Выходные фильтры Часть - 4

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Фильтры

Опубликовано: 30.04.2018 13:54

Просмотров: 2437

(начало в Часть 1-3)
Снятие АЧХ фильтра нижних частот в любительских условиях
Однако, в реальной практике радиолюбителя, использование в конструкции фильтра нижних частот деталей, имеющих номинал с отклонением от теоретически расчетного, неизбежно. Как это было показано выше, в этом случае изменяется частота среза и крутизна скатов АЧХ фильтра. Следовательно, просто собрав фильтр из имеющихся деталей, радиолюбитель может получить фильтр, ампли-тудно - частотная характеристика которого не будет соответствовать предъявляемым к нему требованиям. Поэтому, весьма желательно проверить вид АЧХ собранного фильтра, и в необходимых случаях произвести настройку фильтра. Как уже отмечалось ранее, настраивать фильтр нижних частот желательно с использованием методики, предложенной автором этого фильтра.

Для снятия АЧХ фильтра можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 2. Однако использование этой схемы, несмотря на ее простоту, не совсем удобно, так как в этом случае для снятия АЧХ фильтра необходимо проделать множество измерений. Гораздо удобнее и нагляднее для снятия АЧХ фильтра использовать Измеритель Амплитудно - Частотных Характеристик. Подойдет любой прибор, от древнего Х1-1А, до современного Х1-50. В крайнем случае, можно сделать приставку к осциллографу, которая превратит его в ИЧХ. Схема такой приставки приведена, например, в Л.1. В настоящее время также можно приобрести специальную плату, которая превратит компьютер в ИЧХ, работающий в полосе частот от нескольких килогерц до нескольких гигагерц.
Настройка фильтра нижних частот при помощи ИЧХ
Схема стенда для снятия АЧХ и настройки фильтра нижних частот на основе ИЧХ показана на рис 12.

Как видно из этого рисунка, вход фильтра подключают к выходу ИЧХ, к выходу фильтра подключена согласованная нагрузка, к которой подключен измерительный высокочастотный детектор. Выходное сопротивление выхода ИЧХ должно соответствовать характеристическому сопротивлению фильтра. Использование совместно с ИЧХ калиброванного высокочастотного генератора позволит по метке, которую он ставит на индицируемой на экране ИЧХ частотной характеристике фильтра, точно определить частоту среза фильтра. Однако, высокочастотный генератор нужен только для работы совместно с ИЧХ старых типов, практически все современные приборы имеют встроенный высокочастотный генератор для получения частотной метки.
Собрав схему согласно рис 12, и включив ИЧХ на соответствующую полосу качания, можно на его экране увидеть АЧХ фильтра. Затем устанавливают необходимое усиление каналов и вид характеристики усилителей ИЧХ. Рекомендую всегда выбирать логарифмическое усиление каналов, в этом случае вид АЧХ фильтра на экране ИЧХ будет соответствовать привычному нам виду АЧХ фильтров, показанных ранее в этой статье. Для исследования АЧХ фильтра полосу качания частоты в ИЧХ сужают так, чтобы она захватывала только небольшой участок АЧХ охватывающий срез и спад характеристики. В случае необходимости осуществляют подстройку частоты среза и крутизны спада АЧХ фильтра. Настройку фильтра осуществляют во первых, при помощи оперативного изменения индуктивности катушек фильтра, которая может осуществляться путем сжатия - растяжения витков катушек, а во вторых, небольшим изменением емкости конденсаторов.
Для того, что бы сразу выяснить требуется увеличить индуктивность катушки фильтра (сжать ее витки), или уменьшить индуктивность катушки (растянуть витки катушки), очень удобно использовать пластиковый стержень от гелевой ручки, на одном конце которого укреплен ферритовый стержень, а на другом конце отрезок тонкой медной трубки длиной около 1 сантиметра.
Конструкция такого испытательного стержня показана на рис. 13. Ферритовый стержень и медная трубочка могут быть вплавлены в пластиковый стержень. Ферритовый сердечник должен иметь небольшие потери на частотах работы фильтра, можно использовать феррит из контуров ПЧ современных телевизоров. Для удобства работы с этим «прибором», стержень гелевой ручки изгибают так, как это показано на рис. 13.

Для этого стержень нагревают спичкой или зажигалкой в месте сгиба, а затем его сгибают так, что бы ферритовый сердечник и медная трубочка располагались под углом 30 - 45 градусов относительно стержня.
Использовать этот испытательный прибор очень просто. Введя в испытываемую катушку феррит, мы получим увеличение значения индуктивности этой катушки, а если введем медную трубку, или расположим ее рядом с катушкой, то уменьшим индуктивность катушки. В результате этого сразу можно видеть, как влияет изменение индуктивности катушки на АЧХ фильтра. Для подключения дополнительных конденсаторов небольшой емкости параллельно основным конденсаторам фильтра можно использовать диэлектрический пинцет. При этом на экране ИЧХ видно влияние в изменении параметров каждого элемента фильтра на его АЧХ. Вместо согласованной нагрузки на выход фильтра можно подключить реальный коаксиальный кабель, нагруженный на реальную антенну. В этом случае на экране ИЧХ увидим, как фильтр будет работать совместно с реальной антенной системой. Каждый реально выполненный фильтр при работе на реальную антенну имеет свои особенности при его настройке, и повозившись некоторое время с настройкой реального фильтра при помощи ИЧХ радиолюбитель может выявить эти особенности. При настройке фильтра совместно с ИЧХ обратите внимание на то, как многие посторонние воздействия влияют на АЧХ фильтра. Например, можно прогреть мощной лампой накаливания фильтр, и увидеть, как при этом поползет вниз его частота среза. Можно попробовать отключать конденсаторы фильтра, и при этом наблюдать, как меняется уровень подавления в полосе задерживания фильтра. Можно даже выставить максимум подавления на какой либо частоте, например на частоте телевизионного канала, где наблюдается повышенный уровень помех при работе любительского передатчика. Недостатком настройки фильтра нижних частот при использовании ИЧХ является то, что перенос на бумагу АЧХ фильтра представляет собой определенные трудности. Наиболее просто это можно сделать, наложив на экран ИЧХ полупрозрачную бумагу, на которую затем перерисовывается АЧХ фильтра. Некоторые ИЧХ имеют соответствующие насадки, на которые устанавливается фотоаппарат для фотографирования АЧХ испытываемых устройств. ИЧХ выполненный на базе компьютера позволяет сохранять изображение монитора, то есть, в данном случае позволяет значительно упростить процесс сохранения и переноса на бумагу характеристик испытываемых устройств.
Открытые фильтры
Как уже отмечалось выше, практическое изготовления качественного фильтра нижних частот, который обеспечивает значительное подавление сигналов в полосе задерживания, сопряжено со многими трудностями. Уже было разобрано, как важно в этом случае использовать детали имеющие номиналы соответствующие расчетным. Но не менее важным в конструкции фильтра является корпус, иными словами, место размещения деталей фильтра. Корпус должен быть разбит на ячейки, в каждой из которых должно быть размещено соответствующее звено фильтра. Конструкция корпуса фильтра должна предотвращать нежелательную связь между соседними звеньями фильтра, в противном случае, АЧХ фильтра может рассыпаться. Корпус должен предотвращать излучение от ячеек фильтра, и в тоже время не ухудшать добротности катушек, используемых в фильтре. Желательно также чтобы корпус обладал некоторой тепловой инерцией, и мог принимать на себя тепло, исходящее от элементов фильтра. В процессе работы фильтра в передающем тракте возможен нагрев элементов фильтра, и вследствие этого, частота среза фильтра может уменьшиться.
Перечисленным выше условиям удовлетворяет корпус, выполненный из меди или латуни толщиной 1,5-3 миллиметра. При отсутствии соответствующих материалов, инструментов и опыта для выполнения такого корпуса, его можно выполнить из фольгированного стеклотекстолита.
Однако, в некоторых случаях от фильтра нижних частот может не требоваться глубокого подавления сигналов в полосе задерживания фильтра. Например, когда для работы в эфире используется передатчик малой мощности, или когда сигнал передатчика является достаточно "чистым" в отношении содержания побочных спектральных составляющих. Для работы совместно с такими передатчиками можно использовать открытую конструкцию фильтра нижних частот. В открытой конструкции фильтра корпус, окружающий фильтр и его элементы, может вообще отсутствовать, между звеньями фильтра могут отсутствовать экраны. Начиная с 90 годов 20 века, с распространением элементов для поверхностного монтажа, открытые фильтры нижних частот широко используются в коммерческой аппаратуре связи.
В настоящее время описания открытых фильтров можно найти в радиолюбительских изданиях. При повторении открытого фильтра радиолюбителям следует строго придерживаться рекомендаций по его изготовлению. Необходимо использовать конденсаторы только указанных типов и номиналов, соблюдать геометрию расположения элементов на плате. Элементы фильтра, катушки и конденсаторы, должны иметь выводы минимально возможной длины. В конструкции открытых фильтров большое значение имеет правильный монтаж его элементов. Как правило, соседние катушки в открытом фильтре располагаются перпендикулярно относительно друг друга, в соседних катушках используют противофазную намотку для ослабления индуктивных наводок между катушками.
Конструкция открытого фильтра занимает мало места и такой фильтр можно установить внутри промышленного коротковолнового или Си - Би трансивера. Это позволит очистить спектр сигнала передатчика от гармоник и более свободно эксплуатировать любительскую или Си - Би радиостанцию в современных городах, насыщенными различными радиоэлектронными средствами.
В заключение этого параграфа хочу отметить, что для экспериментальных целей мной было собрано несколько экземпляров открытых фильтров нижних частот по схемам, приведенным на рис. 4. Данные для выполнения катушек индуктивности были взяты из табл. 2. Подавление гармоник в такой конструкции фильтра на некоторых частотах полосы задерживания фильтра было примерно на 10-дБ ниже, чем для его аналога собранного в закрытом металлическом корпусе с экранами между ячейками. Но все же подавление гармоник в этой открытой конструкции фильтра было достаточно высоким, что, по моему мнению, оправдывает выбор и изготовление открытой упрощенной конструкции фильтра. Далее будет описана конструкция одного популярного радиолюбительского открытого фильтра.
Полный сборник статьи в формате pdf скачать
Григоров И.Н.
Продолжение следует Часть-5