ladder

FILTROS LADDER COMO FAZER, COMO MEDIR (teoria e pratica) E COMO ADAPTAR NO CIRCUITO.

Depois de muita pesquisa encontramos como fazer filtros ladder para SSB e CW.
A maneira mais simples encontrada foi usando o software DISHAL2003 do colega Horst DJ6EV.
Para calcular o filtro precisamos :
1. Software :
deDishal203.zip

PDF com a descrição do software e dicas de uso:: http://www.arrl.org/files/file/QEX_Next_Issue/Nov-Dec_2009/QEX_Nov-Dec_09_Feature.pdf

2. LCmeter com precisão minima de 0,1pF e 0,1µH.

3. Frequencimetro 30Mhz com leitura de 10Hz minima.

4. Construa um oscilador para medir os cristais :

Existem muitas formas de montar este circuito, opte para aquela que voce julgue mais simples.
Importante não use protboard.

Fotos : Oscilador para teste de cristais montado com sucata, usei um 78L08 para estabilisar a alimentação.

Meça com o LCmeter o valor dos dois capacitores de 220pF e anote o valor nominal deles antes da montagem.
Depois de montado com a chave aberta e sem soldar o cristal meça a capacitancia da chave desligada e do capacitor de 33pF (tudo junto em serie) . Anote o valor.

5. Selecione 4 cristais ou quantos voce deseja colocar no filtro.
Os cristais devem ser soldados para teste deixe esfriar a solda antes de medir.
Para selecionar os 4 cristais é necessario ter mais que 10 cristais do mesmo lote (fabricante e modelo).
Numere os cristais para que não aja confusão.
Anote para cada cristal o valor da frequencia com a chave aberta e com ela fechada.
Os cristais para uso no filtro devem ter as frequencias medidas mais proximas, entre si (com a chave aberta e fechada).
Os cristais selecionados devem estar dentro de 40Hz para CW e 120Hz para SSB. Sendo que 40Hz ou 120Hz é o maximo de desvio entre os cristais.
Para simplificar é possivel pré selecionar os cristais colocando eles manualmente no oscilador sem soldar, mas para as medidas de seleção é necessario soldar.

6. Após selecionar os cristais, meça um a um a capacitancia deles com o LCmeter. E anote.

7. Calcule a media aritmetica entre os cristais selecionados dos valores das frequencias com chave aberta, das frequencias com chave fechada e das capacitancias individuais dos cristais.

8. Abra o software DISHAL - O grafico que aparece é um "padrão pré gravado"

Selecione no menu "Xtal"

Selecione "G3UUR-Method"

Preencha as janelas com os dados obtidos nas medições anteriores :
1. Csw marque o valor em pF da capacitancia do capacitor de 33pF montado (capacitor mais chave).
2. Holder capacitance ...marque a media dos valores da medição direta da capacitancia dos cristais.
3. C1 e C2 ...marque o valor obtido da capacitancia antes da montagem (não é necessario saber a posição, pois estão em serie)
4. Marque o valor da media dos valores obtidos na leitura de frequencia do oscilador, o menor valor em SW closed (chave fechada) e o maior em SW open (chave aberta) ...note que estão em kHz.
5. Precione o botão "Caculate".
6.Anote os valores lidos de lm , Cm e a frequencia de oscilação em serie fs.
7. Volte ao programa principal .

1. Escolha Lm ou Cm e coloque o valor obtido anteriormente.
2. Coloque o valor de fs - frequencia de oscilação em serie.
3. Coloque o valor da media da leitura direta de capacitancia dos cristais Cp.
4. Daqui para frente os dados são a sua escolha :
5. Banda passante a 3kHz BW ...para SSB de 2 a 3kHz esta de bom tamanho ..para CW 800Hz a 1,2kHz.
6. Ripple ...é a ondulação que fica na crista do grafico é bom ser pequena da ordem de 0,5dB.
7. Numero de cristais do filtro ...o software calcula de 2 a 14 cristais).
8. O valor do eixo X do grafico ... ou seja a variação de frequencia - em kHz.
9. Log ou Lin ...prefira Log.
10. Pressione "Calculate".
11. Valores obtidos :
Grafico :
Até uma atenuação de 40dB ainda sai muito pouco na banda indesejada.

Valores calculados veja esquema, para 4 cristais

Observe que há um eixo de simetria e os valores se repetem e as impedancias de entrada e saida do filtro são iguais. Em caso de duvida, em outras quantidades de cristais consulte o Help do software.

O ideal é utilisar os valores de capacitores indicados no software, faça associações para isto. Mas pequenas variações são toleradas. Capacitores de mica prateada, styroflex e ceramicos NP0 e ceramicos comuns podem ser utilisados e estão na sequencia de melhores para piores.
As impedancias precisam ser respeitadas para que o filtro apresente a curva mostrada no software.

Mais problemas :
O circuito em que o filtro vai ser colocado apresenta impedancias que provavelmente serão diferentes do filtro. Para isso é necessario colocar um adaptador de impedancias ( Z match).
Para calculo do filtro, eu uso o RFsim99 que é gratis. Existem varias opções de download, é só procurar no Google. No Brasil no blog da nova eletronica, tem o download e explicações simples do uso.
RFsim99

Vamos exemplificar , calcularemos um adaptador (match) de impedancias de 50 para 200 Ohms em 7150kHz.
1. Abra o RFsim99 e siga conforme mostrado na figura :

2. Escolha o tipo mais simples (Reative L - Low Pass) Coloque os valores de impedancia de entrada Zin e de saida Zout e a frequencia central. É possivel alterar as tolerancias, eu costumo manter e depois seleciono o valor final com LCmeter. Apos tudo acertado clique em "Simulate".

3. Esquema com valor dos componentes para o filtro, como os valores não são comerciais , vamos alterar e ver oque acontece, mas antes vamos olhar o grafico no item 4.

4. Grafico gerado. Interpretações SIMPLES a linha vermelha mostra a atenuação do filtro em função da frequencia e a linha azul representa o valor de retorno de RF ou estacionaria. Ou seja um bom filtro ou acoplador deixa passar sem atenuação as frequencias desejadas e sem retorno de RF em termos praticos a linha azul deve ficar abaixo de -20dB (alterei o cursor para -20.46dB linha azul e a frequencia neste ponto é de 7,59MHz e a atenuação do filtro nesta frequencia é de 0,04dB - linha vermelha). É possiver observar o que acontece quando os compnentes do filtro estão na tolerancia minima ou maxima (acione as setas do sub menu e nã esqueça de voltar a tolerancia central ou exata >.< ).

4. Com um clique duplo em cima do componente podemos alterar o valor, alterei para 2µH o indutor (1+1µH em serie valor comercial) ou enrolar o indutor (recomendavel). E o capacitor alterei para 220pF e para 180pF, simulei os dois e gostei mais da curva com 180pF.

5. Grafico com os componentes com valores do esquema acima
Note que o grafico mudou muito esta dessintonizado mas dá para o uso pois ainda atende nossa expectativa, pois adaptador de impedancia para uso com filtros ladder tem uma só frequencia e são bem mais simples de montar.

Montando o Filtro :

Eu costumo soldar as carcaças ao terra, mas alguns recomendam não soldar o cristal .
Faça ligações curtas entre os nós.
A montagem é em estilo livre.

Testando o filtro :
Metodo 1.
Para teste do filtro eu testo com um DDS 9850, monto um prototipo com um adaptador de impedancias para obter 50 Ohms na entrada do filtro, a saida e a entrada do filtro eu uso um resistor com a impedancia do filtro ladder calculado e meço com um diodo 1N4148 e um voltimetro digital.
Em primeiro lugar, variando a frquencia em torno da frequencia do filtro, procuro o ponto com maior tensão.
Depois calculo os pontos de tensão com 3dB 5dB 10dB 20dB e 30dB. Faço uma tabela. Marco a frequencia para cada ponto e finalmente traço uma curva com logaritmica.
Os pontos em dB em funçao da tensão maxima lida :

dB	% V
3	0,71
5	0,56
10	0,32
20	0,1
30	0,032
40	0,01
50	0,0032
60	0,001
70	0,00032
80	0,0001
90	0,000032
100	0,00001

Exemplo : caso a tensão maxima lida seja 4V os pontosde 3dB serão 0,71 * 4 = 2,84 V os de 5db serão a
ida 0,56 * 4 = 2,24 V ....

Metodo 2
Monto o filtro em um rx tipo bitx, que tem impedancia de entrada e saida no filtro de 200R. monto um adaptador de impedancias para casar estes 200R com o valor da impedancia do filtro. para ter certeza da impedancia uso um resistor a terra na entrada e saida do filtro com o valor da impedancia do filtro.
É possivel usar o BFO com um cristal na frequencia do filtro ou ligar o DDS.
A saida de auto falante do radio vai para a entrada "line in" da placa de som de um PC.
Uso o software SpectrumAnalyser do meu Xara PA2OHH Onno.
Spectrum Analyser PA2OHH ZIP

Bitx usado no teste dos filtros, no caso o filtro é de 2,5kHz com xtais de 10MHz, mostrado abaixo.

Imagens do audio de diversos filtros

Filtro LSB do FT7

Ararinha filtro normal com 2x cap de 100pF

Acima : Filtro de 2,5kHz, com cristais de 10MHz, desenhado com o software Dishal, desloquei o BFO propositalmente para mostrar todo o filtro. Note que ele apresenta um riple com cerca de 4dB, devido as diferenças entre os cristais. Eixo X 1kHz por linha eixo Y 5 DB.
Compare com a figura (teorica) abaixo do mesmo filtro :
(a imagem real tem no sopé 30dB já a teorica 100dB, portato compare a partir de 30dB na teorica)
Comparando a linha de 20dB na teorica temos BW =3,57kHz já na real aprox. 3,1kHz o que mostra um bom filtro)

Outros tipos de testes praticos
3. Wobbulator Raspberry Pi

Foto : Este filtro de CW com 4 xtals desenhado com o Dishal, montei e o Celso levou para testes ...ele tem uma caracteristica impressionante e otima, visto pelo Wobbulator, montado pelo PY2XT o Celso.

Outros filtros ladder :
Estou montando um transceptor simples SSB de frequencia fixa e para isso preciso de fltros de SSB.
Como não tenho muitos cristais destas frequencias e tambem a procedencia não é das melhores, selecionei o melhor possivel quatro cristais de cada frequencia e construi filtros. Utilizei o Rx do bitx com uma configuração para frequencia fixa sem VFO, assim pude colocar o DDS como sinal do BFO.
Para 80m com cristais de 3686kHz, este cristais são bons para filtros de CW com 1kHz, com mais de 2kHz osfiltros ficam impossiveis.

O resultado não ficou muito bom com variações de 15dbs (riples), mas devem funcionar.
É possivel acertar este filtro e qualquer outro com outros simuladores, mas veremos isto em outro artigo, neste site.

Outro filtro foi para 40m, não usei cristais de 7200kHz pois é praia do pessoal do AM, tenho cristais de 7151 e de 7156kHz usei estes pois havia uma boa quantidade.

Neste filtro o riple ficou menor mas este filtro deve dar melhor resultado que o de 80m

Outro filtro montado foi de 20m com cristais de 14150kHz, o resultado foi interessante, bom para SSB.

Colocarei em breve, a construção de um filtro para SSB, com xtais de 12MHz, com a seleção de cristais e os metodos de ensaio pratico dos filtros, com fotos, valores, videos e audio.

73 de py2ohh miguel