Скачать методы настроек кварцевых фильтров. Кварцевый фильтр трансивера

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

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

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

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.

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"