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旅行者接收機 - 自製 80 米短波接收機

No.30   1995 July   p34~44,   by 林茂榮 / BV5OC P.O. Box 575 Changhua



    如果以目前的電子技藝發展情勢來看,好像是幾乎要把「自製」的好傳統逼到絕路上去,一來因為各種電子產品價廉物美,二來電子零件日益精細化,各種電子線路都幾乎發展到讓人無法插身的地步,於是自製的空間日漸縮小。

    下面我們要介紹的是一種簡單線路組成的單邊帶超外差式接收機,線路雖簡單,性能可是一點也不馬虎。這是一部高性能的 80 公尺波段超外差式單邊帶接收機,光說線路很簡單,或許比較抽象些,更具體的來說,所有線路只是以單枚 IC 為主體,也就是環繞著 MC3335 這顆 IC 所構成的。

    這是一個不折不扣的超外差式線路,有石英晶體所組成的中頻濾波器,還有一個以石英晶體做主控的中頻拍頻振盪器。或許你會懷疑,這樣的線路還算是簡單嗎?不用懷疑,線路絕對簡單,因為所使用的石英晶體,都是一般微電腦線路中應用的產品,因此不僅容易購得,也很便宜。而拍頻振盪器線路也是 MC3335 內含的,所以在經濟效益上也不用擔心,就拿一般時下流行的 NE602 及 LM386 兩枚 IC 所構成的簡單直接轉換式接收機來比較的話,所在的費用,只多出來約兩二百塊而已。

    這個線路非需適合初入門者、也很適合毫無經驗的第一次拿烙鐵者;對於無線電製作有興趣者,或是學校電工科實驗等,也都極適合拿此製作來練習或溫習超外差式接收機的原理。

    其實,針對現在的環境做評估,對初入門的業餘無線電愛好者而言,實在很不利。除了早期政府視無線電為毒蛇猛獸的干預外,目前在市場上也找不到任何基本的測試儀器或實驗設備,供生手入門使用,以便從中得到基本的無線電技藝常識及操作經驗。早期像我這樣不怕惹禍上身的業餘無線電愛好者,都可以從偷偷摸摸的收聽短波,開始接觸業餘無線電。

    早期的業餘無線電還是使用 AM 通訊為主,所以很容易利用一般的接收機改裝,來收聽業餘無線電通訊訊號。現今的業餘無線電愛好者就沒有那麼幸運,除了一些香腸族在 2 公尺波段的業餘無線電網路上,或是極少數 CB 玩家外,新手的業餘無線電愛好者幾乎都錯過了這一先從收聽短波再進到業餘無線電的豐富過程。其實,業餘無線電愛好者的基本精神當中,就是要求「多聽少說」,而這一精神若是不經過收聽短波的經驗,就很難體會出來其中之妙處。

    離主題太遠了,要製作這部接收機,主要學著辨認一些基本的零件,並學會用烙鐵銲錫,就可以製作好這部接收機,完成後也只要做兩個校正就行了,就算沒有任何校正儀器也可以。


線路說明

    參看圖 3 是此部接收機的方塊結構,詳細線路參看 [ 圖 2 ] 。MC3335 是一只 20 腳 DIP 型的 IC,這 IC 的原始用途是設計給 FM 接收機用的,除了缺少聲頻放大線路外,這只 IC 備有 FM 接收機的一切基本架構,包括有兩個混頻器線路、限幅器、正交檢波器、靜音功能、及訊號強度指示線路等。


Fig 03
圖 3:旅行者接收機的線路方塊結構圖。

非常適合新手自製

    MC3335 這只 IC 的功能,其實就是大多數射頻線路工程師們的夢想。此只 IC 使用的是單電源,正電源接第 5 腳,負端則是按第 15 腳,每一個功能方塊線路所使用的電源是由 IC 內部自行連接。所有的偏壓及穩壓線路也都是 IC 內部自行提供,所以應用此枚 IC 時,需要做的只是安排好各種方塊功能,並把它們的輸出、入腳依序連接。

    第一、二級的混頻器增益分別是 18 及 22dB,它雖會隨著供電電壓大小而有些許的變化,不過這增益基本上是固定的,不能由外部來控制。

    為了更清楚說明這部份的應用,下面我們就拿這只 IC 的典型應用作說明。

    大部分 VHF 接收機的設計是這樣的,第一級的中頻訊號是取 10.7MHz 這個頻率,這中頻訊號可以從 IC 的第 17 腳取出,經過一簡單的或是精密的濾波器,之後,再把訊號由第 16 腳送進 IC 裡頭,進入第二級混頻器線路。

    第二級的本地震盪訊號一般是 10.245MHz,以便配合 10.7MHz 的第一中頻訊號來產生 455KHz 第二中頻訊號,這訊號可以從第 4 腳取出,經過適合的濾波器線路之後,再從第 7 腳進入 IC,可以繼續做限幅,FM 檢波等處理。

    以上就是拿 MC3335 這只 IC 做 FM 接收機的一般應用情形。那麼要拿 MC3335 來做短波接收機時,又該怎麼樣應用呢?要如何拿它來做 80 公尺波段單邊帶接收機?

    我是做這樣子安排的:4MHz 的 80 公尺波段訊號,經由一匹配用的變壓器 T2 後,經由第 1、20 腳進入 MC3335,第一級本地振盪器的振盪訊號頻率約 9MHz,這訊號與天線取得的 4MHz 訊號,經過混頻之後,可以得到 5MHz 的中頻,這訊號可以從第 17 腳取出,經過由三只石英晶體組成的濾波器之後,從第 16 腳再進入 IC 內的第二級混頻線路,第二級混頻中的本地振盪器 (有時稱作拍頻振盪器) 是石英晶體控制的,這一振盪頻率約 5MHZ 的訊號,可以直接與第一中頻訊號,在第二混頻器內直接產生聲頻範圍內的拍頻,這樣就可以取得 單邊帶或是 CW 訊號,這聲頻訊號就由 LM386 負責放大。

Fig 04
圖 4:石英晶體濾波器的線路圖。

    這部接收機的真正心臟部位可以說是石英晶體濾波器線路,這是由三只石英晶體組成的,參看圖 4。一般石英晶體濾波器給人的初步印象是價格昂貴,不容易自製,不過真實情況並非一如想像。自製石英晶體濾波器並不難,詳細請參看下面自製石英晶體濾波器一節,從該節介紹的自製 4MHz 石英晶體濾波器資料,直接演算出適合 6MHz 新的電容值。

    我就初步試過這簡單的石英晶體濾波器,結果性能叫人很滿意,因此也就沒有在這方面下更深的功夫,這濾波器的零件數值如線路上所示。一般濾波器內電容值升高,石英晶體濾波器的頻寬會變窄,或者是石英晶體濾波器的端阻抗升高,頻寬也會加大。

    這石英晶體濾波器的頻寬是 3KHz,而上頭雖說增加電容值可以減小濾波器頻寬,但是這也會使濾波器的某些特性改變,所以除非你熟悉石英晶體濾波器技藝,否則還是不要隨便更改本線路內的石英晶體濾波器零件值。因為 3KHz 的頻寬對單邊帶訊號已經夠用了,而對 CW 訊號也勉強可以應付,要是自行更改石英晶體濾波器組合,不但特性會有變遷,而且第二中頻的石英晶體本地振盪器線路,也要跟著調整改變才行。

    而 MC3335 IC 上頭腳位的安排,原本是為了方便,但是中頻的輸出輸入腳安排在隔壁,這就會限制了外頭濾波器線路的隔離效果,也就是中頻輸出訊號,會藉著感應直接進入中頻輸入腳,這樣會減弱濾波器的功能。我們選用的石英晶體濾波器是安裝在第一級中頻輸出與第二極中頻輸入之間,而石英晶體濾波器的端阻抗剛好與這線路可以匹配,因此在這線路上就直接插入石英晶體濾波器,而不用再安排任何匹配網路。


如何選擇中頻頻率及本地振盪器頻率

Fig 05
圖 5:拍頻振盪器的頻率安排,藉以選擇上、下邊帶。

    為了要能夠接收單邊帶訊號,我們在線路上就必須安排載波頻率剛好落在石英晶體濾波器帶通的邊沿。

    參看圖 5,在 MC3335 內的第二級本地振盪器所採用的是一共基極線路,像 MC3335 內這樣簡單的振盪器線路,若是使用石英晶體控制的振盪線路,就只能利用並聯電容的方式來降低振盪頻率。

    這裡是選用 120pF 與 47pF 作為分壓方式線路,兩另有一只 47pF 電容與石英晶體並聯。這可以讓本地振盪器的振盪頻率落在理想點,當然最理想的方式是把 47pF 電容改成可調式,但是為了生手製作,要盡量簡化,況且,改成了半可調電容,也必須要有測試儀器才有用,所以本線路就安排固定的 47pF 電容。

    為了擔心使用固定的電容會引起太大的誤差,所以我任選五只石英晶體為一組,總共有十組,配合一般陶質盤式電容,製作完成後,都可以正常工作,所以找才放心在這線路上選用固定的 47pF 電容。

    若是把載波頻率安排在濾波器的帶通下沿,這適合用來接收上邊帶訊號,假如要接收下邊帶訊號,就必須把載波放在濾波器帶通的上沿,在混頻器內可以因為取出的中頻是「和」訊號或「差」訊號而載波會有反轉的現象,我們就利用這原理來調整接收的是上或下邊帶。

    例如,有一載波頻率是 5.185MHz,如果上邊帶的邊沿是高了 2KHz,也就是 5.187MHz,那麼:
9.185MHz (本地振盪器頻率) - 5.185MHz (載波頻率) = 4.000 MHz (新的載波頻率)
9.185MHz (本地振盪器頻率) - 5.187MHz (上邊帶頻率) = 3.998MHz (下邊帶頻率)

    如果天線調諧的頻率是 14MHz 而不是 4MHz,那麼所接收的是上邊帶:
9.185MHz (本地振盪器頻率) + 5.185MHz (載波頻率) = 14.370MHz (新的載波頻率)
9.185MHz (本地振盪器頻率) + 5.187MHz (上邊帶頻率) = 14.372MHz (上邊帶頻率)

    本來我打算在天線輸入端切換另一組線圈,這樣就可以不費吹灰之力,把這部接收機變成兩波段,或者是把本地振盪器的振盪頻率改到 12MHz,這樣一下子也就變成三波段,但是我覺得這些對新手而言,是太複雜了些,因此我並沒有這樣做;而製作另一變頻器,配合這部接收機使用,倒是個很好的觀念。

    如何擴大這部接收機的接收頻率範圍,就留給讀者自行斟酌試驗了。


聲頻線路

    利用 LM386 來推動 10 公分喇叭是足足有餘,所產生的音量,也足以應付一般的噪音環境。

    使用一般雙偶極天線時,一般音量不能太大,否則容易失真,當音量旋鈕超過 12 點鐘位置時,聲音往往就開始失真,但是為了一些不能使用室外天線的朋友,額外的音頻增益可以應付不時之需。如果你覺得這增益太大了,有幾種方法可以把這增益降下來,那就是把 LM386 第 1、8 腳之間的 10uF 電容,改成 4.7、2.2、或是 1.0uF,直到你滿意為止。另一個辦法是,在音量控制線路上串接一 4.7K 歐姆的電阻;或是在天線輸入端加一只 500 歐姆電阻,來調整射頻增益,參看圖 6。

    唯一遺憾的是,這部接收機沒有自動增益控制,這是因為中頻線路裡頭的增益是固定的,無法做到,所以唯一可以控制增益的是聲頻線路,為了不使這製作複雜化,音頻線路也同樣維持簡單的線路,有興趣的朋友,可以利用像是 NE577 IC 的功能,可以製作一個有自動增益控制的聲頻線路。

Fig 06
圖 6:限制聲頻放大器增益的幾種方法。



線圈

    有些人特別痛恨自製線圈了,像我一樣,其實這是有原因的,一來資料難算,二來材料難買,所以這裡所使用的線圈都是可以買現成的,它是一般 10.7MHz 中頻線圈,也就是俗稱的中週。


本地振盪器的頻率調整

    這裡我採用變容二極體及分壓電阻網路來控制振盪器頻率,這是一種比較方便的設計,但是因為電壓變動或是溫度變化,就很容易影響到振盪頻率,因此可以採用機械式的可變電容,參看圖 2b。

    圖 2a 的安排,使用旋轉 270 度角的 5K 歐姆的可變電阻,可以調諧的範圍約 900KHz 到 1000KHz 之間,但是為了精細的選台,若是加上游標鈕 (VENIER),因為它只能旋轉 180 度,所以選台的範圍便縮小了,這樣只能在頻寬 600KH,之間選台。如果你要是很在意選台範圍,那就只能改用旋轉角度更大的機械轉盤,或是把 5K 歐姆改用 10 轉的精密電阻。

    首先,要調整的是頻率的上限,在可變電阻的手臂上測量到 9V 電壓,接著調整 T1,使 4MHz 訊號出現零拍差,緊接著把可變電阻的手臂調低,再來是調整可以接收頻率的下限,在接收頻率是 3.5MHz 處,測出電阻值的大小,然後使用標準值附近的固定電阻代入。另外可以根據圖 7 所示,把這振盪器線路更改成可以微調,好方便選台。

Fig 07
圖 7:可以把拍頻振盪器的頻率控制修改成可以微調。



製作

    我選用零件行賣的現成盒子來裝,不過這線路對磁場非常敏感,所以最好喇叭是外接,當我把喇叭靠近 MC3335 時,發現它的頻率會受影響而改變。首先當然得備妥線路板,本機使用的線路板及板上插用的零件參看 [ 圖 1 ]

    先銲接 IC 座,若是你沒有銲接的經驗,焊妥 IC 座之後,要使用放大鏡看看是不是有短路,最好是利用三用電表的低阻值檔,檢查 IC 各接腳是不是有短路,這可以說是本製作的關鍵,因為要是發生短路,就算是沒有用到的 IC 腳,也可能造成 IC 損壞。

    再來銲接電容,要注意電解電容的極性,有些會標示 (+),表示是正端,有些則標示 (-),表示是負端。

    接著銲接三只四分之一瓦的電阻,還有四只石英晶體也要銲接,二極體,包括有變容二極體,要特別注意極性。

Fig 08
圖 8:變容二極能及穩壓 IC 的接腳示意圖。

    再來就是三端子穩壓 IC,其實在小地方的零件材料行反而不容易買到小型的穩壓 IC 78L05 78L09,這些 IC 使用一般的 7805 及 7809 代用也可以,只是體積稍嫌大了些。圖 8 是變容二極體及穩壓 IC 的接腳示意圖。

    焊組完成之後,先別急著裝上 IC,要先檢查各點的電壓,先接上 +12V 電源,看看穩壓 IC 的輸出腳是不是分別為 5V 及 9V,而 IC2 的第 5 腳應該是 5V,而選台可變電阻的電壓是 +9V,觸摸一下各零件,不應該有溫熱的感覺,如果一切正常,那就可以除去電源,然後再把 IC 插到線路板上。


校正

    接收機製作完成後,校正的工作非常簡單,首先把選台調鈕設在上限,把游標鈕鬆開,轉到 100 的刻度上,然後把可變電阻的調整手臂固定在游標鈕上。如果你沒有陷波錶、訊號產生器、或是發射機等作為校正的工具,那麼可以找到有說話聲的頻率,因為一般話務的頻率是在該波段上比較高的頻率。另外,T2 及天線線圈的 Q 值很低,所以調整時,不會有很大的明顯區別,因此調整 T2 及天線線圈時,要得到最好效果,最好是找一微弱的訊號行之。


性能

    這部旅行者接收機的靈敏度非常好,訊號在 1 微伏以下還能清楚接收,在選擇性方面,約有 2.5KHz 到 3.0KH,之間。當你選台掃描到一載波訊號時,你便可以在偏移約 2 到 3KHz 左右得到穩定的拍頻訊號,此時的訊號強度也隨之增強,過了拍頻之後,訊號就漸漸轉弱。這是指單邊帶的選擇性,這要是在直接轉換式接收機的話,你會在拍頻的兩端都可以聽到訊號。

    短期的穩定度,因為是使用變容二極體,所以很容易受到溫度變化的影響。這部接收機是為初入門者而設計的,文中也提到過許多地方可以改裝,要是你自認為技藝尚可,或者是日後熟悉線路,都可以做更多的改良。


自製石英晶體濾波器要訣

    如果能夠自行利用一般的石英晶體,設計與製作較為經濟的石英晶體濾波器,那麼對於自行製作高品質的超外差無線電接收機,將會變成有趣而實用。

    過去就是因為中頻濾波器自製有問題,而使得毋需中頻濾波器的直接轉換式接收機,受到自製愛好者的垂青,但是畢竟在某些特性上;如選擇性與動態範圍,直接轉換式接收機還是無法與超外差式接收機相提並論。所以如何設計與製作比市面上的商用品更為價廉的石英晶體濾波器,以便利於應用在自製高性能的超外差式接收機上,便是自製超外差式接收機關鍵之所在。


如何挑選石英晶體

    對於品質比較低的價廉石英晶體而言,如果要拿來製作石英晶體濾波器,那麼事前必須做篩選,以符合頻率等特性,但是要測試這些石英晶體所須要的設備,對一個業餘家而言,通常是力有未逮,並不實際。那麼對於一個玩家性質的業餘者而言,所要求的是,靠經驗即可完成的那種,頂多也是輔之以簡易的測試設備。這裡所要描述的,便是一種合乎這種精神的方式,可以自行製作超外差接收機線路中的石英晶體中頻濾波器。


康式濾波器 (COHN FILTER)

    現代的測試儀器或應用設備極為發達,尤其輔之以電腦,更是突顯出其驚人的效果。在以電腦為基礎的濾波器模式研究中,不論組成的元件是電感電容 (LC) 式或石英晶體式,我發現一種稱為康式 (COHN) 或敏落式 (MIN-LOS, 意思是低插入損失) 的濾波器,合乎了簡易的設計理念,因此極為適合自製。這類濾波器的名稱是由設計者所衍生出來的,它與我們所熟知的巴特威士濾波器 (BUTTER WORTH FILTER) 及契巴氏 (CHEBYSHEV) 濾波器之間,顯然有極大的不同。

    巴特威士帶通濾波器的頻率響應,於中央頻率處有極為平坦的反應,而契巴氏可提供極為平坦的帶陷效果,故常做為帶陷衰減用途,至於康式濾波器的特性,則是視其兩端而執其中,表現的恰到好處,利用普通的元件即能設計出低插入損失,又能保持極為理想的頻率反應曲線。

    以 LC 組成的康式濾波器,對大多數喜歡自製的業餘無線電愛好者而言,並非新鮮。早在 1970 年起,就有許多自製接收機線路利用上它,不只是 LC,利用石英晶體組成的康式濾波器,實際上也有極好的特性,尤其適於自製。

    不論元件是用 LC 或石英晶體,康氏濾波器的結構都很簡單,其中尤其是應用共振體耦合 (COUPLED-RESONATOR) 的方式,更加凸顯其結構的單純,因為所有耦合相關係數均相等,尤其是末端的負載 Q 因子 (LOADED-Q FACTOR) 與耦合相關係數互為倒數,從圖 9 所示,以石英晶體組成的濾波線路,更可明顯看出其簡易之程度,線路中所有電容值都相同,以分路電容 (SHUNT CAPACITORS) 為耦合,並在濾波器末端串接電容,來做為調諧 (TUNE) 用途。

Fig 09
圖 9:典型的石英晶體濾波器組合。



康式濾波器設計實務

    從實際經驗中,針對業餘無線電愛好者來講,若利用石英晶體自製康式濾波器時,可以利用下列步驟行之:

  1. 把可分辨出額定頻率的石英晶體挑出,首先依照石英晶體上所標示,把所須之頻率多挑出幾個,利用石英晶體振盪測試器來檢測每個石英晶體,並記下每只石英晶體之振盪頻率,選用的原則是,頻率相差應該在濾波器頻寬的百分之十以內,例如你要設計有 1KHz 頻寬的濾波器,那麼選用的石英晶體頻率差異,應該在 100Hz 以內。
  2. 選用濾波器線路內的電容,電容可決定濾波器的頻寬大小,電容值越大,頻寬越窄,當然插入損失 (INSERTION LOSS) 也越大。
  3. 進行端負載調整,從而獲得平坦的帶通曲線,不會造成曲線的帽頂或帽底上有起伏波浪。

Fig 18
圖 18:容易購得且非常便宜的電腦用石英晶體也可以製作出令人滿意的濾波器。

    上述程序如果能透過實際的設計例子,你就會完全明瞭,並有更深刻的印象。下面會有一些實作例子,在試驗過程中,我常略施巧技,利用電子材料行容易購得,且非常便宜的電腦用石英晶體來試作,參看圖 18。

    從所獲得的結果資料來看,與先前我利用高品質石英晶體所製作的濾波器竟然相接近,只是選擇性差了些,同時也與電腦模型所模擬的結果並行不悖。

    另外像是彩色電視機內使用的 3.579MH,石英晶體也值得嘗試,這類石英晶體的平均運動電感 (MOTIONAL INDUCTANCE) 是 117 毫亨利 (mH),Q 值並不高,大約是 50000 左右,等效並聯電容值大約是 4pF。


三只石英晶體單元組成的康式濾波器

Fig 10
圖 10:由三只石英晶體組成的康式濾波器。

    一個適用於供給超外差式接收機內,做接收 CW 訊號的中頻濾波器,如圖 10 所示。它不只製作簡易而且實用,裡頭採用了三只石英晶體,線路上的電容是 200pF,根據電腦模型求得在端負載 150Ω的情況下,此濾波器的頻率曲線最為理想。

    圖 11 就是這只濾波器的頻率響應曲線,-3dB 頻寬是 403Hz,插入損失是 3.8dB,如果能夠有更高 Q 值的石英晶體,則插入損失會更低些。圖中的虛線表示此濾波器的阻抗匹配 (IMPEDANCE MATCH),這是針對端阻 150Ω常態化之後的回返損失 (RETURN LOSS),更換挑選過的不同石英晶體,頻寬不會有很大的變化,但是如果耦合電容或端負載阻抗的變化則不然,電容值降低,頻寬很明顯的加大。

    圖 12 是說明端阻抗變化對整個濾波器所造成的影響,虛線表示實際的掃描,圖 12a 把端阻抗從 150Ω降為 75Ω,我們可以發現反應曲線的帽頂上出現了極為明顯的波浪 (或叫駝峰),而且插入損失也稍微加大。圖 12b 則把端阻抗提高一倍,從 150Ω變為 300Ω,我們發現曲線的帽頂上駝峰不見了,但是曲線比較平滑,也就是說犧牲了一些選擇性。

    雖然選擇性差是大多數應用中所不願意碰到的,可是因為提高了端阻抗,可以大大地改善「群延遲」 (GROUP DELAY),這對像是 RTTY, PACKET 等數據通訊用途而言,極為有利;雖然它會降低一些選擇性,但也是值得的。


Fig 11
圖 11:由三只石英晶體組成的康式濾波器的頻率響半應曲線。
Fig 12
圖 12:端阻抗變化對整個濾波器所造成的影響。

六只石英晶體組成的康式濾波器

    上述三極 (THREE POLE) 濾波器,雖簡易可行,但是它沒有足夠好的選擇性,也就是說對許多用途而言,它的帶通反應曲線不夠陡峭,改善的方法就是加用石英晶體數目。

    [ 圖 13 ] 所示是六只石英晶體組成的濾波器線路,它可做為接收 CW 訊號的中頻濾波器,這裡電容同樣使用 200pF,參看圖 14,虛線的參考曲線 (REFERENCE SWEEP) 是先前三只濾波器的曲線,現在這六只石英晶體構成的濾波器的 -3dB 頻寬為 354Hz,但是它的選擇性好多了,其曲線遠比先前三只石英品體所構成者,更為陡峭。


Fig 14
圖 14:六只石英晶體組成的康式濾波器及其他濾波器的頻率響應曲線。

一只簡易的單邊帶濾波器

    由三個石英晶體所構成的濾波器,其頻寬會隨著選用電容與端阻抗的加大而擴大。圖 15 是把圖 10 濾波器中的電容值更換為 30pF 及端阻抗由 50Ω改為 1500Ω之後的頻率反應曲線,雖然這樣子的 SSB 濾波器,還是不夠陡峭,使得選擇性欠佳,但是對一些普通用途,像是 VHF 或 UHF 波帶的單邊帶訊號,此石英晶體中頻濾波器還算很實用。


Fig 15
圖 15:把圖 2 濾波器中的電容值更換為 30pF 及端阻抗由 50Ω改為 1500Ω後的頻率反應曲線。

其他類型的石英晶體

    中頻濾波器的好壞當然與所選用的石英晶體品質有關,但是並非得採用高品質的石英晶體不可,像是彩色電視機內做為色脈衝處理用的 3.579MHz 石英晶體也行。

    其實這種石英晶體並無特別之處,反而往往是石英晶體之中最為劣質者,以 3.579MHz 的濾波器而言,對大部分現有的業餘無線收發機可能並不適用,但是它很普遍,容易取得,價格低廉,針對這些有利的特點,仍值得以此類石英晶體做為試驗,甚至作為實際應用。

    另外我們很容易從電子材料行中發現大批價廉的石英晶體,這些大都是供給電腦基板或與電腦相關之介面卡的,像是 4、6、8MHz 等,我曾經採集測試過,像 6MHz 石英,Q 值為 150000,運動電感為 148 毫亨 (mH),其中任意兩只石英晶體實測頻率,相差只有 105Hz。


自製石英晶體濾波器的結論

    傳統的教導,也許會說窄頻寬的濾波器比頻寬寬者更難設計及製作,其實這種說法現在也許已經不恰當了,因為供做 CW 之中頻濾波器是比單邊帶或 AM 濾波器容易多了。真是幸運之至,因為現今自製的業餘無線電設備當中,仍似 CW 收發機為佔絕大部份。製作窄頻寬的 CW 中頻濾波器若採用低頻石英晶體的話是簡單多了,例如使用 3.579MHZ 的石英晶體。

    如果同樣的石英晶體濾波器要供做單邊帶中頻濾波器,或許就必須把端阻抗提高,由於把頻率提高可以降低端阻抗,因此,頻寬大的濾波器應選用頻率較高的中頻,以利於實現更理想的特性。

Fig 16
圖 16:在濾波器的輸出入端串用電阻以提升電阻值。

    通常自製無線電設備時,我慣常選用 6、8、及 10MHz 的中頻,因為針對此工作頻率的石英晶體其各項特性容易滿足,例如運動電感 20 毫亨 (mH),並聯電容 3pF 及 Q 值 200000 的 10MHz 石英晶體是很容易取得的,利用這些石英晶體,設計供接收 CW 的中頻濾波器,可以把端阻抗降低到 50Ω,即使供給單邊帶濾波器,也可以使端阻抗保持在 200~500Ω以內。

    當然,為了現有的無線電收發機設備,可能你必須另選或訂購高品質的特殊頻率石英晶體,但是,購買石英晶體所花的費用可能並不經濟,因此如果有意自行設計並製作石英晶體濾波器時,建議你先花時間從現有的資源著手,從你可能以最經濟方式所得到的石英晶體開始試驗,因為這樣低花費才保有自製的真正價值,通常我也都是這麼做,祝你一切試驗順利,愉快。 END

圖 17:測試製作好的石英晶體濾波器之介面線路。


主要參考資料

  • The Travler - A sweet home- brew receiver for 80!. by Paul G. Daulton
  • Design and Building Simple Crystal Filters, by Wes Hayward
  • Crystal Oscillator, by Dan Becker
  • Build a Super-Simple Shortwave Receiver, by Fred Blechman
  • A New Look at a Simple VFO/Exitter. by Ken Cornell



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