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楼主: JHXC

以虚拟扫频仪NWT150为核心部件,折腾简易的频谱仪(过程直播)

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发表于 2016-4-13 16:25:37 | 显示全部楼层
想看老师的进度。
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 楼主| 发表于 2016-4-13 19:58:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-13 20:24 编辑
jiangjieke 发表于 2016-4-13 16:25
想看老师的进度。


正在进行,只是遇到了一些问题。四五年没有这么折腾了,眼睛不好使,至少要两付眼睛,200度看电脑,350度操作。

自制的电路利用手头现成的元件,几年不动了,有些都不知道在那里;焊锡也不顺手,记得还有优质焊锡的,找了一个多小时才找到;买来的是双面洞洞板,体积又小,调试时元件需要调换拆卸非常的麻烦;工作台又太小,仪器无法摆开;不时还要抽只烟,按照老婆的规定要上阳台 ....................

不过还是有成就,一块从对讲机拆卸下来的中频放大器和滤波器初步调试好。折腾比较麻烦,首先要从对讲机电路板上拆下来,这个不好拆,电路板采用了金属孔化工艺,元件体积太小,还要将拆下来的元件进行必要的测试,再次安装在新的洞洞板上。还不如用现成的元件,但是电感需要自制,手头没有合适的骨架。这种对讲机电感外壳可能是银皮的,线圈热绕制在低损耗介质塑料上,磁芯以前封腊要加热弄松好调节,中途就弄断了一个磁芯,又得将电感拆下更换,要耐心的弄。

一块12兆周的中放与晶体滤波器基本安装好等待调试,这块电路好弄些,电感也是对讲机上拆下来的10.7兆周中周,但是体积大许多,因为要切换带宽,还安装了一只微型继电器40510F,触点之间的寄生电容大致测试在1PF以内,由于这只继电器是6伏的,整机供电采用12伏,因此加了一个7806的三端稳压器。

具体电路以后详细介绍时再贴上来。

还有一块162兆周的锁相振荡器和混频器,振荡器准备采用MC145106频率合成芯片实现,还需要一块高速分频器,手头有MC12022,最高频率可达1G以上,64/65分频,压控振荡器在NE602混频器芯片完成,用4兆周晶体作为基准,最后获得162兆周稳定的本振信号。这几种芯片手头还有,以前购买是比较贵的,估计现在购买三块芯片20元钱就可以拿下!

等三块电路板全部安装调试完就接着介绍电路图,调试过程及结果。
IMG_20160413_190745.jpg
IMG_20160413_190204.jpg
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 楼主| 发表于 2016-4-14 21:31:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-14 21:36 编辑

今天弄好了12兆周有源晶体滤波器12兆周LC滤波器。

12兆周晶体滤波器3db通带大概小于3KHZ,LC滤波器通带小于300khz,符合预期,通带宽的作为宽带扫描,窄带用作精细测试。

150兆周滤波器加中放3db带宽大约6兆周,也符合预期。

还有一块本振和混频电路,还要找元件,稍后几天折腾。这块弄好了就组合起来联机试验。
预调好的两块电路板。.jpg
150兆周滤波器.jpg
12兆周滤波器.jpg
窄带晶体滤波器.jpg
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 楼主| 发表于 2016-4-17 17:42:48 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-17 17:51 编辑

再冒过泡!

花了几天时间找手头的元件,今天安装好162MHZ振荡器的一部分,暂时不带锁相环的。
这个振荡器采用NE602的内部电路完成,NE602是一块可以工作在500兆周的混频集成电路,内部本振最高LC振荡电路频率可达200兆周,用于162兆周不会有问题,这是早期的通信系统用芯片。等我完成之后再将中文资料贴上来。

振荡电路做好之后,用频谱仪测试频率,测试电缆的芯线只要放在电路附近甚至远离一米就可以监视频率,这是他的强项!

暂时将振荡器用可调电阻分压提供给VCO,今后弄锁相电路时,锁相电路鉴相器输出的直流电压再用一只开关转换过来,细节以后再详细说明。这样的振荡器稳定性是无法满意的,必须经过晶体锁相稳频才能达到实用要求。

还要安装两块芯片,MC145106、MC12022A。前者是中规模频率合成芯片,后者是双模前置分频器,实物如下,资料以后一起贴上来。
IMG_20160417_171602.jpg
IMG_20160417_171624.jpg
IMG_20160417_174737.jpg
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发表于 2016-4-17 21:28:41 | 显示全部楼层
前排支持。。。。。
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发表于 2016-4-17 22:20:24 来自手机 | 显示全部楼层
越来越精彩了!
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 楼主| 发表于 2016-4-18 18:48:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-18 18:59 编辑

继续,今天弄好了MC12022A分频器,这个是前置分频,将162兆周信号经过64分频为2.53125兆周之后作为合成器的输入信号。一般的合成器都是CMOS电路,工作频率达不到上百上百兆周,因为采用的合成器芯片为中规模,程序分频最大才511,所以必须先将162兆周进行分频。
合成器芯片为MC145106,采用12兆周晶体作为基准,经过1024次分频. 获得0.01171875兆周。162兆周经过64次分频为2.53125兆周,MC145106只需216次分频,在芯片最大分频次数之内。

下面是这块电路板上几个振荡器的谱线图,在频谱仪的帮助下,电路是否起振,振荡频率是否正常简直是举手之劳,这就是频谱仪的好处!

明天检查一下合成器电路,确定好LPF、核实准MC145106程序分频器的分频系数,预置好控制端电平,最后162振荡器就被12兆周晶体振荡器锁定了。

本来手头有40.5兆周晶体,用四倍频的方法也可以获得162兆周振荡,电路可能还简洁些,考虑到倍频电路比上面的电路弄起来费事一些,而且倍频电路的干扰更大,所以采用了锁相稳频的办法。

如果有162兆周的泛音晶体那就简单多了!
162÷64=2.53125MHZ.jpg
162MHZ谱线.jpg
NE602混频器.jpg
分频器工作时主频附近的谱线.jpg
合成器12兆周基准.jpg

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 楼主| 发表于 2016-4-19 21:31:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-19 21:42 编辑

今天有点不舒服,上午吃饭之后折腾,焊接时手有点抖,这还是几年前就开始,医生说是颈椎引起的,估计与天气有关,预报有大雨或暴雨,索性不折腾了,本来现在折腾就是打发时间,所以不再勉强自己。中午休息两个多小时,晚饭之后开始,可以准确焊接了。

焊接好合成芯片的分频器预置端,只有五根线需要焊接,开机,锁相电路电路板上锁定指示灯长亮,表示锁相进入状态,频谱仪测试信号,频率在162.013兆周,有点偏差,先不管他。从谱线图看出有明显的不稳定,谱线在晃动,将环路转换至人工状态,晃动稍微减轻,这有点奇怪啦,昨天测试手动VCO状态没有晃动啊,考虑到台灯采用SCR调光、烙铁SCR调温,于是关掉,谱线稳定下来了,在500HZ带宽、扫宽2KHZ/每度下,看不到明显的晃动,说明锁相产生的本振信号的稳定性符合要求!

实践证明,当我们折腾那些要求较严的设备或电路时,一定要注意工作台附近的不当电器产生的干扰!否则会把人弄迷糊的!

微调12兆周晶振回路微调电容,使振荡器信号达到162.0005兆周,偏差不到1KHZ,应该是没有问题了!

到今天,需要自制的几块电路板初步完工,可以考虑组合起来了。明天准备好再来!
锁相.jpg
台灯干扰.jpg
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发表于 2016-4-19 22:07:59 | 显示全部楼层
预祝圆满成功!并早日造福于爱好者。
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发表于 2016-4-20 00:28:17 | 显示全部楼层
比较详细地介绍了制作过程和注意事项,是初学者了解、学习高频电路知识的有效途径之一,尊敬的【JHXC】老师您辛苦了。
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发表于 2016-4-20 08:17:23 来自手机 | 显示全部楼层
园丁 发表于 2016-4-20 00:28 比较详细地介绍了制作过程和注意事项,是初学者了解、学习高频电路知识的有效途径之一,尊敬的【JHXC】老师 ...

此贴该有精华标签!
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发表于 2016-4-20 09:19:13 | 显示全部楼层
hotdll 发表于 2016-4-20 08:17
此贴该有精华标签!

谢谢好友提醒。
该文章作者【JHXC】先生是业余高频仪器仪表DIY方面的名师,长期以来热爱、支持论坛工作,成绩斐然,精神可嘉,是我等学习的榜样!
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 楼主| 发表于 2016-4-20 12:01:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-20 12:09 编辑

测试晶体滤波器。
这种滤波器有单只、几只组合的、采用有源电路组成的等等。一般的三端晶体滤波器价格并不贵,但是矩形系数不是太好;组合的矩形系数比较好,但是成品价格比较贵,自己制作难度较大,需要购置批量的晶体进行挑选之后在扫频仪的帮助下组合,由于晶体的Q值高、通频带非常窄,一般的扫频仪测试不了,但是这里使用的NWT150没有问题;与此类同的有陶瓷滤波器,只是Q值低的多,当然通频带就宽多了。

不同的滤波器除了中心频率不同,使用中主要考虑他们的通频带、衰减、矩形系数

通带有几种表示方法,有按照中心频率两边跌落3分贝作为考量的,有按照6分贝、60分贝等考量的。一般的收音机接收机常常按照3分贝带宽考量,即中心频率两边的电压幅值跌落为0.707时,此时功率刚好为0.5,所以常常叫做半功率带宽。通带决定了从哪一个频率到哪一个频率的信号通过的能力,由设备的要求决定。比方说调幅广播,语言信号经过幅度调制之后,以中心频率两边还要产生一个边带,即中心频率±语言信号的最高信号的频率,亚洲的标准应该是±4.5KHZ,那么带宽就是9KHZ,中周的通带就以此为准。不同的设备要求不同,具体需要多少带宽由设备决定,比方说频谱仪的中频,最小通带可以小到1个HZ,以利于精确的测试,最宽的可能几兆周或几十兆周,在宽带扫描时可以采用较快的扫速,如果仍然采用窄带的话,扫速势必需要很慢,否则就无法正确显示幅值。

滤波器因为是无源器件,虽然使用的都是储能元件,理想情况传输时应该是加上多少电能就输出多少,其实并非如此,由于回路中不可避免的存在损耗,输出总是比输入小,回路越多,损耗就越大,这个用扫频仪不难测试出来。测试时,假设扫频仪的信号在屏幕上为0分贝,经过滤波器之后,曲线的谐振点低于0分贝多少很简单就读出来了。在实际使用中,如果衰减过大,就要用放大器进行补偿,比方说常见的电视机中的中放电路,采用声表面滤波器由于衰减比较大,需要加上一只管子来放大 高频头输出的中频信号,经过放大之后抵消滤波器的衰减,满足后级中放电路的需要。引进松下的有一种机芯,中放滤波采用了38兆周螺旋滤波器,由于这种滤波器的衰减很小,一般不再需要这个预中放。

再就是矩形系数矩形系数描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度,它的值是60dB带宽与3dB带宽的比值。
也可以这样表示,A为0.1的带宽与A为0.7的带宽之比
。假设0.1时为10兆周,0.7时为4兆周,那么矩形系数为2.5。实际的滤波器矩形系数总是大于1。

由于许多模拟的扫频仪屏幕显示都是线性刻度,不是按照对数分贝来定标的,所以,简单的测试矩形系数可以按照A为0.1的带宽与A为0.7的带宽之比确定。NWT150是按照对数刻度的,可以按照分贝来确定矩形系数。由于测试时信号的泄露、仪器动态范围的限制,显示不出大于60分贝的范围,所以作为业余测量,可以适当的变通,起码可以看出被测滤波器矩形系数的一个概貌。

矩形系数为1的滤波器当然最好,但是实际上是难以实现的,从下面的图形不难看出,矩形系数越好,选择性越好。比方说调幅广播接收机,中频通带大约在10KHZ,矩形系数为1的中频滤波器(中周),相邻两个台的信号就会互不干扰;实际滤波器的图形可以看出,-3db时两个信号互不干扰,而-20db时两个相邻信号就重叠了,-60db更严重!收音机中双回路的滤波器相对单回路的矩形系数要好的多,两个回路通过电容或者电感耦合,调节耦合度可以调节通带,采用更多回路的集中滤波器可以做到更好的矩形系数,但是安装调试的难度相对要大一些。收音机中很少见到集中滤波器,也许是成本制约了,而在窄带通信中,则不惜余力的在滤波器上下功夫!

频分多址的设备中,滤波器是分离信号的主要器件,基本原理源自于谐振,仅仅是中心频率、通带不同。我们折腾的收音机,应该是频分多址系统中最简单的,一般的收音机只有两个类似滤波器的 谐振回路,天线回路为一个中心频率可调的滤波器、中周为固定频率的滤波器,这些在扫频仪的帮助下是很好测试的。
好了,废话写了快万字,仅仅是个人的一些理解,旨在简单的说明一些基本的东西,一定有不少的谬误,欢迎各位指正!

下面准备进入正题,将制作好的电路组合起来,还需要一些调试,接着将过程贴上来,最后调试好再上传试验电路,并详细的叙述电路原理和折腾时的一些经验和要领。
10.7晶体滤波器 - 副本.JPG
10.7晶体滤波器(单只) - 副本.JPG
10.7晶体滤波器(单只).JPG
10.7晶体滤波器.JPG
455滤波器.JPG
465滤波器.JPG
IMG_20160411_180025.jpg
晶体滤波器.JPG
通带.JPG
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 楼主| 发表于 2016-4-20 12:17:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 JHXC 于 2016-4-20 12:40 编辑

为了汇报实验过程和结果,先将框图贴上来。

扫频振荡器采用NWT150,大约600元;

第一混频器采用的成品,芯片为AD831,80元,其实这个可以用无源二极管混频器,只是增益是负值需要增加放大器,后面的NE602也可以担当,比起AD831便宜的多;

150兆周中放与带通利用对讲机上的线圈自制;

第二混频器由NE602完成,市场价几元钱就可以买到;

第二本振采用频率合成电路,自制,芯片一块是中规模合成电路MC145106,市场价格几元钱就能买到,还有一块前置分频器MC12073,也只要几元钱;

末级中放和滤波器有两种通带,一种为窄带,一种为宽带,窄带由晶体组成有源滤波器,宽带为多节LC滤波器组成。

为了调试安装方便,电路按照功能分成几个单独的,所以还要一些微型的接插件,这些器件插头一元一只,连接线6元一根,测试线10元一根,合计只要几十元就够了,业余制作最好利用这种连接方式。

洞洞板不是很好的方式,因为自己的眼睛老化,要戴400度老花镜才能操作,加上手有些抖,我买的洞洞板为双面镀锡的产品,1元左右一块,焊接时总是有些不顺心,特别是要调换元件时,需要小心和耐心的操作,再就是电路元件的排列都是即兴的,现在没有自制PCB板的条件了,洞洞板凑合也行。如果自制PCB板,事先要进行必要的实验之后再确定。

后续介绍每一块电路。
捕获.JPG
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发表于 2016-4-20 18:01:44 | 显示全部楼层
图文并茂,深入浅出,好工程,好设计,好文章。学习中,祝早日成功!
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