|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Кварцовий фільтр трансівера. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Цивільний радіозв'язок Кварцовий фільтр – це, як відомо, "половина хорошого трансівера". У запропонованій статті наведено практичну конструкцію дванадцятикристального кварцового фільтра основної селекції для високоякісного трансівера та приставки до комп'ютера, що дозволяють налаштувати цей та будь-які інші вузькосмугові фільтри. У аматорських конструкціях останнім часом як фільтр основної селекції використовують кварцові восьмикристальні фільтри сходового типу, виконані на однакових резонаторах. Ці фільтри відносно прості у виготовленні та не вимагають великих матеріальних витрат. Для їх розрахунку та моделювання написані комп'ютерні програми. Характеристики фільтрів цілком задовольняють вимогам якісного прийому та передачі сигналу. Однак за всіх переваг у цих фільтрів є і суттєвий недолік - деяка асиметрія АЧХ (пологій низькочастотний схил) і, відповідно, невисокий коефіцієнт прямокутності. Завантаженість радіоаматорського ефіру визначає досить жорсткі вимоги до вибірковості сучасного трансівера по сусідньому каналу, тому фільтр основної селекції повинен забезпечувати згасання поза смугою пропускання не гірше за 100 дБ при коефіцієнті прямокутності 1,5-1,8 (за рівнями -6/-90 дБ). Природно, що втрати та нерівномірність АЧХ у смузі пропускання фільтра мають бути мінімальними. Керуючись рекомендаціями, викладеними в [1], за основу було обрано десятикристалічний сходовий фільтр із чебишевською характеристикою при нерівномірності АЧХ 0,28 дБ. Щоб збільшити крутість скатів паралельно входу та виходу фільтра були введені додаткові ланцюги, що складаються з послідовно включених кварцових резонаторів та конденсаторів. Розрахунки параметрів резонаторів та фільтра проводилися за методикою, описаною в [2]. Для смуги пропускання фільтра 2,65 кГц було отримано вихідні значення С1,2 = 82,2 пФ, Lкв = 0,0185 Гн, RH = 224 Ом. Схема фільтра та розрахункові значення номіналів конденсаторів показані на рис. 1.
У конструкції використані кварцові резонатори для телевізійних PAL-декодерів на частоту 8,867 МГц, що випускаються ВНДІСІМЗ (м Олександрів Володимирської області). Свою роль у виборі відіграли стабільна повторюваність параметрів кристалів, їх малі габарити та невисока вартість. Підбір частоти кварцових резонаторів ZQ2-ZQ11 проводився з точністю ±50 Гц. Вимірювання проводилися за допомогою саморобного автогенератора та промислового частотоміра. Резонатори ZQ1 та ZQ12 для паралельних кіл підібрані з інших партій кристалів з частотами відповідно нижче та вище основної частоти фільтра приблизно на 1 кГц. Фільтр зібраний на друкованій платі із двосторонньо фольгованого склотекстоліту товщиною 1 мм (рис. 2).
Верхній шар металізації використаний як загальний дроти. Отвори з боку установки резонаторів роззенковані. Корпуси всіх кварцових резонаторів з'єднані із загальним проводом паянням. Перед встановленням деталей друкована плата фільтра запаюється в коробочку з лудженої жерсті з двома кришками, що знімаються. Також з боку друкованих провідників припаюється екран-перегородка, що проходить між висновками резонаторів центральної осьової лінії плати. На рис. 3 наведено монтажну схему фільтра. Усі конденсатори у фільтрі - КД та КМ.
Після того як фільтр був виготовлений, постало питання: яким чином в домашніх умовах виміряти його АЧХ з максимальною роздільною здатністю? Був задіяний домашній комп'ютер з подальшою перевіркою результатів вимірювань побудовою фільтра АЧХ по точках із застосуванням селективного мікровольтметра. Для того щоб переглянути АЧХ фільтра на рівні -100 дБ, генератор повинен мати рівень бічних шумів нижче за вказану величину, а детектор - хорошу лінійність при максимальному динамічному діапазоні не гірше 90... 100 дБ. З цієї причини генератор шуму був замінений традиційним генератором коливається частоти (рис. 4).
За основу взято схему кварцового генератора [4], у якого відносна спектральна щільність потужності шумів дорівнює - 165 дБ/Гц. Це означає, що потужність шумів генератора при розладі 10 кГц у смузі 3 кГц менша за потужність основного коливання генератора на 135 дБ! Схема першоджерела трохи видозмінена. Так, замість біполярних транзисторів застосовані польові, а послідовно з кварцовим резонатором ZQ1 включений контур, що складається з котушки індуктивності L1 і варикапів VD2 - VD5. Частота генератора перебудовується щодо частоти кварцу не більше 5 кГц, що цілком достатньо вимірювання АЧХ вузькосмугового фільтра. Кварцовий резонатор в генераторі аналогічний фільтровому У режимі генератора частоти, що коливається, керуюча напруга на варикапи VD2 - VD5 подається з генератора пилкоподібної напруги, виконаного на одно-перехідному транзисторі VT2 з генератором струму на VT1. Для ручної перебудови частоти генератора використаний багатооборотний резистор R11. Мікросхема DA1 працює як підсилювач напруги. Від спочатку задуманого синусоїдального керуючого напруги довелося відмовитися через нерівномірну швидкість проходу ГКЧ різних ділянок АЧХ фільтра, а для досягнення максимальної роздільної здатності частота генератора знижена до 0,3 Гц. Перемикачем SA1 вибирається частота генератора "пили" - 10 або 0,3 Гц. Девіація частоти ГКЧ встановлюється підстроювальним резистором R10. Принципова схема блоку детектора показано на рис. 5. Сигнал з виходу кварцового фільтра подається на вхід Х2, якщо контур L1C1C2 використовується як навантаження фільтра. Якщо вимірювання проводяться на фільтрах, навантажених на активний опір, контур не потрібен. Тоді сигнал із резистора навантаження подається на вхід Х1, а на друкованій платі детектора видаляється провідник, що з'єднує вхід Х1 з контуром.
Історичний повторювач з динамічним діапазоном більше 90 дБ на потужному польовому транзисторі VT1 узгодить опір навантаження фільтра та вхідного опору змішувача. Детектор виконаний за схемою пасивного балансного змішувача на транзисторах польових VT2, VT3 і має динамічний діапазон більше 93 дБ. На об'єднані затвори транзисторів через П-контури C17L2C20 і C19L3C21 надходять протифазні синусоїдальні напруги рівнем 3...4 (еф.) від опорного генератора. В опорному генераторі детектора, виконаному на мікросхемі DD1, встановлений резонатор кварцовий з частотою 8,862 МГц. Низькочастотний сигнал, що утворився на виході змішувача, посилюється приблизно в 20 разів підсилювачем на мікросхемі DA1. Оскільки звукові карти персональних комп'ютерів мають порівняно низькоомний вхід, у детекторі встановлений потужний К157УД1. АЧХ підсилювача скоригована так, щоб нижче частоти 1 кГц і вище за частоту 20 кГц спостерігався спад посилення приблизно - 6 дБ на октаву. Генератор частоти, що коливається, змонтований на друкованій платі з двосторонньо фольгованого склотекстоліту (рис. 6). Верхній шар плати служить загальним дротом, отвори під висновки деталей, які з ним контакту, роззенкованы. Плата запаяна в коробку висотою 40 мм з двома кришками, що знімаються. Коробка виготовлена із лудженої жерсті.
Котушки індуктивності L1, L2, L3 намотані на стандартних каркасах діаметром 6,5 мм з підбудовниками з карбонильного заліза та поміщені в екрани. L1 містить 40 витків дроту ПЕВ-2 0,21, L3 і L2 - відповідно 27 і 2+4 витка дроту ПЕЛШО-0,31. Котушка L2 намотана поверх L3 ближче до "холодного" кінця. Усі дроселі стандартні - ДМ 0,1 68 мкГн. Постійні резистори МЛТ, підлаштовані R6, R8 та R10 типу СПЗ-38. Багатооборотний резистор – ППМЛ. Постійні конденсатори – КМ, КЛС, КТ, оксидні – К50-35, К53-1. Налагодження ГКЧ починають із встановлення максимального сигналу на виході генератора пилкоподібної напруги. Контролюючи осцилографом сигнал на виведенні мікросхеми 6 DA1, підстроювальними резисторами R8 (посилення) і R6 (зміщення) встановлюють амплітуду і форму сигналу, наведену на епюрі в точці А. Підбиранням резистора R12 домагаються стійкої генерації без входження в режим обмеження сигналу. Підбираючи ємність конденсатора С14 і підлаштовуючи контур L2L3, налаштовують вихідну коливальну систему резонанс, що гарантує хорошу здатність навантаження генератора. Підбудовником котушки L1 встановлюють межі перебудови генератора в межах 8,8586-8,8686 МГц, що запасом перекриває смугу АЧХ випробуваного кварцового фільтра. Для максимальної перебудови ГКЧ (не менше 10 кГц) навколо точки з'єднання L1, VD4, VD5 верхній шар фольги видалений. Без навантаження вихідна синусоїдальна напруга генератора дорівнює 1 (еф). Блок детектора виконаний на друкованій платі із двосторонньо фольгованого склотекстоліту (рис. 7). Верхній шар фольги використовується як загальний дроти. Отвори під висновки деталей, які мають контакт із загальним дротом, зенкуют. Плата запаюється в жерстяну коробку висотою 35 мм зі знімними кришками. Від якості виготовлення приставки залежить її роздільна здатність.
Котушки L1-L4 містять по 32 витки дроту ПЕВ-0,21, намотаних виток до витка на каркасах діаметром 6 мм. Підлаштування в котушках від броньових сердечників СБ-12а. Усі дроселі типу ДМ-0,1. Індуктивність L5 - 16 мкГн, L6, L8 - 68 мкГн, L7-40 мкГн. Трансформатор Т1 намотаний на кільцевому феритовому магнітопроводі 1000НН типорозміру К10x6x3 мм і містить у первинній обмотці 7 витків, у вторинній - 2x13 витків дроту ПЕВ-0,31. Усі підстроювальні резистори - СПЗ-38. Під час попереднього налаштування блоку високочастотним осцилографом контролюють синусоїдальний сигнал на затворах транзисторів VT2, VT3 і при необхідності підлаштовують котушки L2, L3. Підстроєчником котушки L4 частота опорного генератора уводиться нижче смуги пропускання фільтра на 5 кГц. Це робиться для того, щоб на робочій ділянці аналізатора спектра менше спостерігалося різних перешкод, що зменшують роздільну здатність пристрою. Генератор частоти, що коливається, підключають до кварцового фільтра через узгоджуючий коливальний контур з ємнісним дільником (рис. 8).
У процесі налаштування це дозволить отримати малі згасання та нерівномірність у смузі пропускання фільтра. Другий узгоджуючий коливальний контур, як згадувалося, знаходиться в детекторній приставці. Зібравши схему вимірювання та підключивши вихід приставки (роз'єм Х3) на мікрофонний або лінійний вхід звукової карти персонального комп'ютера, запускаємо програму спектроаналізатора. Існує декілька таких програм. Автором була використана програма SpectraLab v.4.32.16, розміщена за адресою: cityradio.narod.ru/utilJties.html. Програма зручна в користуванні і має великі можливості. Отже, запускаємо програму "SpektroLab" і, підлаштовуючи частоти ГКЧ (в режимі ручного управління) та опорного генератора в детекторній приставці, виставляємо пік спектрограми ГКЧ на позначку 5 кГц. Далі, балансуючи змішувач детекторної приставки, пік другої гармоніки зменшують рівня шумів. Після цього включається режим ГКЧ і на моніторі з'являється довгоочікувана АЧХ фільтра. Спочатку включається частота гойдання 10 Гц і, підлаштовуючи за допомогою R11 центральну частоту, а потім і смугу гойдання R10 (рис. 4), встановлюємо прийнятну "картинку" фільтра АЧХ в реальному часі. Під час вимірювань, підлаштовуючи узгоджувальні контури, досягають мінімальної нерівномірності у смузі пропускання. Далі для досягнення максимальної роздільної здатності пристрою включаємо частоту гойдання 0,3 Гц і встановлюємо в програмі максимально можливу кількість точок перетворення Фур'є (FFT, автор 4096..8192) і мінімальне значення параметра усереднення (Averaging, автора 1). Так як характеристика малюється за кілька проходів ГКЧ, то включається режим пам'ятного пікового вольтметра (Hold). У результаті моніторі отримуємо АЧХ досліджуваного фільтра. За допомогою курсору миші отримуємо необхідні цифрові значення одержаної АЧХ на потрібних рівнях. При цьому треба не забути виміряти частоту опорного генератора у детекторній приставці, щоб потім отримати справжні значення частот точок АЧХ. Оцінивши початкову "картинку", підлаштовують частоти послідовного резонансу ZQ1n ZQ12 відповідно на нижній і верхній скати АЧХ фільтра, домагаючись максимальної прямокутності на рівні -90 дБ. Насамкінець за допомогою принтера отримуємо повноважний "документ" на виготовлений фільтр. Як приклад на рис. 9 наведена спектрограма АЧХ цього фільтра. Там же наведено спектрограму сигналу ГКЛ. Видима нерівномірність лівого ската АЧХ лише на рівні -3...-5 дБ усувається перестановкою кварцових резонаторів ZQ2-ZQ11.
У результаті отримуємо такі показники фільтра: смуга пропускання за рівнем -6 дБ - 2,586 кГц, нерівномірність АЧХ у смузі пропускання - менше 2 дБ, коефіцієнт прямокутності за рівнями -6/-60 дБ - 1,41; за рівнями -6/-80 дБ - 1,59 та за рівнями -6/-90 дБ - 1,67; загасання у смузі – менше 3 дБ, а за смугою – понад 90 дБ. Автор вирішив перевірити отримані результати та виміряв АЧХ кварцового фільтра по точках. Для вимірювань був потрібний селективний мікровольтметр з хорошим атенюатором, яким послужив мікровольтметр типу HMV-4 (Польща) з номінальною чутливістю 0,5 мкВ (у той же час добре фіксує сигнали з рівнем 0.05 мкВ) і атенюатором 100 дБ. Для цього варіанта вимірювань було зібрано схему, наведену на рис. 10. Узгоджувальні контури по входу та виходу фільтра ретельно екрановані. Сполучні екрановані дроти застосовані гарної якості. Також ретельно виконані "земляні" ланцюги.
Плавно змінюючи частоту ГКЧ резистором R11 і перемикаючи по 10 дБ атенюатор, знімаємо показання мікровольтметра, проходячи по всій фільтрі АЧХ. Використовуючи дані вимірювань і той самий масштаб, будуємо графік АЧХ (рис. 11).
Завдяки високій чутливості мікровольтметра та малим бічним шумам ГКЧ добре фіксуються сигнали на рівні -120 дБ, що чітко відображено на графіку. Результати вимірювань вийшли такі: смуга пропускання за рівнем -6 дБ – 2,64 кГц; нерівномірність АЧХ – менше 2 дБ; коефіцієнт прямокутності за рівнями -6/-60 дБ дорівнює 1,386; за рівнями -6/-80 дБ – 1,56; за рівнями -6/-90 дБ – 1,682; за рівнями -6/-100 дБ – 1,864; загасання у смузі – менше 3 дБ, за смугою – понад 100 дБ. Деякі відмінності результатів вимірювань від комп'ютерного варіанту пояснюються наявністю помилок, що накопичуються, цифроаналогового перетворення при зміні аналізованого сигналу у великому динамічному діапазоні. Необхідно відзначити, що наведені графіки АЧХ кварцового фільтра отримані при мінімальному обсязі настроювальних робіт і при ретельному підборі компонентів, характеристики фільтра можуть бути помітно покращені. Запропонована схема генератора може бути успішно використана для вимірювань односигнальної вибірковості, а також для вимірювання динамічного діапазону трансіверів до 110...120 дБ. Даний пристрій успішно можна використовувати для оцінки якісних показників тракту ПЧ трансіверів, роботи АРУ і детекторів. Подавши сигнал генератора частоти, що хитається на детектор, на виході приставки до ПК отримуємо сигнал низькочастотного генератора частоти, що хитається, за допомогою якого можна легко і швидко налаштувати будь-який фільтр і каскад НЧ тракту трансівера. Не менш цікаво використовувати пропоновану детекторну приставку у складі панорамного індикатора трансівера. Для цього слід підключити до виходу першого змішувача фільтр кварцовий зі смугою пропускання 8...10 кГц. Далі отриманий сигнал посилити та подати на вхід детектора. У цьому випадку можна спостерігати сигнали своїх кореспондентів з рівнями від 5 до 9 балів з гарною роздільною здатністю. література
Автор: Г.Брагін (RZ4HK)
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Китайський електробус BYD – 325 км на одній зарядці ▪ Лінивець не такий вже лінивий
▪ розділ сайту Моделювання. Добірка статей ▪ стаття Ерве Базен. Знамениті афоризми ▪ стаття Що є найбільшою штучною монолітною структурою Землі? Детальна відповідь ▪ стаття Мате. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Роз'єм USB в автомобілі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Як перелити воду за допомогою повітря. Фізичний експеримент
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page