Кварцевый калибратор частоты своими руками

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 18.09.2024

Для регулировки, настройки и градуировки шкал радиоприемных устройств и радиолюбительских измерительных генераторов и их поверки при длительной эксплуатации нужен источник сигналов более высокого класса точности и стабильности. Предлагаемый вариант кварцевого калибратора обеспечивает на выходе сетку модулированных гармоник основной частоты используемого кварцевого резонатора. Так, при использовании кварца с номинальной частотой 100 кГц на приемнике с KB диапазоном 16 - 19 м легко обнаруживается 160-я гармоника. Подобный прибор может быть полезен не только радиолюбителям, но в ряде случаев и в сервисных службах, на предприятиях.
Конструкция калибратора проста в схемотехническом отношении, не содержит дефицитных радиоэлементов, имеет небольшие габариты и проста в регулировке. В изготовленном автором экземпляре устройства испытания показали, что без дополнительных регулировок уверенно возбуждаются кварцевые резонаторы с частотой до 15 МГц, что позволяет расширить сетку калибрационных меток вплоть до частот телевизионных диапазонов метровых волн.
Схема прибора приведена на рис.1. На транзисторе VT1 выполнен задающий генератор по схеме емкостной трехточки. Частота генерации определяется подключаемым к гнездам XS1 кварцевым резонатором. Для облегчения возбуждения резонатора на частотах ниже 2,5 МГц контакты переключателя SB1 следует замкнуть. Выход на режим генерации зависит от тока базы, который можно выбирать переменным резистором R1. Генерируемые колебания несинусоидальны.

Рис.1 Принципиальная схема

Рис.2 Печатная плата

На транзисторе VT2 выполнен эмитгерный повторитель, а на VT3 - усилитель с двусторонним ограничением сигнала. С последнего сигнал через конденсатор С7 подается на выходной разъем XS2 и в одну из диагоналей мостового модулятора на диодах VD1 - VD4 и транзисторе VT4.
В другую диагональ подан сигнал звуковой частоты, сформированный автогенератором на транзисторе VT5. В коллекторную, цепь генератора с самовозбуждением включен резонансный колебательный контур, состоящий из обмотки 3-4 трансформатора Т1 и конденсатора С9 и определяющий частоту генерации в пределах 1,5…2 кГц. Положительная обратная связь с обмотки 5-6 трансформатора подается в цепь эмиттера транзистора.
Плата кварцевого калибратора выполнена с использованием двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5. 2 мм. Монтаж односторонний, но фольгу с другой стороны платы снимать не следует, так как она выполняет роль экрана. В авторском варианте исполнения эта часть платы выполняет еще и роль передней панели. Тогда на ней необходимо предусмотреть конструкционное и графическое оформление органов управления и разъемов.
Радиоэлементы перед установкой на плату желательно проверить, особенно это относится к транзисторам. Их следует выбрать с коэффициентом передачи тока базы не менее 30. Кроме рекомендованных в конструкции кварцевого калибратора, вместо П416А можно применить транзисторы группы П308, ГТ308, КТ361, а вместо П16 - МП21, МП39, МП41 с допустимым напряжением между коллектором и эмиттером не менее 25 В.
При самостоятельном изготовлении трансформатора следует взять магнитопровод Ш4х5 и проводом ПЭЛ 0,07 намотать обмотки: 1-2 - 500, 3-4 - 2500 и 5-6 - 200 витков. Его можно выполнить на основе готового трансформатора от транзисторных малогабаритных приемников, напри мер, "Спидола", "ВЭФ-12", "Альпинист", "Сокол" и других. Трансформатор этих приемников достаточно будет дополнить обмоткой 5-6, пропорциональной по числу витков (см. данные самостоятельного изготовления) коллекторной его обмотке. Трансформатор этих приемников достаточно будет дополнить обмоткой 5-6, пропорциональной по числу витков (см. данные самостоятельного изготовления) к плате следует закрепить металлической полоской (хомутик) с двумя винтами.
Если монтаж выполнен без ошибок и радиоэлементы перед их установкой были проверены, то прибор начинает работать сразу. При регулировке устройства вначале следует проверить ток потребления, в рабочем режиме он может достигать 30. 35 мА.
Для проверки генерации необходимо иметь набор кварцевых резонаторов: 0,1, 1 и 10 МГц. В качестве индикатора колебаний желательно иметь осциллограф или милливольтметр переменного тока с рабочими частотами не менее 10 МГц. Кварцевый резонатор подключить к гнездам, переменные резисторы R1 и R7 установить в положения минимального сопротивления между движком и общей шиной питания, а R14-в среднее положение. Вращая резистор R1 по осциллографу или вольтметру переменного тока, подключенных к выходному разъему XS2, добиваются возникновения генерации. Затем резистором R7 устанавливают требуемый размах колебаний и симметричность ограничений (определить возможно только по осциллографу).
При отсутствии измерительной аппаратуры контроль генерации колебаний к наличие гармоник можно вести обычным радиовещательным приемником, имеющим СВ и KB диапазоны. В этом случае к выходному гнезду кварцевого калибратора следует подключить отрезок любого провода длиной 1 м. Приемник разместить в непосредственной близости от провода (но ни в коем случае не подключать провод в гнездо антенны приемника - эффективное напряжение на выходе кварцевого калибратора может достигать 5 В и оно может оказаться опасным для полупроводниковых приборов входного устройства).

Не открою Вам Америку, если скажу старую истину про то, что всё в Мире оценивается в сравнении! Вот и мы должны правильность-верность с чем-то сравнивать?! А с чем? В метрологии существуют эталоны. А у нас с Вами таким как бы эталоном будет частота кварцевого генератора! Частота как точка опоры, от которой мы и будем отталкиваться.

Так вот, калибратор, во-первых, методом сравнения ставит цифорки шкалы на место! Во-вторых, использует эти чёртовы гармоники. И в-третьих, делает всё так, чтобы их было как можно больше (искажая свои синусоиды) и как можно больших размеров! На этом можно было бы и закончить. Но, у меня совесть ещё не потерялась. А потому?! Правильно!

Итак, основа как Вы уже догадались наша надежда и опора, — опорный кварцевый генератор! Изготовляют его особенно тщательно! Насколько это возможно?! А далее? Далее в каждом случае (смотря для чего?) они, калибраторы отличаются друг от друга?! Ведь не будете Вы выбирать обувь из всей, что есть в магазине, если носите 40-й размер. Вот и здесь тоже самое!

Калибратор (схему) в таком же, простом виде Вы и видите на рис3. Правда это радиолюбительский, но всё же?! Здесь также присутствует генератор кварцевый, но ещё и часть схемы превращающий на выходе сигнал в виде остроконечные импульсы с широким спектром гармоник. По заверением авторов, гармоники ощущаются вплоть до 100 мГц. А какие Вам нужны, можно выбрать путём подбора частоты кварца КВ! Нужно только частоту кварца умножать на целые числа [1, 2, 3 . n!] и Вы получите (подберёте) нужное Вам!

И под занавес. На рис4 кварцевого (какого же ещё?) блок-схема калибратора с моей радиостанции (трансивера). Реальная же схема гораздо больше и сложнее. С опорного генератора 10 мГц частота делителем на 20 делится до 500 кГц. С усилителя частично поступает голодающим Поволжья, а остальное делится на 5, так ещё до 100 кГц. Далее с помощью формирователей спектра очень остроконечных импульсов формируются спектры 100 кГц и 5 кГц. Потом уже замешиваются до кучи и подаются на вход радиостанции. На рис6 фрагмент шкалы моей радиостанции самодельной и станции и шкалы само-собой! Самые длинные риски — 100 кГц. Чуть короче — 10 кГц. И самые короткие — 5 кГц. И даже если калибратор отключен я слышу гармоники в 500 кГц опорного генератора самой станции! Он же гудит всё время, не переставая (какой паразит, а. ) :-))

Внимание! Перед тем как создавать тему на форуме, воспользуйтесь поиском! Пользователь создавший тему, которая уже была, будет немедленно забанен! Читайте правила названия тем. Пользователи создавшие тему с непонятными заголовками, к примеру: "Помогите, Схема, Резистор, Хелп и т.п." также будут заблокированны навсегда. Пользователь создавший тему не по разделу форума будет немедленно забанен! Уважайте форум, и вас также будут уважать!

Нет. Их есть у меня. Я вокруг логики сейчас думаю - "вниз" кварц конденсаторами утянуть не проблема, а вот как правильно вверх утянуть..

Однажды мне понадобилась известная частота для настройки частотомера.
Можно было-бы потратить денек на поиски эталонного генератора где-то на другом конце города, можно было-бы потратить пару деньков на сборку простенького приемника сигналов эталонной частоты из ближнего космоса. Но я не искал легких путей, поэтому
потратил неделю.
День первый. Утром по сигналам точного времени настроил на точный ход имевшиеся у меня часы на микроконтроллере PIC16F628.
День второй - шестой. Отдыхал от трудов праведных.
День седьмой. Утром сверил свои часы по сигналам точного времени. За неделю они отстали ровно на 8 секунд.
Далее пришлось решить достаточно сложную пропорцию вида: 604800/4000000 MHz = 604792/Х MHx, где 604800=60*60*24*7 - количество секунд в неделе, 604791 - количество секунд которое за это время отсчитали мои часы, 4000000 MHz - номинальная тактовая частота кварцевого генератора часов, Х MHz - реальная частота кварца в схеме часов.
Реальная частота получилась 3999947 Hz. Использовав ее в качестве эталона был настроен частотомер.

P.S. 1. Часы на время всей работы лучше выдержать при одинаковой температуре (например в шухляде стола).
2. Програмную коррекцию хода часов, если такова имеется, на это время лучше отключить.
3. Что-бы не вспугнуть нашу эталонную частоту при ее измерении, последовательно со входом частотомера желательно включить резистор сопротивлением несколько килоом (для исключения влияния на генерирующие цепи входной емкости частотомера), и измерять ее на выходе инвертора генератора (вывод 15 для PIC16F628).

Решение изящно-математическое.
Но я тоже отношусь к категории "нам лёгких путей не надо"
И с точки зрении нелюбимой мной метрологии не соглашусь с таким методом. Таким способом была найдена средняя статистическая ошибка за неделю. А ежели померять дрейф частоты от суточных/сезонных изменений температуры то цифры будут просто пугающие. Да и на базе этой температурной девиации делают точные термометры. (про термостат мысль уже была, но пока отодвинул).
Однозначно надо сделать один раз и надолго. Пока телевидение не отменят совсем
Вот блок-схема того, что на базе GPS лепят.

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

А вот так небыстро он у них входит в точные рамки: (внизу часы)
Самое противное, что схему ГУНа не приводят, типа покупной блок. Вот как раз его и думаю как слепить. Помню "Гиацинт" голыпал - там штуки 4 транзистора было и всё. Но он гад был с термостатом в пенопласте.

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

QUOTE (Eddy71 @ Nov 22 2010, 02:28 PM)

А ежели померять дрейф частоты от суточных/сезонных изменений температуры то цифры будут просто пугающие. Да и на базе этой температурной девиации делают точные термометры.

Если не будет хватать стабильности температуры в шухляде стола, ничто не мешает термостабилизировать кварц в схеме часов другими известными методами.

В GPS эталоне взяли к генератору на кварце добавилии варикапчик и ЦАП. Контроллер меряет отклонение частоты своего генератора за 64 секунды и пропоруионально выставляет в ЦАП напряжение для варикапа, он вгоняет генератор в нужный коридор. Я хочу сделать примерно то же, но с привязкой к ССИ вместо GPS. Этого должно хватить чтоб компенсировать как неточность кварца так и температурные колебания.

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Присоединённое изображение

Если бы мне было нужно для участка настройки готовой продукции, то однозначно купил бы и не парился..
Но мне интересно идею реализовать.

За ссылочки спасибо - всё переглядел, хоть и бегло но еречитал.

Сейчас выписываю названия микрух для выделения ССИ из телевизионного сигнала и завтра съезжу посмотрю что купить удастся..
В целом вырисовывается очень простая и демократичная по деталям и цене конструкция.
Останется подобрать декадные (/10) счетчики с выходом в виде меандра (а не короткими как у 561ИЕ10) и продумать конструкцию аттенюатора на выход.

Eddy71
а вдруг в ТРК так сказать не паряться по поводу стабильности своих частот? Сейчас ведь рыночная демократия, на всё деньги нужны..

QUOTE (AntonSor @ Nov 22 2010, 09:22 PM)

Вот, например, схема кварцевого генератора частотомера Ч3-44, на 1 МГц. Там нет ничего особенного, кроме схемы автоматической регулировки уровня выходного сигнала. Плюс термостатирование. Плюс специальный кварц.

Спасибо за схемку.
Вакуумный кварц в ламповом корпусе - это вещщщщь!
Я свой самый первый частотомер на таком собирал (где-то выдрал из списанной спец. аппаратуры) - класс!
Пусть это и не Гиацинт, но доверять можно.

Идея Crocodil-a может и покажется кому "слишком уж простой", но на самом деле заслуживает внимания. Температура-то ведь изменяется в течение очень длительного периода времени, и днем и ночью, стало быть частота генерации "усредняется". Такой вот своеобразный "термостат".

"There are many paths to take, Obi-Wan. Not all of us are fortunate enough to find the one with heart, the path the Force has set before us." -Qui-Gon Jinn, to Obi-Wan Kenobi.

Идея Crocodil-а наоборот, самая простая, а не сложная. Фактически и делать-то ничего не надо. Но если глянуть на даташиты на кварцы, то как раз и не сильно хорошо получается. Вот картинка из даташита на кварц одного из производителей России. Подозреваю, что у китайцев дела намного хуже обстоят..

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

QUOTE (Eddy71 @ Nov 23 2010, 01:20 AM)

Сейчас выписываю названия микрух для выделения ССИ из телевизионного сигнала и завтра съезжу посмотрю что купить удастся..

Эту я еще вчера купил. (сам когда-то подрабатывал ремонтами телеков ). Она хорошая, но у неё выход именно принятых (с полукадровыми выравнивающими и врезками). А хотел взять что-то вроде EL1883, LMH1980-81, ICL59885, EL4583.. У них есть выход сплошной частоты, без перерывов. Не свезло. Сейчас всё внутрь процев засунули, отдельных чипов синхроселекторов не ставят.. (Нашу ХА11 ставить не захотел - 12в не хочется из-за неё заводить).

---===---
Блин, хотел глянуть даташит на 174ХА11 (TDA2591/TDA2593) и ничего толком с гугла не нашел. У торгашей есть в свободной продаже.

QUOTE (Eddy71 @ Nov 23 2010, 03:18 PM)

Блин, хотел глянуть даташит на 174ХА11 (TDA2591/TDA2593) и ничего толком с гугла не нашел.

А что надо от даташита? Вот например даташит TDA2593 от ST.
Кроме схемы включения и основных параметров ничего и нет. Правда по структурной схеме видно что внутри есть ГУН с ФАПЧ, который и восстанавливает строчную частоту.

Как то раньше, в одном из форумов, тоже поднимался подобный вопрос (по качеству опорной частоты ТВ-сигнала) и кто-то писал что сигнал нынче уже не тот :( Может Останкино пока еще и выдает стабильный сигнал на центральных каналах, а вот "суверенное ТВ" возникшее в перестроечные времена уже не может похвастаться стабильностью частоты синхросигнала.
Может кто из сервис-инженеров ТВ сможет подтвердить или опровергнуть эти сведения.

Присоединённый файл ( Кол-во скачиваний: 834 )
TDA2593.pdf

Спасибо, этот я уже вчера почитал. Скуднова-то описали.
Я слышал что ругались за стабильность только местных кабельных сетей. Остальное всё работает с синхронизацией по GPS. Специальные приемники, выдают 10МГц с точностью 10 минус 11-12. О них синхросигнал и формируется.

QUOTE (Eddy71 @ Nov 24 2010, 10:49 PM)

Остальное всё работает с синхронизацией по GPS. Специальные приемники, выдают 10МГц с точностью 10 минус 11-12. О них синхросигнал и формируется.

Уже не помню, ссылки попадались или на kazus.ru или electronix.ru
Я с идеей калибратора уже давно ношусь, вот и запоминается относящееся к этому. Уже хотел делать приемник точных радиосигналов. Пока знакомый не притащил "посмотреть что с ним" немецкий электронный будильник. Прикол: человек выставляет точное время. Заводит будильник на определенное время. Ложится спать ..и будильник будит его раньше на час и часы на час вперед перескакивают. Я очень удивился, когда сняв крышку увидел магнитную антенну на ферритовом стержне. Оказалось туда вставили приемник на (кажется) 77,5кГц. Там находится немецкая станция точного времени. И эта зараза ночью (во сколько точно не помню) передает время и дату. Часы ловят сигнал и сами переводятся.
Но такой эталон сродни предложенному Crocodil-ом. За длительное время будет точно, а вот суточные колебания значительны.

Поделюсь практическим опытом. Может кому то пригодится. Проверено руками при калиброве "гиацинта" и самодельных частотомеров. Правда, простенькие частотомеры имеют заметный дрейф, то ли от прогрева, то ли по еще каким то причинам. Где то писал об этом, но не смог найти.
Существует служба частот и времени.
http://boatswain.boom.ru/sig-vrem.html
По ссылке - расписание радиостанций, относящихся к службе и режимов их работы. Для точной установки частоты, например, вашего частотомера необходим приемник (любой, хоть детекторный ), способный принимать сигналы выбранной Вами эталонной частоты, подстраиваемый "местный" генератор, работающий на эталонной частоте, ну и собственно частотомер.
Методика следующая.
1.Настраиваем приемник, принимаем сигнал точного времени.
2.Включаем "местный " генератор и подстраиваем его частоту до получения "нулевых биений" с частотой принимаемой станции.
3.Измеряем частоту "местного" генератора - она должна соответствовать паспортной. Если нет - подстраиваем частотомер до получения на индикаторе частотомера паспортной частоты.
Частотомер откалиброван.
Проблема - получение и точная фиксация нулевых биений.
Все гораздо точнее и проще, если для калибровки использовать SSB приемник. Тогда методика несколько изменяется.
Очень хорошо слышен сигнал эталонной станции на SSB приемник, причем настройка приемника на станцию- эталон должна быть такой, чтобы принимаемый тон лежал в районе 1КГц. Настраиваем местный генератор на частоту сигнала. При подходе местного генератора к необходимой частоте слышим, как изменяется АМПЛИТУДА сигнала 1кГц (характерные биения). Частота изменения амплитуды этого сигнала зависит от расстройки между эталоном и местным генератором. Когда амплитуда тона не изменяется (или изменяется один раз в 10секунд, например) - значит частота местного генератора равна частоте эталона (или отличается от нее на 0,05Гц для случая в скобках ). Измеряем частоту генератора, подстраиваем частотомер - получается "вторичный" эталон.
Можно быстренько, пока частотомер не прогрелся измерить частоту любого Вашего измеряемого генератора и быть уверенным в этой частоте. А можно измерить (быстренько , частоту прогретого "гиацинта" и уже им пользоваться, как "местным" эталоном)
Эталон - всегда с нами! (в эфире ). А вот строчная частота - наверное, должна выдерживаться точно, но так ли это . были публикации о проблемах в связи со стабильностью частоты у некоторых вещателей, но ссылку не нашел

C этих передатчиков у меня мысли и начинались. Но пакостей как обычно несколько. Если посмотреть график вещания, то в основном все станции работают в определенное время, не круглосуточно. Это раз. Второе что я не в Москве, от меня всё это далековато, сомнительно что словлю.
А насчет телесигнала, то его точность меня вполне устраивает. Для домашних экспериментов с головой. Если хватать не будет, переделаю на GPS. Сейчас у меня вообще нет эталона. Плясать-то от чего-то надо..
зы. на днях 3 десятка новеньких кварцев перемерял на 10МГц. Жуть. Отклонение доходили до +/- 7 кГц.. А если умножение частоты потом ..до того же 70см. диапазона (TRC101). На сколько убежит частота? Кошмар.

У меня тоже мытарства начались при настройке на 70см . Сейчас проверил все перечисленные частоты точного времени. В под Москвой смог принять все станции кроме станций, работающих на частотах:
2500, 5004, (на частотах 15000, 15004кГц - сильная местная помеха, забивает весь диапазон ) . Надеюсь и в вашем месте можно подобрать что нибудь подходящее .

QUOTE (Eddy71 @ Nov 25 2010, 02:12 AM)

А насчет телесигнала, то его точность меня вполне устраивает.

CODE

A high stability, temperature controlled oscillator, provides the 5600MSC with better than 0.5 x 10-9 (0.005ppm) frequency reference.

Мне этого ну просто с головой и за глаза. Я второй день хожу и карандашиком уже пытаюсь куски схемы накидываю. Если сегодня часок выкрою, может платку накарябаю..
Хоть до сих пор и не определился до конца с некоторыми моментами, ну ладно, додумаю..

QUOTE (Eddy71 @ Nov 25 2010, 01:04 AM)

В таких часах обычно есть коррекция для местного времени до +/-12 часов. У меня самого дома двое разных таких часов, выставлена коррекция +1 час, идут секунда в секунду с сигналами точного времени. Приемник в них действительно на 77.5kHz, ловит немецкую станцию DCF77 и сделан, судя по всему, на безкорпусном варианте микросхемы СМЕ6005. Сигнал станция передает все время, ночью просто лучше прохождение на длинных волнах, можно ловить в Москве.

Это радует! Значит всетаки можно сделать дешевый эталон частоты.
По поводу LM1881 и сигнала BURST. Нам мешают врезки и уравнивающие импульсы с частотой в два раза выше строчной, если этот сигнал пустить через одновибратор на триггере с длительностью выходного импульса (2/3) от длительности строки, то на выходе мы получим только строчную частоту! Надо поискать подходящую схему одновибратора, чтобы не перезапускалась до отработки стартового импульса. Думаю что будет дешево и сердито.

P.S.: если склероз мне не изменяет, то несущая частота телевизионного канала должна быть не на много меньшей стабильности. Правда это для тех кто напрямую принимает сигнал с телецентра (без ретрансляторов).

Для Eddy 71.
Есть полезный материал в книге "ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ"
(Под редакцией А. Уильямса, Москва "МИР" 1987) в первом томе,
глава 3. Там много интересного о схемах ФАПЧ.

За наводку спасибо, книжка(и) полезная, поштудирую. Но я не ФАПЧ задумал. А узкоспециализированный частотомер, на выходе которого ЦАП, который рулит варикапом, вгоняя кварцевый генератор в нужные рамки.
Сегодня "порисовать" не удалось, надеюсь завтра выйдет.. Варикап дёрнул из китайского приемника с автосканом - очень злой. Перекрытие раз 10 даёт от 0,5 до 5в. Маркировка 910 и ниже буквы FT. Может китайцы так BB910 маркируют. Но понравился.

Кварцевый калибратор (рис. 79) построен по схеме с кварцем (3500— 3600 кгц) в цепи обратной связи и может быть использован для проверки шкал настройки, контроля чувствительности приемников и как генератор сигнала при настройке приемников, антенн, для тренировок в ближнем поиске. Уровень 40-й гармоники частоты 3600 кгц (144 Мгц) вполне достаточен для приема на диапазоне 2 м сигнала калибратора с антенной-штырем длиной 0,5 м. Сигналы на диапазоне 80 м при антенне длиной 15 м могут приниматься на расстоянии до 1,5 км. Катушка LI имеет 45 витков (отводы от 2 и 22-го витков), L2—5 витков; обе катушки намотаны проводом ПЭЛШО 0,18 на общем трехсекционном каркасе (3-М).

Рис. 79. Кварцевый калибратор

Модулированный генератор может оказать большую помощь при обучении новичков, настройке приемников и антенн. Схема, приведенная на рис. 80, одинакова для любого диапазона. Tp1—согласующий трансформатор от малогабаритного приемника, в дальнейшем будем для краткости обозначать этот тип трансформатора как ТРС. Емкости конденсаторов С1 и С2 определяют частоту и форму колебаний генератора НЧ. Данные катушек и конденсаторов контуров приведены в табл. 11.

Читайте также: