www.cqham.ru

\главная\р.л. конструкции\трансиверы\...

Низкочастотные фильтры CW и SSB на стандартных катушках индуктивности 88 мГн.

Ed Wetherhold, W3NQN. Оригинал статьи опубликован в журнале QEX December 1988, pp. 5...10

 

  Корифеи звукочастотной техники используют активные RC-фильтры и фильтры на переключаемых конденсаторах [1, 2]. Может показаться, что простые пассивные LC-фильтры существуют только на бумаге и не имеют практического применения. Несмотря на это, многие радиолюбители и профессиональные разработчики фильтров предпочитают применять пассивные LC-фильтры. E. Christian в LC-Filter: Design, Testing and Manufacturing [3] пишет: ”Если бы разработка фильтровых схем начиналась с активных RC-фильтров, то применение в фильтрах катушек было бы воспринято как большой прорыв…”

 

 

Рис.1. Узкополосный CW ЗЧ фильтр, собранный с использованием набора катушек индуктивностью 88 мГн и двух модифицированных (отмотанных) катушек также индуктивностью 88 мГн. Пластмассовая монтажная скоба использована для защиты фильтра снизу.

 

  В этой статье я покажу, как теория LC-фильтров стыкуется с разработкой и постройкой недорогих высококачественных CW и SSB низкочастотных фильтров. В статье включена информация и о том, как, по некоторым параметрам, LC-фильтры превосходят активные ЗЧ фильтры.

  У пассивных LC-фильтров много достоинств: они не требуют источника питания, менее чувствительны к перегрузкам сильными сигналами, дёшевы и легко реализуемы конструктивно, не склонны к отказам, не сложны в обслуживании и ремонте. Недостатки LC-фильтров, такие как, большие размеры, фиксированные полоса пропускания и центральная частота и некоторые вносимые потери  обычно радиолюбителей “мало  волнуют”. Обычно, достаточно один раз выбрать полосу пропускания фильтра и его центральную частоту и нет необходимости их изменять. Вносимые потери легко компенсируются увеличением усиления УЗЧ приёмника. Согласование входа и выхода фильтра звуковых частот, включаемого между выходом УЗЧ приёмника и головными телефонами, легко осуществить с помощью недорогих, согласующих импедансы, трансформаторов.

 

 

Рис. 2. Схема CW ЗЧ фильтра для вариантов 1-5, представленных в Таблице 2.

Примечание: фильтр нагружен импедансом, состоящим из импеданса вторичных обмоток согласующих трансформаторов – 200 Ом (трансформированного из 8 Ом), активного сопротивления обмоток трансформаторов, приведённых к повышающей – 24 Ом и активного сопротивления обмоток катушек L1 (или L5), что в общей сложности составляет примерно 230 Ом. Фильтр рассчитывается под любое значение импеданса, в пределах 10% от 230 Ом, для обеспечения плоской АЧХ в полосе пропускаемых частот.

Т1, Т2 - трансформаторы 8:200 Ом, 0,4 Вт (Mouser 42TU200). Сопротивления высокоимпедансной и низкоимпедансной обмоток равно 12 и 0,5 Ом, соответственно. S1 - тумблёр - переключатель “два положения – два направления”.

R1 - от 0 до 12 Ом, 0,5 Вт, 10% (см. текст).

 

   Для создания фильтров звуковых частот хорошо подходят стандартные катушки индуктивностью 88 мГн и комбинации из них [ 4 ]. Эти высокодобротные катушки выпускаются набором по пять штук, в общем цилиндрическом корпусе, снабжённом выводами. Дополнительные катушки могут быть подключены к набору катушек, к его выводам, если схемотехника фильтра требует применения более, чем 5 катушек индуктивности. Физическое исполнение набора катушек индуктивностью 88 мГн и расположение их выводов позволяет довольно просто изготавливать пятирезонаторные CW и SSB аудио-фильтры.

 

Конструкция CW фильтра и его схема. Подискутируем на тему схемотехники узкополосных и широкополосных CW фильтров звуковых частот. В узкополосном фильтре применён один набор катушек индуктивностью 88 мГн плюс две модифицированных катушки, подключаемые к набору с разных концов. На Рис. 1 показано как включены между собой катушки и конденсаторы, чтобы, в конце концов, получился CW аудио-фильтр. Набор катушек прикрепляется к основанию с помощью 1 3/8- дюймовой пластмассовой скобки (1 дюйм = 25,4 мм). Широкополосный CW фильтр физически похож на узкополосный. Разница – лишь в том, что у широкополосного фильтра имеется одна дополнительная катушка индуктивности, а у узкополосного - две. Электрически широкополосный фильтр имеет полосу пропускания в 1, 5 раз больше узкополосного.

  Варианты 1 и 4  в Таблице 1 суммируют измеренные параметры узкополосного и широкополосного фильтров, которые были сконструированы с использованием данных, приведённых в Таблице 2 (см. варианты 1-5). Принципиальная схема,

 

 

Рис. 3. На рисунке показано: как соединять выводы модифицированных катушек индуктивностью 88 мГн, чтобы получить L2 и L4 и как соединить выводы набора катушек индуктивности в схеме узкополосного CW фильтра. Вверху - инструкция по соединению обмоток катушек L2 и L4. Внизу показано соединение набора катушек 88 мГн и дополнительных катушек L2 и L4. Смотрите номиналы деталей в вариантах 1-3 в таблице 2. Катушки L2 и L4 прикреплены к концам набора индуктивностей силиконом.

 

показанная на Рис. 2, относится как к узкополосному, так и к широкополосному вариантам фильтра.. На Рис. 3 и Рис. 4 приведены пиктограммы, которые показывают как получать узкопосные и  широкополосные фильтры, соединяя определённым образом выводы катушек индуктивности набора. В Таблице 2 приведены возможные варианты фильтров. Выберите желаемый вариант с нужной полосой пропускания и центральной частотой фильтра - Fc. Fc = 750 Гц предпочтительна, так как во многих трансиверах именно эта частота является частотой генератора самопрослушивания и выделяется с помощью имеющихся кварцевых фильтров (находится в области наибольшей чувствительности человеческого уха). Узкополосные фильтры более подходят для DX-работы и приёма сигналов маломощных станций, где требуется оптимальная избирательность. Широкополосные CW фильтры больше подходят для приёма умеренных по силе сигналов, когда необходима отстройка от мешающих в полосе приёма станций. АЧХ обоих фильтров имеют хорошую форму в переходной зоне и довольно крутые скаты (см. коэффициент прямоугольности в Таблице 1). Сравнительный анализ затухания узкополосного (вариант 1) и широкополосного (вариант 4) фильтров приведён на Рис. 5. Отметьте, что АЧХ в полосе пропускания имеет плоскую

 

 

Рис. 4. На рисунке показано, как произвести соединения в наборе индуктивностей 88 мГн для получения широкополосного CW ЗЧ фильтра. Номиналы деталей смотрите в вариантах 4 и 5  Таблицы 2. Как распаять выводы катушки L4 смотрите Рис. 3. L4 приклеена к набору катушек силиконовым клеем.

 

вершину, а это означает, что фильтр не будет “звенеть”. Если Вам необходим CW фильтр с шириной полосы пропускания и центральной частотой Fc, отличающихся от приведённых здесь, то выполните расчёты, приведённые в Приложении А.

R1 (см. Рис. 2) служит для установки относительно постоянного уровня звукового сигнала в положениях с включенным и выключенным фильтром. Его сопротивление было определено методом проб и ошибок и составляет от 0 до 12 Ом (и больше), в зависимости от варианта фильтра и УЗЧ.

 

Низкочастотный SSB фильтр. Для SSB фильтра здесь пригоден лишь один вариант, таковой показан на Рис. 6. На Рис. 7 показаны соединения в схеме. В Таблице 2 (вариант 6) даны параметры и данные деталей для SSB фильтра. Полученные данные по характеристике сведены в Таблицу 1 и показаны на Рис.5. Если потребуется небольшое изменение полосы пропускания или центральной частоты фильтра, используйте Приложение В. Как и у CW фильтров, номинальный импеданс входа и выхода фильтра составляет 200 Ом. Это даёт возможность подключать к фильтрам низкоомные головные телефоны через согласующие трансформаторы 8:200.

 

Модификация катушек.  Для узкополосных и широкополосных CW фильтров могут потребоваться дополнительные катушки L3 и L4, индуктивность которых отличается от 88 мГн (может быть меньше), в этом случае, необходимая величина

 

Рис. 5. Измеренное относительное затухание CW и SSB аудио-фильтров в графическом виде. Кривые характеристик пронумерованы теми же номерами, что и использованы в Таблице 2. Таблица 1 суммирует измеренные результаты.

 

Рис. 6. Принципиальная схема SSB аудио-фильтра. Смотрите вариант 6 в Таблице 2: номиналы деталей и параметры фильтра. Измеренные параметры фильтра приведены в Таблице 1. На Рис.7 показан монтаж SSB аудио-фильтра.

 

индуктивности легко получается бифилярной (двойным проводом) намоткой катушки проводом, имеющим полиуретановую изоляцию. Чаще всего, здесь применяется катушка с двумя секциями (как более доступная), намотанными на противоположных частях кольцевого сердечника. Для пайки проводов катушки её выводы должны быть тщательно зачищены. При подборе количества витков катушки легче сбрасывать по два витка сразу (требуется вдвое меньше усилий), что и позволяет делать двухпроводная (бифилярная) намотка. (Главное, в случае  бифилярной  намотки, правильно соединить выводы секций катушек - сфазировать их - UA9LAQ).

 

Рис. 7. На рисунке показан способ соединения выводов катушек набора индуктивностей 88 мГн для SSB аудио-фильтра. Центральный вывод катушки L5 в этом фильтре не используется. L5 прикреплена к набору катушек силиконовым клеем.

 

В случае намотки катушек проводами в полиуретановой изоляции, нет необходимости специально зачищать выводы для пайки: изоляция позволяет лудить провода без зачистки (отечественные обмоточные провода этой серии маркируются как ПЭВТЛ – UA9LAQ). Когда жало паяльника, раскалённое до температуры 700-800 градусов (по Фаренгейту – F) прижимают к выводам, изоляция с них испаряется, а провода одновременно могут быть пролужены. Определение количества витков, которые должны быть удалены с катушки, намотанной на кольце и имеющей начальную индуктивность 88 мГн, важно (“пролетев”, придётся доматывать катушку и спаивать её витки, что снижает добротность катушки – UA9LAQ). Для L2 и L4 значения индуктивностей могут быть 43,5,  49,9,  73,0 мГн. Начальная (стандартная) индуктивность тороидальной катушки, намотанной двойным проводом, составляет 87…89 мГн, т. е., имеет разброс. Для получения более точных результатов, желательно иметь точное значение индуктивности каждой катушки (составляющей фильтра) и от этого “плясать”, рассчитывая индуктивности дополнительных катушек. Если у Вас нет прибора измеряющего индуктивность, можно измерить резонансную частоту контура составленного из катушки, индуктивность которой необходимо измерить и конденсатора, ёмкость которого известна точно (от точности измерения ёмкости конденсатора и частоты настройки импровизированного контура зависит и точность измерения индуктивности – UA9LAQ). Частота настройки контура определяется с помощью НЧ источника сигнала  и частотомера (и индикатора резонанса: вольтметра, осциллографа и т.п.- UA9LAQ). Искомая величина индуктивности может быть вычислена по известным формулам по измеренным: резонансной частоте контура и ёмкости конденсатора.

  В Приложении С детально показано как измерить величину индуктивности тороидальных катушек и как их модифицировать. Если нет измерителя ёмкости и частотомера, примем величину индуктивности стандартной катушки равной точно 88 мГн. Чтобы получить необходимую индуктивность (Ld), высчитайте количество витков, которые необходимо удалить (Td), используя уравнение:

где, Ld - необходимая индуктивность катушки, мГн

     Td -  количество витков, которые необходимо удалить

  Например, чтобы получить катушку индуктивностью 43,5 мГн из намотанной двойным проводом (бифилярной) тороидальной индуктивностью 88 мГн, удалите 212 витков или 106 пар витков. Количество витков уменьшается, по сравнению с первоначальным, примерно, на 30%.

 

Пятирезонаторный фильтр.

  Хотя схемотехника пятирезонаторных фильтров ЗЧ для CW и SSB давно и хорошо расписана в литературе [ 5...13], ограниченный выбор готовых катушек индуктивности тормозил разработку пассивных LC фильтров радиолюбителями (намотка, особенно, тороидальных катушек, с большим количеством витков - дело нудное, а если ещё и задана величина индуктивности, то без приборов не обойтись, а приборов у рядового радиолюбителя, как правило, - нет. Теперь появились стандартные катушки индуктивности, и условия для создания LC-фильтров облегчились (можно подобрать подходящие катушки - UA9LAQ). Также старые CW НЧ фильтры содержали 11 катушек и требовали согласующих трансформаторов 8:1000 Ом. Для сравнения, последняя разработка содержит только 7 катушек (максимум) и имеет такой же импеданс как и SSB-фильтр.

 

Заключение. Низкая стоимость, простота конструкции и высокое качество работы этого LC-фильтра делают его привлекательным как для начинающих так и маститых радиолюбителей. Схемотехника и конструктивные данные, приведённые в статье делают изготовление и настройку фильтра очень простой. Если Вы желаете  увеличить избирательность фильтров, то Вам и “карты в руки” – воспользуйтесь данным описанием.

 

                                                               Таблица 1.

            Сводная таблица измеренных параметров 5-резонаторных фильтров

 

Тип фильтра

Центр. частота, Гц

Полоса

(3 дБ), Гц

Fн

(3дБ),  

  Гц

Fв

(3дБ),

  Гц

П-са

30дБ,

Гц

Fн

30дБ,

Гц

Fв

30дБ,

Гц

Внос.

потери дБ

Коэфф.

прямо-угольности

1

CW узк.

746

254

630

884

544

522

1066

2,2

2,14

CW шир.

592

357

440

797

649

348

997

1,5

1,82

6

SSB

1056

2628

372

3000

4519

232

4751

0,2

1,72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания:

 1. Все характеристики фильтров сняты при импедансах источника и нагрузки в пределах 10% от значений Rf, указанных в Таблице №2.

 2. Центральная частота полосы пропускания рассчитана в соответствии с измеренными частотами (нижней – Fн и верхней - Fв), на  которых потери фильтров составляют 3 дБ и формулой:

Fцентр. = корень квадратный из произведения Fн(3 дб) х Fв (3дБ)

 3.Все значения затухания даны по отношению к уровню 0 дБ на частоте минимума вносимых потерь.

 4. Коэффициент прямоугольности рассчитан как отношение полосы пропускания фильтров на уровне 30 дБ к полосе пропускания на уровне 3 дБ.

 

                                                              Таблица 2.

             Номиналы деталей и рассчитанные параметры 5-резонаторных фильтров.

 

Тип фильтра

Fцент

Гц

С1,С5

мкФ

С2,С4

мкФ

С3

мкФ

L1,

L5

мГн

L2,

L4

мГн

L3

Rf,

раcч.

 Ом

П-са

3дБ

Гц

RC

%

1

CWуз

750

0,512

1,036

0,1706

88

43,5

264

230,0

275

0,0441

2

CWуз

651

0,680

1,20

0,2267

88

49,9

264

213,7

256

0.0441

3

CWуз

490

1,20

1,20

0,400

88

88,0

264

213,7

256

0,0441

4

CWш

592

0,820

0,820

0,410

88

88,0

176

208,4

389

6,3

5

CWш

651

0,680

0,820

0,340

88

73,0

176

208,4

389

6,3

6

SSB

1031

0,271

1,084

0,542

88

22,0

44

224

2705

6,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания:

1. Rf – расчётный импеданс фильтров. В действительности импеданс источника и импеданс нагрузки должны иметь значения в пределах 10 % от расчётных.

 2. RC - коэффициент отражения прототипа фильтра  нижних частот  Чебышева, на котором базируется предлагаемый полосовой фильтр.

 3. Полоса пропускания по уровню -3 дБ используется при расчётах, приводимых в Приложениях А и В.

 4. L2 и L4 изготавливаются из стандартных катушек индуктивности 88 мГн путём отматывания витков по парам (катушка намотана двойным проводом). Смотрите Приложение С, в котором описано сколько пар витков нужно снять с катушки, чтобы получить требуемую величину индуктивности и как соединять выводы катушки.

 5. В вариантах 1…3 последовательно включено 3 катушки по 88 мГн, чтобы получить требуемую величину индуктивности  катушки L3. В вариантах 4 и 5 в качестве L3 последовательно включены две катушки по 88 мГн. В варианте 6 две катушки соединены параллельно, что даёт величину индуктивности  22 мГн. Две пары катушек затем соединены последовательно для получения индуктивности в 44 мГн необходимой для L3.

  6. Майларовые (Mylar) или майларовые в металлическом корпусе конденсаторы используются в конструкции фильтров для достижения наилучших их характеристик и удобства монтажа на наборе индуктивностей.

 

Л И Т Е Р А Т У Р А:

 

 

 

                                                     Приложение А.

 

Преобразования и расчёты номиналов деталей и параметров CW фильтров.

 

Рис. А1. Конфигурация фильтра с индуктивными входом и выходом, используемая для  расчёта узкополосных и широкополосных CW фильтров. Детали фильтра пронумерованы слева-направо, а их обычные (нормализованные) номиналы приведены в Таблице А1.

                                                      Таблица А1

Коэфф. отражения,%

G1,G5,

Гн

G2,G4,

Ф

G3,

Гн

G3/G1,

отношение

0,0441

0,1054

0,2625

0,3162

3,000

6,3

0,1642

0,2657

0,3284

2,000

 

 

 

 

 

Номиналы компонентов фильтра Чебышева (G1...G5) нормализованы для нагрузочных сопротивлений 1 Ом и частоты среза по уровню - 3 дБ  1 Гц.

 Процесс преобразования:

1) Примем нагрузочный импеданс фильтра (Rf) равным преобразованному импедансу 8:200 Ом плюс  активное сопротивление провода  приведённое к повышающей обмотке плюс активное сопротивление катушек L1 и L5, что в сумме составит 230 Ом. Также примем расчётный  импеданс Rf = 4 x 230 = 920 Ом, а индуктивность L1 и L5 = 4 x 88 = 352  мГн.

2) Для узкополосного CW аудио-фильтра используйте нормализованное значение для RC = 0,0441% , где L1 = 352 мГн, а L3 = 3 х L1. Для  широкополосного варианта используйте RC = 6,3 %. Расчёт для узкополосного варианта фильтра следует ниже.

3) Рассчитать полосу пропускания фильтра по уровню - 3 дБ (B3), основываясь на данных :

Rf = 920 Ом

L1 = 0,352 Гн и

G1 = 0,1054 Гн

B3 = (G1 x Rf)/L1 = 0,1054 х 920/0,352 = 275,5 Гц.

Из-за потерь в катушках действительная полоса пропускания оказывается на 8% уже расчётной.

4) Найти значения ёмкостей конденсаторов С2 и С4 при:

В3 = 275,5 Гц

С2 = G2/(Rf x B3) = 0,2625/(920 x 275,5) = 1,0357 мкФ

Суммируя расчётные значения для ФНЧ:

L1=L5 = 0,352 Гн; L3 = 1,056 Гн; С2=С4 = 1,0357 мкФ; Rf = 920 Ом и B3 = 275,5 Гц

Этот расчёт для ФНЧ преобразуется в расчёт для полосового фильтра с центральной частотой (Fc) задаваемой разработчиком фильтров. На Рис. А2 показана принципиальная схема полосового фильтра.

5) Примем, что Fc = 750 Гц. Рассчитаем значение индуктивности L2 используя полученный номинал С2 = 1,0357 мкФ. В формуле: С2 – в мкФ, L2 – в мГн, Fc – в кГц.

L2 = 25,33/(C2 x Fc^2) = 25,33/(1.0357 х 0,75^2) = 43,48 мГн

 

Рис. А2. Принципиальная схема полосового фильтра.

 

L2 и L4 изготовлены из стандартных катушек индуктивностью 88 мГн, путём отматывания примерно 30% витков их обмоток (подробно см. Приложение С). Поскольку индуктивность катушек L2 и L4  можно изменять, то и среднюю частоту полосы пропускания фильтра Fc (благодаря этому) можно выбирать в пределах 500…1000 Гц.

6) Относительная полоса пропускания в процентах (BW%):

(BW%) = 100 x B3 / Fc = 275,5/7,5 = 36,7%

Рекомендуемая минимальная добротность (Qmin) для получения максимальной аппроксимации расчётной характеристики фильтра:

Qmin = 20 x Fc / B3 = 54

Хотя добротность катушек Q на частоте 750 Гц  составляет примерно 40, однако, в данном случае, их можно применить.

7). Значения ёмкости конденсаторов С1, С5 и С3 высчитываются, используя следующие данные:

L1 = L2 = 352 мГн

L3 = 1056 мГн

Fc = 0,750 кГц

С1 = 25,33/[L1 x (Fc^2)] = 0.127929 мкФ

С3 = С1 / 3 = 0,12793 / 3 = 0,042643 мкФ

Суммируем все вычисленные значения:

С1 = С5 = 0,12793 мкФ                   L3 = 1056 мГн

С2 = С4 = 1,0357 мкФ                    В3 = 275,5 Гц

С3 = 0,042643 мкФ                      Fc = 750 Гц

L1 = L5 = 352 мГн                      Rf = 920 Ом

L2 = L4 = 43,48 мГн

Все произведения LC = 45,03 x 10^-9, чтобы дать среднюю частоту фильтра Fc = 750 Гц

8)     Три последовательных ветви присоединены к центральным отводам катушек L2 и L4. Реактивности в последовательной цепи составляют теперь одну четверть от их прежних значений. Значения индуктивностей катушек L1, L3 и L5 - уменьшены в четыре раза, а значения емкостей С1, С3 и С5 увеличены в 4 раза. Значения С2, С; и L2, L4 оставлены без изменения. Значения индуктивностей катушек L1, L3 и L5 теперь могут быть реализованы с помощью одной или нескольких стандартных катушек индуктивностью 88 мГн. Rf становится равным 230 Ом. На Рис. А3 показана окончательная схема фильтра и приведены данные его компонентов.

 

 

Рис. А3. Принципиальная схема и данные компонентов для расчёта CW фильтра с центральной частотой (Fc) 750 Гц и входным и выходным импедансом (Rf) 230 Ом.

С1 = С5 = 0,512 мкФ

С2 = С4 = 1,036 мкФ

С3 = 0,1706 мкФ

L1 = L5 = 88 мГн

L2 = L4 = 43,5 мГн

 

                                                        Приложение В.

Преобразования и расчёт номиналов деталей и параметров SSB фильтра.

 

 

Рис. В1. Схема фильтра прототипа ФНЧ с нормализованными номиналами элементов (G1…G5), используемого для расчёта фильтра с полосой пропускания, необходимой для работы SSB. Детали нормализованы для нагрузочных сопротивлений в 1 Ом и для частоты среза по уровню - 3 дБ  1 Гц.

Величина коэффициента отражения выбрана 6,3%, значит, G3 = 2G1.

Составляющие фильтра пронумерованы цифрами от 1 до 5 слева-направо.

G1 = G5 = 0,1642 Ф

G3 = 0,3284 Ф

G2 = G4 = 0,2657 Гн

G3 / G1 = 2

Rf = 1 Ом.

Коэффициент отражения для фильтра Чебышева 5-го порядка равен 6,3%.

 Этапы преобразования фильтра следуют ниже.

1)     L2 и L4 должны быть индуктивностью 22 мГн, чтобы позволить использование стандартных катушек 88 мГн. Rf должно быть 224 Ома, так что может быть применён трансформатор 8:200 (например, Mouser 42TU200). Точное значение Rf зависит от сопротивления нагрузки фильтра 8 Ом, трансформированного в 200 Ом и активного сопротивления обмоток трансформатора отнесённого к обмотке  с большим импедансом (200 + 12 + 12 = 224 Ома).

Находим полосу пропускания по уровню -3 дБ (В3) необходимого полосового фильтра, основанного на прототипе ФНЧ, схема которого приведена на Рис. В1.

B3 = (Rf x G2) / L2 = (224 x 0,2657) / 0,022 = 2705,3 Гц

2)     Высчитываем значения емкостей С1 и С3 для полосы пропускания по уровню -3дБ 2705,3 Гц.

С1 = С5 = G1 / (Rf x B3) = 0,1642 / (224 x 2705,3) = 0,27096 мкФ

С3 = 2 х С1 = 0,27096 х 2 = 0,5419 мкФ

3)     Преобразуем ФНЧ прототип с Рис. В1 в вариант полосового фильтра со всеми звеньями, резонирующими на средней частоте полосы пропускания (Fc). Смотрите на Рис. В2 принципиальную схему полученного ПФ.

 

 

 Рис. В2. Принципиальная схема полосового фильтра.

 

4) Рассчитаем центральную частоту полосы пропускания, основываясь на значениях С1 и L1. Величина ёмкости конденсатора  С1 уже определена. Индуктивность  катушки L1 должна быть 88 мГн, чтобы позволить применение в фильтре стандартных катушек индуктивности, которые обеспечивают желаемую центральную частоту полосы пропускания (Fc) полосового SSB фильтра. Поскольку нижняя и верхняя частоты срезов ПФ составляют, соответственно: 300 и 3000 Гц, то центральная частота полосы пропускания фильтра должна быть в пределах 10 % от:

корень квадратный из произведения частот среза, что составит - 950 Гц.

Высчитаем действительное значение центральной частоты Fc по величинам С1 и L1:

Fс = 159,155 / корень квадратный из произведения С1 х L1, где  Fc выражается в Гц, L1 – в Гн, С1 – в мкФ.

L1 = 0,088 Гн

С1 = 0,27096 мкФ

Fc = 159,155 / 0,1544166 = 1030,686 = 1030,7 Гц

4)     Рассчитаем значение индуктивности катушки L3:

L3 = L1 / 2 = 0,088 Гн / 2 = 44 мГн

5)     Основываясь на известных: полосе пропускания по уровню -3 дБ (В3) и центральной частоте Fc, высчитываем нижнюю и верхнюю частоты среза: F3L и F3U, соответственно:

 

 

Просматривая рассчитанные параметры, можно видеть, что значения Fc, B3, F3L и F3U являются удовлетворительными и приемлемыми для применения в SSB фильтре. В противном случае, следует варьировать нагрузочное сопротивление фильтра в пределах 10% от 224 Ом для получения более приемлемых результатов.

  Относительная полоса пропускания в процентах (BW%) = 100 x B3 / Fc = 262,5%. Минимальная необходимая добротность катушек для получения наиболее точной аппроксимации идеальной характеристики фильтра составляет:

 Qmin = 20 x Fc / B3 = 7,6.

Результаты расчётов показывают, что не должно быть трудностей в применении катушек индуктивности 88/22 мГн для получения характеристики пропускания, которая близка к идеальной, потому что, добротность катушек на частоте 1000 Гц примерно равна 50. И только тогда, когда относительная полоса пропускания будет задана меньшей на, примерно, 20%, характеристика будет отличаться от идеальной из-за недостаточного значения добротности катушек - Q.

6)     Рассчитаем значения емкостей конденсаторов С2 и С4, имея известную величину индуктивности L2 = 22 мГн и Fc, где Fc – в кГц, С2 – в мкФ, L2 – в мГн:

С2 = С4 = 25,33 / (L2 x Fc^2) = 25,33 / (22 x 1,0307^2) = 25,33 / 23,3715 = 1,0838 мкФ.

Примечание: все элементы фильтра настроены на частоту Fc = 1030,7 Гц и все настроенные контуры имеют произведение LC = 23,84 x 10^-9. При использовании других значений Rf для согласования фильтра с источником сигнала и нагрузкой можно применить стандартные согласующие трансформаторы (например, такие как 8:500 или 8:1000), при этом можно получить совершенно различные полосы пропускания.

                                                          Приложение С.

Как рассчитать количество удаляемых витков со стандартных катушек индуктивностью 88 мГн для получения заданной величины индуктивности.

1)          Выводы катушки, намотанной двойным проводом идентифицируются расцветкой их изоляции: красной и зелёной. Провода с полиуретановой изоляцией не требуют зачистки перед лужением – их изоляция разрушается и испаряется при нагреве жалом паяльника до 750…800° F. Внимание: лужение и пайку проводов следует производить в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, не вдыхайте пары и дым, они раздражают слизистую оболочку глаз, носа и отрицательно воздействуют на лёгкие.

2)          Измерим исходную индуктивность Lo, для этого, соединим обе обмотки последовательно. Чтобы сделать это, нужно взять начальный вывод одной катушки – красный  и соединить его с конечным выводом другой – зелёным. Оставшиеся свободными выводы присоединяем к мосту для измерения индуктивности (L-мост, или часть комбинированного моста RCL). Альтернативный метод измерения индуктивности заключается в измерении резонансной частоты контура, составленного из неизвестной индуктивности и калиброванной ёмкости и вычисления величины индуктивности по известным величинам: резонансной частоте и ёмкости. Например, соединим параллельно неизвестную индуктивность катушки с ёмкостью конденсатора 0,27 мкФ, предварительно измеренную с точностью не менее 0,5%. Слабо свяжем ЗЧ генератор (через ёмкость 470 пФ) с контуром и подключим ему параллельно высокоомный милливольтметр переменного тока.  Изменяем частоту генератора до тех пор, пока показания милливольтметра будут максимальными. Измерим резонансную частоту (это, в данном примере, будет примерно 1033 Гц) частотомером и произведём вычисления искомой величины индуктивности из уравнения:

Lo = 25,33 / (F^2 x C), где

Lo, F и С выражаются в мГн, кГц и мкФ, соответственно.

3)          Удалите 50 пар витков намотки (общее количество удалённых витков составит, при этом, 100) и снова соедините обе обмотки последовательно. Измерьте получившуюся величину индуктивности Lm.

4)          Высчитываем: То = 100 х R / (R - 1), где R = корень квадратный из частного от деления Lo / Lm

To – начальное количество витков катушки, Lo – начальная индуктивность катушки, Lm индуктивность модернизированной (после отматывания 100 витков – 50 пар витков) катушки. Пример:

Lo = 89,10 мГн

Lm = 67,09 мГн

R = 1,152417796 (Ом, видимо, сопротивление обмотки – UA9LAQ)

To = 756 витков

5)          Считаем:

S = (To - 100) / корень квадратный из Lm, где

Lm – индуктивность катушки после удаления с неё 50 пар (100) витков.

Например, если у катушки:

Lo = 89,10 мГн

То = 756 витков

Lm = 67,09 мГн после удаления 100 витков, то

S = (756 - 100) / корень квадратный из 67, 09 = 80,0894 Гн

6) Используйте следующую общую формулу (применимую ко всем намотанным двойным проводом катушкам имеющим индуктивность 89,10  мГн), чтобы  найти количество витков, которое необходимо удалить с катушки, чтобы получить заданную необходимую индуктивность:

Td = To – (S x  на корень квадратный из Ld), где

Td - число витков катушки, которое необходимо удалить с “нераспакованной” катушки индуктивностью 89,10 мГн, To – число витков оригинальной тороидальной катушки, Ld - необходимая индуктивность катушки в мГн и S – величина, рассчитанная в (5). Например, для величин, данных в (5) и при необходимой величине индуктивности 43,48 мГн, получаем:

Td = 756 – (80,0894 x на корень квадратный из 43,48 ) = 756 – 528 = 228 витков или 114 пар витков необходимо удалить с сердечника оригинальной катушки. Поскольку 100 витков уже были удалены с катушки, то удаляем (228 – 100 = 128) 128 витков или 64 пары витков для получения величины индуктивности 43, 48 мГн. (Следует подходить к необходимой величине индуктивности осторожно в несколько приёмов, так как можно “проскочить” – дополнительные спайки проводов в фильтрах нежелательны – UA9LAQ).

 

 

Свободный перевод с английского:     Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень                  март, 2003 г

Возврат