Для начинающих. Простой супергетеродин "315-23". Часть 12. Фильтр на 4-х кварцах.

От кварцевого фильтра будет зависеть полоса пропускания приемника, хотя ему и помогает ФНЧ перед предварительным УНЧ. Чтобы сделать расчет кварцевого фильтра не обязательно быть математиком, методики и программы уже сделали, например наш соотечественник UA1OJ. Эта, и не только, программы лежат на сайте qrz.ru.

Но прежде нужно определить параметры резонатора. необходимые для расчета, а здесь трудность: нужен частотомер, причем, достаточно точный. Так частотомер антенного анализатора MFJ-259B для этого не подходит - у него младший разряд - единицы кГц, а желательно десятки Гц.

С другой стороны, китайские резонаторы имеют относительно малый разброс параметров. Так что мои данные вполне могут использоваться для расчета других фильтров (2-х, 3х, 6-ти, 8-ми кристальных), но на частоту 8 МГц. Кварцы на другие частоты будут иметь другие параметры.

Если нет частотомера, то что же можно измерить с помощью мультиметра? Можно измерить добротность кварцевого резонатора, конечно не саму добротность, а величину, которая с ней связана. А именно напряжение на выходе кварцевого генератора. Условно назовем эту величину "активностью кварца" и выражать ее будем в вольтах выходного напряжения, которое измеряем с помощью пробника и мультиметра. Я просто пристроил на выходе генератора диод с барьером Шоттки и фнч из резистора 36 кОм и конденсатора 33нФ, параллельно которому и подключил мультиметр. Полярность включения диода не имеет значения.

Рис. 1.

Я взял с закрытыми глазами :) из пакета десять кварцевых резонаторов, пронумеровал их, а потом измерил их активность и частоту генератора.

Рис. 2.

Рис. 3.

Вот сводная таблица.

Рис. 4.

Для фильтра я выберу кварцы с близкой активностью: 3, 5, 6, 8. Посмотрим какой получиться фильтр с кварцами, отличающимися по частоте.

А теперь беру один из выбранных кварцев и впаиваю его в плату генератора. Измеряю частоту (7998,5). Затем последовательно с кварцем устанавливаю конденсатор 10 пФ и вновь измеряю частоту генератора (8003,2), которая стала немного выше. Вот и все замеры.

Теперь запускаю программу Ladder crystal filter calculator (Dishal). По указанному адресу на сайте DK7JB много материалов по данной теме.

Рис. 5. Окно программы.

Выбираем закладку Xtal, а в выпавшем меню пункт "G3UUR - method". Появляется небольшое окно, где приведена входная часть генератора по схеме ёмкостной трехточки. Ввожу в окошки имеющиеся данные. Единственно, чего нет, так это емкость кристаллодержателя. Посмотрев в сети я не обнаружил точного значения этого параметра, а поэтому выбрал 4 пФ. Давим на "Calculate" и внизу окошка появляются результаты расчета.

Рис. 6.

Попробуем сделать расчет этих параметров в другой программе. Открываем LCFD от UA1OJ.

Рис. 7.

Здесь генератор на транзисторах p-n-p, но все равно индуктивная трехточка. Ввожу данные и получаю результат почти точно такой же как в предыдущей программе. Это понятно, так как за основу взят один и тот же метод G3UUR.

Возьму я для дальнейшего расчета вот такие данные: Ld = 20 мкГн, Fo=7996,7 кГц. В начале использую DISHAL.

Рис. 8.

Вверху в окошечки вводим рассчитанные данные, а также полосу пропускания (В=2 кГц), неравномерность вершины фильтра (1 дБ), количество кристаллов (4, а можно от 2 до 14), и полосу просмотра АЧХ (20 кГц, как я обычно выставляю в NanoVNA). Жмем на "Calculate" - справа появляются цифровые данные, а слева - АЧХ фильтра. и АЧХ очень не плоха :)!.

Посмотрим цифры: полоса по уровню -6 дБ 2,12 кГц, по уровню -20 дБ 2,76 кГц, по уровню -40 дБ 4,49 кГц (а ведь это затухание в 100 раз!). Для такого простенького фильтра очень неплохо. Синим и красным цветом выделенные емкости конденсаторов. Схема будет такая:

Рис. 9.

Я немного изменил емкости конденсаторов, выбрав из имеющихся номиналов, но соотношения постарался сохранить. Все смонтировал на своем стенде, который для этого и делал. Подключаю NanoVNA, запускаю программу NanoVNA Saver. И вот передо мной АЧХ:

Рис. 10. Нагрузка - 170 Ом.

АЧХ получилась немного шире, чем расчетная, но я уменьшил емкость конденсаторов, поэтому и полоса расширилась. Попробую увеличить сопротивление нагрузки.

Рис. 11. Нагрузка 460 Ом.

Как и в лабораторной работе, тенденция та же: с увеличением нагрузки полоса пропускания расширяется, неравномерность вершины увеличивается.

Подпаиваю параллельно всем резонаторам конденсаторы 5 пФ.

Рис. 12. Нагрузка 100 Ом.

Вот это уже ближе к расчетным данным. Увеличиваю емкость С2 и С4 до 82 пФ.

Рис. 13. Нагрузка - 420 Ом.

Почти тютелька в тютельку! На этом остановлюсь.

Рис. 14.

Обратите внимание, что я брал кварцы с отличающимися частотами. Если все кварцы точно подобрать по активности и по частотам генерации, то получится немного лучше. А стоит ли мучиться? Для фильтра на 4-х кварцах - мне кажется, не стоит. А вот для 14-ти кристального - может быть, но я такие не делал. Теперь нужно все смонтировать на плату и еще раз испытать.

Всем здоровья и успехов!