А.КУЗЬМЕНКО (RV4LK)
"КВ и УКВ" №6 1998г.
Прежде чем приступать к изготовлению кварцевого фильтра, необходимо запастись кварцевыми резонаторами, по возможности, с некоторым запасом — их необходимо проверить и отбраковать.
Кварцы, как и другие детали, подвержены старению, поэтому ставить в фильтр новые кварцы не стоит. Наиболее интенсивно кварцы меняют свою частоту в первый год после выпуска — относительный уход частоты за этот период составляет 20 х 10-6, за несколько последующих — 10-6 в год. Так, кварц на 9 МГц за первый год может изменить свою частоту на 180 Гц, что весьма ощутимо. За следующие 2...4 года — на 9 Гц за каждый год, что терпимо.
Старению подвержены и конденсаторы, поэтому они должны, как и кварцы, "вылежаться" несколько лет (3...5). Кварцевые резонаторы лучше всего покупать из одной партии, так как в ее пределах разброс параметров кварцев незначителен.
Теперь перейдем к определению электрических параметров кварца. Помимо проверки частот последовательного (fs) и параллельного (fр) резонансов, кварцы следует проверить на активность (добротность) и наличие паразитных резонансов. Для этого соберем простую технологическую схему (рис.1).
Вместо генератора сигналов и высокочастотного вольтметра лучше использовать измеритель частотных характеристик X1-38. При отсутствии приборов можно использовать вместо генератора сигналов генератор шума, а вместо высокочастотного вольтметра — радиоприемник с соответствующим диапазоном частот (рис.2).
В радиоприемниках для этой проверки включается АРУ, приемник слабо связывают с установкой, которая показана на рис.2, и по показаниям S-метра (если его нет, на выходе усилителя низкой частоты можно включить тестер) определяют активность кварца на основной частоте и уровень побочных резонансов. Резонаторы, имеющие паразитные резонансы с уровнем 0,1 и более от основного, применять следует осторожно. В кварцевых фильтрах с числом резонаторов меньше четырех это может привести к нежелательным всплескам и провалам в полосах задерживания и пропускания.
Если в наличии нет достаточного количества резонаторов без паразитных резонансов, то резонаторы с близкими по частоте паразитными резонансами надо ставить в разные звенья фильтра. Нежелательно применять резонаторы малоактивные (с малой добротностью), которые на частоте основного резонанса развивают напряжение на 25% меньше, чем остальные. Паразитные резонансы, отстоящие более чем на 50...70 кГц от частоты основного резонанса, можно не учитывать.
Основным затруднением для большинства радиолюбителей является не только отсутствие необходимых приборов, но и принципиальная невозможность точного определения частоты параллельного резонанса, на которую оказывают влияние паразитные емкости схемы, в том числе и кварцедержателя. Это, в конечном счете, приводит к ошибкам при расчете фильтра и несовпадению характеристик с ожидаемыми (расчетными). Но этот момент можно обойти. Дело в том, что кварц описывается тем же уравнением, что и последовательный контур. Требуется лишь частотомер, позволяющий измерять частоту с точностью не хуже 20...50 Гц (лучше — 2...5 Гц), эталонный конденсатор, величина которого известна с точностью 0,1...1%, и схема, в которой кварц возбуждается на частоте последовательного резонанса.
Эталонный конденсатор, если нет возможности точно измерить его величину (20... 30 пФ), можно изготовить самому. Для этого надо взять, допустим, 10 штук конденсаторов по 220 пФ с допуском ±10% и нулевым температурным коэффициентом емкости. Соединив все их последовательно, мы получим эталонный конденсатор на 22 пФ с допуском заведомо меньше 1%. Дело в том, что кривая разброса погрешностей подчиняется закону нормального распределения Гаусса. Она симметрична, и разброс емкостей конденсаторов в большинстве случаев гораздо меньше указанной величины допуска. При последовательном включении они взаимно компенсируются, и мы имеем действительно эталонный конденсатор.
Затем собирается схема кварцевого генератора, например предложенная UB5UG (рис.3).
Это наиболее простая схема. L1 и L2 намотаны на кольце К7х4х2 30ВЧ, L1 содержит 12 витков, отвод от второго считая сверху; L2 — 1 виток. Можно использовать и другие схемы, где кварц возбуждается на частоте последовательного резонанса fs. Для каждого кварца определяется частота fs. Данные измерений заносятся в таблицу. Затем последовательно с кварцевым резонатором подключается эталонный конденсатор Сэ, снова определяется частота fs1, результат также заносится в таблицу. Имеем:
где Lк — индуктивность кварца, Ск — последовательная емкость кварца.
Когда мы подключаем конденсатор Сэ, то общая емкость Ск1 уменьшается и составляет:
Решая эту систему уравнений, получаем:
где Сэ — в пикофарадах, fs1 и fs — среднеарифметические значения в мегагерцах, Lк — микрогенри.
Фильтр, выполненный по результатам расчетов, показывает хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных. При установке в кварцевый фильтр емкостей с допуском ±5% фильтр не требует настройки, а только согласования по входу и выходу. Если есть возможность, емкости в фильтре следует подобрать с погрешностью ±1% и менее.
1. Радио, 1980,№9.
2. Радио, 1982, NN1, 2, 6, 1983, NN5, 7.
3. Жалнераускас В. Трансивер радиолюбителя-коротковолновика. — М.: Энергия, 1977.
4. "Радио-Дизайн", 1996, N3.