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无线电电子与电气工程百科全书 收发器晶体滤波器。 无线电电子电气工程百科全书
如您所知，晶体滤波器是“半个好的收发器”。 本文介绍了十二晶体石英滤波器的实用设计，该滤波器是计算机高质量收发器和机顶盒的主要选择，允许您配置该滤波器和任何其他窄带滤波器。 最近，在业余设计中，采用在同一谐振器上制作的石英八晶梯型滤波器作为主选滤波器。 这些过滤器相对容易制造并且不需要大量的材料成本。 计算机程序已编写用于计算和模拟。 滤波器的特性完全满足高质量信号接收和传输的要求。 然而，尽管具有所有优点，这些滤波器也有一个显着的缺点 - 频率响应中存在一些不对称性（平坦的低频斜率），因此矩形系数较低。 业余无线电的工作量决定了对相邻信道中现代收发器的选择性的相当严格的要求，因此主选择滤波器必须在通带外提供至少 100 dB 的衰减，方波系数为 1,5-1,8（在 -6 /-90 dB 级别）。 当然，滤波器通带中的损耗和不均匀的频率响应应该是最小的。 根据[1]中提出的建议，选择具有切比雪夫特性的十晶梯形滤波器作为基础，频率响应不均匀度为0,28 dB。 为了增加斜率的陡度，引入了与滤波器的输入和输出并联的附加电路，由串联的石英谐振器和电容器组成。 谐振器和滤波器的参数根据[2]中描述的方法计算。 对于 2,65 kHz 的滤波器带宽，获得初始值 С1,2 = 82,2 pF，Lkv = 0,0185 H，RH = 224 Ohm。 滤波器电路和电容器额定值的计算值如图1所示。 XNUMX.
该设计使用频率为 8,867 MHz 的电视 PAL 解码器石英谐振器，由 VNIISIMS（弗拉基米尔州亚历山德罗夫）制造。 晶体参数的稳定重复性、小尺寸和低成本在选择中发挥了重要作用。 ZQ2-ZQ11石英谐振器频率的选择精度为±50 Hz。 测量是使用自制的自振荡器和工业频率计进行的。 并联电路的谐振器ZQ1和ZQ12选自其他批次的晶体，其频率分别低于和高于滤波器基频约1kHz。 该过滤器组装在由 1 毫米厚的双面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上（图 2）。
顶层金属化用作普通导线。 谐振器安装侧面的孔是埋头孔。 所有石英谐振器的外壳都通过焊接连接到一根公共电线上。 在安装部件之前，滤波器 PCB 被焊接到带有两个可拆卸盖的镀锡盒中。 另外，在印刷导体的一侧，焊接有沿板的中心轴线穿过谐振器的引线之间的丝网隔板。 上图。 图3为滤波器的接线图。 滤波器中的所有电容均为KD和KM。
滤波器做好后，问题来了：如何在家以最大分辨率测量其频率响应？ 使用家用计算机通过使用选择性微伏计按点绘制滤波器的频率响应来验证测量结果。 为了查看滤波器在 -100 dB 处的频率响应，发生器的侧噪声电平必须低于指定值，并且检测器必须具有良好的线性度，最大动态范围至少为 90 ... 100 dB。 因此，噪声发生器被传统的扫描发生器取代（图 4）。
以石英振荡器[4]的电路为基础，其中噪声的相对功率谱密度为- 165 dB/Hz。 这意味着在10 kHz频带内失谐3 kHz时发生器的噪声功率比发生器主振荡的功率小135 dB！ 源代码略有修改。 因此，使用场效应晶体管代替双极晶体管，并且由电感器L1和变容二极管VD1-VD2组成的电路与石英谐振器ZQ5串联。 振荡器频率相对于石英频率调整在 5 kHz 以内，这足以测量窄带滤波器的频率响应。 发生器中的石英谐振器类似于滤波器。在扫频发生器模式下，变容二极管 VD2 - VD5 的控制电压由单结晶体管 VT2 上的锯齿波电压发生器提供，VT1 上有电流发生器。 。 为了手动调节发电机频率，使用多匝电阻器 R11。 芯片DA1起电压放大器的作用。 由于滤波器频率响应的不同区段中MCF通过的速度不均匀，不得不放弃最初构想的正弦控制电压，并且为了实现最大分辨率，发生器频率降低至0,3 Hz。 开关 SA1 选择“锯齿波”发生器的频率 - 10 或 0,3 Hz。 GKCH的频率偏差由调谐电阻R10设置。 检测器模块的示意图如图 5 所示。 2. 如果 L1C1C2 电路用作滤波器负载，则石英滤波器输出的信号将施加到 X1 输入。 如果在负载有源电阻的滤波器上进行测量，则不需要该电路。 然后，来自负载电阻的信号被施加到 X1 输入，并且在检测器的印刷电路板上移除将 XXNUMX 输入连接到电路的导体。
强大的场效应晶体管 VT90 上的动态范围超过 1 dB 的源极跟随器与滤波器的负载电阻和混频器的输入阻抗相匹配。 该检波器按照基于场效应晶体管VT2、VT3的无源平衡混频器方案制作，动态范围大于93dB。 晶体管的组合栅极通过 P 电路 C17L2C20 和 C19L3C21 从参考振荡器接收 3 ... 4 V (rms) 的反相正弦电压。 探测器的参考振荡器采用DD1芯片制作，具有频率为8,862 MHz的石英谐振器。 混频器输出端形成的低频信号被 DA20 芯片上的放大器放大约 1 倍。 由于个人计算机的声卡具有相对低的阻抗输入，因此检测器中安装了功能强大的K157UD1运算放大器。 放大器频率响应经过调整，在 1 kHz 以下和 20 kHz 以上时，增益滚降约为每倍频程 -6 dB。 振荡器安装在由双面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上（图 6）。 板子的顶层作为公共导线，与它不接触的部分的引线孔是沉头的。 该板焊接在一个 40 毫米高的盒子中，盒子上有两个可拆卸的盖子。 盒子是用马口铁制成的。
电感器L1、L2、L3用羰基铁制成的微调器绕在直径为6,5毫米的标准框架上，并放置在屏蔽中。 L1 包含 40 匝 PEV-2 0,21 线，L3 和 L2 分别包含 27 匝和 2+4 匝 PELSHO-0,31 线。 线圈 L2 缠绕在靠近“冷”端的 L3 顶部。 所有扼流圈均为标准 - DM 0,1 68 μH。 固定电阻器 MLT、调谐 R6、R8 和 R10 SPZ-38。 多匝电阻器-PPML。 永久电容器 - KM、KLS、KT、氧化物 - K50-35、K53-1。 GKCH 的建立始于设置锯齿波电压发生器输出的最大信号。 通过用示波器控制 DA6 芯片引脚 1 处的信号，微调电阻 R8（增益）和 R6（偏置）设置图中 A 点所示信号的幅度和形状。 通过选择电阻R12，可以在不进入信号限制模式的情况下实现稳定发电。 通过选择电容C14的容量和调节L2L3电路，使输出振荡系统调谐到谐振状态，保证了发生器良好的负载能力。 L1 线圈微调器将振荡器调谐限制设置在 8,8586-8,8686 MHz 范围内，这略微覆盖了被测石英滤波器的频率响应带。 为了确保连接点 L10、VD1、VD4 周围 GKCH 的最大调谐（至少 5 kHz），箔的顶层被去除。 无负载时，发电机的输出正弦电压为 1 V（rms）。 探测器单元由双面镀箔玻璃纤维制成的印刷电路板制成（图 7）。 顶层箔用作公共线。 不与普通电线接触的零件末端的孔是埋头孔。 该板被焊接在一个 35 毫米高、带有可拆卸盖子的锡盒中。 其分辨率取决于附件的制造质量。
线圈 L1-L4 包含 32 匝 PEV-0,21 电线，绕在直径为 6 毫米的框架上。 铠装芯 SB-12a 线圈中的微调器。 所有扼流圈均为 DM-0,1 型。 电感 L5 - 16 μH，L6、L8 - 68 μH，L7 - 40 μH。 变压器 T1 缠绕在尺寸为 K1000x10x6 mm 的环形铁氧体磁路 3NN 上，初级绕组包含 7 匝，次级绕组包含 2x13 匝 PEV-0,31 导线。 所有调谐电阻器 - SPZ-38。 在该块的预调谐期间，高频示波器控制晶体管VT2、VT3的栅极处的正弦信号，并且如果需要的话，调整线圈L2、L3。 微调线圈 L4 将参考振荡器的频率去除到低于滤波器带宽 5 kHz。 这样做是为了减少频谱分析仪工作区域中降低设备分辨率的各种干扰的数量。 振荡器通过带有电容分压器的匹配振荡电路连接到石英滤波器（图 8）。
在调谐过程中，这将使您在滤波器的通带中获得较低的衰减和纹波。 正如已经提到的，第二个匹配振荡电路位于检测器附件中。 组装好测量电路并将机顶盒的输出（连接器 X3）连接到麦克风或个人计算机声卡的线路输入后，我们启动频谱分析仪程序。 有几个这样的程序。 作者使用了程序 SpectraLab v.4.32.16，位于：cityradio.narod.ru/utilJties.html。 该程序易于使用且具有出色的功能。 因此，我们启动了“SpektroLab”程序，通过调整 GKCH（手动控制模式）和探测器附件中的参考振荡器的频率，我们将 GKCh 频谱图的峰值设置为 5 kHz 左右。 此外，通过平衡检测器附件的混频器，二次谐波的峰值被降低到噪声水平。 之后，GKCh 模式打开，监视器上出现期待已久的被测滤波器的频率响应。 首先，打开 10 Hz 的摆频，然后通过使用 R11 调整中心频率，然后调整摆带 R10（图 4），我们实时设置可接受的滤波器频率响应“图片”。 在测量过程中，通过调整匹配电路，可以实现通带的最小不均匀性。 此外，为了实现设备的最大分辨率，我们打开 0,3 Hz 的摆频并设置傅立叶变换点的最大可能数量（FFT，作者 4096..8192）和平均参数的最小值（Averaging，作者1）在程序中。 由于特性是在 GKCh 的多个通道中绘制的，因此存储峰值电压计模式（保持）被打开。 结果，我们在监视器上得到了所研究的滤波器的频率响应。 使用鼠标光标，我们获得所需级别的频率响应的必要数字值。 在这种情况下，一定不要忘记测量检测器附件中参考振荡器的频率，以便获得频率响应点频率的真实值。 在评估初始“图像”后，串联谐振 ZQ1n ZQ12 的频率分别调整到滤波器频率响应的下斜率和上斜率，实现 -90 dB 的最大矩形度。 总之，使用打印机，我们获得了制造过滤器的完整“文档”。 举个例子，如图所示。 图9显示了该滤波器的频率响应的频谱图。 GKCH 信号的频谱图也显示在那里。 通过重新排列 ZQ3-ZQ5 石英谐振器，可以消除 -2 ... -11 dB 级别的频率响应左斜率的明显不均匀性。
结果，我们获得了以下滤波器特性：-6 dB 通带 - 2,586 kHz，通带中的频率响应不均匀性 - 小于 2 dB，矩形因子 -6 / -60 dB 级别 - 1,41； 按级别 -6/-80 dB - 1,59 和按级别 -6/-90 dB - 1,67； 带内衰减 - 小于 3 dB，带后衰减 - 超过 90 dB。 作者决定检查所获得的结果并逐点测量石英滤波器的频率响应。 测量时，需要具有良好衰减器的选择性微伏表，这是HMV-4型（波兰）微伏表，标称灵敏度为0,5μV（同时，它很好地固定了0.05μV电平的信号）和 100 dB 的衰减器。 对于此测量选项，组装了图 10 所示的方案。 XNUMX. 滤波器输入和输出处的匹配电路均经过仔细屏蔽。 屏蔽连接线质量良好。 “接地”电路也经过精心制作。
通过使用电阻器 R11 平滑地改变 GKCH 的频率并将衰减器切换 10 dB，我们获取微伏表的读数，穿过滤波器的整个频率响应。 使用测量数据和相同的比例，我们构建了频率响应图（图 11）。
由于微伏表的高灵敏度和GKCH的低侧噪声，-120 dB级别的信号得到了很好的固定，这在图中清楚地反映出来。 测量结果如下： -6 dB带宽 - 2,64 kHz； 频率响应不均匀——小于2 dB； -6/-60 dB 矩形比为 1,386； 按级别 -6/-80 dB - 1,56； 按级别 -6/-90 dB - 1,682； 按级别 -6/-100 dB - 1,864； 带内衰减 - 小于 3 dB，带后衰减 - 超过 100 dB。 测量结果与计算机版本之间的一些差异可以解释为，当分析的信号在大动态范围内变化时，数模转换误差会不断累积。 应该指出的是，上述石英滤波器的频率响应图是通过最少的调谐工作获得的，并且通过更仔细地选择元件，可以显着改善滤波器特性。 所提出的振荡器电路可成功用于测量单信号选择性，以及测量高达 110...120 dB 的收发器动态范围。 该器件可成功用于评估收发器中频路径的质量指标、AGC 和检波器的运行情况。 通过将振荡器的信号施加到检测器，在机顶盒到PC的输出处我们得到振荡频率的低频振荡器的信号，用它您可以轻松快速地调整任何滤波器和级联收发器的低频路径。 使用建议的探测器附件作为收发器全景指示器的一部分也同样有趣。 为此，请将带宽为 8...10 kHz 的石英滤波器连接到第一个混频器的输出。 此外，接收到的信号被放大并施加到检测器的输入。 在这种情况下，您可以以良好的分辨率观察 5 至 9 点级别的通讯方信号。 文学
作者：G.Bragin (RZ4HK)
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