Автор: __
Опубликовано 03.03.2016
Создано при помощи КотоРед.

Перестройка кварцевого генератора. Получение узкополосной ЧМ в кварцевом генераторе.

Что бы понять смысл перестройки генератора на кварце нужно опять посмотреть на его эквивалентную схему.

По сути, нам нужно изменить резонансную частоту данной цепи. Это делается с помощью внешних реактивностей подключаемых параллельно или последовательно к кварцу. Мы рассмотрим только последовательное подключение емкостей и индуктивностей к кварцу, т.к. если рассматривать все, то никогда не дойдем до конца и утонем в словах. Кому интересно, то могут это потом прочитать в умных книжках.

С помощью простейших арифметических подсчетов можно увидеть, что при работе кварца на гармонике перестроить его намного труднее, чем при его работе на основной гармонике. Возьмем хотя бы ближайшую третью механическую гармонику. То, что кварц можно запустить только на нечетных гармониках уже говорили. Просто нужно это взять за истину и пока особо в это не углубляться.

Видим, что частота резонанса этой цепи в основном зависит от Lк и Ск, вот их эквивалентно и нужно изменить, но из за статической емкости Сс к ним добраться очень тяжело, а при этом при работе кварца на третьей гармонике сделать это труднее, т.к. статическая емкость при работе кварца на третьей гармонике остается такой же, а вот емкость кварца в девять раз меньше, а уж на пятой гармонике и говорить не стоит.

Берем нашу схему приведенную в предыдущей статье с гармониковым кварцем на 24 МГц. Просто данный кварц мне под руку попался. Она у нас генерирует на частоте 8,008 МГц, т.е. на основной частоте кварца. Измерял частотомером.

Кстати, если взять не гармониковый кварц на 24 МГц, а просто кварц на 8 МГц, то в этой схеме он работает на частоте 8,0008 МГц, т.е. ближе к тому, что на нем написано. Почему все таки частота генерации на 800 Гц выше, чем написано, следует из того, что в данной схеме кварц возбуждается вблизи своего параллельного резонанса, а частота параллельного резонанса кварца, как уже говорили она выше, чем частота последовательного.

На кварце же пишут именно частоту его последовательного резонанса, хотя в последнее время и от этого отходят, но об этом потом.

Для начала просто «тупо» последовательно с кварцем поставим конденсатор. Я поставил подстроечный.

При максимальной емкости конденсатора, т.е. 30 пф частота генерации немного повысилась и стала 8,01 МГц

При минимальной емкости подстроечного конденсатора частота стала 8,0152 МГц, т.е. при изменении емкости от 5 пф до 30 пф частота изменилась на 5,2 КГц. В принципе это неплохо. Величина перестройки зависит от статической емкости кварца Сс. Чем она меньше, тем большего изменения можем добиться. К сожалению у дешевых кварцев она обычно довольно большая. В данном случае я вытащил кварц из старой видеокарточки. С данным кварцем получается, что если вместо подстроечного конденсатора поставить варикап с большим перекрытием, то данную схему можно поставить в схему передатчика с узкополосной ЧМ.

Пределы перестройки ограничиваются тем, что при уменьшении емкости конденсатора снижается амплитуда генерируемых колебаний и при чрезмерном уменьшении емкости генерация срывается.

Теперь попробуем последовательно с кварцем поставить катушку.

Резистор 7,5 Ком параллельно катушке я потом поставил. Сначала его не было.

Сразу скажу, что частота генерации уменьшилась и мне удалось добиться частоты генерации

7,9985 МГц. Это получается если я вставляю в катушку ферритовый сердечник с большой магнитной проницаемостью вместо карбонильного. С карбонильным частота получилась 8,001 МГц

К сожалению с катушками как всегда все немного сложнее. Во первых катушка в данном случае должна иметь маленькую паразитную емкость, иначе заметного сдвига частоты добиться не удается.

Что бы выполнялось это условие катушку можно намотать секциями. У меня она состоит из пяти секций по 15 витков. Секции мотать можно как кому удобнее. Я просто закрепил их ниткой смазанной клеем «Момент» что бы не расползались, хотя можно подобрать специальный секционированный каркас катушки.

В катушку вворачивается карбонильный сердечник, хотя лучше было бы ферритовый с большой проницаемостью. Тогда, как говорил пределы перестройки будут больше, но как писал выше при этом могут появиться и «сюрпризы»

Вот я вижу сигнал на выходе генератора.

Особо нужно заметить, что синусоида получилась не совсем правильная. Что интересно это даже хорошо и это увидим дальше. Если синусоида неправильной формы, то это однозначно говорит о том, что в данном сигнале большой уровень высших гармоник которые можно выделить, что пригодится нам в дальнейшем при построении ЧМ передатчика.

Теперь заворачиваем сердечник в катушку и при каком то положении сердечника можем увидеть такую картину.

Если внешнюю цепь перестройки сделать комбинированной, т.е. поставить и катушку и конденсатор, то можно добиться большей перестройки кварцевого генератора. Что бы быть ближе к нужной нам теме построения кварцевого генератора с ЧМ, то сразу подстроечный конденсатор заменим на схеме варикапом.

В подобной схеме уже не требуется варикап с большим перекрытием для получения приемлемой узкополосной ЧМ.

Теперь про настройку данной схемы.

Первый случай, это когда нужно получить максимальную перестройку при изменении емкости варикапа.

В этом случае крутим движок переменного резистора вниз, т.е. емкость варикапа максимальная. Закручиваем сердечник катушки и следим, что бы не возникли паразитные колебания и амплитуда не снижалась до уровня, что схема становится уже не работоспособной. Я обычно останавливаюсь когда она уменьшается на 20%

Потом увеличиваем напряжение на варикапе, т.е. движок переменного резистора вверх и удостоверяемся, что при минимальной емкости варикапа колебания не срываются. Опять же можно удовлетвориться уменьшением амплитуды на выходе 20%. Эта точка и будет границей величины напряжения на варикапе которую не следует превышать.

Следует учитывать, что чем меньше емкость варикапа, тем большего перекрытия можно добиться, т.е. например с варикапом КВ109А пределы перестройки у меня получаются больше, чем с варикапом КВ102

Второй случай, это когда нужно получить ЧМ и при этом частота генератора в исходном положении была определенного значения.

Это лучше рассмотреть с реальными кварцами.

Пример.

У меня есть кварц на 27,195 МГц который я поставлю в гетеродин приемника с промежуточной частотой 455 КГц. Это значит мне нужно что бы передатчик работал на частоте больше или меньше на 455 КГц

У меня есть кварц 13,824 МГц и если я эту частоту удвою, то получу частоту 27,648 МГц

Разница частот получается

27,648 – 27,195 = 453 КГц, что близко к требуемой.

Разницу в два килогерца попробуем скомпенсировать при настройке нашего задающего генератора в передатчике. Т.е. нам нужно, что бы задающий генератор работал на частоте 13,825 МГц

Реальная схема задающего генератора выглядит так.

В схеме появились неизвестные пока нам катушка L2 и конденсатор C9. Это колебательный контур настроенный на удвоенную частоту генератора работающего на частоте основной гармонике кварца и это важно. Как уже говорили, что получить ЧМ в кварцевом генераторе на практике можно только если кварц работает на своей основной частоте, так вот это в данном генераторе и происходит, а колебательный контур настроенный на удвоенную частоту выделяет вторую гармонику. Раньше мы уже отмечали, что сигнал генерируемый этим генератором имеет неправильную форму, а значит в ней присутствуют гармоники высшего порядка.

В принципе можно выделить и более высокие гармоники, но понятно их амплитуда будет меньше.

Как видим в этой схеме мы можем получить как четные гармоники, так и нечетные, что очень удобно.

Недостаток только в том, что амплитуда этих гармоник довольно маленькая и быстро убывает с номером гармоники, зато в данном генераторе можно получить хорошую узкополосную ЧМ в виду того, что сам кварц работает на основной частоте.

На транзисторах VT1 и VT2 сделан модулятор. Это по сути усилитель сигнала микрофона. Резистором R2 устанавливается половина напряжения питания на эмиттере второго транзистора.

Резистором R6 устанавливают нужное усиление.

Теперь о настройке.

Катушка L1, что стоит последовательно с кварцем в данной схеме состоит из трех секций по 15 витков, т.е. 45 витков.

Включаем передатчик и подкручивая сердечник катушки L1 устанавливаем частоту колебаний на эмиттере транзистора задающего генератора VT3 13,825 МГц. Нужно учитывать, что подключение измерительных приборов к схеме может вносить погрешность. Например входная емкость частотомера может немного сдвинуть частоту генерации, поэтому окончательную подстройку нужно будет провести уже в полностью собранной схеме.

Дальше устанавливаем величину девиации частоты. Это можно сделать разными способами. Я например делаю это с помощью батареек подавая напряжение на варикап через переменный резистор.

Крутим резистор и добиваемся изменения частоты на 3 кгц, при этом отмечаем какое напряжение при этом подается на варикап.

Потом переворачиваем батарейку и опять добиваемся изменения частоты уже в другую сторону на те же 3 кгц и снова отмечаем нужное нам напряжение. К сожалению эти напряжения не всегда совпадают, т.к. модуляционная характеристика подобной схемы довольно нелинейная, но если например у нас получилось пусть 2 вольта в первом случае, а во втором 3 вольта, то будем считать, что на варикап нужно подавать порядка 2,5 вольта с модулятора. В итоге после удвоения частоты у нас получится величина девиации порядка ±5 КГц

После этого восстанавливаем схему, говорим в микрофон и с помощью резистора R6 в модуляторе устанавливаем величину звукового напряжения поступающего на варикап порядка 2,5 вольта. Если этот резистор закоротить, то усиление будет максимально.

После этого можно с помощью диодного ВЧ пробника настроить колебательный контур на максимум, т.е. на удвоенную частоту кварца, но это все опять потом когда будем проводить полную настройку передатчика.

В принципе если на выход этой схемы припаять небольшую антенну длиной в несколько сантиметров, то её можно использовать в качестве «маячка» для настройки приемника, что часто и делают. Относят подобный маячок на несколько метров от приемника который настраивают и проверяют как он принимает.

В итоге мы получили задающий генератор передатчика с узкополосной ЧМ, но приемник наш, что мы рассматривали выше построен на микросхеме TDA7021, которая плохо принимает узкополосную ЧМ и для неё все таки девиацию нужно сделать больше. Это конечно нарушает закон, но у нас вообще то радиостанция-игрушка работающая всего на сотни метров и вряд ли это кому помешает.

К сожалению в схеме, что рассмотрели выше получить более широкую девиацию частоты затруднительно, поэтому перейдем к следующему разделу о способах получения широкополосной ЧМ в кварцевом генераторе.

Дальше к Части 4.

Файлы:

Все вопросы в Форум.