Настройка кварцевого фильтра с помощью компьютера
Эта статья для начинающих строителей кварцевых фильтров.
В настоящее время нет проблем с приобретением кварцевых резонаторов.
Вот и я в прошлом году получил два пакетика :).
На кварцах 8 МГц я собираюсь сделать фильтр с перестраиваемой полосой, примерно такой, как в Elecraft К-2.
А для этого я решил для начала посмотреть, как реагирует фильтр на изменение емкости. Для этого я собрал стендик вот по такой схеме.
Меня не интересовали другие характеристики, кроме АЧХ. Взяв два первых попавшихся кварца из пакета, я впаял их в схему, конденсатор С1 поставил емкостью 22 пФ. Вот какая АЧХ получилась.
Как и у всех лестничных фильтров, низкочастотный скат менее крутой, чем высокочастотный. Средняя частота 8 МГц, полоса качания +/- 10 кГц. Сетка по вертикали - шаг 10 дБ, по горизонтали - 5 кГц. Первый максимум АЧХ на частоте 7,997 МГц, второй - на частоте 8,002.
Заменил конденсатор 22 пФ на 47 пФ.
АЧХ стала уже, неравномерность в полосе пропускания - меньше. Максимумы теперь были на частотах 7,997 МГц и 7,999 МГц , т.е. получился SSB фильтр с полосой пропускания около 2,5 кГц.
Увеличил емкость С1 до 69 пФ.
Полоса сузилась до 1,5 кГц, скаты стали кручи. Увеличил емкость С1 до 137 пФ.
А это уже похоже на телеграфный фильтр. Затухание на высокочастотном скате при расстройке на 5 кГц - почти 30дБ. И это всего при двух кристаллах! На низкочастотном скате затухание поменьше - около 20 дБ при расстройке на 5 кГц. Увеличил С1 до 219 пФ.
Полоса стала еще уже, но увеличились и потери. Поэтому, думаю, придется включить последовательно с варикапами конденсаторы порядка 330 пФ, или ограничить диапазон изменения управляющего напряжения.
Теперь попробуем включить параллельно каждому резонатору еще один, т.е. схема будет такая:
Но вначале я включил только Cr3 а Cr4 не подключал. С1 = 22 пФ
По сравнению с рис. 5. полоса стала шире: пики 7,997 кГц и 8,003 кГц. Да и вообще, АЧХ стала более гладкая. Затем подключил и Cr4, а емкость С1 = 69 пФ.
По сравнению с рис. 6., полоса шире, а скаты АЧХ более пологие.
А как бы сделать низкочастотный скат покруче? Ведь именно на этом скате будет частота опорного генератора. А что если включить параллельно С1 кварцевый резонатор?
Вот и появился крутая впадина. Теперь попробуем включить резонатор параллельно R2.
От перемены мест слагаемых .
Подключил параллельно Cr3 еще один резонатор.
Полоса стала уже, а затухание на низкочастотном скате немного больше. А не сдвинуть ли нам частоту Cr4 вниз. включив последовательно с ним катушку индуктивности.
Низкочастотный скат АЧХ стал значительно круче, полоса немного шире, чем на рис. 16. Следует предположить, что подключение еще одного кварца с катушкой большей индуктивности увеличит затухание ниже частоты ската. Если выставить частоту кварцевого генератора точно на частоту максимального подавления 7,997 МГц, то ее подавление будет около 30 дБ.
Следующий раз постараюсь сделать модель фильтра на трех кварцах с перестройкой полосы.
В.РУБЦОВ (UN7BV), 473005, Казахстан, г.Астана, м-р-н "Целинный", 17-90.Ко мне неоднократно обращались радиолюбители с просьбами поделиться опытом по настройке кварцевых фильтров, но я не спешил с этим, ибо в периодической печати уже опубликовано немало толковых статей на эту тему. Прочитав несколько из них заново, приходишь к выводу, что следует отдать должное труду их авторов и поблагодарить, ибо в каждой статье есть то, после прочтения чего можно сказать: век живи - век учись. Однако, наряду с благодарностью, каждый раз остаются нераскрытыми несколько вопросов.
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).
Puc.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 [1];
- 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 - Прим.ред.);
- 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. -
Puc.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. -
Puc.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.
Puc.4
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[2].
Литература
1. Гончаренко И. Лестничные фильтры на неодинаковых резонаторах. - Радио, 1992, N1, С. 18.
2. Бунин С.Г, ЯйленкоЛ.П. Справочник радиолюбителя-коротковолновика. - К.: Техника, 1984, С.21. 25.
РЛ КВ-УКВ 7/2000, с.23-25.
Проектирование кварцевых фильтров на слабом компьютере
Думаете об изготовлении кварцевого фильтра? Эта программа обеспечивает превосходные результаты. Она позволяет рассчитывать даже широкополосные фильтры.
Кварцевые фильтры используются в тех случаях, когда требуется высокая избирательность при определенной ширине полосы частот от нескольких сотен герц до 100 кГц. Кварцевые фильтры в большинстве случаев имеют Чебышевскую характеристику, однако эти фильтры вызывают нарушение группового времени задержки и имеют неравномерность в полосе пропускания. Естественный вопрос - " Существует ли альтернатива и, если так, что это? В ответе, эта статья обеспечивает информацию относительно использования маленькой компьютерной программы на БЕЙСИКЕ, помогающей в проектировании более подходящих кварцевых фильтров. Программа приводится наряду с результатами расчетев. Кроме того, приведенные диаграммы иллюстрируют результаты использования дополнительных полюсов затухания фильтра. Программа написана таким способом, что позволяет рассчитывать кварцевые фильтры с большой шириной полосы частот. Такая информация ранее была недоступна.
Стандартные конструкции фильтров
Кварцевый фильтр с одним кристаллом показан на рис. 1. Фильтры этого типа были, популярны в конструкциях радиоприемников, но были недостаточно эффективными. Настраивая конденсатор нейтрализации, C1, полюс затухания может быть перемещен, при этом изменяется ширина полосы частот и глубина затухания.
Рис. 2A представляет характеристику однокристального фильтра на 300 кГц. Полюс затухания в правой части графика установлен конденсатором нейтрализации, ослабление в полюсе может превышать 100 dB.
Характеристики однокристального фильтра представлена на рис 2В и 2С в разных масштабах. Если полюс удален достаточно далеко, избирательность улучшается на левом скате, и характеристика фильтра становится симметричной. Тем не менее, такие фильтры имеют низкую эффективность и образуют класс фильтров редко используемых в настоящее время.
Типичный фильтр SSB имеет не менее шести кристаллов. Свойства фильтра этого типа проиллюстрированы рис.2D, реальное ослабление в полюсах затухания может достигать 120 dB.
Кварцевые фильтры часто используют в радиоприемниках с преобразованием вверх подобно DJ2LR "HF-1030". Характеристика такого фильтра приведена на рис.2E.
Соответствующей настройкой характеристика фильтра может быть сделана несимметричной с целью максимального подавления помехи на одном из скатов АЧХ Рис. 2F , если 60-dB ослабления на другом скате достаточно.
Практически, при проектировании кварцевого фильтра необходимо задать требуемую форму АЧХ, а затем рассчитать номиналы элементов фильтра с помощью приводимой программы.
Таблица 1 содержит листинг программы расчета разнообразных вариантов на базе универсального кварцевого фильтра. Базовая конфигурация такого кварцевого фильтра показана на рис. 3. Он состоит из трех настроенных трансформаторов, намотанных в маленьких броневых сердечниках, подходящих для высокочастотного применения.
Броневой сердечник, рекомендуемый для этого применения - тип Сименса 4.6 X 4.1 (мм), номер B65495-K0005-A017 для низкочастотного использования, для частот порядка 10 МГЦ, необходимо применять материал активной зоны K65495-K00016-A001.
Машинное проектирование кварцевого фильтра.
В строках 1-20 программа инициирует определяемые пользователем клавиши, доступные на Tektronix компьютерах 4051/52. После инициирования программы в строке 100 задается влпрос о выводе результатов на дисплей или принтер. Большинство маленьких компьютеров для которых разработана эта программа требуют указания порта вывода информации порт указан в переменной V5.
В строке 200 компьютер спросит центральную частоту / в строке 230 ширину полосы частот, в то время как в строке 250 запросит индуктивность кварца.
На рис. 4 показана взаимосвязь индуктивности и частоты для кристалла, который может быть реально изготовлен. Параметры индуктивность и добротность кварца желательно уточнить у фирмы изготовителя или определить экспериментально.
В строке 260, компьютер спросит Вас относительно емкости кварцедержателя, емкость корпуса HC-18/U примерно 1.5 pF, HC-6/U - 6 pF.
В строке 280 необходимо выбрать тип фильтра. Если основное требование - избирательность, должен быть выбран Чебышевский фильтр, если постоянное групповое время задержки -Flat delay, если совершенная импульсная характеристика,- или линейный фазовый фильтр или Гауссов.
Любители желающие дополнительных сведений из теории фильтра могут воспользоваться литературой указанной в приложении.
Поскольку многоие любители могут быть меньше заинтересованы точной теорией, предпочитая изготавливать и испытывать фильтры без обращения к математике на рис 5 приведены амплитудно-частотные характеристики фильтров различного типа.
'Details on Siemens' pot cores are found in the Siemens book, Ferrites Soft-Magnetic Materi-al Data Book 1979/80, p. 98. This book is available from the Siemens Corporation, 186 Wood Ave. S., Iselin, NJ 08830, tel. 201-494-1000 |
Рис. 2 - Характеристики кварцевых фильтров. А - амплитудно-частотная характе-ристика кварцевого фильтра на рис. 1 с регулировочным конденсатором C1, позволяющим генерировать полюс затухания на 500 Гц выше центральной частоты . тот же самый фильтр приведен в B в другом масштабе, характеристика представленная в C соответствует случаю, когда полюс настроен значительно дальше от центральной частоты. D - амплитудная характеристика шести-кристального однополосного фильтра в 300 кГц. Шести-кристальный фильтр Чебышева на 40.455 МГЦ представлен кривой в E. Кривая F - для амплитудной характеристики 72.03-MHz кварцевого фильтра с полюсом затухания на левой стороне. |
Информация по компьютерной настройке схемы
После того, как Вы ответили на запрос относительно типа фильтра, компьютер использует таблицу "просмотра". Цель этой части программы состоит в том, чтобы вычислить значения компонентов (строки 380 до 580). Вы можете удалять строки 140 и 590, команда стирания экрана для компьютера Tcktronix. Команды в строках 600 до 840 передают характеристические значения принтеру или экрану. В строках 600 до 650 вводятся заголовок, центральная частота, ширины полосы частот, индуктивность, внутренний импеданс и внешняя емкость. Другая информация включает полное входное сопротивление, которое напечатано в строке 660 с требуемой индуктивностью, емкость в строке 700, и выходные значения в строках 670 - 710.
Команды 680, и 690 определяют параметры резонансного контура для середины диапазона. Чтобы получить правильный кристалл от изготовителя, четыре требуемые частоты напечатаны в строках 720 до 750. Шестиразрядная точность желательна для заказа кристаллов. Строка 800 дает напряжение эталонного входного сигнала для второй части компьютерной программы, чтобы определить фактическую полосно-пропускающую характеристику. Команды 820 - 840, уточняют настройку всех резонансных контуров на центральную частоту.
При проектировании фильтров учтите, что любая расстройка каскадов приведет к появлению полюсов как показано в рисунках. 2A и 2F. Чтобы получить более крутые скаты желательно использовать полюса. Они могут всегда определяться экспериментально. Процедура расчета устанавливает все три резонансных контура точно на центральной частоте с установленными кристаллами.
Для любителей не имеющих компьютера некоторые вычисления, представляющие интерес также приводятся в таблицах.
В случаях, когда требуется повышенная избирательность, два фильтра могут каскадироваться или непосредственно с 1-dB резистивной согласующей схемой или с транзисторной ступенью усиления от 3 до 4 dB.
Table Программа расчета широкополосных фильтров
1 GOTO 100 4 RUN 280
8 PAGE
9 GO TO 200
20 UST 1290, 2000
100 EN!T
110 SET KEY
120 DIM C(13)
130 C$=""
140 PAGE
150 PRINT "*'1'* CRYSTAL FILTER PROGRAM *** J_J_"
160 REM COPY-RIGHT RESERVED
170 REM ULRICH L. ROHDE, PH.D., SC.D.
180 PRINT "DO YOU WANT OUTPUT AT SCREEN (32) OR PRINTER (41)?"
190 INPUT V5
200 PRtNT "WHICH CENTER FREQUENCY DO YOU WANT?"
210 INPUT F0
220 PRINT "WHICH BANDWIDTH DO YOU WANT?"
230 INPUT B0
240 PRINT "WHICH INDUCTANCE DO YOU HAVE?"
250 INPUT L
260 PRINT "WHAT HOLDER CAPACITANCE DO YOU HAVE"
270 INPUTC(9)
280 PRINT "WHICH FILTER TYPE DO YOU WANT, BUTTERWORTH."
290 PRINT "CHEBYSHEV, FLAT DELAY, LIN. PHASE, GAUSS RESP. (B,C,F,L,G)?"
300 INPUTA$
310 IFA$=""THEN 1290
320 IFA$="B"THEN 890
330 IFA$="C"THEN 970
340 IF A$="F"THEN 1050
350 IF A$="L"THEN 1130
360 IFA$="G"THEN 1210
370 RETURN
380 R0=PI*L*B0
390 C0=:1/(2*B0*Plt2*F0*L)
400 Q0=150000*B0/F0
410 R1 =R0*(K2+2+(1/01 -1/Q0)t2)/(1/Q1 -1/Q0)
420 R2 = R0*(K2f2 + (1/Q4 - 1/Q0)t2)/(1/Q4 - 1/00)
430 C(1)=C0*K2/(K2+2+(1/Q1-1/Q0)f2)-2*C(9)
440 C(8)--C(1)+2*C(9)
450 GOTO 1300
460 C(2) = C0*K2/(K2t2 + (1/04 - 1/Q0)t2) - 2*C(9)
470 C(10)=C(2)+2*C(9)
480 GOTO 1340
490 C(11)=C0/K2-4*C(9)
500 C(3)=1/((2oltPI*F0)t2*L1)+C(11)
510 F1=F0-B0/2*(K2+K1)
520 F2=F0-B0/2*(K2-K1)
530 F3=F0-B0/2*(K2+K3)
540 F4=F0-B0/2*(K2-K3)
550 C(4)=1/(4'l(P^t2*F1f2'ltL)
560 C(5)=1/(4*Plt2*F2t2*L)
570 C(6)=1/(4*Plt2*F3+2*L)
580 C(7)=1/(4*Plt2*F4+2*L)
590 PAGE
600 PRINT @V5:F$;"J""
610 PRINT @V5:"F0= ";F0
620 PRINT @V5:"B0= ";B0
630 PRINT @V5:"L= ";L
640 PRINT @\/Ь:^ф= ";R0
650 PRINT @V5:"C0= ";C0
660 PRINT @V5:"R!N= ";R1
670 PRINT @V5:"ROUT= ";fl2
680 PRINT @V5:"CK= ";C(3)
690 PRINT @V5:"LK'= ";L1
700 PRINT @V5:C$;L1,"CIN= ";C(12)
710 PRINT @V5:D$;L2,oiCOUT= ";C(13)
720 PRINT @V5:"F1= ";F1
730 PRINT @V5:"F2== ";F2
740 PRINT @V5:"F3= ";F3
750 PRINT @V5:"F4= ";F4
760 PRINT @V5:"CS1= ";C(4)
770 PRINT @V5:"CS2= ";C(5)
780 PRINT @V5:"CS3= ";C(6)
790 PRINT @V5:"CS4= ";C(7)
800 V0=(R1+R2)/R1
810 PRINT @V5:"V0= ";V0
820 W0=1/(2-Pt*SQR(L1*(C(12)+C(1))))
830 W1 =1/(2*Р1^0Р^2*(С(13)+С(2))))
840 PRINT @V5:"POLE FREQUENCIES ARE ";W0;" ";W1
850 CALL "WAIT",I
860 PRINT @V5:"J_J_J_"
870 GO TO 280
880 END
890 Q0==100
900 F$="BUTTERWORTH RESPONSE 4TH ORDER CRYSTAL FILTERJ""
910 01=1.0457
920 04=1.0457
930 K1= 0.7369
940 К2= 0.5413
950 КЗ =0.7369
960 GO TO 380
970 Q0=1000
980 F$ = "CHEBYSHEV RESPONSE 4TH ORDER CRYSTAL FILTER 0.01DB R!PPLE1_J_
990 Q1=1.8258
1000 Q4=1.8258
1010 K1= 0.6482
1020 К2= 0.5446
1030 КЗ =0.6482
1040 GO TO 380
1050 Q0=1000
1060 F$= "MAXIMALLY FLAT DELAY 4TH ORDER CRYSTAL FILTERJ_"
1070 Q1=0.2334
1080 Q4=2.2404
1090 K1= 2.5239
1100 К2= 1.1725
1110 КЗ =0.6424
1120 GOTO 380
1130 Q=1000
1140 F$= "LINEAR PHASE 4TH ORDER CRYSTAL FILTER 0.05DEG PHASE ERRORJ_"
1150 Q1 =0.4934
1160 04=0.7182
1170 K1= 1.632
1180 К2= 0.7181
1190 КЗ =0.7391
1200 GO TO 380
1210 00=1000
1220 F$="GAUSS)AN RESPONSE 4TH ORDER CRYSTAL FILTERJ_"
1230 01=0.2747
1240 04=0.4083
1250 K1 =2.2792
1260 K2= 0.7553
1270 КЗ =0.9896
1280 GOTO
380 1290 END
1300 C$ = "TUNED INPUT L1="
1310 C(12)=1.0E-11*1.0E+8/F0
1320 L1 =1/((2*PI*F0)^2*(C(12)+C(1)))
1330 GO TO 460
1340 D$= "TUNED INPUT L2="
1350 СО^^.ОЕ-Ц*-!. 0E+8/F0
1360 L2 = 1 /((2*PI * F0)+2*(C(13) + C(2)))
1370 GO TO 490
Для интересующихся проектированием радиоприемников с двойным преобразованием, параметры 41-MHz кварцевого фильтра приведены в Таблице 4. Таблица 5 - фильтр с Гауссовской характеристикой предназначенный для использования в радиолокационном приемнике.
I Заключение
Это короткое представление относительно проектирования и формирования кварцевых фильтров при помощи маленького компьютера должно поощрить экспериментирование с различными типами фильтров. В прошлом расчет широкополосных фильтров подобных 72.225-MHz, с полосой 31 кГц (Таблица 5) требовал специальной вычислительной программы. Теперь эта уникальная программа поможет решить проблему конструирования чрезвычайно широкого ассортимента полос пропускания.
Пожалуйсто объясните практически,как правильно подключить УНЧ трансивера к звуковой карте ПК чтобы посмотреть АЧХ фильтра на програмном анализаторе спектра. Ведь по входу зв. карты имеется ограничение по напр.2) Насколько достоверны такие измерения? Спасибо Юрий.
Я включал генератор шума от росы на вход трансивера, с детектора или с предварительного унч на звуковую карту, программа спектролаб
и любуешься. Достоверность зависит от звуковой карты, но для наших целей достаточна. Лучше конечно ГКЧ на вход трансивера но это сложнее. Это фильтр трансивера, а полосовой никак, только маленькими кусками по полосе фильтра, но это бессмысленное занятие.
P.S. перегрузку карты сразу увидите.
Меня интерисует, как влияет характеристика унч на АЧХ показаний кварцевого фильтра, возможны отличия от показаний. Также пользуюсь компом, но собрал отдельно смеситель на NE602 вместе с генератором на кварце, буфер поставил перед кварцевым фильтром и производил замеры. Попробовал ставить генератор шума, но при подключении кварцы шумели, но точных показаний не получил, подозреваю что сильный уровень или старую программу накопал. Интерестную тему создали хоть в разных местах форума писалось о настройках, думаю лучше объеденить в одну тему, многим инфа понадобится, кварцы стареют частотки разбегаются и так далее, а с помощью простого прибора можно посмотреть.
Я недавно «тренировался» - смотрел АЧХ сквозного тракта ПЧ+УНЧ на «Дружбе-М».
Использовал генератор шуму на стабилитроне Д814 по схеме из книги Скрыпника «Приборы для налаживания…» - шумит замечательно. Программа – SpectraLab.
В Дружбе два кварцевых фильтра. При подаче сигнала на каскад перед первым фильтром и шунтировании конденсатором второго – наблюдаем АЧХ первого фильтра. При подаче сигнала на каскад перед вторым кварцевым фильтром – наблюдаем АЧХ второго фильтра.
Сигнал подавал через конденсаторы 5 пФ – 1нФ. Особого влияния на АЧХ при разных емкостях не наблюдал, разница в только в амплитуде сигнала на выходе.
Сигнал подавал при отключенном сигнале ГПД.
Перед просмотром АЧХ тракта обратите внимание на уровень собственного шума звуковой карты (ЗК). Далее подайте на вход ЗК сигнал с генератора НЧ (например 1 кГц), постепенно увеличивая его уровень вы увидите максимальный возможный уровень входного сигнала ЗК при котором еще нет перегрузки (ее вы увидите по появившейся куче гармоник).
Попробуйте сделать тоже самое при подключении ЗК к УНЧ трансивера без подключения генератора шума в тракт ПЧ и подключении генератора НЧ к входу УНЧ.
Вышеописанное необходимо, чтобы вы видели в пределах какого динамического диапазона вы сможете наблюдать АЧХ фильтров без явных искажений.
Имейте в виду, что настройки чувствительности входа ЗК в компьютере влияют на динамический диапазон. Поэкспериментируйте с настройками чувствительности входа ЗК и регулятором усиления НЧ трансивера, добейтесь максимального динамического диапазона отображения. При необходимости подавайте сигнал с УНЧ к ЗК через резистивный делитель.
Далее подключайте генератор шума к фильтрам и любуйтесь АЧХ. При нахождении сигнала в пределах ДД ЗК особых искажений АЧХ не наблюдается. Если искажения появятся (вследствие превышения максимального уровня) вы их сразу заметите по резкому изменению формы АЧХ (как правильно написал 3GGP)
Ответить на вопрос о том, как повлияет ваш УНЧ на форму АЧХ фильтра, вы сможете, включив генератор шума на ВЫХОД фильтра (и увидев АЧХ УНЧ). Т.к. полоса пропускания УНЧ значительно шире АЧХ фильтра, то особых влияний (заметных при данного способе измерений) нет.
При использовании SpectraLab поставьте частоты дискретизации порядка 10-12 кГц, и ширину полосы наблюдения АЧХ до 5 кГц. Параметр FFT повыше - чем выше тем медленнее процесс но меньше «зазубрины» АЧХ. Еще, для уменьшения «зазубрин» рекомендую при установившейся на экране картинке ставить галочку «Peak Hold».
При снятии АЧХ с помощью SpectraLab и подобных программ генератор шума из Скрыпника «Приборы для налаживания…» нужно делать выкинув схему управления на лог. элементах. Генератор должен шуметь непрерывно. :wink:
Я недавно «тренировался» - смотрел АЧХ сквозного тракта ПЧ+УНЧ на «Дружбе-М»
Максим Вы целую статью написали,БОЛЬШОЕ СПАСИБО. Если можно хочу задать несколько вопросов.1)Можно ли подать сигнал на зв. карту с програмного генератора, или будет проблематично опр. максимально возможный уровень сигнала.(Может контролировать милливольтметром?) 2)Применительно к Дружбе, наверника пробовали согласовывать фильтры если да, то как и результат?
И последние, если можно здесь выложить схему генератора шума буду очень признателен.
. если можно здесь выложить схему генератора шума буду очень признателен.
Я недавно «тренировался» - смотрел АЧХ сквозного тракта ПЧ+УНЧ на «Дружбе-М».
Использовал генератор шуму на стабилитроне Д814 по схеме из книги Скрыпника «Приборы для налаживания…» - шумит замечательно. Программа – SpectraLab.
В Дружбе два кварцевых фильтра. При подаче сигнала на каскад перед первым фильтром и шунтировании конденсатором второго – наблюдаем АЧХ первого фильтра.
Ну и как, левый скат фильтра хорошо виден? :oops:
Ю1960
Привожу схему генератора шума.
Емкость С2 от несколькик пикофарад до десятков нанофарад в зависимости от задачи.
Стабилитрон может быть Д814 А,Б (R1 при этом 24кОм).
Ю1960 1)Можно ли подать сигнал на зв. карту с програмного генератора, или будет проблематично опр. максимально возможный уровень сигнала.(Может контролировать милливольтметром?)
Подать сигнал от от звуковой же карты можно, миливольтметр не нужен. Превышение допустимого уровня вы увидите на экране по резкому поялению гармоник. Для ограничения уровня сигнала с ВЫХОДА звыковой карты при неоходимости применяйте внешние делители напряжения (также применяйте их и для ограничения сигнала на ВХОДЕ при необходимости).
Владимир_К Ну и как, левый скат фильтра хорошо виден?
Левый скат виден.
Для увеличения детализации сделайте установки в программе которые я описал выше.
При необходимости можно временно сдвинуть АЧХ фильра по частоте вверх перестройкой частоты опорного генератора (сдвинуть по отношению к спектру сигнала на выходе УНЧ).
И вообще необходимо помнить, что каждый метод имеет определенные ограничения. Могу сказать, что в моем опыте динамический диапазон отображаемый на экране в SpectraLab при конкретной встроенной в ноутбук звуковой карте был около 70 дБ.
При желании получить больше всегда можно использовать другие методы, правда? :wink:
Ю1960 1)Можно ли подать сигнал на зв. карту с програмного генератора, или будет проблематично опр. максимально возможный уровень сигнала.(Может контролировать милливольтметром?)
Владимир_К Ну и как, левый скат фильтра хорошо виден?
Левый скат виден.
Для увеличения детализации сделайте установки в программе которые я описал выше.
При необходимости можно временно сдвинуть АЧХ фильра по частоте вверх перестройкой частоты опорного генератора (сдвинуть по отношению к спектру сигнала на выходе УНЧ).
И вообще необходимо помнить, что каждый метод имеет определенные ограничения. Могу сказать, что в моем опыте динамический диапазон отображаемый на экране в SpectraLab при конкретной встроенной в ноутбук звуковой карте был около 70 дБ.
При желании получить больше всегда можно использовать другие методы, правда? :wink:
Ну а Screen экрана можно увидеть, чтобы "полюбоваться" Вашей АЧХ, полученной описанным методом?
Может кто нибудь подскажет,где можно скачать прграмму спектроанализатора. которая работала бы без регистрации,желатель но на русском языке. Спасибо.
Powered by vBulletin® Version 4.1.12 Copyright © 2022 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved. Перевод: zCarot
В радиолюбительской литературе [1, 2, 3] приводилось несколько методик по настройке кварцевых фильтров. Все они примерно одинаковы и сводятся к предварительному макетированию с целью измерения параметров кварцев и довольно большому объему громоздких математических вычислений. Тем не менее, после монтажа, получаемая амплитуно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра, как правило, весьма далека от желаемой. Очевидно, сказывается разброс параметров элементов фильтра и трудно учитываемых монтажных емкостей. В результате приходится затрачивать много времени на коррекцию АЧХ подбором емкостей фильтра и согласующих резисторов.
Исходя из вышеизложенного, возникла идея отказаться от расчетов вообще. Поскольку, их результаты несовершенны и вместо макетирования ограничиться проверкой работоспособности, собственно, кварцевых резонаторов (для этого достаточно простого генератора на одном транзисторе и осциллографа), а настройку основных параметров фильтра производить, используя конденсаторы переменной емкости (КПБ).
Рис.1 Кварцевые фильтры с "параллельными" емкостями
Стрелками ААи ББ показан второй вариант включения КПЕ. Резисторы R1, R4 (0 . 300 Ом) устанавливаются при наличии больших выбросов на АЧХ. Конденсатор С4* подбирается в пределах от 0 до 30 пФ.
С целью минимизации числа конденсаторов, были выбраны схемы фильтров, содержащие только параллельные емкости, рис.1. Поскольку фильтры симметричны (относительно их входа-выхода), оказалось возможным использовать сдвоенные КПЕ от радиовещательных приемников емкостью 12 - 495 пФ. Кроме этого, понадобится еще один, заранее проградуированный в пФ, односекционный переменный конденсатор.
Настройка фильтра сводится к следующему.
Для настройки может понадобиться прибор для измерения амплитудно-частотных харакеристик Х1-38 или ему подобный. Я же использую осциллограф и самодельную приставку (см. ниже).
Первоначально все конденсаторы устанавливаются в положение, соответствующее емкости 30 . 50 пФ. Контролируя АЧХ фильтра на экране прибора, вращением конденсаторов в небольших пределах, добиваемся требуемой полосы пропускания. Затем, подстройкой переменных резисторов (использовать только безиндукционные, например, СП4-1) на входе и выходе фильтра, стараемся выровнять вершину АЧХ. Приведенные выше операции, повторяются несколько раз до получения желаемой АЧХ.
Далее, вместо каждой отдельной секции КПЕ, припаиваем заранее проградуированный конденсатор, с помощью которого стараемся оптимизировать АЧХ фильтра. По его шкале определяем емкость постоянного конденсатора и производим замену. Таким образом, все секции КПЕ, поочередно, заменяются конденсаторами постоянной емкости. Точно также поступаем с переменными резисторами, которые впоследствии заменим на постоянные.
Окончательная "доводка" фильтра производится непосредственно по месту, например, в трансивере. После установки фильтра в трансивер возможно потребуется коррекция номиналов этих резисторов, при этом, для оптимального согласования фильтра с выходом смесителя и входом УПЧ, ГКЧ и осциллограф необходимо подключать согласно схемы, приведенной на рис.2.
Рис.2 Подключение кварцевого фильтра для окончательной настройки
На мой взгляд, достоинством этой методики, является ее наглядность. На экране прибора хорошо видно каким образом меняется АЧХ фильтра в зависимости от изменения емкости каждого конденсатора. Например, выяснилось, что в отдельных случаях вполне достаточно поменять емкость одного конденсатора (с помощью реле) с тем, чтобы изменить полосу пропускания фильтра без особого ухудшения ее прямоугольности.
Как уже отмечалось выше, для настройки фильтра используется осциллограф С1-77 и переделанная приставка для измерения АЧХ [4].
Почему именно С1-77? Дело в том, что на его боковой стенке имеется разъем, на котором присутствует пилообразное напряжение генератора развертки. Это позволяет упростить саму приставку и исключить из ее схемы генератор пилообразного напряжения (ГПН). Поэтому, отпадает необходимость в дополнительной синхронизации и становится возможным наблюдение стабильной АЧХ при различных длительностях развертки. Очевидно, что можно приспособить и осциллографы других типов, может быть после небольшой доработки.
Поскольку, упрощенная приставка используется только при работе с кварцевыми фильтрами вблизи частоты 8 МГц, то все остальные поддиапазоны из нее были исключены.
Также, в используемой приставке, потребуется немного увеличить выходное напряжение. Для этого достаточно переделать выходной каскад в резонансный. Он должен настраиваться в резонанс каждый раз после того, как к его выходу будет подключаться новый фильтр.
Схема доработанной приставки приводится на рис.3. Из-за вносимых "паразитных" емкостей все соединения между исследуемым фильтром и приставкой следует осуществлять короткими проводниками, длиной не более 10 см.
Читайте также: