Bezpłatna biblioteka techniczna ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Kryształowy filtr nadawczo-odbiorczy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Cywilna łączność radiowa Filtr kryształowy to, jak wiadomo, „pół dobrego transceivera”. W artykule przedstawiono praktyczną konstrukcję dwunastokrystalicznego filtra kwarcowego głównego wyboru do wysokiej jakości transceivera i dekodera do komputera, umożliwiającego skonfigurowanie tego i dowolnych innych filtrów wąskopasmowych. Ostatnio w konstrukcjach amatorskich jako główny filtr selekcyjny stosuje się kwarcowe ośmiokrystaliczne filtry drabinkowe wykonane na tych samych rezonatorach. Filtry te są stosunkowo łatwe w produkcji i nie wymagają dużych nakładów materiałowych. Napisano programy komputerowe do ich obliczeń i symulacji. Charakterystyka filtrów w pełni spełnia wymagania wysokiej jakości odbioru i transmisji sygnału. Jednak ze wszystkimi zaletami filtry te mają również znaczną wadę - pewną asymetrię w odpowiedzi częstotliwościowej (płaskie nachylenie niskich częstotliwości) i odpowiednio niski współczynnik kwadratowości. Obciążenie pracą radia amatorskiego określa dość rygorystyczne wymagania dotyczące selektywności nowoczesnego nadajnika-odbiornika w sąsiednim kanale, więc główny filtr selekcyjny musi zapewniać tłumienie poza pasmem przepustowym co najmniej 100 dB przy współczynniku kwadratowości 1,5-1,8 (przy -6 /-90 dB poziomy). Oczywiście straty i nierównomierna charakterystyka częstotliwościowa w paśmie przepustowym filtra powinny być minimalne. Kierując się zaleceniami zawartymi w [1], jako podstawę wybrano dziesięciokrystaliczny filtr drabinkowy o charakterystyce Czebyszewa z nierównomiernością odpowiedzi częstotliwościowej 0,28 dB. Aby zwiększyć stromość zboczy, równolegle do wejścia i wyjścia filtra wprowadzono dodatkowe obwody, składające się z połączonych szeregowo rezonatorów kwarcowych i kondensatorów. Parametry rezonatorów i filtru obliczono według metody opisanej w [2]. Dla szerokości pasma filtra 2,65 kHz uzyskano wartości początkowe С1,2 = 82,2 pF, Lkv = 0,0185 H, RH = 224 Ohm. Obwód filtra i obliczone wartości znamionowe kondensatorów pokazano na ryc. 1. W projekcie zastosowano rezonatory kwarcowe do telewizyjnych dekoderów PAL o częstotliwości 8,867 MHz, wyprodukowane przez firmę VNIISIMS (Aleksandrow, obwód włodzimierski). Zadecydowała o tym stabilna powtarzalność parametrów kryształów, ich małe wymiary oraz niski koszt. Dobór częstotliwości rezonatorów kwarcowych dla ZQ2-ZQ11 przeprowadzono z dokładnością ±50 Hz. Pomiary przeprowadzono za pomocą samodzielnie wykonanego samooscylatora oraz przemysłowego miernika częstotliwości. Rezonatory ZQ1 i ZQ12 dla obwodów równoległych dobierane są z innych partii kryształów o częstotliwościach odpowiednio poniżej i powyżej częstotliwości podstawowej filtra o około 1 kHz. Filtr montowany jest na płytce drukowanej wykonanej z dwustronnej folii z włókna szklanego o grubości 1 mm (rys. 2). Wierzchnia warstwa metalizacji jest używana jako zwykły drut. Otwory z boku instalacji rezonatora są wpuszczone. Obudowy wszystkich rezonatorów kwarcowych są połączone ze wspólnym przewodem przez lutowanie. Przed zainstalowaniem części, płytka PCB filtra jest lutowana do ocynowanej skrzynki z dwoma zdejmowanymi pokrywami. Również po stronie drukowanych przewodów lutowana jest przegroda ekranowa, przechodząca między przewodami rezonatorów wzdłuż środkowej linii osiowej płytki. na ryc. 3 pokazuje schemat okablowania filtra. Wszystkie kondensatory w filtrze to KD i KM. Po wykonaniu filtra pojawiło się pytanie: jak zmierzyć jego pasmo przenoszenia z maksymalną rozdzielczością w warunkach domowych? Wykorzystano komputer domowy z późniejszą weryfikacją wyników pomiarów poprzez wykreślenie punktowej odpowiedzi częstotliwościowej filtru za pomocą selektywnego mikrowoltomierza. Aby zobaczyć odpowiedź częstotliwościową filtra przy -100 dB, generator musi mieć poziom szumów bocznych poniżej określonej wartości, a detektor musi mieć dobrą liniowość z maksymalnym zakresem dynamiki co najmniej 90 ... 100 dB. Z tego powodu generator szumu został zastąpiony konwencjonalnym generatorem przemiatania (rys. 4). Za podstawę przyjmuje się obwód oscylatora kwarcowego [4], w którym względna gęstość widmowa mocy szumu wynosi - 165 dB / Hz. Oznacza to, że moc szumowa generatora przy rozstrojeniu 10 kHz w paśmie 3 kHz jest mniejsza od mocy oscylacji głównej generatora o 135 dB! Kod źródłowy został nieznacznie zmodyfikowany. Tak więc zamiast tranzystorów bipolarnych zastosowano tranzystory polowe, a obwód składający się z cewki indukcyjnej L1 i warikapów VD1 - VD2 jest połączony szeregowo z rezonatorem kwarcowym ZQ5. Częstotliwość oscylatora jest dostrajana względem częstotliwości kwarcu w granicach 5 kHz, co jest wystarczające do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej filtra wąskopasmowego. Rezonator kwarcowy w generatorze jest podobny do filtra.W trybie generatora częstotliwości przemiatania napięcie sterujące do varicaps VD2 - VD5 jest dostarczane z generatora napięcia piłokształtnego wykonanego na tranzystorze jednozłączowym VT2 z generatorem prądu na VT1 . Do ręcznego strojenia częstotliwości generatora stosuje się rezystor wieloobrotowy R11. Chip DA1 działa jako wzmacniacz napięcia. Pierwotnie pomyślane sinusoidalne napięcie sterujące musiało zostać porzucone ze względu na nierównomierną prędkość przejścia MCF w różnych sekcjach odpowiedzi częstotliwościowej filtra, aw celu osiągnięcia maksymalnej rozdzielczości częstotliwość generatora została zmniejszona do 0,3 Hz. Przełącznik SA1 wybiera częstotliwość generatora „piły” - 10 lub 0,3 Hz. Odchylenie częstotliwości GKCH jest ustawiane przez rezystor strojenia R10. Schemat ideowy bloku detektora przedstawiono na rys. 5. Sygnał z wyjścia filtra kwarcowego jest podawany na wejście X2, jeśli obwód L1C1C2 jest używany jako obciążenie filtra. Jeżeli pomiary przeprowadza się na filtrach obciążonych rezystancją czynną, obwód ten nie jest potrzebny. Następnie sygnał z rezystora obciążającego podawany jest na wejście X1, a przewód łączący wejście X1 z obwodem jest usuwany z płytki drukowanej czujki. Wtórnik źródła o zakresie dynamicznym większym niż 90 dB na potężnym tranzystorze polowym VT1 dopasowuje rezystancję obciążenia filtra i impedancję wejściową miksera. Detektor jest wykonany zgodnie ze schematem pasywnego zbalansowanego miksera opartego na tranzystorach polowych VT2, VT3 i ma zakres dynamiki ponad 93 dB. Połączone bramki tranzystorów przez obwody P C17L2C20 i C19L3C21 odbierają przeciwfazowe napięcia sinusoidalne 3 ... 4 V (rms) z oscylatora odniesienia. Oscylator referencyjny detektora, wykonany na chipie DD1, posiada rezonator kwarcowy o częstotliwości 8,862 MHz. Sygnał o niskiej częstotliwości powstały na wyjściu miksera jest wzmacniany około 20 razy przez wzmacniacz na chipie DA1. Ponieważ karty dźwiękowe komputerów osobistych mają wejście o stosunkowo niskiej impedancji, w detektorze zainstalowany jest potężny wzmacniacz operacyjny K157UD1. Pasmo przenoszenia wzmacniacza zostało wyregulowane w taki sposób, że poniżej 1 kHz i powyżej 20 kHz spadek wzmocnienia wynosi około -6 dB na oktawę. Oscylator jest zamontowany na płytce drukowanej wykonanej z dwustronnej folii z włókna szklanego (rys. 6). Wierzchnia warstwa płytki służy jako wspólny drut, otwory na wyprowadzenia części nie mających z nią styku są wpuszczone. Płytka jest wlutowana w skrzynkę o wysokości 40 mm z dwoma zdejmowanymi pokrywami. Pudełko wykonane jest z blachy stalowej. Cewki indukcyjne L1, L2, L3 nawinięte są na standardowych ramkach o średnicy 6,5 mm z trymerami wykonanymi z żeliwa karbonylowego i umieszczone w ekranach. L1 zawiera odpowiednio 40 zwojów drutu PEV-2 0,21, L3 i L2 - odpowiednio 27 i 2+4 zwojów drutu PELSHO-0,31. Cewka L2 jest nawinięta na górze L3 bliżej „zimnego” końca. Wszystkie dławiki są standardowe - DM 0,1 68 μH. Rezystory stałe MLT, dostrojone R6, R8 i R10 typu SPZ-38. Rezystor wieloobrotowy - PPML. Kondensatory stałe - KM, KLS, KT, tlenkowe - K50-35, K53-1. Ustanowienie GKCH rozpoczyna się od ustawienia maksymalnego sygnału na wyjściu generatora napięcia piłokształtnego. Kontrolując sygnał na pinie 6 układu DA1 za pomocą oscyloskopu, rezystory dostrajające R8 (wzmocnienie) i R6 (przesunięcie) ustalają amplitudę i kształt sygnału pokazanego na schemacie w punkcie A. Wybierając rezystor R12, uzyskuje się stabilną generację bez wchodzenia w tryb ograniczania sygnału. Dobierając pojemność kondensatora C14 i regulując obwód L2L3 wyjściowy układ oscylacyjny dostraja się do rezonansu, co gwarantuje dobrą obciążalność generatora. Trymer cewki L1 ustawia granice strojenia oscylatora w zakresie 8,8586-8,8686 MHz, co marginalnie pokrywa pasmo przenoszenia testowanego filtra kwarcowego. Aby zapewnić maksymalne dostrojenie GKCH (co najmniej 10 kHz) wokół punktu połączenia L1, VD4, VD5, górna warstwa folii jest usuwana. Bez obciążenia wyjściowe napięcie sinusoidalne generatora wynosi 1 V (rms). Zespół detektora wykonany jest na płytce drukowanej wykonanej z włókna szklanego powlekanego obustronnie folią (rys. 7). Wierzchnia warstwa folii służy jako wspólny drut. Otwory na wnioski części, które nie mają kontaktu ze wspólnym drutem, są pogłębione. Płytka jest wlutowana w blaszane pudełko o wysokości 35 mm ze zdejmowanymi pokrywami. Jego rozdzielczość zależy od jakości wykonania przystawki. Cewki L1-L4 zawierają 32 zwoje drutu PEV-0,21, nawinięte na okrągło na ramkach o średnicy 6 mm. Trymery w cewkach z rdzeni pancernych SB-12a. Wszystkie dławiki typu DM-0,1. Indukcyjność L5 - 16 μH, L6, L8 - 68 μH, L7 - 40 μH. Transformator T1 jest uzwojony na pierścieniowym ferrytowym obwodzie magnetycznym 1000NN o wymiarach K10x6x3 mm i zawiera 7 zwojów w uzwojeniu pierwotnym, 2x13 zwojów drutu PEV-0,31 w uzwojeniu wtórnym. Wszystkie rezystory tuningowe - SPZ-38. Podczas wstępnego strojenia bloku oscyloskop wysokiej częstotliwości kontroluje sygnał sinusoidalny na bramkach tranzystorów VT2, VT3 i, jeśli to konieczne, reguluje cewki L2, L3. Cewka trymera L4 częstotliwość oscylatora odniesienia jest usuwana poniżej szerokości pasma filtra o 5 kHz. Odbywa się to w celu zmniejszenia liczby różnych zakłóceń, które zmniejszają rozdzielczość urządzenia w obszarze roboczym analizatora widma. Generator częstotliwości przemiatanej jest połączony z filtrem kwarcowym przez pasujący obwód oscylacyjny z dzielnikiem pojemnościowym (ryc. 8). Podczas strojenia pozwoli to uzyskać niskie tłumienie i tętnienie w paśmie przepustowym filtra. Drugi dopasowujący obwód oscylacyjny, jak już wspomniano, znajduje się w nasadce detektora. Po zmontowaniu układu pomiarowego i podłączeniu wyjścia dekodera (złącze X3) do wejścia mikrofonowego lub liniowego karty dźwiękowej komputera osobistego uruchamiamy program analizatora widma. Jest kilka takich programów. Autor wykorzystał program SpectraLab v.4.32.16, znajdujący się pod adresem: cityradio.narod.ru/utilJties.html. Program jest łatwy w użyciu i ma świetne funkcje. Uruchamiamy więc program „SpektroLab” i dopasowując częstotliwości GKCH (w trybie sterowania ręcznego) oraz oscylatora odniesienia w przystawce detektora, ustawiamy pik spektrogramu GKCh na około 5 kHz. Ponadto, poprzez wyważenie miksera nasadki detektora, szczyt drugiej harmonicznej jest redukowany do poziomu szumu. Następnie włącza się tryb GKCh, a na monitorze pojawia się długo oczekiwana odpowiedź częstotliwościowa testowanego filtra. Najpierw włączamy częstotliwość wymachu 10 Hz i regulując częstotliwością środkową za pomocą R11, a następnie pasmem wymachu R10 (rys. 4) ustawiamy akceptowalny „obraz” odpowiedzi częstotliwościowej filtra w czasie rzeczywistym. Podczas pomiarów, poprzez dopasowanie obwodów dopasowujących, uzyskuje się minimalną niejednorodność w paśmie przepustowym. Ponadto, aby osiągnąć maksymalną rozdzielczość urządzenia, włączamy częstotliwość wymachu 0,3 Hz i ustawiamy maksymalną możliwą liczbę punktów transformacji Fouriera (FFT, autor 4096..8192) oraz minimalną wartość parametru uśredniania (Averaging, autor 1) w programie. Ponieważ charakterystyka jest rysowana w kilku przejściach GKCh, tryb woltomierza szczytowego przechowywania (Hold) jest włączony. W rezultacie na monitorze otrzymujemy odpowiedź częstotliwościową badanego filtra. Za pomocą kursora myszy uzyskujemy niezbędne wartości cyfrowe uzyskanej odpowiedzi częstotliwościowej na wymaganych poziomach. W takim przypadku nie można zapomnieć o zmierzeniu częstotliwości oscylatora odniesienia w nasadce detektora, aby następnie uzyskać prawdziwe wartości częstotliwości punktów odpowiedzi częstotliwościowej. Po ocenie początkowego „obrazu” częstotliwości rezonansu szeregowego ZQ1n ZQ12 są dopasowywane odpowiednio do dolnego i górnego nachylenia charakterystyki częstotliwościowej filtra, osiągając maksymalną prostopadłość -90 dB. Podsumowując, korzystając z drukarki otrzymujemy pełnoprawny „dokument” na produkowany filtr. Jako przykład na ryc. 9 przedstawia spektrogram odpowiedzi częstotliwościowej tego filtra. Pokazano tam również spektrogram sygnału GKCH. Widoczna nierówność lewego nachylenia charakterystyki częstotliwościowej na poziomie -3 ... -5 dB jest eliminowana przez przestawienie rezonatorów kwarcowych ZQ2-ZQ11. W rezultacie uzyskujemy następujące charakterystyki filtra: pasmo przepustowe -6 dB - 2,586 kHz, nierównomierność odpowiedzi częstotliwościowej w paśmie przepustowym - poniżej 2 dB, współczynnik kwadratowości -6/poziomy -60 dB - 1,41; o poziomy -6/-80 dB - 1,59 i o poziomy -6/-90 dB - 1,67; tłumienie w paśmie - poniżej 3 dB, a za pasmem - powyżej 90 dB. Autor postanowił sprawdzić uzyskane wyniki i zmierzył punkt po punkcie odpowiedź częstotliwościową filtra kwarcowego. Do pomiarów potrzebny był selektywny mikrowoltomierz z dobrym tłumikiem, którym był mikrowoltomierz typu HMV-4 (Polska) o nominalnej czułości 0,5 μV (jednocześnie dobrze utrwala sygnały o poziomie 0.05 μV) i tłumik 100 dB. Dla tej opcji pomiaru zmontowano schemat pokazany na ryc. 10. XNUMX. Obwody dopasowujące na wejściu i wyjściu filtra są starannie ekranowane. Ekranowane przewody połączeniowe są dobrej jakości. Starannie wykonane są również obwody „masy”. Płynnie zmieniając częstotliwość GKCH z rezystorem R11 i przełączając tłumik o 10 dB, bierzemy odczyty mikrowoltomierza, przechodząc przez całą odpowiedź częstotliwościową filtra. Korzystając z danych pomiarowych i tej samej skali, budujemy wykres odpowiedzi częstotliwościowej (ryc. 11). Dzięki wysokiej czułości mikrowoltomierza i niskim szumom bocznym GKCH, sygnały na poziomie -120 dB są dobrze utrwalane, co wyraźnie widać na wykresie. Wyniki pomiarów były następujące: szerokość pasma -6 dB - 2,64 kHz; nierówna charakterystyka częstotliwościowa - mniej niż 2 dB; Współczynnik kwadratowości -6/-60 dB wynosi 1,386; o poziomy -6/-80 dB - 1,56; o poziomy -6/-90 dB - 1,682; o poziomy -6/-100 dB - 1,864; tłumienie w paśmie - poniżej 3 dB, za pasmem - powyżej 100 dB. Pewne różnice między wynikami pomiarów a wersją komputerową tłumaczy się obecnością narastających błędów konwersji cyfrowo-analogowej, gdy analizowany sygnał zmienia się w dużym zakresie dynamicznym. Należy zauważyć, że powyższe wykresy odpowiedzi częstotliwościowej filtra kwarcowego uzyskano przy minimalnym nakładzie pracy strojenia, a przy dokładniejszym doborze komponentów można zauważalnie poprawić charakterystykę filtra. Zaproponowany układ oscylatora można z powodzeniem wykorzystać do pomiaru selektywności pojedynczego sygnału, jak również do pomiaru zakresu dynamicznego transceiverów do 110...120 dB. Urządzenie to może być z powodzeniem wykorzystywane do oceny wskaźników jakości toru IF transceiverów, działania AGC oraz detektorów. Podając sygnał oscylatora do detektora, na wyjściu dekodera do komputera otrzymujemy sygnał oscylatora niskiej częstotliwości o częstotliwości oscylacji, za pomocą którego można łatwo i szybko wyregulować dowolny filtr i kaskadę ścieżki niskoczęstotliwościowej transceivera. Nie mniej interesujące jest użycie proponowanego mocowania detektora jako części wskaźnika panoramicznego nadajnika-odbiornika. W tym celu do wyjścia pierwszego miksera należy podłączyć filtr kwarcowy o paśmie 8...10 kHz. Ponadto odebrany sygnał jest wzmacniany i podawany na wejście detektora. W takim przypadku możesz obserwować sygnały swoich korespondentów o poziomach od 5 do 9 punktów z dobrą rozdzielczością. literatura
Autor: G.Bragin (RZ4HK) Zobacz inne artykuły Sekcja Cywilna łączność radiowa. Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu. Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika: Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024 Zagrożenie śmieciami kosmicznymi dla ziemskiego pola magnetycznego
01.05.2024 Zestalanie substancji sypkich
30.04.2024
Inne ciekawe wiadomości: ▪ misja kosmiczna, aby ocalić planetę ▪ Monitor do gier 21" Iiyama ProLite GE2488HS-B1 ▪ Sterowanie głosowe klimatyzatorów LG Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika
Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej: ▪ część witryny internetowej elektryka. UEP. Wybór artykułów ▪ Artykuł Wędkarstwo. Podstawy bezpiecznego życia ▪ artykuł Co sprawia, że diamenty są klejnotami? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Resuscytacja krążeniowo-oddechowa. Opieka zdrowotna ▪ artykuł Wykorzystanie mikroukładów. Informator ▪ artykuł Zaznaczone jabłka. Sekret ostrości
Zostaw swój komentarz do tego artykułu: Wszystkie języki tej strony Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn www.diagram.com.ua |