Кварцевый калибратор своими руками

Кварцевый калибратор своими руками

Кварцевый калибратор своими руками

Кварцевый калибратор есть вещь редко, но нужная, особенно при конструировании самодельной техники — нарисовать шкалу, проверить настройку как ГПД-содержащих аппаратов, так и синтезаторов, частотомеров и т.п. И для проверки промышленного оборудования калибратор может быть полезным. Написано про КК в литературе достаточно, сделать его можно буквально за пару часов из подручного материала — выпаянных микросхем и мусорных кварцев, пересчитав только необходимые коэффициенты деления счётчиков. Мало того, даже счётчики не нужны, как нам это доказал уважаемый RA3AAE, и даже микросхемы могут не понадобится. Но это уже мелочи, вот только никто не выкладывает в Интернет своих готовых конструкций для ознакомления, только схемки, да и то большей частью не свои.
В моём случае было дано: кварц 20 МГц, кучка логики 155-й серии, трансформатор от китайской магнитолы и корпус блока питания от пиплметра. Рисуем схему из того, что попалось:

Может возникнуть вопрос: почему в первом счётчике ИЕ5 не используется один триггер, а вместо него включена половина ТМ2? Дело в том, что по паспорту К155ИЕ5 работает ниже 10 МГц. Из наличествующих у меня микросхем на частотах выше 15 МГц на их выходе была цена на апельсины где-то в районе Альфы Центавра, а вот К155ТМ2, выпаянные из советской вычислительной техники, прекрасно шуршали на частотах до 30 МГц. Поэтому и было решено начинать счёт с половинки ТМ2, а уж дальше делить на пять с помощью ИЕ5. Использование второй половинки ТМ2 обусловлено банальной жалостью 😉

На схеме пропущена нумерация некоторых выводов 155ИЕ5: Q0 — 12, Q1 — 9.

Поскольку на разных выходных частотах у нас используются разные по своему типу микросхемы, то и форма импульсов у нас получается абсолютно разная. На 1 МГц имеем нормальный меандр с выхода триггера ТМ2:

На частоте 100 кГц видим классический выходной импульс давно снятой с производства 155ИЕ1:

На частоте 10 кГц у нас импульсы сброса счёта 155ИЕ5:

Форма разная, но она нас интересует гораздо менее, чем получаемая сетка гармоник.

Сразу замечание: если в качестве переключателя применяем галетник или подобный, то выходной разделительный конденсатор можно использовать один. Если применяется П2К (как у меня), то лучше использовать три разделительных конденсатора между переключателем и микросхемами, а то вдруг внезапно подойдёт детёныш и нажмет нам две кнопки сразу, чем спалит выходы микросхем. После фотографирования готовый экземпляр калибратора был так и переделан.
Размещаем готовое в корпусе. Используем монтажку вместо скушного ваяния печатной платы.

И оформляем мордочку корпуса с минимальными слесарными работами:

В качестве выхода применено обычное гнездо, для того чтобы проще вставлять в него кусок провода в качестве излучающей антенны. Или, как вариант, срощенные вместе штекер и антенну от телефона (ну и куда же без синей изоленты!):

Единственное, что нам осталось — настроить калибратор с использованием поверенного частотомера, хорошего нового современного трансивера или по сигналам с эфира, принимая станцию точного времени. Можно с помощью компьютера и программы редактирования звука, но точность установки частоты тут будет гораздо меньше:

Как было отмечено выше, есть два недостатка, которые не дают спокойно жить — разные формы выходных импульсов по поддиапазонам и возможность закорачивания входов/выходов микросхем из-за применения переключателя П2К. Поэтому немного модифицируем схему.

Для защиты от одновременного нажатия нескольких клавиш ставим между выходами микросхем и переключателем токоограничивающие резисторы. В реальной схеме применены 100 Ом, но, исходя из простых расчётов, желательно 240-270 Ом. На нормальную работу они не влияют, а при нажатии пары клавиш ограничивают ток короткого замыкания до 10 мА, что безопасно для микросхем.

Также один из триггеров ТМ2 переставлен в «хвост» схемы, а переключение поддиапазонов производится перед ним, на удвоенной частоте. В результате на выходе конструкции всегда будет меандр. Это нам ещё понадобится для дальнейшей модификации калибратора и превращения его в универсальный измерительный прибор, но это будет уже другая история.

Источник

SDR и Ретро от RA3PKJ

Вы на странице: Калибратор S-метра

Калибратор S-метра

Создайте тему (если она ещё не создана) на моём форуме http://ra3pkj.keyforum.ru (кликабельно)

Чистые платы для различного применения от Юрия (R3KBL) на его сайте http://sdrham.ru (кликабельно)

Общая информация

Калибратор имеет переключение кварцев для разных диапазонов. К сожалению, при работе разных кварцев получаемая амплитуда различна, поэтому калибратор пригоден для калибровки S-метра трансивера только на одном заранее выбранном диапазоне, например 40 метров. На других диапазонах можно только оценивать степень подавления зеркального канала трансивера, для чего надо увеличить выходное напряжение калибратора до 1мВ путём установки специальной перемычки.

Процедура калибровки S-метра SDR-трансивера выполняется путём подачи на антенный вход (50 Ом) трансивера калиброванного напряжения 50 мкВ, что соответствует уровню 9 баллов по шкале S-метра. Далее запускается процедура калибровки в SDR-программе. Естественно, калиброванное напряжение 50 мкВ получают на этапе изготовления калибратора при помощи подгонки соответствующего резистора на заранее выбранном диапазоне (об этом будет сказано ниже).

Первоисточники

Схема калибратора основана на следующих ниже двух схемах:

1. Схема калибратора от Elecraft.
Недостаток схемы — дефицитность термостабильного стабилитрона U1 на напряжение 1,22В в цепи питания.
Диод D4 в цепи светодиода индикации питания закрывается при снижении напряжения батарейки ниже критического уровня, что приводит к полному погасанию светодиода. Это очень полезная индикация разряда батарейки:

2. Схема из документации на SDR-2000UA.
Питание калибратора застабилизировано термостабильным управляемым стабилитроном TL431 на 2,5В:

Схема

Схема в формате sPlan 6.0 — calibrator_s.spl

Схема описываемого здесь калибратора имеет переключение кварцев на разные любительские диапазоны, но только один кварц какого-либо диапазона может быть использован для калибровки S-метра трансивера, так как различные кварцы дают различную амплитуду на выходе калибратора. Остальные кварцы используются для оценки подавления зеркального канала на различных диапазонах.
Конкретные частоты кварцев зависят от их наличия в кладовке радиолюбителя.

Присутствует эффективная индикация разряда батареек благодаря пороговому свойству стабилитрона на 3,3В.
Транзистор 2N3904 может быть заменён в принципе на любой маломощный высокочастотный транзистор.

Кроме калиброванного выходного напряжения 50мкВ (эфф.) имеется возможность увеличения при помощи перемычки «1мВ» выходного напряжения до 1мВ (эфф.) с целью оценки подавления зеркального канала трансивера на различных диапазонах.
При отсутствии нужных точных резисторов точные значения могут быть получены путём параллельного сложения друг на друга двух или трёх SMD-резисторов, один из которых (имеющий самое минимальное сопротивление) должен иметь точность 1%, а остальные могут иметь точность 5%. Желательно при этом, чтобы 5%-резисторы имели номинал, превышающий номинал 1%-резистора не менее, чем в 10 раз.

Печатная плата

Плата односторонняя!
Плата предусматривает установку кварцев в металлических корпусах Б1 или Б2.
Вид со стороны установки крупногабаритных деталей (детали показаны белым цветом):

Плата в формате SprintLayout 5.0 — calibrator_sdr.lay

Вид на собранную плату

Один кварц пока не установлен:

Настройка калибратора

Настройка калибратора заключается в получении заданного напряжения на выходе путём подбора величины точного резистора «Rнастр.». При этом необходимо выбрать наиболее подходящий любительский диапазон (обычно 7 МГц), так как на других диапазонах выполненная настройка будет уже недействительной.

Последовательность настройки следующая:

— подключить к выходу калибратора внешний резистор 50 Ом, который будет иммитировать входное сопротивление трансивера (перемычка «1мВ» на плате калибратора должна отсутствовать);
— подключить прогретый не менее 1 часа ВЧ-милливольтметр через конденсатор к коллектору транзистора (можно подключить через уже имеющийся на плате конденсатор 0,1мк);
— измерить и записать на бумаге величину ВЧ-напряжения, которая должна быть в районе 1мВ (плюс/минус лапоть);

Здесь следует остановиться и пояснить процесс измерения. Не всякий ВЧ-вольтметр способен в принципе показать 1мВ. К счастью, мой милливольтметр В3-56, имеющий предельный частотный диапазон 15 мГц, способен это сделать достаточно точно.
Перед началом процедуры настройки милливольметр на пределе 3мВ показал 1,1мВ. При этом коллектор транзистора был соединён с милливольтметром кабелем длиной несколько сантиметров. Длинный кабель вносит фазовые искажения непосредственно в процесс генерации кварцевого генератора (буфер-то отсутствует в схеме калибратора), что приводит к завышению показаний. Был опробован также выносной пробник 1:10, с которым прибор, установленный на предел 1мВ, показал также 1,1мВ, но точность считывания по шкале конечно значительно хуже.

Продолжу:
— определить какое сопротивление должен иметь резистор «Rнастр.» для получения выходного напряжения 50 мкВ по формуле:
Rнастр. = (Uизм. / 1,98) — 25,25;
где Uизм. это измеренное ВЧ-напряжение, выраженное в МИКРОВОЛЬТАХ (напомню, 1 мВ = 1000 мкВ);
величина 25,25 это параллельное соединение двух резисторов — 51 Ом на плате и внешнего 50 Ом;
— припаять резистор вычисленного номинала (первоначально точность номинала не важна);
— снова измерить ВЧ-напряжение на коллекторе транзистора и если оно заметно изменилось, то повторить процедуру вычисления значения резистора «Rнастр.»;
— окончательно припаять точный 1%-резистор по итогу подбора.

PS. Позже представилась возможность проверить качество настройки калибратора, и соответственно правильность калибровки моего SDR-1000 при помощи данного калибратора. Подал напряжение 50мкВ от ГСС Г4-102 к моему трансиверу SDR-1000. Всё совпало с точностью 1дБ.

Источник

КВАРЦЕВЫЙ КАЛИБРАТОР

Отградуировать, наладить или проверить качество работы радиоаппаратуры в диапазоне частот 1—75 МГц позволяет этот прибор. Его схема (рис. 1) содержит генератор-«трехточку» с емкостной связью, выполненный на транзисторе V1. Частоту генератора и его гармоники определяют сменные кварцевые резонаторы В1, подключаемые через разъемы X1—X3.

Эмиттер V1 соединен с базой транзистора V1, выполняющего функции усилителя-ограничителя ВЧ колебаний. Таким путем увеличивают амплитуду высших гармоник. Частотный спектр выходного сигнала, поступающего на коаксиальное гнезде Х4, расширяется благодаря одностороннему ограничению переменной составляющей диодом V3.

Схема подключения резонаторов на частоты ниже 2 МГц на рисунке 1 показана вторым цветом. При этом конденсаторы С1 и С3 включаются параллельно, обеспечивая устойчивое возбуждение генератора.

В калибраторе работают резонаторы различных типов, рассчитанные на частоты 1—21 МГц, в том числе и малоактивные.

Транзисторы П423 можно заменить на П493, П403А, П416, П416А, П416Б с коэффициентом передачи тока Вст — 40—60. Катушка L1 содержит 5 секций по 150 витков провода ПЭЛШО 0,15 намотки «универсалии на каркасе Ø 6 мм. Величина ее индуктивности некритична, поэтому здесь подойдет контурная длинноволновая катушка от любого радиоприемника. Конденсаторы С1 — С5 керамические — НТК или КТМ, резисторы R1, R2 — УЛМ, ЕС-0,125, МЛТ-0,25. S1 — тумблер ТВ2-1. G1 — элемент 332, 316, 343. Х4 — коаксиальное гнездо от телевизора.

Рис. 1. Принципиальная схема кварцевого калибратора.

Калибратор смонтирован на гетинаксовой плате размером 85X50X2 мм и помещен в латунный (или алюминиевый) корпус размером 115X65X35 мм со съемной крышкой. В нем сделаны отверстия для доступа к гнездам X1—Х4.

Напряжения и токи в цепях калибратора, измеренные авометром Ц437, приведены на схеме (рис. 1). Для калибровки антенный вход приемника через коаксиальный штекер соединяют с гнездом X4 прибора и включают питание. В случае, если основная частота резонатора или его гармоник совпадает с настройкой приемника, он воспроизводит шипящий звук (иногда со слабым свистом).

К чувствительному радиоприемнику подсоединять калибратор не нужно: проводник со штекера достаточно приблизить к антенному входу.

Для калибровки передатчика к гнезду Х4 подключают высокоомные головные телефоны. Если теперь соединяющий их шнур приблизить к антенне передатчика, наведенное высокочастотное напряжение поступит ка диод V3. Благодаря нелинейности его характеристики между колебаниями передатчика и калибратора возникают биения. Их тон прослушивают в телефонах, подстраивая частоту передатчика до требуемого значения.

У радиолюбителей часто не бывает нужных «кварцев». А можно обойтись без них? Разумеется, стабильность частоты кварцевых резонаторов гораздо выше, чем у колебательных контуров. Однако на практике последние тоже дают удовлетворительные результаты. При условии, конечно, что элементы контура обладают высокой добротностью.

На рисунке 2а изображена схема контура на частоту 1 МГц. Катушка L1 содержит 40+70 витков провода ЛЭШО 10X0,07, намотка «универсаль» на каркасе Ø12 мм.

Конденсаторы С1 и С3 — КПК, С2 — НТК с отрицательным температурным коэффициентом емкости (красный или голубой).

В контуре на частоту 10 МГц (рис. 2б) используется однослойная катушка L1, состоящая из 11 + 22 витков провода ПЭВ 0,5, наметанных на каркасе Ø 12 мм.

Конструкция сменных контуров для калибратора показана на рисунке 3. Все элементы обеих схем должны быть жестко закреплены.

Для настройки контура (рис. 2а) его подключают к калибратору, соединенному с настроенным на частоту 1 МГц приемником ( длина волны 300 м). Установив конденсатор связи С1 на максимальную емкость, изменяют величину конденсатора С3 до появления сигнала с приемника. Затем емкость С1 постепенно уменьшают, компенсируя расстройку с помощью С3, приближая оптимальное значение С1 к величине, при которой происходит срыв колебаний калибратора.

Рис. 2. Принципиальная схема сменного контура

Рис. 3. Конструкция сменного контура.

Настройку контура уточняют, подключив к приемнику генератор стандартных сигналов или калибратор с кварцевым резонатором. Добиваются кулевых биений между частотами контура и образцового источника, медленно вращая ротор подстроечного конденсатора С3. (Сначала получают высокий тон биений, затем — низкий, и, наконец, звук исчезает, что и соответствует равенству сравниваемых частот или их гармоник.)

Аналогично настраивают второй контур (рис. 2б), но приемник в этом случае переводят на частоту 10 МГц (длина волны 30 м).

Существуют и другие способы для точной настройки контуров калибратора, например, с помощью электронного частотомера или ГСС и осциллографа. Такие приборы есть в лабораториях радиоклубов, Дворцах и Домах пионеров, СЮТ.

Е. РИМСКИЙ, г. Ивано-Франковск

Источник