройки конденсатор желательно заменить на постоянную емкость такой же величины.

    При большой ширине полосы пропускания фильтра, в середине его АЧХ может появиться провал (затухание). Следует сказать, что его глубина в значительной мере зависит от сопротивления резисторов R1 и R2. Их величина может быть от сотен Ом (при полосе 3 кГц) на частотах 8...10 МГц до нескольких килоом на более низких частотах и при меньшей полосе пропускания фильтра. При изготовлении мостового фильтра следует большое внимание уделить симметричности его плеч, а также обмоток входящих в него трансформаторов, ну и, конечно, тщательной экранировке входа от выхода. Более подробно о мостовых фильтрах можно прочитать в.

    Литература

    1. Гончаренко И. Лестничные фильтры на неодинаковых резонаторах. - Радио, 1992, №1, С. 18.
    2. Бунин С.Г, ЯйленкоЛ.П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. - К.: Техника, 1984, С.21...25.

    Читайте и пишите полезные
    

    2024 © winplast.ru.