Предыдущая публикация
НАСТРОЙКА КВАРЦЕВЫХ ФИЛЬТРОВ В.
РУБЦОВ (UN7BV)
Казахстан, г. Астана.
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 сопротивления 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.
Примечание: кварцы на рисунке с лестничным фильтром по частоте должны быть все одинаковые (или 10,7006 или 10,7028 МГц). Это ошибка корректировщиков статьи в редакции журнала.
И ещё хотел сообщить следующее: когда настраивал КФ-ры с помощью просмотра его АЧХ осциллографом ( https://www.ok.ru/un7bv.radio/topic/64128485799314 ), то вместо подбора ёмкости каждого конденсатора, подключал вместо них на время настройки переменные ... таким образом очень быстро "выстраивал" нужную картинку АЧХ, под конец оставалось только измерить полученные ёмкости подстроечных конденсаторов и заменить их на постоянные таких же номиналов. И даже если используешь только один переменный конденсатор, дело "двигается" гораздо быстрее ... крутишь переменник и смотришь на картинку, на более-менее приемлемом варианте останавливаешься, измеряешь ёмкость, заменяешь её таким же постоянным, и далее таким же образом подбираешь все последующие конденсаторы.
Ну и ещё - я про настройку монолитного кварцевого фильтра ничего не написал. Что там настраивать, если он монолитный? И всё же!? Если вход и выход этого фильтра связать подстроечным конденсатором небольшой ёмкости, то его подстройкой можно слегка влиять на АЧХ фильтра - растянуть её, что может быть полезно при приёме АМ и ЧМ модулированных сигналов. Кроме того, следует подобрать и сопротивления на входе и выходе такого фильтра (согласовать), чтобы получить АЧХ более близкую к паспортной - номиналы этих резисторов будут влиять и на форму верхнего среза АЧХ, и на его затухание. Так что можно слегка и с таким фильтром "поиграться". UN7BV 73!
P.S. Примечание - в лестничном фильтре все кварцы на одинаковую частоту - это редакция журнала допустила ошибку!
Следующая публикация
Комментарии 7