做一个窄带音频滤波器

对于一位CW爱好者来说,窄带滤波器是最重要的武器之一。如果收发信机上没有装中频窄带滤波器,一个外接的音频滤波器就成了唯一的选择。传统的使用LC回路或运放的模拟滤波器,最大的问题是带宽不容易做到很窄,带宽窄的时候很容易出现铃声效应。而且用运放做的滤波器对元件参数的要求也较严格。另外模拟滤波器的边沿不够陡,用起来总觉得差了一点点。

最新的技术当然是用DSP,可以用专门的DSP芯片制作滤波器,也可以用计算机软件,利用声卡来实现DSP滤波。可是DSP芯片的开发工具很贵,业余玩不起;用计算机,又总觉得不灵活。

在模拟滤波器和DSP中间,还有一个选择,就是开关电容滤波器(SCF)。

Maxim公司的MAX267Maxim众多SCF芯片中较简洁的一种。它内部包含两个二阶的SCF和一个运放。两个SCF已经固定成带通型,并且使用相同的Q参数和频率变换比例,这样就大大减少了外围电路,非常适合于简单的应用场合。把两个SCF级联起来,就可以实现一个四阶的SCF滤波器。通过选择适当的反馈电阻和Q参数,能够组成不同波纹率的ButterworthChebyshev滤波器。


本文给出的电路图,是一个3.0dB波纹的Chebyshev滤波器,中心频率600Hz,带宽200Hz。频率源是3MHz晶振经多次分频后得到。使用晶振做音频滤波器的频率控制是奢侈了一点,不过对于业余制作而言反而是简单了。即使没有频率计,只要计算正确,一定可以做出满意的滤波器来。如果用555等芯片做频率源,校准频率并保持不变化可不是一件容易的活。

如果想试一下其它的带宽,表给出了600Hz中心频率下常用带宽的元件数值。
 

带宽 R6 R2 Q6-Q0
200Hz 150k 127k 1111001
250Hz 95k 81k 1110111
500Hz 24k 20k 1101111

这三种带宽都是我实际做过的。比200Hz还要窄怎么样?我试过150Hz,发现并不好,居然也有铃声效应。如果想改变中心频率,由于不同的中心频率下,相同带宽的Q值不同,所以整个表还要重新计算,不是简单地改变分频比就可以改变中心频率。具体设计请参考MAX267的芯片手册。本来这个滤波器的第一版本,是做了一个750Hz中心频率,250Hz500Hz1400Hz三种带宽可切换的,这样就可以兼顾CWSSB。只是电路上颇烦琐,Q0-Q6要通过二极管矩阵来切换。如果要做频率、带宽可变化的,最好是使用其他的SCF芯片。

下表是全部的元件表:

C1
20p
C11
0.1m
J3
CON2
U1
MAX267
C2
20p
C12
0.1m
R1
1M
U2
CD4060
C3
2.5p
C13
0.1m
R2
127k
U3
MC78L05CP
C4
4.7m
C14
0.1m
R3
10k
U4
LM386
C5
4.7m
C15
100m
R4
10k
U5
LM7812CT
C6
0.1m
C16
100m
R5
10k
W1
10k
C7
0.1m
C17
10n
R6
150k
Y1
3MHz
C8
1m
C18
1n
R7
4k7
C9
0.47m
J1
CON2
R8
4k7
C10
0.47m
J2
CON3
R9
10W

线路本身很简单,我自己制作的时候甚至没有制作PCB,而是用实验板,一种所有的焊盘都独立的实验板。设计PCB时就按照要用实验板来搭的方式设计,所有的元件都分布在2.5mm(100mil)间距的位置上,走线也比较疏。这样就很容易可以用剪下的元件脚在底面搭一个PCB出来。MAX267是窄的24DIP,可以用一个16脚和一个8脚的插座拼成一个窄24DIP插座。PCB和面板之间用CH2.5插座连接,不直接焊在板子上。整个板子装在一个65? 35? 100mm的塑料盒子里,加上电源插座、输入输出插座,和一个电源开关,就可以了。这里电源开关要兼做音频通路开关,关闭电源的时候,把输入直接接到输出去。

从用综合测试仪分析的频谱图来看,基本上符合期望的结果。

用这个滤波器最大的收获,倒不是原先打算的从几个贴得很近的信号中分离出需要的信号。最大的用处,是在DX信号微弱时,从天电噪声中提升CW信号。