Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Гражданская радиосвязь

 Комментарии к статье

Кварцевый фильтр - это, как известно, "половина хорошего трансивера". В предлагаемой статье приведены практическая конструкция двенадцатикристального 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 восьмикристальные 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 [1], за основу был выбран десятикристальный 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 [2]. Для полосы пропускания фильтра 2,65 кГц были получены исходные значения С1,2 = 82,2 пФ, Lкв= 0,0185 Гн, RH = 224 Ом. Схема фильтра и расчетные значения номиналов конденсаторов показаны на рис. 1.

(нажмите для увеличения)

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.

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).

(нажмите для увеличения)

За основу взята схема кварцевого генератора [4], 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 одно-переходном 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 вход Х1 с контуром.

(нажмите для увеличения)

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...4 В (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, подстроенные 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 1 В (эфф).

Блок детектора выполнен на печатной плате из двустороне 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 К10x6x3 мм и содержит в первичной обмотке 7 витков, во вторичной - 2x13 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 Х3) 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: cityradio.narod.ru/utilJties.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 пря-моугольности 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 измерений односигнальной избирательности, а также для измерения динамического диапазона трансиверов до 110...120 дБ.

Данное устройство с успехом можно использовать для оценки качественных показателей тракта ПЧ трансиверов, 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.

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 Reban (DG2XK). Optimizierung von Egenbau-Quarzfiltern rnit der PC-Soundkarte. - Funkamateur, №11,2001, S. 1246-1249.
4. Frank Silva. Shrnutzeffekte vermeiden und beseitig. - FUNK, 1999.11. S. 38.

Автор: Г.Брагин (RZ4HK)

Смотрите другие статьи раздела Гражданская радиосвязь.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Восприятие цвета меняется по временам года 27.08.2015 Хотя глаза у всех людей устроены одинаково, зрительное восприятие может заметно отличаться. Например, известно, что при тяжелой депрессии все видится в сером цвете, и это вовсе не фигура речи: несколько лет назад исследователи из Университета Фрайбурга измерили активность клеток сетчатки глаза у нескольких пациентов с клинической формой депрессии и выяснили, что их сетчатка плохо чувствует цветовой контраст - как если бы изображение, предмет были погружены в серую дымку. Дело все в том, что подавленное, депрессивное состояние сопровождается проблемами с некоторыми нейромедиаторами, которые нужны не только в нервных цепочках, отвечающих за эмоции, но и для передачи зрительного импульса. (В скобках уточним, что антидепрессанты на "посерение" мира никак не влияли.) Но восприятие цвета отличается и у вполне здоровых людей, без психологических проблем. Например, совсем недавно мы писали о том, как память мешает нам различать цвета: мы склонны все цветовые оттенки сводить к нескольким цветам, которые по каким-то причинам сделали для себя основными. Другой фактор "цветокоррекции" - культурно-языковые особенности: считается, что если в языке есть обозначение для какого-нибудь цвета, то человек и будет его отличать среди других. (Классический пример: слово "голубой" помогает носителям русского языка лучше различать соответствующий цвет по сравнению с носителями английского, у которых этот оттенок обозначается просто как "светло-синий".) При всем при том долгое время полагали, что красный, желтый, зеленый и синий все видят одинаково, без разночтений. С психофизиологической точки зрения все четыре называют чистыми цветами, тогда как остальные получаются составными и неизбежно воспринимаются с оттенками: например, в оранжевом всегда будут видны доли желтого и красного, и вот тут-то как раз проявляются культурные и психологические "цветофильтры". Впоследствии и тут возникли уточнения: хотя у всех людей есть представление о чистом красном и чистом зеленом, но на деле чистые цвета могут располагаться немного на разных длинах волн. И только желтый как будто оказывается всеобщей константой: в самых разных культурах его видят вообще одинаково. Однако, как выяснили исследователи из Йоркского университета, желтый в нашем восприятии тоже непостоянен, только его непостоянство обусловлено не индивидуальными психологическими особенностями, и не культурными, а - временем года. В экспериментах Алекса Уэйда (Alex Wade) и его коллег участвовали 67 мужчин и женщин: их вводили в абсолютно темную комнату, давали время на то, чтобы глаза привыкли к темноте, а потом просили на специальном устройстве выбрать такой желтый цвет, который кажется им "настоящим", чистым желтым. Опыт повторяли в январе и в июне, и, как пишут авторы работы в Current Biology, зимой и летом выбор был разный, то есть "зимний чистый желтый" отличался от "летнего чистого желтого". Как именно и где именно происходит корректировка цветового баланса, на уровне ли сетчатки, или уже в зрительной коре мозга, мы пока не знаем, но сам факт можно объяснить сезонными различиями в окружающей среде. Зимой слабеет освещенность и цветовая насыщенность того, что мы видим вокруг, и изменение в цветовом зрении, вероятно, играет компенсаторную роль. Причем в течение дня никаких таких перемен в видении желтого нет. Теперь было бы интересно узнать, есть ли сезонность в восприятии остальных цветов, и как видят тот же желтый цвет те, кто живет в других географических широтах, где зима и лето выглядят иначе, чем на севере Англии.

Другие интересные новости:

▪ Восстановление облика человека по его ДНК

▪ MAX14851 - универсальный 6-канальный 600V цифровой изолятор

▪ Растительный бекон

▪ Лазерный кулер для электроники

▪ Графический ускоритель AMD Radeon R7 260

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аудиотехника. Подборка статей

▪ статья Смотровая мини-яма в гараже. Советы домашнему мастеру

▪ статья Чем отличаются деревянные духовые инструменты от медных? Подробный ответ

▪ статья Слесарь по эксплуатации и ремонту подземных газопроводов и сооружений. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Изготовление трансформаторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Проходящая монета. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026