SSB Kristal Filtre, pratik tasarım ve ölçüm yöntemi
Bir SSB vericinin ses kalitesini, ses frekans bant genişliğini, hatta komşu kanal bastırma oranını öncelikle SSB filtresinin kalitesi belirler. İnsan sesi için konuşma bandı 300Hz-3KHz arasındadır. Yani 2700Hz genişliğinde bir frekans aralığını geçirmesi beklenir. İyi bir filtrenin geçirme eğrisinin kenar eğimleri dik, üst kısmı mümkün olduğunca düz olmalıdır, pratikte 3db civarında dalgalanmaya kadar izin verilebilir.
Çeşitli filtre tipleri mevcuttur. Hazır filtreler bizim için çok pahalı olduğundan, çok bulunan bazı kristal serileri ile filtre tasarlamak gayet mantıklı bir yaklaşımdır. Ancak dikkat edilmesi gereken bazı noktalar vardır.
Mümkünse çok kullanılan frekanslara sahip filtreleri tercih etmekten kaçınmak gerekir. Civarda 4MHz kristal kullanan bir işlemci 4-8-12MHz ara frekansa sahip bir cihazda kuvvetli düdük sesine neden olabilir!
Yüksek ara frekanslarda geçirme bantı genişliği daha rahat ayarlanır, Ayna Frekansı (veya Hayal Frekans) daha kolay bastırılır. Cihazın bant geçiren filtrelere ait parametrelerin çok yüksek olması gerekmeyecektir. Filtrede kullandığımız kapasiteler daha büyük seçilebilir. Ancak filtre empedansı daha düşük olur. Örneğin 10-12 MHz kristal filtrenin empedansı 100-200 ohm civarındayken, 4-5 MHz aralığındaki bir filtrenin empedansı 600-1500 ohm aralığında olabilir.
Filtre hesabı için çeşitli proğramlar mevcuttur. Örneğin "Dishal" programı doğru sonuç vermekte olup, kullanımı da kolaydır. Ama Hesap için öncelikle kristal parametrelerinin ölçülmesi gerekir.
Bu programları daha önce kullanıp filtre tasarlamama rağmen daha sonra bu uğraşa girmedim. Deneysel yöntemi kullanarak tasarım daha kolay geldi. Zira QER tipi filtreler bu işi çok kolaylaştırıyor.
"QER filtresi, çok düzgün bir geçiş bandı tepkisine sahip ve kristal sayısı artırılarak daha iyi filtreler yapmaya imkan veren merdiven filtrelerinin özel bir durumudur. Tüm kapasitör değerleri eşittir ve diğer bazı filtre tipleri kadar sonlandırma hassasiyetine sahip değildir. Uç bölümlerdeki ek paralel kristallerin filtre kutupları olarak sayılmadığını, bu nedenle 4 kutuplu bir filtrenin 6 kristale sahip olduğunu unutmayın. İyi bir yan bant reddi için 6 kutbun gerçekten gerekli olduğunu düşünüyorum. Bu iyi bir genel kuraldır ve bu filtre topolojisine özgü değildir."(kaynak: https://w3jdr.wordpress.com/2017/07/31/qer-crystal-filter-designer/)
Öncelikle bir soketli kristal colpits osilatör yaparak elimizdeki tüm kristalleri sırasıyla takarak herbirinin frekansını ölçüyoruz.(Üzerinde aynı rakamlar yazsa da elbette her biri biraz farklı.) Kristallere bir numara yazıp, bir liste oluşturun. Birbirine en yakın frekanslı kristalleri kullanacağız.
Elimizde bir dizi aynı değerli kondansatörler bulundurun. Örneğin 68pF. Elbette bunlarında toleransları var. L/C metre ile bunları da ölçüp, yakın değerli olanları kullanıyoruz.
Şekilde de göründüğü gibi yanlış empedansla yükleme bant genişliğini değiştirmiyor, ama filtrenin ses cevabı çok kötüleşiyor. Bunu şöyle ifade edelim; mikrofon girişine sabit seviyeli bir ses girelim, ses kalından inceye doğru değiştikçe seviyesi aynı olduğu halde vericinin çıkış gücünde iki katına varan değişimler oluyor. Hemde bir çok noktada.
Haliyle bu dinlemede de aynı bozulmayı yapacaktır.
Temel yapımız bu. Uçlarındaki ikili kristaller sabit kalmak koşulu ile kristal sayısını artırıp azaltabiliriz.
Kristal sayısını artırırsak kenar dikliği artıyor. Göndermede ve almada yan bant bastırması artar, dinlerken yakın frekansların sarkmalarını çok daha iyi bastırır.
Kristal sayısını azaltırsak maliyet düşer. Değer mi siz karar verin, bir paket sigara parasına 12 kristal almak mümkün...
Kondansatörün değeri ile artık oynayabiliriz. Kondansatör değerini artırırsak, filtrenin bant genişliği azalacaktır.(Örneğin CW filtreleri dar tasarlanmalı.) Aynı zamanda filtrenin empedansı da azalır.(Bunu tolere edebiliriz.) Kondasatör değerini azaltırsak, filtrenin bant genişliği artar, aynı zamanda empedansı da artacaktır.
Bu noktada Filtre Empedansı ile ilgili birşeyler söylemek lazım. Filtre empedansı amplifikatör devrelerinden bildiğimiz gibi karekteristik bir değeri olan bir bileşen olarak tanımlamak yanlış olur. Esasen filtrenin belirli bir empedansı da yoktur. Her frekans noktasında değişir. Filtre empedansını filtrenin yüklenmesi gereken bir direnç değeri olarak düşünürsek daha kolay anlayabiliriz. Bazı şemalarda filtrenin giriş ve çıkışı bir direnç ile kapatılmış olduğuna çokça görürüz. Nedeni tam olarak budur, filtrenin doğru empedansla yüklenmesi.
Aşağıdaki resimde sol tarafta yanlış empedansla yüklenmiş filtre, sağ tarafta doğru empedansla yüklenmiş filtrenin geçirme eğrisi mevcut.
Devrede kullanılan Potansiyometre 1kiloohm lineer stereo potansiyometredir. Filtre devreye, devre de VNA cihazına bağlanır. Tepe bant genişliği az ise kondansatör değerlerini azaltıyoruz, bant genişliği fazla ise kondansatör değerlerini artırıyoruz. (Örneğin kondansatörlerin tamamını 56pF tan 68pF a çıkarıyoruz.)
İdeal bant genişliğine ulaştıktan sonra Potansiyometre ile filtrenin ideal tepe düzlüğünü ayarlıyoruz. Ayarı bulunca Ohmmetre ile potansiyometre direncini ölçüp, bu değeri 50 ile topluyoruz. Bu değer Filtrenin yüklenmesi gereken empedans değeridir.
Kristal filtre test edilirken NanoVNA cihazını kullanmak çok doğru bir yaklaşımdır. Ama bu cihazın giriş çıkış empedansları 50ohmdur ve filtre doğrudan bağlanırsa yanlış yükleyecek, dolayısıyla geçirme eğrisini ve geçiş kaybını yanlış gösterecektir.
Bunu düzeltmenin en sağlıklı yolu filtrenin iki ucunda empedans trafosu yardımı ile ölçüm yapmaktır. Filtre empedansı 200ohm ise, küçük bir ferrit boncuğun üzerine sarılmış seri bağlı bifilar bobini iki uçta da kullanabiliriz. 450 ohm ise trifilar bobin.
İyi de filtrenin empedansını nasıl bileceğiz?
Bunun içinde aşağıdaki devreyi kullanıyoruz. Bu devre bize yapmış olduğumuz filtreyi hangi empedansla yüklememiz gerektiğini gösteriyor. Filtrenin giriş ve çıkışındaki devrelerin empedanslarını buna göre dizayn edersek, sorun kalmayacaktır.
