Содержание


РАСЧЁТ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ КВАРЦЕВЫХ ФИЛЬТРОВ

     РАСЧЁТ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ КВАРЦЕВЫХ ФИЛЬТРОВ
     
     А.КУЗЬМЕНКО (RV4LK),
     г.Ульяновск.
     
     (Окончание. Начало в N8/2001)
     
     Фильтры  рассчитаны  по методике, приведенной  в  [3],  при
неравномерности  АЧХ  0,28 дБ, но на практике  из-за  неизбежной
неточности изготовления она получается несколько больше.
     Для  удобства согласования с нагрузкой входные  и  выходные
емкости  (С2,3) из последовательных пересчитаны в  параллельные.
Кроме   того,  емкость  монтажа  совместно  с  последовательными
конденсаторами фильтра образует емкостный делитель,  уменьшающий
коэффициент передачи фильтра на 8...15%. Чтобы уменьшить влияние
емкости  монтажа в 8-крис-тальных фильтрах, Т-звенья пересчитаны
в П-звенья.
     Согласовывать  кварцевые  фильтры  лучше  всего  с  помощью
колебательных  контуров, не имеющих ферромагнитных  сердечников,
чтобы  не  ухудшить динамику приемной части. Применение контуров
улучшает соотношение сигнал/шум.
     Схема  четырехкристального кварцевого  SSB-фильтра  фильтра
Чебышева  с  неравномерностью АЧХ в полосе пропускания  0,28  дБ
приведена рис.6.
     Емкость   конденсаторов,   входящих   в   состав   фильтра,
рассчитывется по формулам:
     
     где Fs0 - среднеарифметическое значение, кГц;
     Lк - индуктивность кварца, рассчитанная по формуле (1), Гн.
      полоса пропускания фильтра, кГц.
     
     
     Как   видно   из   формул,   чтобы  изготовить,   например,
телеграфный  фильтр с чебышевской характеристикой, достаточно  в
рассчитанном SSB-фильтре увеличить все величины емкостей в число
раз,  равное  отношению  полос  пропускания  фильтров  nSSB/ncw.
Волновое сопротивление фильтра Кф уменьшится во столько же  раз.
Этим  приемом  можно  воспользоваться, если  полоса  пропускания
изготовленного кварцевого SSB-фильтра оказалась меньше требуемой
из-за  малого резонансного промежутка используемых кварцев.  Для
получения  требуемой полосы пропускания в соответствующее  число
раз  уменьшаем  все  емкости  фильтра.  Но  если  попались  нека
чественные кварцы, этот способ может не помочь. Так, если кварцы
-  с низкой добротностью (имеют много паразитных резонансов), то
CW-фильтр может не получиться, да и параметры SSB-фильтра  будут
не   очень  хороши.  В  случае  использования  кварцев  с  малым
резонансным  промежутком  Р3-Рр<ЗП,  SSB-фильтр  может  не  полу
читься,  и надо будет применять специальные меры, чтобы добиться
нужной  полосы  пропускания.  Лучше,  если  Fs-Fp=(5...7)-n.   У
современных резонаторов это условие обычно выполняется.
     Телеграфные   (CW)  кварцевые  фильтры  с   характеристикой
Баттерворта  (обозначения аналогичны приведенным  на  рис.6...8)
рассчитываются по следующим формулам:
     - четырехкристальный кварцевый фильтр:
     
     - шестикристальный фильтр:
     
     - восьмикристалыный фильтр:
     
     Чтобы  иметь  возможность использовать CW- и SSB-фильтры  с
одним и тем же опорным кварцевым генератором, требуется сдвинуть
вверх  на  400...700  Гц полосу пропускания CW-фильтра.  В  этом
случае тон сигнала будет оптимальным и составит 0,8... 1,2 кГц.
     Подбирать  кварцы,  имеющие Fs выше  на  400...700  Гц,  не
всегда  возможно, да и изготавливать отдельный  CW-фильтр  -  не
самое   экономичное  решение.  Лучше  воспользоваться   методом,
предложенным EU1TT в [4].
     Конденсатор   С2   включен  последовательно   с   кварцевым
резонатором  и сдвигает Fs вверх на 400...700 Гц,  а  С1  сужает
резонансный  промежуток образовавшегося эквивалентного  резонато
ра. Величина С2 рассчитывается по формуле:
     
     где Lк - в генри;
     Fs0 и f - в герцах (f=400...700 Гц);
     Дельта f - желаемый сдвиг АЧХ в режиме CW.
     Емкость  конденсатора  С2  -  50...200  пФ,  и  может  быть
подобрана  экспериментально. По рекомендациям ex UP2NV,  емкость
конденсатора  С1 находится в пределах 20..70 пФ, причем  большей
величине   емкости  соответствует  меньшая  полоса   пропускания
фильтра.  Конденсаторы  подключаются к кварцевым  резонаторам  с
помощью  малогабаритных реле (например, РЭС-49). Таким  образом,
одни  и те же кварцы используются одновременно и в SSB-,  и  CW-
фильтрах.
     В  правильно спроектированном приемнике величина  затухания
за  пределами  полосы  пропускания Аo динамический  диапазон  по
блокированию ДД1, динамический диапазон по интермодуляции ДДЗ  и
усиление  по промежуточной частоте приемника Ку пч (все значения
- в децибелах) подчиняются следующим условиям:
     
     Из  двух  величин  выбираем большую. У автора  используются
восемь  кварцев в SSB-фильтре: шесть - в CW-фильтре и  два  -  в
подчисточном фильтре. Всего - 16 кварцев, которые, однако, лучше
распределить  следующим  образом:  ФОС  -  6  шт.,  второй  ФОС,
включенный между первым и вторым каскадами усилителя ПЧ - 6 шт.,
и  в  подчисточном  фильтре  -  4  шт.  Такое  решение  позволит
реализовать высокую динамику приемного тракта трансивера и резко
улучшить его реальную избирательность.
     Большое  значение  имеет правильное изготовление  фильтров.
Монтаж  на  печатной  плате не подходит из-за  влияния  емкостей
монтажа и вносимых потерь. Лучше всего применить навесной монтаж
на  выводах  кварцев. Удачную конструкцию предложил UYON  в  [2]
(рис.9). Если подходить к конструкции фильтра совсем строго,  то
по крайней мере у восьмикристального фильтра должны быть запаяны
отдельные экранирующие крышечки для каждой секции, особенно если
фильтр  малогабаритный, и частота кварцев превышает  5...8  МГц,
так  как одна общая крышка не обеспечивает отсутствие паразитных
связей  через  крышку.  Очень  важно  правильно  выбрать   точку
заземления корпуса фильтра. Соединять его в нескольких точках  с
общим  проводом (шасси) нежелательно, т.к. токи, протекающие  по
корпусам,  могут создать паразитные связи, ухудшающую  параметры
системы   смеситель-кварцевый   фильтр-усилитель   промежуточной
частоты по сравнению с параметрами кварцевого фильтра.
     Все  эти  узлы следует выполнять в экранированных корпусах,
каждый из которых соединяется с последующим узлом в одной точке.
Экран  должен  иметь значительную толщину, чтобы через  него  не
смешивались  токи  смесителя и усилителя промежуточной  частоты.
Реле, служащие для изменения полосы пропускания фильтра, следует
располагать  рядом с кварцами, и питание на них  подавать  через
проходные   конденсаторы  и  развязывающие  LC-цепочки.   Кварцы
qkedser   разбить   на   пары  с  наиболее  близкими   частотами
последовательного резонанса Fs. Применительно к восьмикристально-
му  фильтру, пары кварцев с минимальным разносом следует ставить
в  крайние  (ZQ1  ...ZQ8) звенья фильтра,  пары  с  максимальным
разносом - в центральные звенья (ZQ4...ZQ5).
     При  измерении параметров изготовленного фильтра необходимо
правильно  подключать  приборы, чтобы не исказить  АЧХ  фильтра.
Конденсаторы  желательно применять малогабаритные, керамические,
с минимальным ТКЕ, и подобрать их с точностью не хуже 1%, однако
допуск  5%  незначительно ухудшает параметры  фильтра  и  вполне
допустим.  Автор успешно применяет устаревшие конденсаторы  КТ-1
от  различной пришедшей в негодность аппаратуры. Они удобны  еще
тем, что допускают подгонку величин емкости в сторону ее уменьше
ния путем осторожного соскабливания скальпелем части обкладки  с
наружной стороны. Место соскоба для изоляции покрывается  тонким
слоем  клея БФ-2. От других типов конденсаторов можно отламывать
кусочки,   не   забыв  проверить  подогнанный   конденсатор   на
отсутствие замыкания между обкладками.
     После установки в аппаратуру кварцевые фильтры должны  быть
обязательно   согласованы  (нагружены  на   требуемые   величины
сопротивлений), иначе АЧХ будет далека от расчетной (ожидаемой).
Величину  входных емкостей фильтра следует уменьшить на величину
емкости монтажа, т.к. она может увеличить неравномерность АЧХ  и
увеличить  затухание  в  полосе пропускания  фильтра.  Правильно
изготовленный  и установленный кварцевый фильтр не  нуждается  в
настройке.
     Если  не  удалось подобрать требуемое количество кварцев  с
допустимым  разносом  Fs, то по совету EU1TT  их  частоты  можно
электрически  "подогнать"  (рис.10),  воспользовавшись  формулой
(2), преобразованной к виду:
     
     где   Fs   max  -  максимальная  частота  последовательного
резонанса  наиболее  высокочастотного  кварца  из  имеющихся   в
наличии;
     Fsi - частота последовательного резонанса остальных кварцев
(i=1,2,3...n-1; п - общее число имеющихся в наличии кварцев).
     Имея  осциллограф,  можно создать  систему,  которая  будет
эквивалентна  измерителю частотных характеристик. Для  этого  на
вход  трансивера (приемника) подают через аттенюатор  сигнал  от
генератора  (рис.4),  а на цепи управления варикапом  расстройки
через  переменный резистор 150 Юм - пилообразное  напряжение  от
схемы развертки осциллографа. Этот способ удобен тем,     
что     наблюдается   АЧХ  фильтра в реальной конструкции.  Если
осциллограф   низкочастотный,  его  можно  включить   на   выход
детектора. При таком способе наблюдения АЧХ, в фильтре можно при
менять  кварцы  с  большим разбросом  по  частоте  и,  меняя  их
местами,  добиться  требуемой АЧХ. Однако  такое  решение  менее
надежно,  более  трудоемко  и не позволяет  изготовить  комплект
кварцевых фильтров с идентичными АЧХ.
     Автором  было изготовлено два комплекта кварцевых  фильтров
(6+6+4  кварцевых  резонаторов) на частоты 8,002  и  5,503  МГц.
Разнос полос пропускания составил +50 Гц, те фильтр следует  рас
считывать с полосой пропускания шире на 100 Гц - не 2500, а 2600
Гц.  Параметры  хорошо  совпали  с  расчетными,  и  фильтры   не
потребовали  настройки.  При установке в  трансивер  фильтр  был
согласован по входу и выходу.
     В  настоящей статье автор обобщил результаты работы  многих
авторов [1...5] и свой многолетний опыт [6, 7]. 
Литература
     1. Л.Лабутин. Кварцевые резонаторы. - Радио, 1975, N3.
     2.  А.Каракаптан  (UY5ON). Методика изготовления  кварцевых
фильтров. - ИНФОТЕХ, Минск.
     3. В.Жалнераускас (ex UP2NV). Расчет кварцевых фильтров.  -
Радио, 1982...83 г.г.
     4.   И.Гончаренко  (EU1TT).  Совмещение  полос  пропускания
SSB/CW  в кварцевом фильтре с переменной полосой пропускания.  -
Радиолюбитель, 1991, N11.
     5. И.Гончаренко (EU1TT). Лестничные фильтры на неодинаковых
резонаторах. - Радио, 1992, N1.
     6.  А.Кузьменко  (RV4LK). Определение параметров  кварцевых
резонаторов  для  расчета и изготовления кварцевых  фильтров.  -
Радиодизайн, 1996, N3.
     7.  А.Кузьменко  (RV4LK). Определение параметров  кварцевых
резонаторов  для  расчета лестничных фильтров. -  Радиолюбитель,
1998, N6.

Содержание

 

Hosted by uCoz