Come impostare un filtro al quarzo. Filtro semplice ed economico per SSB

Quando si controllano e si stabiliscono percorsi IF con filtri al quarzo o singoli filtri al quarzo, la maggior parte dei radioamatori ha problemi su dove ottenere il segnale di prova. Non è sempre possibile misurare i parametri indirettamente utilizzando mixer riceventi. Non tutti i generatori di misura multifunzionali di precisione disponibili e relativamente economici coprono l'intervallo di frequenza di 30 ... 90 MHz, oppure la stabilità dei generatori RF convenzionali (con la funzione GKCh) non consentirà di misurare e regolare con precisione le caratteristiche dei filtri al quarzo . E molto spesso semplicemente non sono disponibili tali apparecchiature ed è irragionevole acquistare un generatore costoso solo per questi lavori.

Questo articolo descrive un oscillatore controllato in tensione (VCO) a due canali con un intervallo di sintonia piccolo (diverse decine di kilohertz), una frequenza centrale di 2 ... 90 MHz, un'impedenza di uscita di 50 Ohm e un segnale di uscita con un oscillazione di 100... Il dispositivo è progettato per funzionare come parte di un misuratore di risposta in frequenza invece di un GKCh e può anche funzionare insieme a un altro generatore di segnali a dente di sega.

Per ottenere un funzionamento stabile del VCO, come elementi di impostazione della frequenza sono stati utilizzati risonatori ceramici economici e convenienti per frequenze di 2 ... 12 MHz e un'ulteriore moltiplicazione di frequenza. Naturalmente, una moderna base di elementi consentirebbe ai generatori DDS o PLL di risolvere lo stesso problema (con un microcontrollore e il corrispondente Software), ma in tal caso la complessità di un tale dispositivo supererebbe la complessità dell'apparecchiatura sottoposta a prova. Pertanto, l'obiettivo era creare un generatore semplice utilizzando gli elementi disponibili e non fabbricare induttori, e anche regolare il dispositivo utilizzando semplici strumenti di misura.

Il dispositivo è suddiviso in unità funzionali separate che possono essere montate o meno, a seconda delle esigenze del proprietario. Ad esempio, se si dispone di un generatore DDS multifunzionale, non è possibile assemblare generatori e arrivare alla frequenza finale solo con i moltiplicatori di frequenza e il filtro principale. Per evitare un funzionamento instabile, consiglio di utilizzare solo microcircuiti CMOS della serie 74ACxx nella parte ad alta frequenza.

La scheda del dispositivo (Fig. 1) con dimensioni di 100x160 mm è progettata in modo tale da poter essere realizzata monofacciale (la parte superiore, su cui sono posizionati tutti gli elementi, ad eccezione dei ponticelli di filo) o bifacciale se si prevede di utilizzare il dispositivo a frequenze superiori a 25 MHz. La numerazione degli elementi sullo schema elettrico e sulla scheda inizia con il numero assegnato al nodo in cui sono inclusi. Sulla fig. 2 mostra l'installazione di elementi su una versione monofacciale della scheda. In questo caso, i pin del microcircuito nel pacchetto DIP sono saldati dal lato dei conduttori stampati, il che richiede una cura speciale.

Riso. 1. Scheda dispositivo con dimensioni 100x160 mm

Riso. 2. Montaggio di elementi su una versione monofacciale della scheda

I risonatori in ceramica hanno una buona stabilità di frequenza a breve termine, che consente di utilizzare il loro segnale per impostare filtri al quarzo e misurare in modo affidabile i loro pendii ripidi. L'intervallo di interrisonanza di tali risonatori è un ordine di grandezza maggiore di quello di quelli al quarzo. Possono essere trascinati in frequenza di +0,3 ... -2% della frequenza senza problemi. valore nominale. In tavola. 1 mostra i parametri principali dei risonatori piezoceramici acquistati nel 2015 in Russia e la loro gamma di sintonia della frequenza per il caso di costruzione di un generatore sugli elementi logici del microcircuito 74AC86.

Tabella 1

Tipo di risonatore 1)	Frequenza nominale, MHz	Numero di pin	Frequenza minima 2) , MHz	Frequenza massima 3) , MHz

1) P - risonatori della serie ZTA, PC - risonatori della serie ZTT (con condensatori incorporati), D - discriminatore (per l'uso in rilevatori FM). 2) Con due condensatori da 280 pF. 3) Con due condensatori da 20 pF.

I risonatori ceramici per frequenze più alte (oltre 13 MHz) sono ovviamente realizzati utilizzando una tecnologia diversa e la loro gamma di sintonia in frequenza è molto piccola. I risonatori della serie ZTT hanno condensatori incorporati, quindi è molto più difficile sintonizzarli in frequenza e non è sempre possibile ottenere la frequenza nominale.

In tavola. La tabella 2 mostra le frequenze IF più comuni in vari ricevitori radio (RPU) e ricetrasmettitori, nonché le opzioni per generare queste frequenze utilizzando risonatori ceramici. Un'analisi dei moltiplicatori o divisioni necessari rivelerà la necessità di applicare la moltiplicazione per due per espandere il numero di opzioni e garantire la qualità del segnale.

Tavolo 2

SE, MHz	Applicazione principale	Frequenza del generatore, MHz
		opzione 1	opzione 2	Opzione 3	Opzione 4
	Ricetrasmettitori fatti in casa
	Ricetrasmettitori fatti in casa
	Ricetrasmettitori fatti in casa
	Ricetrasmettitori fatti in casa
	Ricetrasmettitori fatti in casa
	Ricetrasmettitori fatti in casa
	Standard
	Ricetrasmettitore IC R-75
	ricetrasmettitori CB
	Standard
	RPU civile
	Standard
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	RPU per uso domestico
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	RPU per uso domestico
	ricetrasmettitori ICOM
	Brigantino dell'RPU
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitore IC R-75
	Ricetrasmettitori
	RPU EKD (RDT)
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	Ricetrasmettitori
	RPU fatto in casa

Per comprendere il funzionamento dei moltiplicatori di frequenza proposti, darò brevemente parametri importanti spettri dei segnali di uscita degli elementi logici CMOS della serie 74AC. Questi elementi ad alta velocità funzionano con una tensione di alimentazione di 2 ... 6 V e, senza carico capacitivo, la durata minima del fronte degli impulsi di uscita è di 1 ns, il che consente di ottenere componenti spettrali significative fino a un frequenza di 250 MHz. Allo stesso tempo, l'impedenza di uscita degli elementi è di circa 25 ohm, il che rende più facile ottenere energia significativa da componenti armoniche più elevate. La caratteristica di trasferimento degli elementi logici di questa serie è simmetrica e lo stadio di uscita ha la stessa capacità di carico e velocità di commutazione per la corrente in uscita e in ingresso. Pertanto, il segnale di uscita degli elementi logici e dei flip-flop della serie 74ACxx fino a frequenze di 30 MHz può essere considerato ideale e tutte le leggi della matematica relative agli spettri dei segnali pulsati possono essere applicate nella pratica con elevata precisione.

Un segnale rettangolare con la stessa durata dell'impulso t e pausa t p il cosiddetto meandro (ciclo di lavoro Q \u003d T / t e \u003d 2, dove T è il periodo di ripetizione dell'impulso T \u003d t e +t p, ma a volte il termine "ciclo di lavoro", ciclo di lavoro inverso K \u003d 1 / Q), contiene nello spettro, oltre alla prima armonica (F 1 \u003d 1 / T - frequenza fondamentale), anche armoniche dispari (2n + 1) F 1 , dove n \u003d 1, 2, 3 .... In pratica, anche la soppressione armonica può raggiungere 40 dB senza misure speciali e per ottenere una soppressione fino a 60 dB, è necessario garantire la stabilità a lungo termine dei parametri di gli elementi con l'aiuto del feedback e con un'attenta regolazione aggiuntiva.

L'esperienza ha dimostrato che i divisori di frequenza per due (D-flip-flop e JK-flip-flop della serie 74ACxx, nonché un divisore di frequenza 74AC4040) a frequenze fino a 4 MHz forniscono tale soppressione fino a 60 dB. A una frequenza di uscita di 30 MHz, diminuisce a 30 dB e a frequenze superiori a 100 MHz, non vi è una soppressione pronunciata delle armoniche uniformi.

Pertanto, l'onda quadra è di particolare importanza nei moltiplicatori di frequenza a causa della relativa purezza dello spettro, che semplifica i filtri successivi. Per questo motivo, il dispositivo proposto fornisce elementi per regolare la simmetria del segnale. Le caratteristiche di uscita quasi ideali degli elementi della serie 74ACxx consentono, senza l'uso di un analizzatore di spettro, utilizzando elementi di regolazione, di ottenere la forma del segnale desiderata misurando la tensione CC media all'uscita. La soppressione di armoniche pari fino a 40 ... 50 dB a frequenze fino a 20 MHz si ottiene senza problemi.

La misurazione del duty cycle (duty cycle) del segnale di uscita può essere eseguita utilizzando un multimetro digitale nella modalità di misurazione tensione costante(R in ≥ 10 MΩ), senza modificare il limite di misura (Fig. 3). Innanzitutto, il multimetro viene calibrato, per questo è collegato tramite un resistore con una resistenza di 33 ... 100 kOhm alle linee di alimentazione (direttamente ai terminali corrispondenti del microcircuito). Poiché la resistenza di ingresso del multimetro è 10 MΩ, le sue letture (U k) saranno 0,3 ... 1% in meno rispetto alla tensione di alimentazione. Il resistore, insieme a tutte le capacità dei fili e all'ingresso del multimetro, formano un filtro passa basso per un segnale ad alta frequenza. Se all'uscita dell'elemento logico è presente un segnale a impulsi con Q = 2, il multimetro indicherà U out = 0,5 U k. In fig. 4 mostra lo spettro del segnale all'uscita del generatore di microcircuito 74AC86 senza particolari misure di bilanciamento, la soppressione della seconda armonica rispetto alla prima è di circa 36 dB. Questo non è molto buono per lavorare con i moltiplicatori di frequenza.

Riso. 3. Misura del duty cycle (duty cycle) del segnale di uscita

Riso. 4. Lo spettro del segnale all'uscita del chip generatore 74AC86

Se si interrompe la simmetria del segnale di uscita, è possibile ottenere la soppressione di altre componenti spettrali. Ad esempio, a Q = 3 (Fig. 5), le armoniche che sono multipli di tre vengono soppresse nel segnale di uscita (Fig. 6). L'impostazione di tale modalità viene eseguita anche utilizzando un multimetro, solo è necessario ottenere una tensione media U su \u003d 0,333U a (o 0,666U a). Questa opzione è particolarmente interessante se devi ottenere una moltiplicazione per due o quattro. A armoniche più elevate, i costi del filtro rendono già difficile l'implementazione di questa opzione.

Riso. 5. Spettro del segnale

Riso. 6. Spettro del segnale

Pertanto, l'onda quadra è ideale per ottenere le armoniche dispari del segnale, fino alla settima. Quelli più alti sono già fortemente attenuati ed estrarli richiederebbe filtri e amplificatori complessi. La seconda e la quarta armonica si ottengono meglio con un duty cycle del segnale di uscita Q = 3. Se sono necessarie tutte le armoniche vicine nello spettro, è necessario regolare Q = 2,41 (K = 41,5%).

Segue un'osservazione importante. A volte capita che l'interferenza dell'oscillatore locale PLL o del microcontrollore "vaga" nel ricevitore. Un'abile selezione del duty cycle del segnale di clock può sopprimere alcune delle armoniche di interferenza. Ma in generale, lo sfondo complessivo delle armoniche dal segnale di clock può essere ridotto se il suo ciclo di lavoro è impostato esattamente su Q = 2 per impostazione predefinita.

Il dispositivo proposto utilizza principalmente elementi CMOS logici che operano in modalità lineare. Per questo viene utilizzata la modalità inverter (se l'elemento è a due ingressi, il secondo ingresso è collegato filo comune o linee elettriche) e introdurre la protezione dell'ambiente secondo corrente continua(Fig. 7) per mantenere il punto di lavoro a metà della caratteristica di trasferimento. Il resistore R3 fornisce OOS e, con l'aiuto dei resistori R1 e R2, è possibile spostare la posizione del punto operativo sulla caratteristica di trasferimento. Questo schema permette anche di bilanciare elementi logici della serie 74xCTxx, che hanno una soglia di commutazione di circa 1,2 V (ad una tensione di alimentazione di 3,3 V). Il criterio per la corretta impostazione è la fissazione della tensione di uscita al 50% dell'alimentazione. La resistenza del resistore R2 viene scelta la più grande possibile in modo da avere un effetto minore sui circuiti del segnale di ingresso.

Riso. 7. Schema del dispositivo

La pendenza della caratteristica di trasferimento corrisponde a un guadagno di tensione di 30...40dB. Pertanto, un segnale di ingresso con una tensione di diverse decine di millivolt porta già a una variazione dell'uscita da zero a un massimo. Per ridurre il rumore quando si passa da uno stato all'altro, è necessario fornire all'ingresso una certa velocità di variazione del segnale (per la serie 74ACxx - circa 125 mV/ns). In questo caso esiste una frequenza limite inferiore alla quale non si verificano rumori interferenti o autoeccitazioni durante il passaggio attraverso la sezione attiva della caratteristica.

Se un circuito LC parallelo è abilitato all'ingresso del gate, sono ammessi segnali di ingresso a frequenza inferiore senza generare rumore. Con una tensione di alimentazione di 3,3 V a una frequenza di 3 MHz, l'oscillazione di tensione minima è 0,5 ... 1 V. Per funzionare a frequenze più basse, è necessario utilizzare elementi logici delle serie 74HCxx, MM74Cxx, 40xx.

Basato sull'elemento EXCLUSIVE OR (IC 74AC86), puoi facilmente fare un moltiplicatore di frequenza per due, se il segnale viene applicato direttamente a un ingresso, all'altro ingresso attraverso la linea di ritardo basata sul circuito RC (Fig. 8). Se la costante di tempo del circuito RC (τ) è significativamente inferiore al periodo di ripetizione dell'impulso T, otterremo brevi impulsi in uscita ad ogni caduta della tensione di ingresso, ovvero il numero di impulsi (e quindi la loro frequenza) ha raddoppiato. Con un aumento del ritardo (costante di tempo del circuito RC) sul condensatore C1, il segnale diventa triangolare e la sua ampiezza diminuisce, quindi la precisione di commutazione diminuisce e la qualità del segnale si deteriora: i fronti "galleggiano" con il rumore. Tale moltiplicatore funziona stabilmente per τ

Riso. 8. Moltiplicatore di frequenza

Uno spettro ancora più puro del segnale di uscita sarà nel caso di Q = 3 (Fig. 9). In questo caso, il moltiplicatore "emetterà" armoniche in uscita alle frequenze 2F 1, 4F 1, 8F 1, 10F 1, 14F 1, 16F 1, ecc.). Solo le armoniche a 2F 1 e 4F 1 sono di importanza pratica e la soppressione delle armoniche con frequenze F 1 , 3F 1 , 5F 1 e 6F 1 aiuta. Con questa impostazione, l'output dovrebbe essere U out \u003d 0,333 U k.

Riso. 9. Spettro di uscita

Riso. 10. Spettro del segnale

Lo schema a blocchi del generatore di misura è mostrato in fig. 11. Il circuito fornisce due generatori (G1, G2) dello stesso design per espandere le funzionalità del dispositivo. Dopo di loro, si verifica una moltiplicazione di frequenza intermedia nel moltiplicatore di frequenza U1 o nel moltiplicatore di frequenza U2. Il fattore di moltiplicazione è uno, due, tre o quattro. Inoltre, nel moltiplicatore-divisore U1, la frequenza del segnale può essere divisa per due o quattro prima della moltiplicazione. Nel mixer all'uscita dell'elemento DD1 e dopo il filtro passa basso Z3 (frequenza di taglio - 100 kHz), viene generato un segnale a una frequenza F = |n 1 F goon1 - n 2 F goon2 |. Il mixer lavora anche sulle armoniche.

Riso. 11. Schema strutturale del generatore di misura

Gli elementi DD2, DD3, Z1 e Z2 lavorano nel modulatore, formano il ciclo di lavoro necessario del segnale per l'ultima fase della moltiplicazione. Con un duty cycle Q = 2, gli elementi Z1 e Z2 non sono necessari. DD4 e DD5 funzionano come amplificatori buffer, inoltre possono essere modulati a impulsi.

Il generatore G3 genera brevi impulsi per simulare il rumore dell'impulso, viene attivato da un livello elevato del segnale SPON. Se la sua frequenza viene ridotta di 100 ... 1000 volte (aumentando la capacità dei condensatori corrispondenti), è possibile regolare la dinamica dell'AGC o del soppressore di rumore nell'RPU.

Con l'aiuto dei filtri Z4 e Z5, viene selezionata l'armonica desiderata e gli amplificatori A2 e A3 forniscono ai segnali il livello richiesto. Un segnale combinato può essere generato sull'uscita GEN-3 utilizzando i ponticelli S1 e S2.

L'alimentatore (PSU) fornisce 3,3 V ai nodi del dispositivo ed è presente anche un'uscita di tensione +3,9 V per l'alimentazione di apparecchiature a bassa potenza in prova (ricevitori radio TECSUN, DEGEN, ecc.) Tensione +5 V da USB can essere fornito all'ingresso di alimentazione - porta o caricatore di un telefono cellulare, nonché da uno non stabilizzato blocco di rete alimentazione con una tensione di uscita di 5...15 V. La corrente assorbita dal dispositivo dipende dalla frequenza dei generatori e non supera i 70 mA nell'insieme completo.

La prossima parte dell'articolo fornirà una descrizione dettagliata del circuito del dispositivo e alcuni esempi specifici della sua configurazione per il funzionamento su comuni IF in radiocomandi amatoriali.

Informazioni interessanti si sono accumulate dai radioamatori che hanno realizzato le schede principali del “Portable TRX” e ovviamente dai “ripetitori” - un po' di affermazioni infondate - “perché non funziona come funziona l'FT-1000MP?”.

Ancora una volta, attiro l'attenzione del lettore sul fatto che "devi pagare per tutto" e il ricetrasmettitore, che è concepito come una sorta di "scatola di sapone" importata, soprattutto senza la messa a punto e il debug più approfonditi, non mostrerà mai nemmeno quei parametri che sono scritti nella sezione “Portable TRX”. Te lo ricordo ancora una volta: più semplice è il circuito, più attentamente dovrai "tirare" i parametri massimi letteralmente da ogni stadio. E se hai acquistato un set di filtri al quarzo per $ 10, di origine sconosciuta e con risposta in frequenza sconosciuta, transistor di plastica saldati di produzione sconosciuta e, inoltre, con parametri teoricamente previsti (principalmente dalle parole di un rivenditore del mercato radiofonico di chi sono stati acquistati) e persino bobine - trasformatori avvolti su ferrite di 100 anni da "spazzatura" - cosa puoi aspettarti da un tale "mostro"? Propongo di esaminare le caratteristiche della scheda principale n. 3, che mi è stata inviata da Oleg (US5EI) da Dnepropetrovsk. Ha corso il rischio di prendere la strada, a prima vista, la più economica e ottimale, dal suo punto di vista, ma si è rivelata l'opposto: "una volta andava male, ma ora va sempre peggio .. .”. Ha realizzato lui stesso la scheda e "un po'" (secondo lui) ha cambiato la configurazione delle tracce per quei filtri al quarzo che ha acquistato già pronti. Considerava l'opzione di 4 + 4 o 6 + 4 cristalli nei filtri non degna di attenzione - usava l'opzione radioamatoriale "standard" - 8 + 4. Il resto dei pezzi di ferro sulla tavola sono usati da vecchie scorte (leggi - spazzatura). Tutto "questo" è stato saldato su una tavola fatta in casa, ma in futuro si è rivelato "come sempre". I tentativi di far rivivere il "mostro" si sono conclusi - "appello all'autore" ... ..

Il compito più importante nella produzione del ricevitore è fornire sensibilità e selezione del segnale. Senza un filtro a cristalli di qualità, questo problema non può essere risolto in TRX con una conversione.

Quante volte è stato scritto e riscritto su questo nella letteratura radioamatoriale ??? Ma devo tornare di nuovo su questo problema. Per più di 20 anni di HF quasi costante - progettazione e, soprattutto, lo stesso numero di anni di lavoro in onda (perché ci sono designer che quasi nessuno ha mai sentito in onda - cosa si può dire delle loro "abilità e approcci" alle realtà amatoriale airtime???) ho concluso per me stesso - non puoi risparmiare sul filtro della selezione principale - se vuoi costruire un "Radivo" di qualità sufficientemente alta. Il FOS dovrebbe avere un'attenuazione in stopband di almeno 70-80Db con un'attenuazione minima in banda passante. Abbiamo bisogno di cifre di ritardo massimo sulle gamme delle basse frequenze. Di norma, i livelli ora sono 59 + 20-40 Db, ovvero con un'attenuazione del filtro di 80Db e un segnale ricevuto di +40Db, possiamo supporre che "striscia" di 2-3 punti sulla scala dell'S-meter. Tali livelli non potranno più influenzare il funzionamento delle cascate successive all'XTAL ZQ. Ma se sullo stesso range compare un vicino con un livello di +80Db, la situazione non cambia nella “nostra” direzione. Ma non prenderemo come parametro fondamentale del ricevitore - il funzionamento sulla stessa gamma contemporaneamente a un vicino, perché molto probabilmente, un tale lavoro non sarà "piacevole" per lui e per "combattere tali livelli" esiste un metodo radicale: gli attenuatori.

Nelle centinaia di filtri a cristallo che sono stati realizzati nel corso degli anni, l'attenuazione della banda passante è stata di circa 10 Db per cristallo. Con una leggera differenza in una direzione o nell'altra, a seconda della qualità e delle dimensioni del quarzo. Intendo filtri al quarzo a scala. Lo svantaggio principale di tali filtri è l'estesa pendenza inferiore della risposta in frequenza. Un filtro al quarzo a sei cristalli in B1 di produzione militare (da non confondere con quelli generatori!) ha un'attenuazione oltre la banda passante di almeno 70Db. Sfortunatamente, dobbiamo dimenticare questo quarzo: le vecchie scorte si stanno esaurendo e "questo non accadrà più" .... Per oggi, l'opzione più conveniente (ma non la migliore!) è quella di acquistare piccoli cristalli di quarzo a 8,867 MHz sul mercato radiofonico e provare a scolpire qualcosa da loro. Occorre prestare molta attenzione al tipo e alla qualità del quarzo. Offrono dozzine di tipi e design, ma non tutti possono essere utilizzati per creare filtri. Quelli di altissima qualità consentono di produrre filtri abbastanza “tollerabili”. Almeno - non peggio che dal quarzo del generatore in B1 del vecchio campione. Otto cristalli forniscono almeno 80 Db di attenuazione per banda, che, come notato sopra, è abbastanza per un ricetrasmettitore destinato al "normale" funzionamento in onda. Si può fare un filtro a otto cristalli e "calmati", ma otteniamo un piccolo filtro (intendo da piccolo quarzo moderno), che ha 3,3 cm tra ingresso e uscita, attenuazione nella banda da 2 a 4Db e irregolarità in su a 4-6 dB. Lo installiamo nella “scheda principale” e di conseguenza otteniamo “penetrazione” bypassando il filtro al massimo -60Db, e nella variante della scheda madre US5EI di Oleg -40Db. Come realizzare il filtro stesso - Ho già dipinto nella descrizione del "ricetrasmettitore HF". Tutti i tipi di "belle" opzioni per circuiti stampati al quarzo, scatole "eleganti", ecc. - pericoloso sia per il deterioramento del fattore di qualità del quarzo (quando fissiamo le gambe di quarzo nella fibra di vetro) sia per il “strisciare” del segnale bypassando le lastre di quarzo stesse. Se realizzi filtri in scatole, devi mettere a terra i corpi di quarzo sulle scatole, che sono meglio realizzati con metallo sottile stagnato, e tutta l'installazione all'interno viene eseguita sulle gambe di quarzo. Guarda: ecco come vengono realizzati tutti i filtri di fabbrica. Accetto l'opzione di realizzare una scheda fatta in casa e un filtro su di essa solo con la conservazione della lamina sul lato dell'installazione delle parti sotto la "massa" comune, con ulteriore saldatura delle casse al quarzo su di essa, e poi tu può ancora coprire il filtro dall'alto con una scatola di schermatura fatta di latta stagnata con saldatura su tutti i lati alla lamina del cartone. Sì, sono d'accordo: non è molto bello, tecnologicamente avanzato, veloce, ecc. ma solo così è possibile evitare il più possibile di “salire”. E per cosa “combattiamo” innanzitutto: per il “look brandizzato” o per il mantenimento dei parametri massimi ottenibili del filtro stesso? Ogni designer decide da solo, individualmente ...

In precedenza, ha realizzato, imitando la "tendenza" radiofonica generale, filtri singoli a otto cristalli. Ma dopo che il quarzo nella custodia B1, con cui è molto più comodo lavorare, ha iniziato a esaurirsi sempre più spesso, le riserve di quarzo in una piccola custodia hanno iniziato a essere utilizzate: su di esse è scritto PK169. Ed è qui che “si è manifestata” la tendenza della difficoltà ad ottenere minime irregolarità nella banda passante e “strisciare attraverso” bypassando il filtro negli ZQ a otto cristalli. Seguirono opportuni tentativi di “sconfiggere i problemi che sono sorti”…. Il che ha portato alla possibilità di costruire filtri a quattro e sei cristalli. Questa decisione è stata ancora più confermata dalle informazioni sulle caratteristiche di fase dei filtri: più lungo è il filtro (più collegamenti ha), più otteniamo il "rimbalzo" di fase del filtro. Poiché ogni collegamento ha caratteristiche di fase individuali, che, molto probabilmente, non coincideranno con le caratteristiche di altri collegamenti, ciò porta allo "squillo". Possiamo sentire chiaramente un tale fenomeno con le nostre orecchie nei filtri multi-link a banda stretta. Sebbene questo "squillo" sia quasi impossibile da sentire nei filtri SSB, alcuni "ascoltatori" dotati possono persino determinare dal segnale in onda se un filtro EMF o uno stretto al quarzo funziona (secondo me, questo è ovviamente un "filtro filosofico ” domanda - leggi - controversa). Nell'implementazione pratica, è molto più facile fornire una parte superiore piatta della risposta in frequenza in un sei cristalli e quasi "automaticamente" si ottiene un'irregolarità inferiore a 1 Db in un filtro a quattro cristalli. L'attenuazione nella banda passante di uno ZQ a 6 cristalli il più delle volte non supera 2-3 Db e per un 4 cristalli fino a 2 Db. Ma poiché l'attenuazione in stopband di tali filtri non è sufficiente per un ricetrasmettitore HF, è stato necessario sviluppare le schede principali n. 3 e n. 4. Quelli. installiamo filtri con un "treno" con cascate attive abbinate tra loro. Le misurazioni reali della risposta in frequenza end-to-end di tale opzione di costruzione sono mostrate in fig. n. 1.

Le misurazioni sono state eseguite su un analizzatore SK4-59. Il segnale è stato inviato al primo stadio VT1 della scheda principale n. 3 ed è stato prelevato dall'avvolgimento di connessione della bobina nello scarico VT4 (con il rivelatore scollegato). La scheda principale n. 3, realizzata da Oleg (US5EI), ha mostrato un'attenuazione della banda ferma di circa 45 Db con ripple di banda fino a 8 Db Fig. n. 2.

Forse potrò fotografare lo schermo SK4-59 dalla risposta in frequenza del percorso passante della scheda US5EI e della scheda “standard” n. 3 con due filtri al quarzo 4 + 4 per un confronto visivo - per ora posso solo offrire immagini copiate. L'ondulazione della banda passante del primo filtro a 8 cristalli raggiunge i 7 Db e l'attenuazione della banda passante è leggermente superiore a 40 Db.

Riso #2. Risposta in frequenza della scheda US5EI filtro a otto cristalli + quattro cristalli

Fig3. Risposta in frequenza di un filtro a 6 cristalli misurata X1-38 (scala lineare)

Fig4. Risposta in frequenza di un filtro a 6 cristalli misurata da SK4-59 (scala logaritmica)

Fig5. Risposta in frequenza del filtro a 6 + 4 cristalli misurati X1-38 (scala lineare)

Fig6. Risposta in frequenza di un filtro a 6 + 4 cristalli misurata da SK4-59 (scala logaritmica)

Scheda principale n. 3 realizzata da US5EI

Ecco perché la conclusione si suggerisce: ha senso utilizzare filtri al quarzo "seri" in una versione a scheda singola del ricetrasmettitore? Più probabilmente sì che no. Ma fino a un certo livello di attenuazione oltre la banda passante, perché in un design a scheda singola, il "crawling" è ancora inevitabile. Ad esempio, cito due risposte in frequenza della scheda principale n. 3 "copiate" dallo schermo SK4-59: la prima con 4 + 4 filtri, la seconda con 6 + 4 filtri (Fig. n. 1). Il secondo filtro a 4 cristalli in questo "lavoro di laboratorio" non è cambiato, quindi la risposta in frequenza passante delle opzioni 6 + 4 si è rivelata un po' più stretta di quanto vorremmo, a causa di una leggera discrepanza nelle frequenze centrali di questi filtri: vengono spostati l'uno rispetto all'altro di 200 Hz. Ma anche in un'applicazione del genere - quando le "porte" dei filtri non sono nell'"allineamento" - la differenza nella risposta in frequenza complessiva è in meglio. Sia in termini di coefficiente di quadratura (Kp = 1,96 dell'opzione 4 + 4 e Kp = 1,78 dell'opzione 6 + 4) a livelli di -10Db e -60Db, sia di attenuazione dietro la banda passante - circa 75Db per il 4 + 4 opzione e più 80Db per l'opzione 6+4. Va notato che i livelli superiori a 70 Db sono difficili da misurare con precisione con un dispositivo (la scala è graduata in decine di Db) senza ricorrere a ulteriori manipolazioni delle manopole dell'attenuatore e dei livelli di uscita-ingresso. Quando si "allunga" l'immagine della risposta in frequenza verso l'alto, si osserva un sovraccarico degli amplificatori di ingresso del dispositivo - la "barra" superiore della risposta in frequenza diventa piatta - si osserva una limitazione. Se ti "allunga" verso il basso, semplicemente non c'è più una griglia calibrata sullo schermo CRT. Ciò che sta accadendo nella larghezza di banda della risposta in frequenza dei percorsi passanti è più comodo da vedere con l'aiuto di X1-38, questo dispositivo ha una graduazione ATT in unità Db e lo schermo è molto più grande e più chiaro. L'unico peccato è che fornisce solo una modalità di funzionamento lineare. L'irregolarità della larghezza di banda delle opzioni di filtro 4+4 e 6+4, che sono ulteriormente ottimizzate nella scheda stessa, non supera i 2Db. La risposta in frequenza irregolare nella scheda US5EI era di quasi 10 Db.

Conclusione.

Si suggerisce da questi "lavori di laboratorio". Qualsiasi filtro al quarzo fatto in casa, indipendentemente dal numero di quarzo in esso contenuto, "vuole" una regolazione aggiuntiva quando installato sulla scheda. Certo, si è tentati di acquistare un set di filtri per $ 10, saldarli nella scheda, ruotare i nuclei delle bobine più vicini al filtro e tutto - vai avanti - il microfono "tra i denti" - "tutti, tutti in Asia e nei Paesi baltici”... Ahimè, dovrai sconvolgere gli amanti della “vita facile””. Innanzitutto, cosa puoi aspettarti da un filtro a cristalli da 10 dollari? Essendo alla "mostra radiofonica" di Friedrichsafen (Germania), stavo cercando appositamente componenti per TRX e sono riuscito a trovare (tra centinaia di offerte) filtri 30 marchi 9MHz da qualche azienda inglese, ma la qualità di questi prodotti ... I filtri al quarzo più economici, che sono già simili per caratteristiche, costano davvero più di una decina di marchi per quello che ci serve. Bene, per ora non parliamo di cose tristi qui...

Va ricordato che i filtri al quarzo assemblati secondo un circuito ladder sono molto critici per i parametri di quelle cascate tra le quali il filtro sarà collegato. Qualsiasi leggera deviazione (anche a prima vista) dal carico nominale R o C, ottenuta al banco durante la fabbricazione del filtro, provoca cambiamenti nella risposta in frequenza e, molto probabilmente, non nella direzione "necessaria" per noi . Inoltre, aggiungiamo qui la “reattività” delle capacità e delle induttanze delle cascate - alla fine otteniamo - “come sempre”… Un vivido esempio di ciò si sente sulle gamme di bassa frequenza la sera…..

Come dimostra l'esperienza, la situazione non è così “terribile” da abbandonare del tutto i filtri fatti in casa. Durante l'installazione sulla scheda, dovrai selezionare le resistenze di carico (R8, R15) e 1-2 condensatori estremi nei filtri. Ad esempio, dopo la cascata sul campo VT1, molto spesso la capacità in serie C7 all'ingresso ZQ viene esclusa e sostituita da un ponticello e il successivo condensatore C8 richiederà una diminuzione della capacità. Lo stesso vale per i due condotti sull'altro lato del filtro (C11, C10) - è necessario selezionarli in un apposito circuito di commutazione (leggi - trovando un certo “consenso” tra la qualità richiesta della cascata su VT3 e risposta in frequenza del filtro). Va anche notato che è molto più facile fornire una parte superiore piatta della risposta in frequenza nei filtri con un numero di piastre inferiore rispetto a quelli multirisonatore. Ora torniamo al numero di quarzo. In un progetto a scheda singola, il compito principale è ridurre al minimo il "crawl" del segnale bypassando i filtri. Non è possibile ottenere più di 95-90Db nelle opzioni della scheda "Portable TRX". È stata testata anche l'opzione 6 + 6 ZQ. E non c'è bisogno di "piangere amaramente" per questo: guarda la risposta in frequenza del ricetrasmettitore, che viene fornita nella rivista Radiohobby 2/98. p.29 - Georgy UT5ULB lo ha misurato nel più “cool” (in RA3AO) dei dispositivi sovietici…. Sulla base dell'esperienza accumulata, si consiglia di utilizzare 4 + 4 in tali schede. Per migliorare la "quadratura generale", è possibile un'opzione 6+4. È inferiore all'opzione 4 + 4 in maggiore (di 1Db) attenuazione nella banda passante. Ma è notevolmente migliore sia in termini di pendenza delle pendenze della risposta in frequenza, sia in maggiore attenuazione in stopband (di 10Db). Questo può essere visto chiaramente nella Figura 1. Se dovrebbe funzionare su TRX principalmente sulle gamme delle alte frequenze - non ha senso utilizzare più di 8 quarzi - in questa opzione otteniamo una parte superiore quasi piatta della risposta in frequenza (l'irregolarità anche con un'impostazione del filtro "pigro" non non superare i 2Db) e la minima perdita del segnale ricevuto. Se non abbiamo bisogno del massimo “profumo” del ricetrasmettitore, ma intendiamo “combattere per un posto al sole” sulle bande di bassa frequenza, allora è preferibile l'opzione 6+4. A proposito, ancora una volta ero convinto della correttezza dell'uso di "treni" di cascate con filtri da meno di otto piastre, quando comunicavo con Anatoly UA1OJ, uno degli autori del programma per il calcolo dei filtri al quarzo. Ecco le sue conclusioni: “Non ho mai riscontrato un'attenuazione del filtro in 2-3Db. Più spesso succedeva 6.5-8Db. Anche la demo (versione demo del programma per il calcolo dei filtri al quarzo, chiarimento UT2FW) aiuta ad accertarsene. E i suoi risultati sono vicini alle mie misurazioni pratiche. Tali valori di attenuazione sono il più delle volte ottenuti in un filtro a 8 risonatori da selezionati casualmente, o meglio non selezionati affatto, ma ciò che veniva offerto sul mercato radiofonico è stato acquistato. Ora immagina se, alla ricerca della famigerata selettività nel canale adiacente, installiamo un "set standard" (uno di 8 e il secondo di 4) di tale quarzo. A mio avviso, non è affatto nel numero di quarzi nei filtri che va ricercato il problema della “compatibilità” delle stazioni vicine, ma nella qualità degli stadi di uscita dei trasmettitori! Che senso ha installare nel ricetrasmettitore anche un filtro multi-buck di marca di alta qualità - se un vicino accende due "cornuti" che sono influenzati da due GK-71? Non si tratta nemmeno della potenza di uscita, ma della stupidità dell'utente di un tale mostro - quando tutte le manopole sono completamente a destra .... Puoi usare due GU-84B e non interferire con i vicini vicini o lontani. Ed è anche possibile dallo stadio di uscita sul GU-29 - "in modalità luce a 300 V all'anodo - spremere mezzo ampere alla corrente" - quelli che lavorano sulle gamme delle basse frequenze mi capiranno perfettamente .... Bene, questo è un argomento per un altro articolo.

Per il pubblico del design sarà interessante vedere gli interni del moderno borghese TRX. Ecco una foto della scheda madre RX-TX insieme all'unità sintetizzatore (scatola schermata con tre bobine, il coperchio è stato rimosso per vedere l'interno) FT-817, che uso come ricevitore di controllo. È aperto e funziona a 0,1-156 MHz, 420-470 MHz. È chiaro che da dilettante di saldatura ero interessato ad esplorarne le caratteristiche. In breve, la risposta in frequenza del percorso di ricezione con un filtro dell'azienda muRata CFJ455K corrisponde approssimativamente alla risposta in frequenza del "Portable TRX" con la scheda principale n. 2. La fermezza del filtro con marchio sul lato della pendenza inferiore è leggermente superiore - questo si nota anche quando si ascolta l'aria. Ma prova a chiedere il costo di un tale filtro - e solo allora trai conclusioni su cosa è meglio e cosa è peggio ....

FT-817 da Yaesu.

La potenza di uscita di questo dispositivo è dichiarata dall'azienda pari a 5W, in realtà è 2,8W in modalità SSB, quindi non andrete molto in onda su di esso. Sto lentamente preparando il progetto finito di un silo esterno con Pout fino a 200 W per tale TRX. In una scatola con una dimensione di 1: 1, come "TRX portatile", ci sono silo, SU, misuratore SWR, PSU. Le informazioni sulla prontezza appariranno sul mio sito Web e, molto probabilmente, sulla rivista Radiohobby, come le pubblicazioni che si preparano più tempestivamente. E forse, se c'è tempo, desiderio e una recensione articolo dettagliato, perché questa "scatola di sapone" FT-817 e con cosa dovrebbe essere "consumata" ??? Inoltre, per qualche tempo è stato possibile condurre confronti reali dell'FT-817 con l'FT-100D, TS-870 e le conclusioni (almeno per me J), ​​ovviamente, sono state tratte.

Alcuni “ripetitori” hanno notato la banda laterale “non soppressa” non funzionante nella variante 4+4, soprattutto attivando il più possibile il clipping del segnale. Ciò non sorprende con l'uso di tali filtri. La pendenza inferiore dei filtri della scala è serrata e parte della striscia laterale non funzionante "si insinua". L'unica domanda è sopprimerlo a seconda della desintonizzazione della frequenza. Nella Fig. n. 1, la linea verticale mostra la posizione approssimativa della frequenza dell'oscillatore di riferimento (solitamente 300-400 Hz al di sotto del punto sulla pendenza inferiore a livello di -6 dB) sulla pendenza inferiore del filtro - Fop. È necessario avere una pendenza inferiore della risposta in frequenza così ripida da fornire la soppressione di almeno 50 Db alla frequenza dell'oscillatore di riferimento (questi sono solo quei filtri multi-buck descritti sopra) - se ti imposti il ​​compito di sopprimendo "tutti gli effetti collaterali immaginabili e inconcepibili" in un colpo solo. Nella variante del filtro a 4 risonatori, la soppressione nell'area della frequenza dell'elica è 18-20Db, e nel filtro a 6 risonatori 22-30Db. Pertanto, se abbassiamo il limite massimo del segnale e lo passiamo attraverso 4 quarzi, e persino amplifichiamo tale segnale con una lampada GU81M (in modalità "facile" - a 1500 V all'anodo! L) - i vicini saranno "contenti" ... L'ho già avvertito nella descrizione "Portable TRX". Di seguito fornisco "immagini" teoricamente calcolate di uno ZQ a sei cristalli e una risposta in frequenza combinata su un grafico di filtri a tre-quattro-sei cristalli.

Non dovrebbe trattarsi "solo" di sopprimere la laterale non funzionante, ma di sopprimerla a seconda della desintonizzazione relativa alla frequenza dell'oscillatore di riferimento. È chiaro che la soppressione sarà diversa quando si scende dalla frequenza di riferimento, ad esempio di 500 Hz o 3 KHz. Approssimativamente la metà della larghezza di banda virtuale (immagina la risposta in frequenza speculare del filtro a sinistra della frequenza di riferimento) del lato "non soppresso" sarà inferiore alla frequenza dell'oscillatore di riferimento di 2 kHz: questa è la frequenza di 8860,5 MHz nel filtro a 6 cristalli calcolato in teoria: l'attenuazione su di esso è -70 dB, che è abbastanza per questa classe di ricetrasmettitori. Certo, in realtà di solito risulta peggio, il che è legato sia alla qualità dei filtri stessi, sia alla qualità della lavorazione e delle impostazioni della scheda madre. A proposito, se vuoi calcolare e vedere la risposta in frequenza dei filtri di quei quarzi che sono stati acquistati casualmente sul mercato radiofonico e non c'è voglia di pre-farli (perché - e pigrizia, e davvero non ci sono strumenti) a tal fine - consiglio di prestare molta attenzione al programma per il calcolo dei filtri al quarzo, la cui versione demo mi è stata gentilmente fornita durante la preparazione di questo articolo da Anatoly UA1OJ. Il programma è stato compilato non solo da un programmatore, immaginando a distanza "che cos'è questo per piccole scatole di ferro?", ma sotto l'occhio vigile di un operatore radio che sa in prima persona come vengono assemblate tali "scatole". Sebbene io sia più vicino nello spirito alla produzione pratica e alla verifica della risposta in frequenza su dispositivi con un design di filtro reale, piuttosto che "teorizzare" usando i pulsanti del computer ... ..

Attraverso la risposta in frequenza di TRX RA3AO, misurata da Georgy UT5ULB -

Prima di procedere con la fabbricazione di un filtro al quarzo, dovresti fare scorta di risonatori al quarzo, se possibile, con un certo margine, poiché dovranno essere controllati e scartati in anticipo. Non è consigliabile installare nuovi quarzi nel filtro: essi, come altre parti, sono soggetti all'invecchiamento. Cambiano la loro frequenza più intensamente nel primo anno dopo il rilascio.

Quindi, il quarzo a 9 MHz nel primo anno può cambiare la sua frequenza di 180 Hz, il che è molto evidente. Nei prossimi 2 ... 4 anni, la deriva di frequenza relativa non influirà sul funzionamento del filtro. Anche i condensatori sono soggetti ad invecchiamento, quindi, come il quarzo, devono essere invecchiati per diversi anni (da 3 a 5).

I risonatori al quarzo dovrebbero essere acquistati dallo stesso lotto, poiché la diffusione dei parametri al suo interno è piccola. Per ottenere buoni parametri di filtro, la diffusione della frequenza delle risonanze in serie del quarzo non deve superare 0,1 della larghezza di banda del filtro, per ottenere un eccellente - 0,01. Ad esempio, per una larghezza di banda di 3000 Hz, la diffusione non deve superare più o meno 150 (15) Hz, dalla media aritmetica delle frequenze Fs di tutti i risonatori al quarzo.

Determinazione dei parametri elettrici del quarzo.

È meglio non utilizzare il generatore G4-102, poiché lo è cattiva forma segnale e ampiezza non molto stabile quando si cambia la frequenza del generatore, invece del GSS e del voltmetro RF, è meglio utilizzare un misuratore di risposta in frequenza X1-38.

In assenza di strumenti, al posto del GSS, è possibile utilizzare un generatore di rumore più un ricevitore radio (Fig. 2). In generale, un buon RX è uno strumento versatile che può essere utilizzato in un'ampia varietà di modi. In RX, anche l'AGC viene attivato in base alle letture del misuratore S. Se non è presente, è possibile accendere il tester all'uscita ULF.

Alla frequenza di risonanza in serie Fs, il quarzo equivale a un circuito oscillatorio in serie, quindi le letture del voltmetro RF o RX saranno massime.

Alla frequenza di risonanza parallela Fp, il quarzo equivale a un circuito oscillatorio parallelo: le letture dello strumento sono minime.

Ma questo momento può essere aggirato, perché. il quarzo è descritto dalla stessa equazione del circuito oscillatorio in serie. Tutto ciò che serve è un frequenzimetro in grado di misurare la frequenza fino a 10 Hz e due condensatori di riferimento. C1 e C2, la cui capacità è nota con una precisione dello 0,1 ... 1%. Per frequenze dell'ordine di 3 ... 10 MHz, C \u003d 39 pF e C2 \u003d 20 pF. Se non è possibile misurare con precisione il valore della capacità, i condensatori di riferimento possono essere realizzati da soli.

Per questo, vengono presi 5 ... 10 condensatori con una capacità 5 ... 10 volte inferiore al necessario e collegati in parallelo. Il fatto è che la curva di diffusione dell'errore obbedisce alla distribuzione normale gaussiana, è simmetrica e la diffusione dei valori nella maggior parte dei casi è molto inferiore al valore di tolleranza specificato.

La precisione del condensatore di riferimento sarà sicuramente migliore dell'1%. TKE (coefficiente di temperatura della capacità) deve essere zero. Lascia che nel nostro caso ci siano condensatori con TKE diverso da zero.

La regola generale è: - TKE x C \u003d + TKE x C. Abbiamo C \u003d 6,2 pF, PZZ - 3 pezzi, C \u003d b.2 pF M47 - 2 pezzi. e C \u003d 6,2 pF MP0 -1 pz. Ottenere; 6,2 x (+33) x 3 + 6,2 x 0 x 1 + 6,2 x (-47) x 2 = 6,2 pF (+ 99 - 94) = 6,2 pF P + 0,03

Ciò significa che quando la temperatura cambia di 10°C, il valore della capacità aumenterà di 3x10 -5% (0,000003%). Imposta \u003d 6,2 x 6 \u003d 37,2 pF P + 0,03. Allo stesso modo, creiamo il set n. 2.

Per misurare Fs, viene assemblato il circuito in Fig. 4 di (2]: questo è un circuito multivibratore accoppiato a emettitore in cui il quarzo è eccitato vicino a Fs. Primo quarzo numerato.

Fso viene misurato per ogni quarzo I dati di misura sono inseriti nella tabella. Quindi, in serie con ogni quarzo, accendiamo il condensatore C1 e misuriamo Fs1. I dati vengono inseriti in una tabella. Allo stesso modo, misuriamo Fs2. Quindi troviamo i valori medi aritmetici Fs0, Fs1, Fs2. Per calcolare i filtri al quarzo, dobbiamo conoscere il valore dell'induttanza dei risonatori al quarzo, che troviamo con il metodo delle tre frequenze.

Lk \u003d 1 / 2665 x 10 10 (Fs2-Fs1) / , (1) dove LK - in Gn; C1 e C2 - in pF; Fs0, Fs1, Fs2 - in Hz,

L'errore di calcolo secondo la formula (1) non supera il 2,5%, Di seguito sono riportati i dati necessari per il calcolo di 4, 6 e 8 filtri di cristallo con una caratteristica Chebyshev per la ricezione di SSB e con una caratteristica di Butterworth per la ricezione di segnali telegrafici, sono meno " ringing", ma hanno una minore attenuazione al di fuori della banda passante e un peggiore coefficiente di quadratura Kp, Fig.5.

Kp è il rapporto tra le bande passanti del filtro a cristalli ad un dato livello di attenuazione e la diarrea di trasmissione al livello di 0,7 (-ZdB).

Ad esempio, Kp 1,7 a livelli di -60 dB / -3 dB \u003d 4,25 / 2,5 \u003d 1,7. I filtri sono progettati per una risposta in frequenza irregolare = 0,28 dB, ma in pratica, a causa delle inevitabili imprecisioni di fabbricazione, risulta essere un po' più grande.

I filtri sono calcolati secondo il metodo indicato, ma le capacità di ingresso e di uscita (C2,3) da quelle seriali vengono ricalcolate in parallele, perché è scomodo abbinare i filtri, perché la capacità dell'impianto influisce, oltre a formare un divisore capacitivo, che riduce il segnale utile dell'8 ... 15%.

Per ridurre l'effetto della capacità di montaggio negli 8 filtri a cristallo, le sezioni a T sono state convertite in sezioni a P. È meglio abbinare i filtri al quarzo con l'aiuto di circuiti oscillatori (senza nuclei ferromagnetici, per non degradare la dinamica della parte ricevente), migliorano il rapporto segnale-rumore alla radice quadrata del fattore di qualità caricato.

Calcolo (SSB) di filtri al quarzo con caratteristica Chebyshev e irregolarità della risposta in frequenza nella banda passante di 0,28 dB.

Filtro quadruplo, Figura 6.

C1.2 \u003d 33354 / (Fs0 + P / 2) x Lk x P (pF), dove

Fs0 - valore medio aritmetico (kHz),

LK - induttanza del quarzo, calcolata dalla formula (1) (H).

P - larghezza di banda del filtro (kHz).

C2.3 = 1.149 x C1.2; C1 = 0,419 x C1,2

Resistenza al carico del filtro

Rf \u003d 8,63 x Lk x P (Ohm), dove Lk in H, P in Hz.

Filtro a sei cristalli, fig.7.

C1 \u003d 39 pF e C2 \u003d 20 pF.

C1.2 = 35383 / (Fs0 + P / 2) x Lk x P, pF

C1 \u003d 0,439 x C1,2;

C2.3=1.213 x C1.2.

C3.4=1.344 x C1.2;

C \u003d 3.907 x C1.2

Rf \u003d 7.715xLk x P.

Filtro a otto cristalli, Figura 8.

C1.2 \u003d 36007 / (Fs0 + P / 2) x Lk x P, pF,

C1 = 0,578 x C1,2;

C2.3 = 1.227 x C1.2;

C3.4 = 1.357 x C1.2;

C4.5 = 1.297 x C1.2

C2 = 0,832 x 01,2;

C3 = 1.471 x C1.2;

C4 = 0,525x C1,2,

Rf \u003d 8.862 x Lk x P

Come si evince dalle formule precedenti, per ottenere, ad esempio, un dado telegrafico con caratteristica Chebyshev, è sufficiente aumentare tutti i valori di capacità nel filtro SSB calcolato di un fattore pari a Pssb / Pcw / Rf diminuirà dello stesso importo. Questa tecnica può essere utilizzata nel caso in cui il P del filtro al quarzo prodotto da SSB risultasse inferiore a quello richiesto a causa del piccolo gap risonante del quarzo utilizzato. Per ottenere la larghezza di banda richiesta, riduciamo tutte le capacità del filtro del numero di volte appropriato. Ma se viene catturato quarzo di bassa qualità, questo metodo non sarà in grado di aiutare.

Calcolo dei filtri al quarzo telegrafici (CW) con caratteristica Butterworth.

(I simboli sono gli stessi della Figura 6-8).

Filtro al quarzo a quattro cristalli.

C1.2 = 30125 / (Fs0 + P / 2) x Lk x P, pF, (kHz, H)

C1 = 0,22 7x

C1.2; = C2.3 = 1.554 x C1.2;

Rf \u003d 9,62 x Lk x P. (H, Hz) Ohm

Filtro a sei cristalli.

С1,2 = 21670/(Fs0 + P/2) x Lk x P

C1 = 0,173 x C1,2;

C = 1,795 x C1,2;

C2.3 \u003d 1.932 x C1.2;

C3.4 = 2.258 x C1.2

Rf \u003d 17.429 x Lk x P.

Filtro a otto cristalli.

C1.2 = 16678 / (Fs0 + P / 2) x Lk x P.

C1 = 0,157 x C1,2;

C2.3 = 2.064 x C1.2;

C3.4 = 2.743 x C1.2;

C4.5 = 2.979 x C1 2

C2 = 0,583 x C1,2;

C3 = 0,359 x C1,2;

C4 = 0,625 x C1,2;

Rf \u003d 17.429 x Lk x P

Per operare in CW alla stessa frequenza di SSB, è necessario utilizzare lo stesso oscillatore a cristallo di riferimento, ma in modo che la ricezione in CW non sia troppo bassa, è necessario aumentare la larghezza di banda del filtro CW di 400 .... 700 Hz , allora il tono del segnale sarà ottimale e sarà 0,8 ..... 1,2 kHz. Non è sempre possibile selezionare un quarzo con Fs = 400 ... 700 Hz e realizzare un filtro CW separato è costoso. È preferibile utilizzare il metodo suggerito da EU1TT in .

Il condensatore C2 è collegato in serie con il risonatore al quarzo e Fs aumenta di 400..700 Hz. Il condensatore C1 restringe il gap risonante del risonatore equivalente risultante.Il valore di C2 è calcolato dalla formula:

C2 \u003d 0,0253302 / Lk x (2Fs0 x f + f 2 ), pF (2), dove Lk è in H, Fs0 e f è in Hz. Fs = 400...700 Hz. C2 = 50...200 pF e selezionabile sperimentalmente. C1, secondo la raccomandazione di UP2NV, è nell'intervallo 20..70 pF e un valore di capacità maggiore corrisponde a una larghezza di banda del filtro inferiore. I condensatori sono collegati da relè di piccole dimensioni (ad esempio RES-49). Quelli. gli stessi cristalli sono usati contemporaneamente nei filtri SSB e CW.

In un ricevitore opportunamente progettato tra la quantità di attenuazione al di fuori della banda passante Ao, la gamma dinamica per il blocco DD1, la gamma dinamica per l'intermodulazione di DRS, il guadagno per la frequenza intermedia RX Kus. IF (tutto in dB), ci sono dipendenze: Ao = DD1 e Do = DD3 + Kus.IF Per il ricetrasmettitore RA3AO, questo sarà Ao = 140 dB e Ao = 100 + 60 = 160 dB.

Scegli il più grande dei due valori. (L'autore ha utilizzato 8 quarzi nel filtro SSB. 6 nel filtro CW e 2 nel filtro di pulizia. Totale 8 + 6 + 2 = 16 quarzo). È meglio distribuirli come segue: FOS - 13 pezzi, il secondo FOS - 6 pezzi inclusi tra il primo e il secondo stadio dell'amplificatore IF e filtri SSB / CW nel filtro di pulizia. Ciò consentirà di realizzare l'elevata dinamica del percorso di ricezione del ricetrasmettitore e di migliorare drasticamente la reale selettività

La corretta fabbricazione dei filtri è di grande importanza. Il montaggio su PCB non è adatto a causa dell'effetto delle capacità di montaggio e della perdita di inserzione. Soprattutto, il montaggio a cerniera su cavi al quarzo Un design di successo è stato proposto da UY50N in Fig. 9.

Vista del filtro dal lato installazione (dal basso), dal lato dei cavi del risonatore al quarzo (in custodie metalliche). La posizione dei risuonatori è verticale. L'installazione è pulita, eseguita direttamente sulle loro conclusioni. Sono montati su una tavola in fibra di vetro finanziata su 2 lati. I fori nella pellicola sono svasati.

Tutti questi nodi devono essere realizzati in custodie schermate, collegando in un punto la custodia del mixer alla custodia del filtro al quarzo, e la custodia dell'amplificatore di frequenza intermedia alla custodia del filtro al quarzo, sempre in un punto, vicino all'uscita del filtro. Lo schermo deve essere di notevole spessore in modo che le correnti del mixer e dell'amplificatore di frequenza intermedia non si mescolino attraverso di esso. I relè per la modifica della larghezza di banda devono essere posizionati vicino al quarzo e alimentati da condensatori pass-through e circuiti LC di disaccoppiamento.

Il quarzo dovrebbe essere diviso in coppie con le F più vicine. Le coppie con una spaziatura minima devono essere poste nelle maglie estreme (ZQ1-ZQ8) del filtro, le coppie con una spaziatura massima devono essere poste nelle maglie centrali (ZQ4-ZQ5), in relazione ad un filtro a 8 cristalli. Quando si misurano i parametri del filtro fabbricato, è necessario collegare correttamente i dispositivi per non distorcere il PFC del filtro, Fig.10. Se possibile, i condensatori dovrebbero essere selezionati con una precisione di almeno l'1%, ma il loro utilizzo con una tolleranza del 5% peggiorerà leggermente i parametri del filtro ed è abbastanza accettabile.

È necessario utilizzare condensatori ceramici di piccole dimensioni con un TKE minimo.È anche possibile utilizzare condensatori KT-1 obsoleti da varie apparecchiature che sono diventate inutilizzabili. Sono inoltre convenienti in quanto consentono di regolare il contenitore raschiando con cura dall'esterno una parte del rivestimento con un bisturi in direzione di diminuzione del contenitore. Il luogo remoto per l'isolamento è ricoperto da un sottile strato di colla BF-2. Si possono staccare pezzi da altri tipi di condensatori, ricordandosi di controllare il "condensatore montato" per un cortocircuito tra le piastre.

Dopo l'installazione nell'apparecchiatura, i filtri al quarzo devono essere accoppiati (caricati ai valori di resistenza richiesti), altrimenti la risposta in frequenza (risposta in frequenza o forma della banda passante) sarà lontana da quella calcolata (prevista). Il valore delle capacità di ingresso del filtro (C2,3) deve essere ridotto del valore della capacità di montaggio, può aumentare notevolmente sia l'irregolarità della risposta in frequenza nella banda passante del filtro che l'attenuazione nella banda passante del filtro. Un filtro correttamente fabbricato e installato non ha bisogno di un triplo.

Se non è stato possibile selezionare il numero richiesto di quarzi con una spaziatura ammissibile Fs, le frequenze possono essere regolate, ma non meccanicamente, ma elettricamente, Fig. 10, proposta anche da EU1TT. Puoi anche usare la formula (2) convertita nel modulo:

С2 = 0,0253302/Lê x (Fs max - Fs I) (3)

Con un oscilloscopio è possibile creare un sistema equivalente a un misuratore di risposta in frequenza. Per fare ciò, è necessario applicare un segnale dal generatore all'ingresso del ricetrasmettitore o ricevitore attraverso l'attenuatore, Fig. 4, e sul circuito di controllo del varicap di detuning tramite resistenza variabile 150 kOhm applicano una tensione a dente di sega dall'oscilloscopio, la cui uscita viene portata al connettore. Questo metodo è conveniente in quanto osserviamo la risposta in frequenza del filtro nel punto in cui dovrebbe essere. Se l'oscilloscopio è a bassa frequenza, può essere collegato all'uscita del rivelatore. Con questo metodo di osservazione della risposta in frequenza nel filtro, è possibile utilizzare il quarzo con un'ampia diffusione di frequenza, scambiandoli, ottenendo la risposta in frequenza richiesta. Ma questo è meno affidabile, più laborioso e non consente di realizzare un set di filtri al quarzo con risposte in frequenza identiche.

Secondo il metodo proposto, sono stati realizzati due set di filtri al quarzo 6 + 6 + 4 per frequenze di 8,002 MHz e 5,503 MHz. La spaziatura della larghezza di banda era più / meno 50 Hz. quelli. dovrebbe essere calcolato con una larghezza di banda più ampia di 100 Hz - non 2500, ma 2600 Hz. Le caratteristiche coincidevano bene con quelle calcolate e i filtri non richiedevano una messa a punto aggiuntiva, ma venivano solo abbinati direttamente nel circuito. Questo articolo riassume i risultati del lavoro di molti autori e la loro pluriennale esperienza [b], .

Un Kuzmenko (RV4LK)

1, Radio, 1975 n. 3, L. Labutin "Risonatori al quarzo".

2. Infotech, A. Karakaptan, UY50N "Metodo di fabbricazione di filtri al quarzo".

3. Radio, 1982-1983 articoli di V. Žalnerauskas, ex UP2NV.

4. Radioamatore, 1991 n. 11. I. Goncharenko, EU1TT, "Combinazione di larghezze di banda SSB/CW in un filtro a cristalli a larghezza di banda variabile".

5. Radio, 1992 n. 1, I. Goncharenko, EU1TT, "Filtri ladder su risonatori disuguali".

6. Radiodesign, 1996, n. 3, A. Kuzmenko, RV4LK, ex UA4FON, "Determinazione dei parametri dei risonatori al quarzo per il calcolo e la fabbricazione di filtri al quarzo".

7. Radioamatore, 1993, n. 6, A. Kuzmenko, RV4LK, ex UA4FON, "Determinazione dei parametri dei risonatori al quarzo per il calcolo dei filtri ladder"

(MS Word, CAP)- 1,7 MB. 10 minuti a 28,8 kB/s

Uno dei compiti principali nella creazione di apparecchiature per comunicazioni radio amatoriali HF e VHF è la selezione, che viene risolta utilizzando vari tipi di filtri. L'ottenimento di parametri di filtro elevati richiede l'uso di elementi di alta qualità. Tali elementi sono dischi magnetostrittivi nei filtri elettromeccanici e risonatori al quarzo nei filtri piezoelettrici. Nella pratica radioamatoriale, sono ampiamente utilizzati filtri ladder al quarzo quasi polinomiali sugli stessi risonatori.

Tutti i filtri passa-banda sono costruiti sulla base di trasformazioni di filtri passa-basso prototipo. I filtri polinomiali contengono circuiti in serie e in parallelo. Tali filtri hanno caratteristiche geometricamente simmetriche rispetto alla media frequenza. Ma durante la progettazione, in alcuni casi (banda stretta, alte frequenze, ecc.) Non sono molto convenienti in termini di progettazione, produzione e messa a punto a causa di una differenza significativa nei valori degli elementi dei circuiti seriali e paralleli. Per filtri a banda sufficientemente stretta, il rapporto tra induttanze e capacità nei bracci in parallelo e in serie è così grande che le dimensioni degli elementi diventano inaccettabili. Pertanto, i filtri passa-banda sono spesso implementati come circuiti costituiti solo da circuiti in serie o in parallelo interconnessi da accoppiamenti induttivi o capacitivi. Un ottimo esempio filtri a selezione concentrata - FSS su circuiti accoppiati e filtri al quarzo ladder possono servire. Le caratteristiche di attenuazione di un filtro passa-banda su circuiti accoppiati con una larghezza di banda relativa non superiore al 10-20% della frequenza media del filtro possono essere molto vicine alle caratteristiche di attenuazione di un filtro passa-banda polinomiale con lo stesso numero di circuiti oscillatori. Il calcolo di tali filtri può essere effettuato utilizzando tabelle di prototipi polinomiali a bassa frequenza. Pertanto, questi filtri sono chiamati quasi-polinomiali.

I problemi di progettazione e produzione di filtri SSB e CW quasi polinomiali al quarzo in condizioni amatoriali sono rimasti rilevanti per un quarto di secolo. Da allora, molti articoli su questo argomento sono stati pubblicati sulla stampa. J. Hardcastle (G3JIR) è considerato il pioniere, lo specialista riconosciuto e il divulgatore di filtri al quarzo ladder tra i radioamatori. È stato uno dei primi a prestare una degna attenzione ea dedicare molto lavoro e talento allo sviluppo di un metodo per calcolare i filtri di cui sopra. Il suo articolo è diventato un bestseller.

Il calcolo e la modellazione di filtri al quarzo di alta qualità con determinati parametri è un compito difficile che deve essere eseguito un largo numero calcoli matematici. L'uso del computer può aiutare a risolvere questo problema. Il primo appassionato di questa tendenza nella pratica radioamatoriale è stato U. Rohde (DJ2LR). La sua conoscenza ed esperienza nel calcolo dei filtri bridge si riflette nel programma per una famiglia di piccoli computer ed è descritta in dettaglio in.

Ma non solo l'estero ha prestato attenzione ai filtri al quarzo. V. Zalnerauskas ha pubblicato una serie di articoli sulle pagine della rivista Radio, in cui ha evidenziato nuove pagine sconosciute ai suoi predecessori nella teoria e nella pratica della produzione di filtri al quarzo. Degna attenzione è stata prestata a questo argomento da S. G. Bunin e L. P. Yaylenko. Il "Manuale del radioamatore a onde corte" del duetto ucraino, "ampiamente conosciuto in circoli ristretti", è stato stampato in migliaia di copie.

Dalla pubblicazione dei suddetti lavori, il progresso, e con esso le tecnologie informatiche e informatiche, sono penetrati profondamente in tutti i settori dell'attività umana. Non hanno nemmeno aggirato il movimento dei radioamatori. I computer vengono sempre più utilizzati nelle comunicazioni e nell'ingegneria radioamatoriali. Molti radioamatori iniziarono a utilizzare i computer per risolvere i problemi relativi al calcolo e alla progettazione dei filtri al quarzo.

L'uso di programmi per computer consente di eseguire in modo rapido ed efficiente una grande quantità di calcoli matematici, analizzare i risultati e scegliere l'opzione più appropriata. Su Internet, sui siti dedicati alle comunicazioni radioamatoriali, puoi trovare fino a una dozzina di programmi diversi per il calcolo dei filtri al quarzo ladder. Ma sostanzialmente questi programmi calcolano solo i valori dei condensatori di accoppiamento e le impedenze di ingresso dei filtri progettati. Inoltre, i programmi citati presentano un errore piuttosto grande nei risultati di calcolo, arrivando in alcuni casi fino al 50%. Questo errore è dovuto alla presenza nel circuito equivalente del risonatore al quarzo Cs e Rd (Fig. 1), che non partecipano ai calcoli quando si utilizzano i programmi citati.

Quando si calcola circuiti elettrici il risonatore al quarzo, secondo pagina 39, può essere sostituito da un circuito equivalente equivalente (Fig. 1) con gli opportuni parametri.

Riso. uno. Circuito equivalente di un risonatore al quarzo.

Questi parametri sono interconnessi dalla seguente relazione:

Nella pratica radioamatoriale si sono diffusi principalmente filtri con caratteristiche di due tipi - Butterworth e Chebyshev. Il filtro Butterworth è caratterizzato da una variazione monotona dell'attenuazione nella banda passante e nella banda di arresto. L'attenuazione della banda di arresto varia di circa 6 dB per ottava per ciascun elemento del circuito. Ad esempio, un filtro a cinque elementi avrà un'attenuazione di 30 dB al doppio della frequenza di taglio e un'attenuazione di 60 dB al quadruplo della frequenza di taglio. La frequenza di taglio normalizzata per il filtro Butterworth è la frequenza alla quale l'attenuazione è di 3 dB. Tali filtri sono caratterizzati da un minor “squillo” e vengono utilizzati principalmente per la ricezione CW e quando si lavora con modalità digitali (RTTY, AMTOR, PACTOR, PACKET RADIO, ecc.).

La risposta in frequenza dei filtri Chebyshev è oscillatoria nella banda passante e monotona nella banda ferma. L'irregolarità di attenuazione dA nella banda passante è univocamente correlata al massimo coefficiente di riflessione - Ktr e al rapporto di onde stazionarie - SWR. Questa relazione è mostrata nella tabella 1. Il principale vantaggio di questi filtri rispetto ai filtri con caratteristiche Butterworth è un fattore di squadratura inferiore con lo stesso numero di circuiti oscillatori.

Tab. uno

In Fig. 2 e nella tabella. 2, e da Rd in fig. 3 e nella tabella. 3. A titolo di esempio, vengono fornite le caratteristiche di ampiezza-frequenza dei filtri Chebyshev a otto cristalli T08-10-3100 con un coefficiente di riflessione Ktr = 10%.

Riso. 2. La dipendenza della risposta in frequenza da Cs

Tavolo 2.

Riso. 3. La dipendenza della risposta in frequenza da Rd

Tabella 3

L'analisi dei dati ottenuti mostra che Cs e Rd hanno un effetto significativo sulla larghezza di banda, sull'attenuazione introdotta dal filtro e sul fattore di quadratura. Da qui la conclusione che per un filtro di alta qualità dovrebbero essere selezionati risonatori al quarzo con valori minimi di Cs e Rd.

Gli autori del programma "Calcolo dei filtri al quarzo" hanno cercato di eliminare le carenze di cui sopra. Nel maggio 2001, una delle prime versioni del programma è stata pubblicata sui siti Web di Krasnodar ( http://www.cqham.ru/ua1oj_d.htm) e sito(). Questo programma consente di calcolare i parametri di tre, quattro, sei e otto filtri di cristallo con le caratteristiche di Butterworth e Chebyshev secondo il metodo descritto in e , e di costruire le caratteristiche di ampiezza-frequenza dei filtri progettati. Nei calcoli sono stati utilizzati i coefficienti delle tabelle. Positivo caratteristica distintiva di questo programma è l'implementazione dell'algoritmo originale per il calcolo e la costruzione della caratteristica ampiezza-frequenza di filtri ladder al quarzo quasi polinomiali utilizzando un circuito equivalente completo di un risonatore al quarzo. L'algoritmo si basa sull'analisi dei quadripoli lineari, descritti in dettaglio in.

Una vista di una delle ultime versioni (V-6.1.8.0.) del programma è mostrata in fig. 4. Il modulo creato dal programma può essere suddiviso condizionatamente in cinque zone funzionali. Più l'area del modulo è occupata da grafici di risposta in frequenza. Sopra di loro ci sono pannelli con diagrammi schematici di filtri e risultati di calcolo. A destra della risposta in frequenza ci sono i pannelli dei dati iniziali del risonatore e del filtro. Nella parte inferiore del modulo è presente una barra di stato che riflette il numero di serie della risposta in frequenza e il nome breve del filtro calcolato, la data e l'ora dei calcoli e alcuni suggerimenti su come lavorare con il programma.

Riso. quattro. Screenshot del programma.

Le abbreviazioni utilizzate nel programma dovrebbero essere spiegate:

Ammina– attenuazione minima di inserzione;
Carestia)– frequenza di attenuazione minima;
A(Fo)– attenuazione alla frequenza di risonanza in serie;
dF(-N dB)– larghezza di banda per livello – N dB;
ckè la capacità di correzione quando si calcolano i filtri con uno spostamento di banda.

Oltre alle funzioni delle versioni precedenti, nel programma ne sono state introdotte alcune nuove:

1. Salvataggio e apertura di un file con dati di risonatore e filtro (Fig. 5.);

Riso. 5.

2. Costruzione con l'imposizione di un massimo di cinque risposte in frequenza di vari filtri (Fig. 6.);

Riso. 6.

3. Il programma ha introdotto il calcolo e la costruzione della risposta in frequenza di filtri a banda stretta a 4, 6 e 8 cristalli con uno spostamento verso l'alto della frequenza media della banda passante. L'idea dello spostamento della larghezza di banda è presa in prestito da . Sta nel fatto che la frequenza della risonanza in serie di ciascun risonatore al quarzo viene aumentata con l'aiuto di un condensatore di correzione di piccola capacità collegato in serie con esso (Fig. 7).

Riso. 7.

4. Il programma consente di calcolare filtri con caratteristiche Butterworth e Chebyshev con CFR dal 10 al 25% (Fig. 8).

Riso. otto.

5. La costruzione della risposta in frequenza è realizzata con una precisione di 1 Hz in frequenza. La larghezza di banda massima della risposta in frequenza è +/-30 kHz. Se questo valore viene superato, il programma visualizza un messaggio di errore (Fig. 9).

Riso. 9.

6. Il programma ha la capacità di visualizzare qualsiasi sezione della risposta in frequenza utilizzando il ridimensionamento (Fig. 10). A tale scopo, premendo il tasto sinistro del mouse, si seleziona diagonalmente un frammento rettangolare del grafico dall'angolo in alto a destra a quello in basso a sinistra. Questo può essere fatto più volte, ottenendo la scala richiesta dell'immagine della risposta in frequenza. Il ritorno alla vista originale avviene spostando indietro il mouse, dall'angolo inferiore destro all'angolo superiore sinistro.

Riso. dieci.

Minimo requisiti di sistema per il funzionamento del programma: Pentium MMX-166MHz, SVGA 800x600x16bit, RAM-16MB, Windows 9x/ME/XP/NT/2000.

La verifica in pratica del lavoro di questo programma mostra l'elevata precisione dei risultati del calcolo. L'errore dipende in gran parte dalla qualità delle misurazioni dei parametri dei risonatori al quarzo e non può superare il 2-5%. A titolo di esempio, vengono forniti i risultati del calcolo di tre filtri al quarzo per un ricetrasmettitore a onde corte simile a.

Nella produzione di questi filtri sono stati utilizzati risonatori al quarzo UTECH di piccole dimensioni con una frequenza di 8867,238 kHz. La scelta è caduta su questi risonatori per l'elevata precisione di fabbricazione. Serie di frequenze di risonanza diffuse in un lotto di 30 pz. non superava +/- 150 Hz e le deviazioni dei valori di Ld e Cs rientravano nella tolleranza dello 0,1%. La misurazione della frequenza di risonanza in serie per questi risonatori ha dato il risultato:

Fo=8861,736 kHz

Con l'aiuto del programma, sono state calcolate diverse opzioni di filtro e quelle più accettabili sono mostrate in Fig. undici.

Riso. undici. Diagrammi schematici e opzioni di filtro di base.

ZQ1 - T08-10-2800, filtro 8° ordine, con caratteristiche Chebyshev, ondulazione banda passante dA =0,044 dB, riflettanza 10%, larghezza di banda calcolata 2800 Hz, utilizzato come filtro di selezione principale in modalità SSB.

ZQ2 - В06С-760, filtro del 6° ordine con caratteristiche Butterworth, con capacità di correzione, larghezza di banda nominale 760 Hz, utilizzato come filtro di selezione principale in modalità CW. Lo spostamento verso l'alto della frequenza centrale della banda passante dalla frequenza di riferimento è 1000 Hz.

ZQ3 - T04-10-2400, filtro 4° ordine, con caratteristiche Chebyshev, ondulazione banda passante dA =0,044 dB, riflettanza 10%, larghezza di banda calcolata 2400 Hz, utilizzato come filtro in modalità SSB.

Per la produzione di questi filtri al quarzo sono stati necessari 18 risonatori pre-testati e selezionati. Il test e il rifiuto dei risonatori è stato effettuato utilizzando un auto-oscillatore "capacitivo a tre punti" e un frequenzimetro (ad esempio, Ch3-57 o simili). Una delle tante varianti del generatore è mostrata in Fig. 12.

Riso. 12. Schema dell'oscillatore.

La particolarità di questo circuito è l'assenza di un induttore. Le sue funzioni in questo circuito sono svolte da un risuonatore al quarzo. Il generatore viene eccitato vicino alla frequenza di risonanza parallela del quarzo, nella zona in cui la sua reattanza è induttiva positiva. Il requisito principale per i risonatori in questa fase sono i valori di frequenza vicini, la cui deviazione non deve superare un quarto della larghezza di banda del filtro. In caso contrario, sarà abbastanza difficile ottenere le caratteristiche specificate.

Quando si selezionano i risonatori al quarzo, un parametro obbligatorio è Cs- capacità del risonatore statico, che può essere determinata utilizzando MT-4080A, MIC-4070D o simili In assenza di tali dispositivi, è possibile utilizzare un semplice generatore, un circuito a ponte e un indicatore di equilibrio (Fig. 13). Questo dispositivo consente di misurare i valori Cs e Rd.

Riso. 13. Strumento per misurare Cs e Rd.

L'ultimo passaggio consiste nel determinare l'induttanza dinamica Ld risonatore al quarzo. In letteratura sono descritti diversi metodi per determinare questo parametro. Il più accurato e semplice di questi è la modellazione di un filtro Butterworth al quarzo a quattro cristalli e, in base alle sue caratteristiche, il calcolo Ld. Per fare ciò, utilizzando il programma sopra citato, si calcola un filtro, lo si modella e si aggiusta su un mock-up o in un progetto reale. Nei calcoli, il valore iniziale Ld per frequenze dell'ordine di 8-9 MHz si possono prendere 15-20 mH. Durante la sintonizzazione, la risposta in frequenza dovrebbe essere raggiunta nella sua forma il più vicino possibile a quella calcolata. Il filtro sintonizzato ha una larghezza di banda di -3dB. I dati iniziali e quelli ottenuti a seguito della simulazione consentono di determinare il vero valore dell'induttanza dinamica del risonatore al quarzo Ld. Modificando i valori iniziali nel programma Ld e dF, ottenere nei risultati dei calcoli i valori dei condensatori di accoppiamento e la larghezza di banda vicini ai valori del filtro sintonizzato. Se questi dati corrispondono Ld prende il vero valore.

ESEMPIO:

Da un lotto di risonatori al quarzo, selezioniamo 4 pz. con i parametri più vicini:

Fo=8861,736 kHz; Cs\u003d 6,3 pF; Rd\u003d 5,7 ohm.

Utilizzando il programma, calcoliamo il filtro Butterworth a quattro cristalli. Con valori iniziali dati:

Ld=15 mH; dF=2265 Hz;

ottenuto le capacità di connessione nel filtro:

C2=C4=100 pF; C3 \u003d 155,5 pF.

Sul layout secondo lo schema di Fig. 16 o nel vero percorso di ricezione del ricetrasmettitore, utilizzando il GKCH, regoliamo il filtro e misuriamo la larghezza di banda al livello di -3 dB. Avuto:

dF=3363 Hz.

Nel programma, modificando solo i valori iniziali Ld e dF, otteniamo nel calcolo i risultati:

C2=C4=100 pF; C3=155,5 pF; dF=3363 Hz.

Tutti i parametri abbinati per:

Ld=10,1 mH.

Questo valore dell'induttanza dinamica del risonatore al quarzo dovrebbe essere considerato vero e utilizzato in ulteriori calcoli del filtro.

Nella fabbricazione del filtro, è possibile utilizzare la tecnologia quando i risonatori al quarzo vengono saldati su una scheda in fibra di vetro a doppia faccia con i conduttori rivolti verso l'alto e tutti i condensatori del filtro sono montati tra questi conduttori e la superficie di terra della scheda (Fig. 14a).

Riso. quattordici. Design del filtro al quarzo.

La saldatura dei risuonatori viene effettuata in due punti angolari sulla superficie pre-stagnata della scheda con un saldatore ben riscaldato con una potenza di 60-80 W. Il tempo di saldatura non deve superare i 2-3 secondi. In caso contrario, c'è il rischio di danneggiare il risonatore. Le dimensioni della scheda per 8 e 6 filtri di cristallo sono 47,5x25 mm (Fig. 14b) e per 4 filtri di cristallo - 25x25 mm. Al termine della regolazione i filtri vengono chiusi con coperchi in lamiera stagnata e saldati perimetralmente per la tenuta. Un esempio di utilizzo di un filtro a 8 cristalli può essere visto in .

L'ottimizzazione del filtro si riduce per ottenere caratteristiche di ampiezza-frequenza vicine a quelle calcolate utilizzando il programma. Nel processo di regolazione del filtro, è stato utilizzato un generatore di frequenza sweep autocostruito con uno sweep lento, di circa 8-12 Hz, basato su un oscilloscopio S1-76. Sulla fig. 16 mostra uno schema, un circuito stampato e la posizione dei dettagli di questo GKCh.

b)	c)

Riso. quindici. Generatore di frequenza di sweep.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla corrispondenza del filtro con gli stadi IF. Durante gli esperimenti con vari schemi inclusione di filtri, è stato scelto il più ottimale in termini di ottenimento di una data risposta in frequenza e attenuazione minima. Tale schema è mostrato in Fig. 16.

Riso. 16. Abbinamento del filtro al quarzo e UPCH.

Un filtro al quarzo è installato tra due circuiti ed è parzialmente collegato a ciascun circuito tramite un divisore capacitivo. In questo caso, le capacità estreme del filtro fanno parte del divisore capacitivo. Questi circuiti ti permettono di trasformare resistenza attiva e compensare la componente reattiva capacitiva dell'impedenza di ingresso del filtro. In un tale schema di adattamento, viene fornita una modalità con una perdita di segnale minima, che a sua volta porta a un rumore minimo nei circuiti di selezione del percorso di ricezione. Si consiglia di impostare lo stadio di guadagno collegato prima del filtro su una modalità CC stabile. Una variazione della corrente del transistor è accompagnata da una variazione della resistenza di uscita della cascata. Ciò porta a una mancata corrispondenza tra lo stadio di guadagno e il filtro. Sulla fig. 17 mostra la risposta in frequenza sull'esempio del filtro T08-10-3100 con una diversa modalità di corrispondenza con uno scostamento del valore Rn entro +/-20% di Rotto.

risposta in frequenza1 - Rn=Ropt; risposta in frequenza2 - Rn ; risposta in frequenza3 - Rн>Ropt.

Riso. 17. La dipendenza della risposta in frequenza dall'adattamento dei carichi.

Lo stadio di guadagno del transistor ad effetto di campo che segue il filtro ha una grande resistenza, circa una dozzina di kilo-ohm, che cambia leggermente al variare del guadagno. Pertanto, si consiglia di installare cascate regolabili dopo il filtro. Per ridurre la figura di rumore di questo stadio, il primo gate dovrebbe essere incluso direttamente nel circuito. La presenza di una capacità di separazione e di un divisore ad alta resistenza che imposta la modalità transistor sul primo gate aumenta la tensione di rumore dell'amplificatore a frequenza intermedia. Negli amplificatori basati su transistor ad effetto di campo della serie KP306, KP350, per garantire il funzionamento ottimale della cascata nel circuito sorgente, è necessaria una polarizzazione negativa stabilizzata dell'ordine di –3 ... -5 V. ecc. .

Sulla fig. 18, 19 e 20 mostrano le reali caratteristiche ampiezza-frequenza dei filtri calcolati, costruiti e sintonizzati. I risultati delle impostazioni dei filtri hanno coinciso con i risultati dei calcoli di questi filtri con elevata precisione. Ciò dimostra ancora una volta che non solo le aziende serie con fama mondiale possono creare filtri al quarzo di alta qualità con parametri specifici. Con alcune abilità nel lavorare con un saldatore e strumenti di misura un radioamatore di media qualificazione può soddisfare le sue esigenze in uno dei nodi più significativi della sua attrezzatura: un filtro al quarzo. Inoltre, gli costerà almeno parecchie volte in meno rispetto all'acquisto in una rete di vendita al dettaglio.

Riso. diciotto. Risposta in frequenza del filtro T04-10-2400.

Riso. 19. Risposta in frequenza del filtro T08-10-2800.

Riso. venti. Risposta in frequenza del filtro V06S-760.

Chiunque voglia conoscere il programma "Calcolo dei filtri al quarzo" può scaricare la sua ultima versione demo dagli indirizzi sopra indicati. Per ottenere la versione gratuita completa del programma, è necessario utilizzare l'utilità di registrazione, che si trova lì, compilare il modulo e inviarlo via e-mail: ua1oj (at) atnet.ru. Il programma è protetto dalla copia e dalla distribuzione non autorizzate, è compilato individualmente per ogni utente registrato e funziona solo sul computer su cui è avvenuta la registrazione.

In un piccolo articolo di giornale, è difficile rispondere in dettaglio a tutte le domande sollevate. Ognuno di loro è degno di presentazione, almeno in un grande tomo. Ma se i lettori credono che alcuni dei problemi non vengano divulgati o non siano dichiarati accuratamente, l'autore invita tutti i radioamatori premurosi al dialogo. Il modo più efficiente per scambiare opinioni è tramite e-mail. Il lavoro per migliorare il programma non si ferma e tutti i commenti e suggerimenti ricevuti non saranno lasciati senza attenzione.

In conclusione, l'autore esprime la sua profonda gratitudine e apprezzamento Dmitrij Kurnosov(Severodvinsk) per la cooperazione nella creazione del programma. Vorrei anche esprimere la mia gratitudine a Vladimir Polyansky ( u102835 (at) dialup.podolsk.ru) e Igor Afanasiev ( UN9GW (at) mail.ru) per i consigli e le critiche costruttive formulate durante la discussione dei materiali nella preparazione delle ultime versioni del programma.

Bibliografia

1. Hardcastle JA (G3JIR)"Design del filtro in cristallo ladder"; "Comunicazione radio", febbraio 1979.
2. Dott. Ulrich L. Rohde (DJ2LR)"Progettazione di filtri di cristallo con piccoli computer"; "QST" maggio 1981.
3. Zalnerauskas V. (UP2NV)"Filtri al quarzo su risonatori identici"; "Radio" n. 1.2.6-1982, n. 5.7-1983.
4. Matkhanov P.N.“Fondamenti di analisi dei circuiti elettrici. Circuiti lineari»; Mosca," scuola di Specializzazione", 1972.
5. Glukman LI"Risonatori piezoelettrici al quarzo"; Mosca, Radio e comunicazioni, 1981.
6. Bunin SG (UB5UN), Yaylenko LP (UT5AA)"Manuale di un radioamatore-onde corte"; Kiev, "Tecnica", 1984.
7. Hansel G. E."Manuale per il calcolo dei filtri"; Mosca, Radio sovietica, 1974.
8. Goncharenko I. (RC2AV)"Combinazione di bande passanti SSB/CW in un filtro al quarzo con una banda passante variabile"; "Radioamatore" n. 11-1991.
9. Drozdov V.V. (RA3AO)"Ricetrasmettitori HF amatoriali"; Mosca, Radio e comunicazioni, 1988.
10. Belykh AV (UA1OJ)"Miscelatore di equilibrio"; "Radioamatore" n. 2-2001.

Spesso negli articoli ti imbatti nella frase: "Un filtro al quarzo è più facile da configurare utilizzando i tracciatori di curve (ad esempio X1-38, X-1-48, SK-4-59, ecc.). Naturalmente, se sono, quindi l'impostazione del filtro è semplice. Ma questo se hai il dispositivo appropriato e persino le istruzioni per esso.In caso contrario, la parola "semplice" si trasformerà rapidamente nel suo opposto "difficile".Pertanto, questo articolo si concentra sulla configurazione un filtro al quarzo utilizzando i dispositivi più semplici.

Alcuni articoli omettono informazioni sul tipo di filtro personalizzato (ladder, bridge, monolitico), descrivendo regole generali impostazioni. Tuttavia, sono giunto alla conclusione che ognuno di loro ha, insieme a quelli comuni, anche le sue caratteristiche.

Iniziamo impostando il filtro di tipo ladder (Fig. 1).

L'esperienza dimostra che:

Il filtro è ottenuto da i migliori parametri, se tutti i quarzi hanno frequenze di risonanza seriale il più vicino possibile (±10 Hz). Tuttavia, non ti arrabbiare se questa condizione non è praticabile, perché un buon filtro si ottiene anche con una spaziatura di frequenza fino a 1 kHz;

È meglio selezionare i quarzi includendoli nell'oscillatore di riferimento del dispositivo in cui si suppone che questo filtro venga utilizzato e utilizzare la loro frequenza più bassa direttamente nell'oscillatore di riferimento. In questo caso, gli elementi di sintonia del generatore non devono essere toccati;

Il filtro va configurato direttamente nel dispositivo "nativo";

Se i quarzi hanno frequenze diverse, devono essere disposti nella seguente sequenza: impostare prima la frequenza più alta in ingresso e tutte le successive - a turno da sinistra a destra, in ordine, con frequenza decrescente;

I contenitori dovrebbero essere di piccole dimensioni, con un minimo coefficiente di temperatura capacità (TKE) con una precisione non inferiore a ± 1,5%. Ma non disperare se non ce ne sono, perché nel processo di installazione devi comunque raccoglierli. Nella maggior parte dei casi, durante il processo di ottimizzazione, fino al 90% dei contenitori viene sostituito con altri tagli (seppur vicini);

È meglio usare il filtro al quarzo (preso, ad esempio, dai filtri di fabbrica smontati).

Quindi, da quattro filtri per una frequenza di 10,7 MHz (tipo FP2P-325-10700M-15), puoi assemblare quattro filtri ladder a otto cristalli (questi filtri hanno quattro coppie di quarzo con le stesse frequenze) con diversi, ma vicini a Frequenze 10,7 MHz. Di solito, diversi radioamatori lo fanno (di solito 4 persone) con un filtro ciascuno. Il più esperto seleziona quattro serie di quarzo della stessa frequenza, quindi quarzo con un minimo. tiene per sé lo scatter e restituisce il resto ai suoi amici (o viceversa?!). Con un po' meno successo, è possibile utilizzare anche il generatore di quarzo.

A casa, un filtro al quarzo può essere regolato in tre modi.

Nel primo caso, dovresti utilizzare (ad eccezione del dispositivo sintonizzato) come dispositivo ausiliario un altro ricetrasmettitore con scala digitale, nel secondo caso - GSS (generatore di segnali standard) e un frequenzimetro (con una frequenza limite superiore almeno al frequenza più bassa del dispositivo sintonizzato, ad esempio 1,9 MHz). Il frequenzimetro misura o la frequenza del GSS o la frequenza del GPA dell'apparato in studio.

Nel terzo caso, per una delle frequenze operative viene utilizzato un oscillatore locale al quarzo (o GSS o altro ricetrasmettitore senza bilancia digitale), ed è obbligatorio avere una bilancia digitale nel dispositivo da regolare.

In tutti e tre i casi, un segnale RF del campo operativo viene inviato all'ingresso del dispositivo sintonizzato. Nei primi due casi, la frequenza fornita viene variata lentamente nella banda di trasparenza del filtro al quarzo, mentre si prendono le letture dell'S-meter in unità relative, e ogni 200 Hz vengono scritte in tabella. Quindi, secondo la tabella, vengono costruiti i grafici (risposta in frequenza). Le letture dell'S-meter vengono tracciate verticalmente e la frequenza viene tracciata orizzontalmente. Collegando i punti segnati sul grafico con una linea di interpolazione (media) si ottiene la risposta in frequenza - la caratteristica ampiezza-frequenza del filtro appena realizzato.

Nel terzo caso, tutto viene fatto allo stesso modo, solo il dispositivo sintonizzato stesso è sintonizzato sulla frequenza, rilevando le letture direttamente dalla sua scala digitale e dall'S-meter contemporaneamente.

In questo caso, il filtro "nuovo prodotto", di norma, ha:

Una corsia diversa da quella richiesta;

Irregolarità nella parte superiore della risposta in frequenza;

Lieve (e talvolta con emissioni) pendenza inferiore della risposta in frequenza.

In futuro, il filtro viene regolato nelle tre direzioni precedenti in ordine di priorità.

Nella prima fase della sintonizzazione (sintonizzazione grossolana), dovresti ottenere una larghezza di banda del filtro fino a 2,4 kHz sostituendo alternativamente le capacità, partendo dall'ingresso del filtro, e quindi prendendo la risposta in frequenza. Nel fare ciò, tieni presente quanto segue:

Se vengono installate capacità aggiuntive parallelamente al quarzo (soprattutto quelle estreme) e il loro valore viene aumentato (fino a un certo limite), la larghezza di banda del filtro diminuirà. Un effetto simile si osserverà con un aumento delle capacità dei condensatori che vanno al case. Con una diminuzione dei valori di queste capacità, si osserverà l'effetto opposto. Questa proprietà utilizzato per restringere la banda passante di un filtro a cristalli in modalità CW. Pertanto, la larghezza di banda può essere ridotta a 0,8 kHz. Con l'ulteriore restringimento della banda, l'attenuazione del filtro nella banda di trasparenza aumenta notevolmente (per ottenere una bassa attenuazione nel filtro CW, si dovrebbero utilizzare risonatori con un fattore Q almeno un ordine di grandezza maggiore del fattore Q del filtro );

L'entità di "gobbe" e cali nella parte superiore della risposta in frequenza (linearità della caratteristica) dipenderà non solo dal valore delle capacità selezionate, ma anche dal valore di resistenza dei resistori di carico installati all'ingresso e all'uscita del filtro. Al diminuire della loro resistenza migliora la linearità della caratteristica, ma aumenta l'attenuazione nella banda passante del filtro;

Se non è possibile ottenere una pendenza sufficiente della pendenza inferiore, installare in parallelo alle resistenze di carico quarzi simili a quelli utilizzati nel filtro e, tra tutti i quarzi disponibili, selezionare la frequenza più bassa o ridurne la frequenza di collegamento in serie induttanza. Selezionando il numero di giri di questa induttanza, è possibile modificare la pendenza della pendenza inferiore;

L'impostazione del filtro deve essere ripetuta più volte. Se nell'ultima fase della sintonia non è possibile ottenere una risposta in frequenza accettabile, è necessario provare a regolare la frequenza della risonanza in serie del singolo quarzo. Per fare ciò, viene installato un condensatore in serie con il quarzo e selezionando questo condensatore si ottiene la generazione alla frequenza del quarzo rimanente. Se questo non aiuta (e questo può essere con una piccola separazione tra le frequenze delle risonanze parallele e serie del quarzo), il quarzo dovrebbe essere sostituito. Il quarzo nel filtro deve essere posizionato in una catena, schermando accuratamente l'ingresso dall'uscita. La figura 2 mostra la risposta in frequenza del ricevitore KF "TURBO-TEST", presa a diversi valori delle capacità dei condensatori. -

Fig.2- Per maggiore chiarezza, i valori di frequenza sono stati rilevati senza osservare la banda laterale ricevuta e il valore IF effettivo. La Figura 3 mostra la risposta in frequenza dell'impostazione finale del filtro. -

Fig.3

Adesso pochi Consiglio pratico creazione di un filtro al quarzo a ponte. Tale filtro è mostrato nella Figura 4. Le bobine L1 e L2 contengono 2x10 spire di filo con un diametro di 0,31 mm, utilizzate come anime anelli di ferrite dal filtro FP2A-325-10,700 M-15. La larghezza di banda del filtro è di 2,6 kHz.

Se si dispone di un filtro passa basso (2...6 MHz), di solito risulta essere più stretto del necessario e se un filtro passa alto (8...10 MHz) è a banda troppo larga. Nel primo caso, è necessario espandere la banda collegandosi agli induttori al quarzo superiori o inferiori (Fig. 4), che dovrebbero essere selezionati sperimentalmente. Nel secondo caso, per ridurre la banda, è necessario collegare dei condensatori trimmer in parallelo ai risonatori (simile alle bobine). Il quarzo nel filtro deve essere selezionato con una precisione di 50 Hz (frequenza di risonanza in serie) e le frequenze di tutti i risonatori superiori devono essere le stesse e differire da quelle inferiori (anche uguali) di 2 ... 3 kHz.

Se sono disponibili solo quarzi della stessa frequenza, è possibile modificare la frequenza dei quarzi cancellando lo strato d'argento dal cristallo (aumentare la frequenza) o sfumando con una matita (diminuire). Ma la pratica mostra che la stabilità dei parametri di un tale filtro nel tempo lascia molto a desiderare.

Risultati più stabili si ottengono regolando la frequenza collegando un condensatore di sintonia in serie al quarzo. Dopo la messa a punto, è consigliabile sostituire il condensatore con una capacità costante dello stesso valore.

Con un'ampia larghezza di banda del filtro, può apparire un calo (attenuazione) nel mezzo della sua risposta in frequenza. Va detto che la sua profondità dipende in gran parte dalla resistenza dei resistori R1 e R2. Il loro valore può variare da centinaia di ohm (con una larghezza di banda di 3 kHz) a frequenze di 8 ... 10 MHz a diversi kilo-ohm a frequenze più basse e con una larghezza di banda del filtro inferiore. Nella fabbricazione di un filtro a ponte, è necessario prestare grande attenzione alla simmetria delle sue spalle, nonché agli avvolgimenti dei trasformatori in esso inclusi e, naturalmente, a un'attenta schermatura dell'ingresso dall'uscita. Per ulteriori informazioni sui filtri bridge, vedere.

Letteratura

1. Goncharenko I. Filtri ladder su risonatori disuguali. - Radio, 1992, n. 1, S. 18.
2. Bunin SG, Yaylenko L.P. Manuale di un radioamatore ad onde corte. - K.: Tecnica, 1984, S. 21 ... 25.

Leggere e scrivere utile

Consigliamo la lettura

Fondamenti di ingegneria elettrica

Plastico con tessuti locali Tecnica di plastico con tessuti locali

Montaggio

Frullati dimagranti: ricette frullate per la perdita di peso e la pulizia

Antenna

Antipsicotici (Antipsicotici)

Illuminazione

Perché Rod non aiuta tutti?

Elettricista in appartamento

Ameba la sua struttura. Cos'è un'ameba? Il posto dell'ameba nella fauna selvatica

materiale elettrico

Cucinare una casseruola di riso come all'asilo