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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 트랜시버 석영 필터. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
석영 필터는 우리가 알고 있듯이 "좋은 트랜시버의 절반"입니다. 이 기사에서는 고품질 트랜시버 및 컴퓨터 부착을 위한 주요 선택 항목인 XNUMX개 크리스털 석영 필터의 실용적인 설계를 제시하며 이를 통해 이 필터와 기타 협대역 필터를 구성할 수 있습니다. 아마추어 설계에서는 최근 동일한 공진기에 만들어진 석영 XNUMX결정 사다리형 필터가 주요 선택 필터로 사용되었습니다. 이러한 필터는 제조가 상대적으로 간단하고 재료비가 많이 들지 않습니다. 컴퓨터 프로그램은 계산과 모델링을 위해 작성되었습니다. 필터의 특성은 고품질 신호 수신 및 전송에 대한 요구 사항을 완벽하게 충족합니다. 그러나 모든 장점에도 불구하고 이러한 필터에는 상당한 단점도 있습니다. 즉, 주파수 응답의 일부 비대칭성(평평한 저주파수 기울기)과 그에 따른 낮은 직각도 계수입니다. 아마추어 라디오 방송의 혼잡은 인접 채널의 최신 트랜시버 선택성에 대한 매우 엄격한 요구 사항을 결정하므로 기본 선택 필터는 100-1,5의 직각 계수(레벨에서)로 1,8dB보다 나쁘지 않은 통과 대역 외부 감쇠를 제공해야 합니다. -6/-90dB). 당연히 필터 통과대역에서 주파수 응답의 손실과 불균일성은 최소화되어야 합니다. [1]에 제시된 권장 사항에 따라 0,28dB의 불균일한 주파수 응답을 갖는 체비쇼프 특성을 갖는 2개의 크리스탈 래더 필터가 기본으로 선택되었습니다. 필터의 입력 및 출력과 평행한 경사의 가파른 정도를 높이기 위해 직렬 연결된 석영 공진기와 커패시터로 구성된 추가 회로가 도입되었습니다. 공진기와 필터의 매개변수 계산은 [2,65]에 설명된 방법에 따라 수행되었습니다. 1,2kHz의 필터 통과대역에 대해 초기 값은 C82,2 = 0,0185pF, Lkv = 224H, RH = 1Ohm입니다. 필터 회로와 커패시터 값의 계산된 값은 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.
이 설계에서는 VNIISIMS(블라디미르 지역 알렉산드로프)에서 생산한 8,867MHz 주파수의 텔레비전 PAL 디코더용 석영 공진기를 사용합니다. 결정 매개변수의 안정적인 반복성, 작은 치수 및 저렴한 비용이 선택에 영향을 미쳤습니다. ZQ2-ZQ11의 석영 공진기 주파수 선택은 ±50Hz의 정확도로 수행되었습니다. 측정은 집에서 만든 자체 발진기와 산업용 주파수 측정기를 사용하여 수행되었습니다. 병렬 회로용 공진기 ZQ1 및 ZQ12는 주 필터 주파수보다 각각 약 1kHz만큼 낮은 주파수와 높은 주파수를 갖는 다른 수정 배치에서 선택되었습니다. 필터는 1mm 두께의 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 조립됩니다(그림 2).
금속화의 최상층은 공통 와이어로 사용됩니다. 공진기가 설치된 측면의 구멍은 접시 모양으로 되어 있습니다. 모든 석영 공진기의 하우징은 납땜을 통해 공통 와이어에 연결됩니다. 부품을 설치하기 전에 필터 회로 기판은 3개의 탈착식 덮개가 있는 주석 도금 상자에 밀봉되어 있습니다. 또한 인쇄 도체 측면에는 보드의 중심 축선을 따라 공진기 리드 사이를 통과하는 스크린 파티션이 납땜되어 있습니다. 그림에서. 그림 XNUMX은 필터의 설치 다이어그램을 보여줍니다. 필터의 모든 커패시터는 CD 및 KM입니다.
필터를 만든 후 집에서 최대 해상도로 주파수 응답을 측정하는 방법에 대한 질문이 생겼습니다. 가정용 컴퓨터를 이용하였고, 선택적인 마이크로볼트미터를 이용하여 포인트별로 필터의 주파수 응답을 구성하여 측정 결과를 확인하였다. -100dB 수준에서 필터의 주파수 응답을 보려면 발생기의 측면 잡음 수준이 지정된 값보다 낮아야 하며 감지기는 최대 동적 범위가 90보다 나쁘지 않은 양호한 선형성을 가져야 합니다. .100dB. 이러한 이유로 소음 발생기는 기존의 스위프 발생기로 교체되었습니다(그림 4).
기본은 상대 잡음 전력 스펙트럼 밀도가 -4dB/Hz인 수정 발진기[165]의 회로입니다. 이는 10kHz 대역에서 3kHz 디튜닝 시 발생기의 잡음 전력이 발생기의 주 발진 전력보다 135dB 적다는 것을 의미합니다! 원본 소스의 레이아웃이 약간 수정되었습니다. 따라서 바이폴라 트랜지스터 대신 전계 효과 트랜지스터가 사용되며 인덕터 L1과 바리캡 VD1-VD2로 구성된 회로가 석영 공진기 ZQ5과 직렬로 연결됩니다. 발생기 주파수는 5kHz 내에서 석영 주파수를 기준으로 조정 가능하며 이는 협대역 필터의 주파수 응답을 측정하는 데 매우 충분합니다. 발전기의 석영 공진기는 필터와 유사하며 스윕 주파수 발생기 모드에서 배리캡 VD2 - VD5에 대한 제어 전압은 VT2의 전류 발생기가 있는 단일 접합 트랜지스터 VT1로 만들어진 톱니 전압 발생기에서 공급됩니다. . 발전기 주파수를 수동으로 조정하려면 다중 회전 저항 R11이 사용됩니다. DA1 칩은 전압 증폭기로 작동합니다. 원래 고안된 정현파 제어 전압은 필터의 주파수 응답의 여러 섹션의 주파수 응답 통과 속도가 고르지 않아 포기해야 했으며, 최대 분해능을 달성하기 위해 발생기 주파수를 0,3Hz로 줄였습니다. 스위치 SA1은 "톱" 생성기의 주파수(10 또는 0,3Hz)를 선택합니다. MFC의 주파수 편차는 저항 R10을 트리밍하여 설정됩니다. 검출기 블록의 개략도는 그림 5에 나와 있습니다. 2. 회로 L1C1C2가 필터 부하로 사용되는 경우 석영 필터 출력의 신호가 입력 X1에 공급됩니다. 능동 저항이 로드된 필터에서 측정을 수행하는 경우 이 회로는 필요하지 않습니다. 그런 다음 부하 저항기의 신호가 입력 X1에 적용되고 입력 XXNUMX을 회로에 연결하는 도체가 감지기 인쇄 회로 기판에서 제거됩니다.
강력한 전계 효과 트랜지스터 VT90에서 1dB 이상의 동적 범위를 갖는 소스 팔로워는 필터의 부하 저항과 믹서의 입력 저항과 일치합니다. 검출기는 전계 효과 트랜지스터 VT2, VT3을 사용하는 패시브 밸런스 믹서 회로에 따라 만들어지며 93dB 이상의 동적 범위를 갖습니다. P 회로 C17L2C20 및 C19L3C21을 통한 트랜지스터의 결합 게이트는 기준 생성기로부터 3...4V(rms)의 역위상 정현파 전압을 수신합니다. DD1 칩으로 제작된 검출기의 기준 발진기에는 8,862MHz 주파수의 석영 공진기가 포함되어 있습니다. 믹서의 출력에서 형성된 저주파 신호는 DA20 칩의 증폭기에 의해 약 1배 증폭됩니다. 개인용 컴퓨터 사운드 카드는 상대적으로 낮은 임피던스 입력을 갖기 때문에 감지기에는 강력한 K157UD1 연산 증폭기가 장착되어 있습니다. 증폭기의 주파수 응답은 1kHz 주파수 이하 및 20kHz 주파수 이상에서 옥타브당 약 -6dB의 게인 강하가 발생하도록 조정됩니다. 스윙 주파수 발생기는 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 장착됩니다(그림 6). 보드의 최상층은 공통 와이어 역할을 하며, 보드와 접촉하지 않는 부품 리드용 구멍은 접시 모양으로 되어 있습니다. 보드는 40개의 분리 가능한 덮개가 있는 XNUMXmm 높이의 상자에 밀봉되어 있습니다. 상자는 주석 도금 판금으로 만들어졌습니다.
인덕터 L1, L2, L3은 카르보닐 철 트리머를 사용하여 직경 6,5mm의 표준 프레임에 감겨 있으며 스크린에 배치됩니다. L1에는 PEV-40 2 와이어 0,21회, L3 및 L2(각각 PELSHO-27 와이어 2회 및 4+0,31회)가 포함되어 있습니다. 코일 L2는 "콜드" 끝단에 더 가까운 L3 상단에 감겨 있습니다. 모든 초크는 표준입니다 - DM 0,1 68 µH. 고정 저항기 MLT, 조정된 R6, R8 및 R10 유형 SPZ-38. 다중 회전 저항 - PPML. 영구 커패시터 - KM, KLS, KT, 산화물 - K50-35, K53-1. MCC 설정은 톱니파 전압 발생기의 출력에서 최대 신호를 설정하는 것으로 시작됩니다. 오실로스코프로 DA6 마이크로 회로의 핀 1에서 신호를 모니터링하고 트리밍 저항 R8(이득) 및 R6(오프셋)을 사용하여 다이어그램에 표시된 신호의 진폭과 모양을 지점 A로 설정합니다. 저항 R12를 선택하면 신호 제한 모드에 진입하지 않고도 안정적인 생성이 이루어집니다. 커패시터 C14의 커패시턴스를 선택하고 회로 L2L3을 조정함으로써 출력 발진 시스템이 공진에 맞게 조정되어 발전기의 우수한 부하 용량을 보장합니다. L1 코일 트리머를 사용하여 오실레이터 튜닝 제한은 8,8586-8,8686MHz 범위 내에서 설정되며, 이는 테스트 중인 석영 필터의 주파수 응답 대역과 마진이 겹칩니다. 연결점 L10, VD1, VD4 주변의 주파수 범위(최소 5kHz)의 최대 튜닝을 보장하기 위해 포일의 상단 레이어가 제거되었습니다. 부하가 없을 때 발전기의 출력 정현파 전압은 1Vrms입니다. 검출기 블록은 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 만들어집니다(그림 7). 포일의 최상층은 공통 와이어로 사용됩니다. 공통 와이어와 접촉하지 않는 부품의 리드 구멍은 카운터싱크되어 있습니다. 보드는 제거 가능한 덮개가 있는 35mm 높이의 주석 상자에 밀봉되어 있습니다. 셋톱박스의 해상도는 제조 품질에 따라 다릅니다.
코일 L1-L4에는 PEV-32 와이어 0,21회전이 포함되어 있으며 직경 6mm의 프레임을 켜기 위해 감겨 있습니다. SB-12a 장갑 코어 코일 트리머. 모든 초크는 DM-0,1 유형입니다. 인덕턴스 L5 - 16μH, L6, L8 - 68μH, L7 - 40μH. 변압기 T1은 표준 크기 K1000x10x6mm의 3NN 링 페라이트 자기 코어에 권선되어 있으며 7차 권선에 2권선이 포함되어 있고 13차 권선에 PEV-0,31 와이어 XNUMXxXNUMX권선이 포함되어 있습니다. 모든 튜닝 저항 - SPZ-38. 장치를 예비 설정하는 동안 고주파 오실로스코프를 사용하여 트랜지스터 VT2, VT3의 게이트에서 정현파 신호를 모니터링하고 필요한 경우 코일 L2, L3을 조정합니다. 코일 L4를 조정하면 기준 발진기의 주파수가 필터 통과대역 아래로 5kHz 낮아집니다. 이는 스펙트럼 분석기의 작업 영역에서 장치의 분해능을 감소시키는 간섭을 줄이기 위해 수행됩니다. 스위핑 주파수 발생기는 용량성 분배기가 있는 일치하는 발진 회로를 통해 석영 필터에 연결됩니다(그림 8).
튜닝 과정에서 이를 통해 낮은 감쇠와 필터 통과대역의 불균일성을 얻을 수 있습니다. 이미 언급한 바와 같이 두 번째 일치 진동 회로는 감지기 부착 장치에 있습니다. 측정 회로를 조립하고 셋톱 박스(커넥터 X3)의 출력을 개인용 컴퓨터 사운드 카드의 마이크 또는 선형 입력에 연결한 후 스펙트럼 분석기 프로그램을 시작합니다. 그러한 프로그램이 여러 가지 있습니다. 저자는 cityradio.narod.ru/utilJties.html에 있는 SpectraLab v.4.32.16 프로그램을 사용했습니다. 이 프로그램은 사용하기 쉽고 뛰어난 기능을 갖추고 있습니다. 그래서 우리는 "SpektroLab" 프로그램을 시작하고 MCG(수동 제어 모드)의 주파수와 검출기 부착 장치의 기준 발진기를 조정하여 MCG 스펙트로그램의 피크를 5kHz로 설정했습니다. 다음으로, 검출기 부착 믹서의 균형을 맞추면 10차 고조파의 피크가 소음 수준으로 감소됩니다. 그 후 GCH 모드가 켜지고 오랫동안 기다려온 테스트 중인 필터의 주파수 응답이 모니터에 나타납니다. 먼저 11Hz의 스윙 주파수를 켜고 R10을 사용하여 중심 주파수를 조정한 다음 스윙 밴드 R4(그림 0,3)을 사용하여 실시간으로 필터의 주파수 응답에 대해 허용 가능한 "그림"을 설정합니다. . 측정 중에 매칭 회로를 조정하여 통과대역의 불균일성을 최소화합니다. 다음으로 장치의 최대 해상도를 달성하기 위해 4096Hz의 스윕 주파수를 켜고 프로그램에서 가능한 최대 푸리에 변환 지점 수(FFT, 저자는 8192..1)와 최소값을 설정합니다. 평균화 매개변수(평균화, 작성자는 XNUMX개). GKCh의 여러 패스에서 특성이 그려지기 때문에 저장 피크 전압계 모드(Hold)가 켜집니다. 결과적으로 우리는 모니터에서 연구 중인 필터의 주파수 응답을 얻습니다. 마우스 커서를 사용하여 필요한 수준에서 결과 주파수 응답의 필요한 디지털 값을 얻습니다. 이 경우 주파수 응답 지점의 실제 주파수 값을 얻으려면 감지기 부착물에서 기준 발진기의 주파수를 측정하는 것을 잊지 마십시오. 초기 "영상"을 평가한 후 직렬 공진 ZQ1n ZQ12의 주파수를 각각 필터 주파수 응답의 낮은 경사와 높은 경사로 조정하여 -90dB 수준에서 최대 직사각형성을 달성합니다. 결론적으로 프린터를 사용하여 제조된 필터에 대한 본격적인 "문서"를 얻습니다. 그림의 예로서 그림 9는 이 필터의 주파수 응답의 스펙트로그램을 보여줍니다. GKCh 신호의 스펙트로그램도 여기에 표시됩니다. ZQ3-ZQ5 석영 공진기를 재배치하면 -2...-11dB 수준에서 주파수 응답의 왼쪽 기울기가 눈에 띄게 불균일하게 나타나는 현상이 제거됩니다.
결과적으로 우리는 다음과 같은 필터 특성을 얻습니다: -6dB 레벨의 통과대역 - 2,586kHz, 통과대역의 주파수 응답 불균일성 - 2dB 미만, -6/-60dB 레벨의 직각도 계수 - 1,41; 레벨 -6/-80dB - 1,59 및 레벨 -6/-90dB - 1,67; 대역 내 감쇠는 3dB 미만이고 대역 외 감쇠는 90dB를 초과합니다. 저자는 얻은 결과를 확인하기로 결정하고 석영 필터의 주파수 응답을 지점별로 측정했습니다. 측정을 위해서는 공칭 감도가 4μV인 마이크로 전압계 유형 HMV-0,5(폴란드)인 우수한 감쇠기를 갖춘 선택적 마이크로 전압계가 필요했습니다(동시에 0.05 μV 수준에서 신호를 잘 기록함). 100dB의 감쇠기. 이 측정 옵션을 위해 그림 10에 표시된 다이어그램이 조립되었습니다. XNUMX. 필터 입력 및 출력의 정합 회로는 조심스럽게 차폐되어 있습니다. 연결 차폐 전선의 품질이 좋습니다. "접지" 회로도 주의 깊게 실행됩니다.
고주파수 저항 R11의 주파수를 부드럽게 변경하고 10dB 감쇠기를 전환하여 필터의 전체 주파수 응답을 통과하는 마이크로 전압계 판독 값을 얻습니다. 측정 데이터와 동일한 척도를 사용하여 주파수 응답 그래프를 작성합니다(그림 11).
마이크로 전압계의 높은 감도와 GKCh의 낮은 측면 노이즈 덕분에 신호는 -120dB 수준으로 잘 기록되며 이는 그래프에 명확하게 반영됩니다. 측정 결과는 다음과 같습니다: -6dB 대역폭 - 2,64kHz; 주파수 응답 불균일 - 2dB 미만; 레벨 -6/-60dB의 직각도 계수는 1,386입니다. 레벨 -6/-80dB - 1,56; 레벨 -6/-90dB - 1,682; 레벨 -6/-100dB - 1,864; 대역의 감쇠는 3dB 미만이고 대역 뒤의 감쇠는 100dB 이상입니다. 측정 결과와 컴퓨터 버전 간의 일부 차이점은 분석된 신호가 넓은 동적 범위에서 변경될 때 디지털-아날로그 변환 시 누적 오류가 존재하기 때문에 설명됩니다. 석영 필터의 주파수 응답에 대한 위의 그래프는 최소한의 설정 작업으로 얻은 것이며 구성 요소를 보다 신중하게 선택하면 필터의 특성이 크게 향상될 수 있습니다. 제안된 발생기 회로는 단일 신호 선택성을 측정하는 것뿐만 아니라 최대 110...120dB의 트랜시버의 동적 범위를 측정하는 데에도 성공적으로 사용될 수 있습니다. 이 장치는 트랜시버의 IF 경로, AGC 및 감지기의 작동에 대한 품질 지표를 평가하는 데 성공적으로 사용될 수 있습니다. 스윕 주파수 생성기 신호를 감지기에 적용함으로써 셋톱 박스의 PC 출력에서 저주파 스윕 주파수 생성기로부터 신호를 수신합니다. 이를 통해 모든 필터와 캐스케이드를 쉽고 빠르게 구성할 수 있습니다. 트랜시버의 저주파 경로. 제안된 감지기 부착물을 트랜시버의 파노라마 표시기의 일부로 사용하는 것도 그다지 흥미롭지 않습니다. 이렇게 하려면 대역폭이 8~10kHz인 석영 필터를 첫 번째 믹서의 출력에 연결합니다. 다음으로, 수신된 신호는 증폭되어 감지기 입력으로 공급됩니다. 이 경우 5~9포인트 레벨의 통신원의 신호를 좋은 해상도로 관찰할 수 있습니다. 문학
저자: G.Bragin (RZ4HK)
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