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

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

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

Опыт показывает, что:

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

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

Настраивать фильтр следует непосредственно в составе "родного" аппарата;

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

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

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

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

В домашних условиях кварцевый фильтр можно настроить тремя способами.

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

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

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

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

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

Иную полосу, чем требуется;

Неравномерность в верхней части АЧХ;

Пологий (а иногда с выбросами) нижний скат АЧХ.

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

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

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

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

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

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

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

Рис.3

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

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

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

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

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

Литература

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

Читайте и пишите полезные

Простой и дешевый фильтр для SSB

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

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

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

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

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

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

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

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

Улучшение АЧХ "Ленинградского" кварцевого фильтра

С. Попов RA6CS

Накопилась интересная информация от радиолюбителей, которые изготовили основные платы “Портативного TRX” ну и конечно от “повторятелей” - немного необоснованных претензий - “почему оно не работает так, как работает FT-1000MP?”.

Ещё раз заостряю внимание читателя на том, что “за всё требуется платить” и трансивер, который задуман как подобие импортных “мыльниц”, тем более без тщательнейшей настройки и отладки - никогда не покажет даже тех параметров, о которых написано в разделе “Портативный TRX”. Ещё раз напоминаю - чем проще схемотехника - тем тщательнее потребуется “вытягивать” максимальные параметры буквально из каждого каскада. А если вы приобрели комплект кварцевых фильтров за 10$, неизвестного происхождения и с неизвестной АЧХ, впаяли пластмассовые транзисторы неизвестного производства и к тому же с теоретически прогнозируемыми параметрами (в основном со слов торговца на радиорынке у которого они и куплены), да ещё катушки-трансформаторы намотали на феррите 100-летней давности из “мусора” - что же можно ожидать от такого “монстра”? Предлагаю посмотреть на характеристики основной платы №3, которую мне прислал Олег(US5EI) из Днепропетровска. Он рискнул пойти по пути, на первый взгляд дешёвому и наиболее оптимальному, с его точки зрения, а получилось до наоборот - “раньше было плохо, а теперь всё хуже и хуже…”. Плату он делал сам и “немного” (по его мнению) изменил конфигурацию дорожек под те кварцевые фильтры, которые он приобрёл готовыми. Вариант 4+4 или 6+4 кристаллов в фильтрах он посчитал за не заслуживающий внимания - применил “стандартный” радиолюбительский вариант - 8+4. Остальные железки на плате применены из старых запасов (читай - хлама). Всё “это” было запаяно на самодельную плату, ну а в дальнейшем - получилось “как всегда”. Попытки оживить “монстра” окончились - “обращением к автору”…..

Самая главная задача при изготовлении приёмника - обеспечить чувствительность и селекцию сигнала. Без качественного кварцевого фильтра эту задачу в TRX с одним преобразованием решить нельзя.

Сколько раз уже было об этом писано-переписано в радиолюбительской литературе??? Но мне снова приходится возвращаться к этому вопросу. За более чем 20 лет практически постоянного КВ - конструирования и что немаловажно, стольких же лет работы в эфире (т.к. есть конструкторы, которых в эфире практически никто и никогда не слышал - что можно сказать о их “навыках и подходах” к реалиям любительского эфира???) сделал для себя вывод - нельзя экономить на фильтре основной селекции - если хотим построить достаточно качественное “Радиво”. ФОС должен иметь затухание в полосе задерживания не менее 70-80Db при минимальном затухании в полосе пропускания. Максимальные цифры задерживания нам необходимы на низкочастотных диапазонах. Как правило, уровни там сейчас 59+20-40 Db, т.е. при затухании фильтра в 80Db и при принимаемом сигнале +40Db можем предположить его “пролезание” на 2-3 балла по шкале S-метра. Такие уровни уже не смогут повлиять на работу каскадов следующих за XTAL ZQ. А вот если появится сосед на этом же диапазоне уровнем +80Db - ситуация изменяется не в “нашу” сторону. Но не будем брать за основополагающий параметр приёмника - работу на одном диапазоне одновременно с соседом, т.к. скорее всего и ему такая работа будет “не в радость”, да и для “борьбы с такими уровнями” существует радикальный метод - аттенюаторы.

В тех сотнях кварцевых фильтров, которые за эти годы пришлось сделать, затухание за полосой пропускания характеризовалось примерно в 10Db на кварц. С небольшим отличием в ту или другую сторону в зависимости от качества и размеров кварцев. Имею в виду кварцевые фильтры по лестничной схеме. Основной недостаток таких фильтров - это затянутый нижний скат АЧХ. Шестикристальный фильтр из кварцев в Б1 военного производства (не путать с генераторными!) имеет затухание за полосой пропускания не менее 70Db. К сожалению, про такие кварцы нужно забывать - старые запасы на исходе и “больше такого не будет”…. На сегодня самый доступный (но не наилучший!) вариант - покупаем маленькие кварцы на 8,867MHz на радиорынке и пытаемся из них что-нибудь ваять. Следует обратить пристальное внимание на тип и качество кварца. Их предлагается десятки типов и конструкций, но не из всех можно делать фильтры. Самые качественные позволяют изготавливать вполне “сносные” фильтры. По крайней мере - не хуже, чем из генераторных кварцев в Б1 старого образца. Восемь кристаллов дают не менее 80Db затухания за полосой, что, как отметил выше, вполне достаточно для трансивера предназначенного для “обычной” работы в эфире. Можно сделать один восьмикристальный фильтр и “успокоиться”, но получим маленький фильтр (имею в виду из маленьких современных кварцев), у которого между входом и выходом 3,3см, затухание в полосе от 2 до 4Db и неравномерность до 4-6Db. Устанавливаем его в “основную плату” и в итоге получаем “пролезание” минуя фильтр в лучшем случае -60Db, а в варианте основной платы Олега US5EI -40Db. Как делать сам фильтр - уже расписывал в описании “КВ трансивера”. Всякие “красивые” варианты печатных плат под кварцами, “элегантных” коробочек и т.д. - опасны как ухудшением добротности кварцев (когда втыкаем ножки кварца в стеклотекстолит) так и “пролезанием” сигнала минуя сами пластинки кварцев. Если и делать фильтры в коробочках - то нужно корпуса кварцев обязательно землить на коробок, который лучше всего изготовить из тонкого лужёного металла, а весь монтаж внутри выполнять на ножках кварцев. Посмотрите - таким образом выполнены все заводские фильтры. Принимаю вариант изготовления самодельной платы и фильтра на ней только с сохранением фольги со стороны установки деталей под общую “массу”, с дальнейшим припаиванием корпусов кварцев на неё и затем ещё можно сверху накрыть фильтр экранирующей коробкой из луженой жести с припайкой всех сторон на фольгу платы. Да, согласен - так не очень красиво, технологично, быстро и т.д. но только таким способом можно максимально избежать “пролезания”. Да и за что в первую очередь “боремся” - за “под фирменный вид” или за сохранение максимально достижимых параметров самого фильтра? Это решает для себя каждый конструктор сам, индивидуально…

Ранее изготавливал, подражая общей радистской “тенденции”, одиночные восьмикристальные фильтры. Но после того, как стали заканчиваться всё чаще и чаще кварцы в корпусе Б1, с которыми намного удобнее работать - пошли в ход и запасы кварцев в маленьком корпусе - на них написано РК169. И вот тут и “вылезла” тенденция сложности получения минимальной неравномерности в полосе пропускания и “пролезания” минуя фильтр в восьмикристальных ZQ. Последовали соответствующие попытки “победить возникшие проблемы”…. Что и привело к варианту построения четырёх и шестикристальных фильтров. Ещё более утвердила это решение информация о фазовых характеристиках фильтров - чем более “длинный” фильтр (чем больше в нём звеньев) тем больше получаем фазовый “дребезг” фильтра. Так как каждое звено имеет индивидуальные фазовые характеристики, которые, скорее всего, не совпадут с характеристиками других звеньев - это и приводит к “звону”. Такое явление мы можем отчетливо слышать своими ушами в узкополосных многозвенных фильтрах. Хотя в фильтрах для SSB этот “звон” практически невозможно услышать - некоторые одарённые “слухачи” даже по сигналу в эфире могут определить - работает ЭМФ или узкий кварцевый фильтр (по моему мнению - это конечно вопрос “философский” - читай - спорный). При практической реализации намного легче обеспечить плоскую вершину АЧХ в шестикристальном и почти “автоматически” неравномерность менее 1Db получается в четырёхкристальном фильтре. Затухание в полосе пропускания 6-ти кристального ZQ чаще всего не превышает 2-3Db, а у 4-х кристального до 2Db. Но так как затухания в полосе задерживания у таких фильтров недостаточно для КВ трансивера - пришлось разработать основные платы №3 и №4. Т.е. устанавливаем фильтры “паровозиком” с согласующими между ними активными каскадами. Реальные измерения сквозной АЧХ такого варианта построения показаны на рис. №1 .

Измерения проведены на анализаторе СК4-59. Сигнал подавался на первый каскад VT1 основной платы №3 и снимался с обмотки связи катушки в стоке VT4 (при отсоединённом детекторе). Основная плата №3, изготовленная Олегом (US5EI), показала затухание в полосе задерживания примерно 45Db при неравномерности в полосе до 8Db рис.№2 .

Возможно, мне удастся сфотографировать экран СК4-59 с АЧХ сквозного тракта платы US5EI и “стандартной” платы №3 с двумя 4+4 кварцевыми фильтрами для наглядного сравнения - пока могу предложить только срисованные картинки. Неравномерность в полосе пропускания первого 8- ми кристального фильтра достигает 7Db, а затухание за полосой пропускания немногим превышает 40Db.

Рис №2. АЧХ платы US5EI восьмикристальный фильтр + черытёхкристальный

Рис3. АЧХ 6-кристального фильтра измереная Х1-38 (шкала линейная)

Рис4. АЧХ 6-кристального фильтра измереная СК4-59 (шкала логарифмическая)

Рис5. АЧХ 6+4-кристального фильтра измереная Х1-38 (шкала линейная)

Рис6. АЧХ 6+4-кристального фильтра измереная СК4-59 (шкала логарифмическая)

Основная плата №3 изготовленная US5EI

Отчего и напрашивается вывод - есть ли смысл вообще применять “серьёзные” кварцевые фильтры в одноплатном варианте трансивера? Скорее всего - да, чем нет. Но до какого-то определённого уровня затухания за полосой пропускания, потому что в одноплатной конструкции всё равно “пролезания” не избежать. Привожу для примера “срисованные” с экрана СК4-59 две АЧХ основной платы №3 - первая с 4+4 фильтрами, вторая 6+4 фильтры (рис.№1). Второй 4-х кристальный фильтр в этой “лабораторной работе” не менялся, поэтому сквозная АЧХ 6+4 варианта оказалась немного уже, чем хотелось бы, из-за небольшого несоответствия центральных частот этих фильтров - они сдвинуты друг относительно друга на 200Hz. Но даже в таком варианте применения - когда “ворота” фильтров не в “створе” - отличие общей АЧХ в лучшую сторону. Как по коэффициенту прямоугольности (Кп =1,96 варианта 4+4 и Кп =1,78 варианта 6+4) по уровням -10Db и -60Db, так и по затуханию за полосой пропускания - примерно 75Db у варианта 4+4 и более 80Db у варианта 6+4. Следует отметить, что уровни более 70Db сложно точно измерить прибором (шкала проградуирована в десятках Db) не прибегая к дополнительной манипуляции ручками аттенюаторов и выходных-входных уровней. При “растягивании” картинки АЧХ вверх - наблюдается перегрузка входных усилителей прибора - верхняя “планка” АЧХ становится плоской - наблюдается ограничение. Если же “растягивать” вниз - там просто уже нет калиброванной сетки на экране ЭЛТ. Что творится в полосе пропускания АЧХ сквозных трактов - удобнее посмотреть при помощи X1-38, у этого прибора градуировка АТТ в единицах Db и экран намного больше и нагляднее. Жаль только, что он обеспечивает только линейный режим работы. Неравномерность в полосе пропускания вариантов 4+4 и 6+4 фильтров, которые дополнительно подстроены в самой плате, не превышает 2Db. Неравномерность АЧХ в плате US5EI составила почти 10Db.

Вывод.

Он напрашивается сам собой из этих “лабораторных работ”. Любой самодельный кварцевый фильтр, не зависимо от количества кварцев в нём, “желает” дополнительной подстройки при установке в плату. Конечно, заманчиво купить за 10$ комплект фильтров, впаять их в плату, покрутить сердечники ближайших к фильтру катушек и усё - вперёд - микрофон “в зубы” - “всем, всем в Азии и Прибалтике”… Увы, придётся огорчить любителей “лёгкой жизни”. Во-первых, чего же можно ожидать от кварцевого фильтра стоимостью в 10 баксов? Будучи на “радиовыставке” во Фридрихсафене (Германия) специально занимался поиском комплектующих для TRX и удалось найти (из сотен предложений) за 30 марок фильтры на 9MHz от какой-то английской фирмы, но качество ентих изделий… Самые дешёвые кварцевые фильтры, которые уже похожи по своим характеристикам действительно на то, что нам нужно, стоили не один десяток марок. Ну, не будем пока здесь о грустном…

Нужно помнить, что кварцевые фильтры, собранные по лестничной схеме, очень критичны к параметрам тех каскадов, между которыми будет включен фильтр. Любое (даже на первый взгляд) незначительное отклонение от номинальных R или С нагрузочных, которые были получены на стенде при изготовлении фильтра, вызывают изменения в АЧХ и, скорее всего не в “нужную” нам сторону. Да ещё приплюсуйте сюда “реактивности” ёмкостей и индуктивностей каскадов - в итоге получаем - “как всегда”… Яркий тому пример - слышим на низкочастотных диапазонах в вечернее время…..

Как показывает опыт ситуация не настолько “страшная”, чтобы вообще отказаться от самодельных фильтров. При установке в плату придётся подобрать нагрузочные сопротивления (R8, R15) и по 1-2 крайних конденсаторов в фильтрах. Например, после каскада на полевике VT1 чаще всего последовательная ёмкость С7 на входе ZQ исключается и заменяется перемычкой, а следующий конденсатор С8 потребует уменьшения ёмкости. То же относится к двум кондёрам с другой стороны фильтра (С11,С10) - нужно их подобрать в конкретной схеме включения (читай - найдя определённый “консенсус” между требуемым качеством работы каскада на VT3 и АЧХ фильтра). Следует ещё отметить, что намного легче обеспечить плоскую вершину АЧХ в фильтрах с меньшим количеством пластин, нежели в многорезонаторных. Теперь вернёмся к количеству кварцев. В одноплатной конструкции основная задача - свести к минимуму “пролезание” сигнала минуя фильтры. Более 95-90Db не удаётся получить в вариантах плат “Портативного TRX”. Проверен был и вариант 6+6 ZQ. И не нужно “горько плакать” по сему поводу - посмотрите АЧХ трансивера, которая приведена в журнале Радиохобби 2/98г. стр.29 - Георгий UT5ULB проводил её измерение в самом “крутом” (в RA3AO) из советских аппаратов…. Руководствуясь накопленным опытом и рекомендовано применение 4+4 в таких платах. Для улучшения “общей прямоугольности” возможен вариант 6+4. Он уступает варианту 4+4 в бОльшем (на 1Db) затухании в полосе пропускания. Но заметно лучше как по крутизне скатов АЧХ, так и в большем затухании в полосе задерживания (на 10Db). Это достаточно хорошо видно на рисунке №1. Если предполагается работа на TRX в основном на высокочастотных диапазонах - более 8-ми кварцев использовать нет смысла - в этом варианте мы получаем почти плоскую вершину АЧХ (неравномерность даже при “ленивой” настройке фильтров не превышает 2Db) и минимальные потери полученного сигнала. Если же нам не нужен максимальный “нюх” трансивера, а предполагаем “бороться за место под солнцем” на низкочастотных диапазонах - тогда предпочтительнее вариант 6+4. Кстати, лишний раз убедился в верности применения “паровозиков” каскадов с фильтрами из меньших количеств пластин, чем восемь, при общении с Анатолием UA1OJ - одним из авторов программы по расчёту кварцевых фильтров. Вот его выводы - “Затухание фильтра в 2-3Db мне ни разу не встречалось. Чаще бывало 6,5-8Db. Даже демка (демонстрационная версия программы расчёта кварцевых фильтров, уточнение UT2FW) в этом помогает убедиться. А её результаты близки моим практическим измерениям”. Такие цифры затухания чаще всего получаются в 8-ми резонаторном фильтре из случайно выбранных, а точнее вообще не выбранных, а куплено то, что было предложено на радиорынке. Теперь представьте себе, если в погоне за пресловутой избирательностью по соседнему каналу установим “стандартный набор” (один 8-ми, а второй 4-х) из таких кварцев. На мой взгляд, совсем не в количестве кварцев в фильтрах нужно искать проблему “совместимости” соседних станций, а в качестве работы выходных каскадов передатчиков! Что толку с того, что будет установлен даже высококачественный фирменный мультибаксовый фильтр в трансивере - если включится сосед на двух “рогатых”, которые раскачиваются двумя ГК-71? Дело даже не в выходной мощности, а в бестолковости пользователя такого монстра - когда все ручки вправо до упора…. Можно использовать и две ГУ-84Б и не мешать ни ближним, ни дальним соседям. А можно и из выходного каскада на ГУ-29 - “в лёгком режиме при 300V на аноде - выжать пол ампера току” - работающие на низкочастотных диапазонах меня прекрасно поймут…. Ну это тема для другой статьи.

Для конструирующей публики будет небезынтересно посмотреть внутренности и современного буржуинского ТРХ. Привожу фото основной платы RX-TX вместе с блоком синтезатора (экранированная коробочка с тремя катушками, крышку снял для обозрения внутренностей) FT-817, который использую в качестве контрольного приёмника. Он раскрыт и работает 0,1-156Мгц, 420-470Мгц. Понятно, что как паяющему аматеру, мне было интересно исследовать его характеристики. Если коротко - АЧХ приемного тракта с фильтром от фирмы muRata CFJ455K примерно соответствует АЧХ “Портативного ТРХ” с основной платой №2. Немного выше прямоугольность у фирменного фильтра со стороны нижнего ската - это заметно и при прослушивании эфира. Но попробуйте поинтересоваться стоимостью такого фильтра - и только потом делать выводы, что лучше, а что хуже….

FT-817от фирмы Yaesu.

Выходная мощность у этого аппаратика заявлена фирмой 5Вт, реально в режиме SSB 2,8Вт поэтому много в эфире на нём не наработаешь. Неспешно готовлю законченную конструкцию внешнего ШПУ с Рвых до 200Вт под такие ТРХ. В одной коробке размером 1:1 как “Портативный ТРХ” располагаются ШПУ, СУ, КСВ-метр, БП. Информация о готовности появится на моём сайте и, скорее всего в журнале “Радиохобби”, как наиболее оперативно готовящем публикации. А возможно, если будет на это время и желание и обзорная подробная статья - чего ж енто за “мыльница” такая FT-817 и с чем её нужно “потреблять”??? Тем более, что была возможность в течение некоторого времени проводить реальные сравнения FT-817 с FT-100D, TS-870 и выводы (по крайней мере, для себя J), конечно, были сделаны.

Некоторые “повторятели” отмечали “неподавленную” нерабочую боковую полосу в варианте 4+4, особенно накрутив максимально ограничение сигнала. В этом нет ничего удивительного с применением таких фильтров. Нижний скат у лестничных фильтров затянут и часть нерабочей боковой полосы “пролезает”. Вопрос только в подавлении её в зависимости от отстройки по частоте. На рис.№1 вертикальной чертой показано примерное расположение частоты опорного генератора (как правило, 300-400Гц ниже точки на нижнем скате по уровню -6Дб) на нижнем скате фильтра - Fop. Нужно иметь настолько крутой нижний скат АЧХ, чтобы он обеспечивал подавление хотя бы на 50Db на частоте опорного генератора (это как раз те мультибаксовые фильтры о которых написано выше) - если вы поставили себе задачу одним махом подавить “все мыслимые и немыслимые боковые”. В варианте 4-х резонаторного фильтра подавление в районе частоты опорника составляет 18-20Db, а в 6-ти резонаторном 22-30Db. Поэтому, если мы накрутим максимальное ограничение сигнала и пропустим его через 4 кварца, да ещё такой сигнал усилим лампой ГУ81М (в “лёгком” режиме - при 1500В на аноде! L) - соседи будут в “восторге”… Об этом уже предупреждал в описании “Портативного ТРХ”. Ниже даю теоретически рассчитанные “картинки” одного шестикристального ZQ и совмещённые АЧХ на одном графике трёх-четырёх-шести-кристальных фильтров.

Речь должна идти не “просто” о подавлении нерабочей боковой, а о подавлении её в зависимости от расстройки относительно частоты опорного генератора. Понятно, что подавление будет разное при отстройке вниз от частоты опорника, например, на 500Гц или на 3Кгц. Примерно середина виртуальной полосы пропускания (представьте себе зеркальную АЧХ фильтра слева от частоты опорника) “неподавленой” боковой будет ниже частоты опорного генератора на 2Кгц - это в теоретически рассчитанном 6-ти кристальном фильтре частота 8860,5Мгц - затухание на ней составляет -70Дб, что вполне достаточно для такого класса трансиверов. Конечно, в реалии получается чаще всего хуже, что связано как с качеством изготовления самих фильтров, так и с качеством изготовления и настройки основной платы. Кстати, если вы хотите просчитать и увидеть АЧХ фильтров из тех кварцев, которые были по случаю приобретены на радиорынке и нет никакого желания их предварительно делать (т.к. - и лень, да и приборов толком нету) для этой цели - рекомендую обратить пристальное внимание на программу расчёта кварцевых фильтров, демонстрационную версию которой мне во время подготовки этой статьи любезно предоставил Анатолий UA1OJ. Программа составлялась не просто программистом, отдалённо представляющим себе “чего енто такое за маленькие железные коробочки?”, а под бдительным оком радиста не понаслышке знающего как собираются такие “коробочки”. Хотя мне ближе по духу практическое изготовление и проверка АЧХ на приборах реальной конструкции фильтра, нежели “теоретизирование” при помощи кнопок компьютера…..

Сквозная АЧХ ТРХ RA3AO, измеренная Георгием UT5ULB -

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

меньше мощности основного колебания генератора на 135 дБ!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Г. Брагин (RZ4HK)

Литература:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1. Плата устройства размерами 100x160 мм

Рис. 2. Монтаж элементов на одностороннем варианте платы

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

Таблица 1

Тип резонатора 1)	Номинальная частота, МГц	Число выводов	Минимальная частота 2) , МГц	Максимальная частота 3) , МГц

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

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

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

Таблица 2

ПЧ, МГц	Основное применение	Частота генераторов, МГц
		Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
	Трансиверы самодельные
	Трансиверы самодельные
	Трансиверы самодельные
	Трансиверы самодельные
	Трансиверы самодельные
	Трансиверы самодельные
	Стандартная
	Трансивер IC R-75
	Трансиверы Си-Би диапазона
	Стандартная
	Гражданские РПУ
	Стандартная
	Трансиверы YAESU
	Трансиверы
	Бытовые РПУ
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Бытовые РПУ
	Трансиверы ICOM
	РПУ Бригантина
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансивер IC R-75
	Трансиверы
	РПУ EKD(ГДP)
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Трансиверы
	Самодельные РПУ

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 5. Спектр сигнала

Рис. 6. Спектр сигнала

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

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

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

Рис. 7. Схема устройства

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

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

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

Рис. 8. Умножитель частоты

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

Рис. 9. Спектр выходного сигнала

Рис. 10. Спектр сигнала

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

Рис. 11. Структурная схема измерительного генератора

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

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

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

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

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