Filtr dolnoprzepustowy i górnoprzepustowy przestrajany napięciem

Chciałbym wykonać prosty układ, który ma filtr pasmowoprzepustowy sterowany napięciem. Taki filtr to połączenie szeregowe filtru dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego, więc należy wykonać dwa niezależne filtry, wtedy sterowałoby się dwoma napięciami i uzyskiwałoby się dowolną szerokość pasma.

Mnie interesuje częstotliwość od 0 do 500 kHz, a jak się da, to nawet do 1 MHz. Szukałem schematów układów takich filtrów ze sterowanym pasmem odcięcia i trafiłem na układ scalony LM13700 opisany w linku http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm13700.pdf. Zauważyłem, że producent podaje pasmo przenoszenia 2 MHz, więc układ spełnia wymaganie dot. zakresu częstotliwości. Na stronie 17 jest dokładnie to, co mnie interesuje, czyli filtr dolnoprzepustowy i górnoprzepustowy sterowany napięciem.

Dla dolnoprzepustowego (rys. 29) domyślam się, że VIN to wejście sygnału, VO to wyjście przefiltrowanego sygnału, a VC to napięcie sterujące. Czy to prawda?
Na rys. 30 jest VIN, ale nie widzę napięcia sterującego. Jak ten układ się steruje?

Czy chcąc zwiększyć stromość zbocza odcięcia, wystarczy po prostu zastosować dwa lub trzy identyczne układy, w których wyjście sygnału jednego jest podłączone do wejścia drugiego?

Mając trzy układy, można by naprzemiennie podłączyć dolnoprzepustowy, potem górnoprzepustowy, potem znowu dolnoprzepustowy itp.

Czy może czegoś innego szukać?

Chodzi mi o to, żeby przy wzroście pewnego napięcia napięcia od 0 zmieniała się częstotliwość odcięcia w górę i odwrotnie.

Czy to się da zrealizować, wykorzystując kilka egzemplarzy elementu LM13700?

Rozważ też użycie filtrów z przełączanymi pojemnościami, jest ich spory wybór (w odróżnieniu od LM13700) steruje sie częstotliwością, zawsze można dać przegtwornik U->f

andrzejlisek wrote:

Chciałbym wykonać prosty układ, który ma filtr pasmowoprzepustowy sterowany napięciem. Taki filtr to połączenie szeregowe filtru dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego, więc należy wykonać dwa niezależne filtry,

andrzejlisek wrote:

Mnie interesuje częstotliwość od 0 do 500kHz

Po co tu filtr górnoprzepustowy?
Niech kolega sobie to przemyśli.

andrzejlisek wrote:

Dla dolnoprzepustowego (rys. 29) domyślam się, że VIN to wejście sygnału, VO to wyjście przefiltrowanego sygnału, a VC to napięcie sterujące. Czy to prawda?
Na rys. 30 jest VIN, ale nie widzę napięcia sterującego. Jak ten układ się steruje?

Czy chcąc zwiększyć stromość zbocza odcięcia, wystarczy po prostu zastosować dwa lub trzy identyczne układy, w których wyjście sygnału jednego jest podłączone do wejścia drugiego?

Mając trzy układy, można by naprzemiennie podłączyć dolnoprzepustowy, potem górnoprzepustowy, potem znowu dolnoprzepustowy itp.

Spójrz na schemat 29 i 30 - na pierwszym masz podane jawnie napięcie sterujące, a na drugim masz potencjometr zadający napięcie. Dzielnik wejściowy ma większe wartości niż poprzednio, żeby mniej obciążał potencjometr.

LM13700 to wzmacniacz transkonduktancyjny, a propozycje filtrów z jego karty katalogowej to kreatywne wykorzystanie konfiguracji "rezystor sterowany napięciem". Dodajesz pojemność i masz układ RC.

Co do pomysłu łączenia kaskadowo stopni pierwszego rzędu - to jest możliwe, tylko że pewnym kosztem. Trzeba wrócić do teorii filtrów analogowych. Nawet jeżeli je odseparujesz wtórnikami napięciowymi i kolejne stopnie nie będą wpływać na poprzednie, to pozostaje jeszcze kwestia charakterystyki w obszarze przejściowym. Nawet jeżeli w paśmie przepustowym masz tłumienie bliskie zeru, a daleko w paśmie zaporowym nachylenie -20 dB/dek., to gdy połączysz N identycznych stopni o trzydecybelowej fG, to na fG będziesz mieć tłumienie N×3 dB! To może nie mieć znaczenia przy kaskadzie DP + GP, ale jeżeli zaczniesz łączyć więcej stopni DP i GP, kolejność ich poukładania nie będzie mieć znaczenia.

Są specyficzne sytuacje, kiedy ten problem nie odgrywa żadnej roli. Jednak zwykle istotne jest, żeby w paśmie przepustowym filtr miał możliwie płaską charakterystykę, a poza nim - żeby zdecydowanie tłumił niepożądane częstotliwości. Dlatego stosuje się elementarne struktury rzędu wyższego niż pierwszy, dlatego stosuje się aproksymacje inne niż Butterwortha (np. Czebyszewa obu rodzajów, Cauera) o dużej stromości w pasmie przejściowym - nawet kosztem zafalowania w paśmie przepustowym.

W karcie katalogowej masz również układ DP 2. rzędu (rys. 31). Możesz też próbować wrysować rezystor sterowany napięciem (uziemiony lub "pływający") w inne topologie, byle tylko w tychże topologiach stanowił parametr przestrajający filtr.

https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1936512.html
http://www.dsp.agh.edu.pl/_media/pl:dydaktyka:filtryanalog2013.pdf

trymer01 wrote:

andrzejlisek wrote:

Chciałbym wykonać prosty układ, który ma filtr pasmowoprzepustowy sterowany napięciem. Taki filtr to połączenie szeregowe filtru dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego, więc należy wykonać dwa niezależne filtry,

andrzejlisek wrote:

Mnie interesuje częstotliwość od 0 do 500kHz

Po co tu filtr górnoprzepustowy?
Niech kolega sobie to przemyśli.

Chodzi tu o zbudowanie filtru pasmowoprzepustowego z wąskim pasmem, tzn., że przy danym napięciu sterującym filtr będzie pasmowoprzepustowy od 499 do 502Hz, przy innym będzie 1204-1026Hz, przy innym będzie 25kHz +/-1Hz. Te 500KHz to granica sterowania i pracy układu, która im wyższa jest, tym trudniej zbudować układ. Jeżeli będą niezależne filtry dolno i górnoprzepustowe, to otrzyma się możliwość sterowania szerokością przepuszczanego pasma.

Dodano po 26 [minuty]:

2N3866 wrote:

LM13700 to wzmacniacz transkonduktancyjny, a propozycje filtrów z jego karty katalogowej to kreatywne wykorzystanie konfiguracji "rezystor sterowany napięciem". Dodajesz pojemność i masz układ RC.

Co do pomysłu łączenia kaskadowo stopni pierwszego rzędu - to jest możliwe, tylko że pewnym kosztem. Trzeba wrócić do teorii filtrów analogowych. Nawet jeżeli je odseparujesz wtórnikami napięciowymi i kolejne stopnie nie będą wpływać na poprzednie, to pozostaje jeszcze kwestia charakterystyki w obszarze przejściowym. Nawet jeżeli w paśmie przepustowym masz tłumienie bliskie zeru, a daleko w paśmie zaporowym nachylenie -20 dB/dek., to gdy połączysz N identycznych stopni o trzydecybelowej fG, to na fG będziesz mieć tłumienie N×3 dB! To może nie mieć znaczenia przy kaskadzie DP + GP, ale jeżeli zaczniesz łączyć więcej stopni DP i GP, kolejność ich poukładania nie będzie mieć znaczenia.

Tak, tylko, że na ogół, parametry filtru lub stopnia filtru zależą od pewnej pojemności lub indukcyjności przewidzianej w schemacie układu, co utrudnia lub uniemożliwia sterowanie częstotliwością odcięcia za pomocą napięcia lub PWM lub częstotliwości.

Quote:

Chodzi tu o zbudowanie filtru pasmowoprzepustowego z wąskim pasmem, tzn., że przy danym napięciu sterującym filtr będzie pasmowoprzepustowy od 499 do 502Hz, przy innym będzie 1204-1026Hz, przy innym będzie 25kHz +/-1Hz. Te 500KHz to granica sterowania i pracy układu, która im wyższa jest, tym trudniej zbudować układ. Jeżeli będą niezależne filtry dolno i górnoprzepustowe, to otrzyma się możliwość sterowania szerokością przepuszczanego pasma.

Zbudowanie filtru o dobroci od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy jest trudnym zadaniem nawet jeśli zrezygnujemy z regulacji częstotliwości, a jeśli chciał byś regulować częstotliwość i szerokość pasma (dobroć) to proponuję filtry cyfrowe, albo przemianę częstotliwości jak w odbiornikach radiowych, choć w tym drugim przypadku regulacja dobroci będzie trudna.

Filtr z dokumentacji LM13700 to filtr pierwszego rzędu tzn jeśli ustawisz częstotliwość graniczną na 1kHz to przy 10kHz będziesz miał zalwedwie 20dB tłumienia, a przy 1010Hz będzie prawie to samo co przy 1000Hz, żeby uzyskać takie wąskie pasma jak chcesz takich filtrów potrzebowoał byś bardzo dużo, ale niestety nie identycznych, później miał byś problemy z współbieżnościa przestrajania, stabilnościa itp.

Zgadzam się z przedmówcą, realizacja przestrajanego filtru o tak wąskim paśmie w obszarze częstotliwości akustycznych ociera się o niemożliwość. Polegniesz choćby na tolerancji wartości elementów.

Przypuszczam, że ten filtr nie jest celem samym w sobie, lecz elementem większego układu, Może więc zarysujesz szerszy kontekst - co tak naprawdę chcesz uzyskać, bo może skoncentrowałeś się na metodzie, która zaprowadziła cię na manowce, a da się zaproponować coś innego i łatwiejszego do realizacji układowej?

2N3866 wrote:

Przypuszczam, że ten filtr nie jest celem samym w sobie, lecz elementem większego układu, Może więc zarysujesz szerszy kontekst - co tak naprawdę chcesz uzyskać, bo może skoncentrowałeś się na metodzie, która zaprowadziła cię na manowce, a da się zaproponować coś innego i łatwiejszego do realizacji układowej?

Chciałbym w miarę tanio uzyskać analizator widma, który nadawałby się do czegoś więcej niż wyświetlanie skaczących słupków w rytm muzyki, ale też nie potrzebuję profesjonalnego przyrządu. Na znanym portalu są albo takie zabawki, albo bardzo drogie przyrządy.

Już w innym wątku rozważałem próbkowanie krótkiego odcinka sygnału i obliczanie FFT i wyświetlanie go na oscyloskopie, czyli impuls wyzwalający podstawę czasu, a potem zmiany napięcia tak, jak są poszczególne wartości transformaty.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3217398.html
Okazuje się, że w praktyce nie da się zmusić Atmegi32 do zarejestrowania sygnału z częstotliwością większą niż ok 70kHz, czyli częstotliwości do ok. 35kHz.

Wymyśliłem więc inne podejście, czyli takie, które bazuje na wskaźniku UV dla dźwięku. Jak na wejściu doda się filtr pasmowoprzepustowy z wąskim pasmem, to otrzyma się wizualizację siły sygnału w częstotliwości pasma. A jak się doda płynną zmianę częstotliwości środkowej filtru przy zachowaniu szerokości pasma i ta zmiana będzie następować liniowo, a wyjście do wskaźnika UV poda się na wejście oscyloskopu, to na ekranie otrzyma się widmo sygnału. Tutaj Atmega sterowałaby dwoma napięciami filtrów. Tutaj można zobrazować teoretycznie dowolnie dużą częstotliwość, jedynym ograniczeniem są częstotliwości graniczne pracy wykorzystanych elementów.

Jednak chyba zrezygnuję z tego pomysłu, bo niezależnie od tego mam zamiar zakupić odbiornik SdrPlay RSP1 lub inny odbiornik radiowy SDR. Ten właśnie odbiornik byłby analizatorem widma, w którym do wejścia antenowego podłącza się badany sygnał. Tutaj już mam praktycznie cały analizator. Do częstotliwości poniżej kilkaset kHz (takie odbiorniki obsługują częstotliwości od 100kHz w górę) dorobiłbym prosty generator prostokątny o częstotliwości 1MHz i on by cyklicznie przepuszczał i blokował sygnał otrzymując przebieg prostokątny zmodulowany amplitudowo. Wtedy widmo sygnału będzie rozpoczynać się od częstotliwości 1MHz w obie strony, będzie też przy kilku nieparzystych wielokrotnościach tej częstotliwości z powodu harmonicznych w przebiegu prostokątnym.

Quote:

Wymyśliłem więc inne podejście, czyli takie, które bazuje na wskaźniku UV dla dźwięku. Jak na wejściu doda się filtr pasmowoprzepustowy z wąskim pasmem, to otrzyma się wizualizację siły sygnału w częstotliwości pasma. A jak się doda płynną zmianę częstotliwości środkowej filtru przy zachowaniu szerokości pasma i ta zmiana będzie następować liniowo, a wyjście do wskaźnika UV poda się na wejście oscyloskopu, to na ekranie otrzyma się widmo sygnału. Tutaj Atmega sterowałaby dwoma napięciami filtrów. Tutaj można zobrazować teoretycznie dowolnie dużą częstotliwość, jedynym ograniczeniem są częstotliwości graniczne pracy wykorzystanych elementów.

Lepiej przeczytaj:
Link

Quote:

Do częstotliwości poniżej kilkaset kHz (takie odbiorniki obsługują częstotliwości od 100kHz w górę) dorobiłbym prosty generator prostokątny o częstotliwości 1MHz i on by cyklicznie przepuszczał i blokował sygnał otrzymując przebieg prostokątny zmodulowany amplitudowo. Wtedy widmo sygnału będzie rozpoczynać się od częstotliwości 1MHz w obie strony, będzie też przy kilku nieparzystych wielokrotnościach tej częstotliwości z powodu harmonicznych w przebiegu prostokątnym.

Właśnie wynalazłeś przemianę częstotliwości (znaną od 1901r)

andrzejlisek wrote:

Już w innym wątku rozważałem próbkowanie krótkiego odcinka sygnału i obliczanie FFT i wyświetlanie go na oscyloskopie, czyli impuls wyzwalający podstawę czasu, a potem zmiany napięcia tak, jak są poszczególne wartości transformaty.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3217398.html
Okazuje się, że w praktyce nie da się zmusić Atmegi32 do zarejestrowania sygnału z częstotliwością większą niż ok 70 kHz, czyli częstotliwości do ok. 35 kHz.

Pamiętaj, że rozdzielczość widmowa jest związana z liczbą punktów. 4096 punktów to dużo, ale może nie wystarczyć do uzyskania wąskopasmowego filtru np. 3 Hz szerokości na fŚR 500 Hz (podałeś takie wymaganie powyżej) - paradoksalnie może tutaj pomóc obniżenie częstotliwości próbkowania i jakaś forma pracy w podpasmach. Do tego dochodzi kwestia skutku dyskretyzacji widma - rozmazanie prążków o częstotliwościach innych niż punkty transformaty tak, że prążki transformaty "zaemulują" prążek o częstotliwości spoza repertuaru częstotliwości transformaty (przeciek widma).

andrzejlisek wrote:

Wymyśliłem więc inne podejście, czyli takie, które bazuje na wskaźniku VU dla dźwięku. Jak na wejściu doda się filtr pasmowoprzepustowy z wąskim pasmem, to otrzyma się wizualizację siły sygnału w częstotliwości pasma. A jak się doda płynną zmianę częstotliwości środkowej filtru przy zachowaniu szerokości pasma i ta zmiana będzie następować liniowo, a wyjście do wskaźnika VU poda się na wejście oscyloskopu, to na ekranie otrzyma się widmo sygnału. Tutaj Atmega sterowałaby dwoma napięciami filtrów. Tutaj można zobrazować teoretycznie dowolnie dużą częstotliwość, jedynym ograniczeniem są częstotliwości graniczne pracy wykorzystanych elementów.

I w takim podejściu faktycznie chyba najlepiej sprawdzi się propozycja jarka_lnx, czyli filtr cyfrowy (na procesorze sygnałowym), który łatwo "przestrajać" (choć przy bardzo wąskich pasmach przepustowych też trzeba będzie się zająć wrażliwością na niedokładność współczynników, nawet jeśli arytmetyka jest np. 32-bitowa). Zwróć uwagę, że skoro twoim celem jest zrobienie analizatora widma, to przy zastosowaniu wąskopasmowego filtru po prostu szukasz wartości maksymalnej ("detektor" amplitudy), co jest stosunkowo łatwe, a wynik (liczba, nie musisz jej przetwarzać z powrotem C/A i wystawiać jako napięcie do oscyloskopu) dogodny do prezentacji. Ale czas pojedynczej analizy przy tej metodzie z "przemiataniem" będzie zależeć od bieżącej częstotliwości środkowej (bo czekasz na stan ustalony), zaś całkowity czas cyklu analizy całego widma od "gęstości" analizy i szerokości całego pasma do analizy. Ale też masz swobodę ustalenia punktów analizy częstotliwościowej wg podejścia logarytmicznego i skrócić w ten sposób cykl analizy. No i tą metodą raczej należy badać sygnały o dość stacjonarnym albo wolnozmiennym widmie - czyli chyba nie muzykę...

andrzejlisek wrote:

Jednak chyba zrezygnuję z tego pomysłu, bo niezależnie od tego mam zamiar zakupić odbiornik SdrPlay RSP1 lub inny odbiornik radiowy SDR. Ten właśnie odbiornik byłby analizatorem widma, w którym do wejścia antenowego podłącza się badany sygnał. Tutaj już mam praktycznie cały analizator. Do częstotliwości poniżej kilkaset kHz (takie odbiorniki obsługują częstotliwości od 100 kHz w górę) dorobiłbym prosty generator prostokątny o częstotliwości 1 MHz i on by cyklicznie przepuszczał i blokował sygnał, dostarczając przebieg prostokątny zmodulowany amplitudowo. Wtedy widmo sygnału będzie rozpoczynać się od częstotliwości 1 MHz w obie strony, będzie też przy kilku nieparzystych wielokrotnościach tej częstotliwości z powodu harmonicznych w przebiegu prostokątnym.

Czyli drugie podejście zaproponowane przez jarka_lnx - przemiana częstotliwości. Pamiętaj tylko, że czystość widmowa sygnału heterodyny (np. tego 1 MHz) będzie wpływać to, jak nisko "w dół" będziesz mógł zejść z analizą twojego pasma - "rozmazanie" prążka heterodyny zamaskuje twoje widmo użytkowe w pobliżu zera. Swoją drogą to rozmazanie może być również efektem niestabilności generatora częstotliwości próbkowania w odbiorniku SDR - ideałem byłby więc wzajemna synchronizacja generatora heterodyny i generatora w odbiorniku SDR - nie do zrobienia, jak się kupuje odbiornik na kluczu USB. Ja bym przy tym mimo wszystko wybrał częstotliwość heterodyny tak, żeby przed doprowadzeniem zmieszanego sygnału do wejścia odbiornika SDR mieć szansę przepuścić go przez jakiś filtr pasmowy (np. gotowy kwarcowy, ceramiczny o częstotliwości typowej p.cz.) - okresowość idealnego widma wspomniana przez ciebie powyżej to jedno, ale w realnym nieliniowym świecie jakieś intermodulacje itd. mogą tak naśmiecić, że lepiej tego unikać z góry. Zwłaszcza że tak naprawdę nie wiesz, co ma w środku odbiornik SDR na USB.

Problem, którym się zajmujesz, jest nietrywialny - przynajmniej przy przyjętych przez ciebie bardzo szerokich założeniach (pasmo analizy 0-500 kHz, potencjalnie bardzo duża "gęstość" analizy, na poziomie pojedynczych herców). Zaczynasz od pasma akustycznego (albo nawet podakustycznego, bo nie podajesz, jak blisko zera chcesz być), a kończysz już w obszarze "w.cz." (bo 225 kHz to Warszawa I na falach długich). Proponuję zawężenie założeń (np. sprzętowy podział na podpasma), a wtedy będzie łatwiej dopasować i zrealizować metodykę.

Rozumiem, że tanio i prosto nie da się zbudować urządzenia spełniającego pierwotne założenia.

Odbiornik radiowy SDR i tak będzie kupiony ze względu na inne potrzeby, więc analizator widma od 100 lub 150kHz w górę już otrzymuję. Cała "siła" urządzenia drzemie w oprogramowaniu, wyświetlenie widma to jedno z podstawowych funkcji.

Pozostaje problem analizy sygnałów do 100kHz, czyli na przykład sygnały akustyczne lub niewiele wyższe częstotliwości niż akustyczne, na przykład sygnał MPX z odbiornika radiofonicznego UKF FM ma częstotliwości do ok. 60kHz (w tym jest 57kHz hipotetycznej nośnej sygnału RDS).

W takim razie analizator widma do 100kHz teoretycznie załatwi sprawę. Myślałem o takim, że na przykład będzie analizator 200-punktowy i na przykład przy badaniu częstotliwości do 1kHz filtr będzie wąski co 5Hz, a przy częstotliwości do 100KHz filtr częstotliwości będzie szerszy, bo częstotliwość środkowa co 500Hz. Jednak z odpowiedzi wynika wprost, że budowa takiego układu jest niezmiernie trudna, więc pozostaje wygenerować sygnał okresowy o częstotliwości 1MHz i zmodulować go amplitudowo sygnałem badanym. Wtedy wykorzystując odbiornik SDR można zobrazować taki sygnał i odpada trudność budowy całego analizatora widma.

Jeśli chodzi o częstotliwości poniżej akustycznych, to tutaj nie mam sprecyzowanych wymagań, ale im niżej się da bez dużych kosztów, tym lepiej.

Jeśli chodzi o synchronizację generatora i odbiornika, to faktycznie nie jest to możliwe, ale najlepiej chyba jest zbudować generator o częstotliwości 1MHz z regulacją odchylenia o ok. 50Hz. Bardzo ważne jest, żeby częstotliwość nie pływała. Teoretycznie najlepiej jest użyć rezonatora kwarcowego, ale wtedy to rezonator narzuca częstotliwość bez możliwości regulacji. Myślę o układzie na NE555, w którym generuje się częstotliwość tak dobraną, że jest ona stabilna, a któraś harmoniczna ma 1MHz, za układem prosty filtr pasmowy na częstotliwości 1MHz w celu stłumienia harmonicznych. Tylko jak wygląda stabilność w przypadku NE555? Bo im bardziej częstotliwość będzie pływać, tym obserwowane widmo będzie mniej wyraźne, czyli nośna będzie szersza i niskie częstotliwości sygnału przestaną być widoczne.

Czy lepiej generować przebieg prostokątny i modulacja to będzie włączanie i wyłączanie tranzystora przepuszczającego przebieg badany, czy lepiej, żeby to był przebieg sinus, który steruje wzmocnieniem sygnału? W pierwszym przypadku widmo będzie powtórzone na częstotliwościach 1MHz, 3MHz, 5MHz, jednak to mi nie przeszkadza.

Wtedy przy używaniu generatora z modulatorem należy tak wyregulować częstotliwość, żeby obrazowana nośna była jak najcieńsza, a widmo sygnału było użyteczne.

Nie zrobisz stabilnego generatora na 555, to jest generator RC, więc stabilność o kilka rzędów niższa niż jakiegokolwiek kwarcu (tabele ze stabilnością różnych generatorów w literaturze i sieci), to jest ślepa uliczka. Masz tu wszystko - wrażliwość temperaturową elementów, wrażliwość na zmiany napięcia zasilania - kompletnie nie ta klasa generatora (mimo że w karcie katalogowej piszą "precision timer"). Gdyby układ 555 był taki dobry, toby nikt nie produkował rezonatorów kwarcowych.

Nie widzę też celu i sensu w budowie przestrajanej heterodyny dla przesuwania widma tych sygnałów poniżej 100 kHz do pasma widzianego przez "paluszek" SDR/USB. W zasadzie to poprzednio trochę zamieszałem i rozdąłem problem dokładności częstotliwości heterodyny. Skoro budujesz "graficzny" analizator widma, to nawet jeśli ci "odjedzie" heterodyna parę(-dziesiąt, -set) herców w bok, to przecież, całe widmo się przesunie w jakąś stronę, nie ma prawa górna wstęga odsunąć się od dolnej - to jest modulacja amplitudy/przemiana częstotliwości, a nie powielanie częstotliwości (i to w stosunku np. 100,001%). Po prostu przesuniesz punkt "zerowy" na ekranie. Zresztą nawet generator kwarcowy będzie "płynąć" przez pierwszy okres (kilkudziesięciu minut) po włączeniu. Wzajemne płynięcie generatora heterodyny i pokładowego generatora układu SDR pewnie też nie będzie zauważalne okiem przy obserwowanych częstotliwościach rzędu setek kHz i MHz. Miałoby to wpływ przy obserwacji widma podakustycznego i dolnego zakresu akustycznego, ale o tym na końcu.

Proponuję więc:
- generator kwarcowy, może być prostokąt do kluczowania przebiegu m.cz.;
- częstotliwość nie 1 MHz, a więcej - bo twoje użyteczne widmo to 100 kHz, więc wyższa częstotliwość heterodyny to większy odstęp między kolejnymi jej prążkami i stąd mniejszy wpływ okresowości widma na obserwowany wykres; wyższa częstotliwość heterodyny to również łatwiejsza filtracja dolno- i pasmowoprzepustowa, do tego dochodzi kwestia, gdzie od dołu zaczyna się tak naprawdę niezaburzone, równomierne pasmo układu SDR;
- za modulatorem (kluczującym przebieg m.cz. sygnałem heterodyny) zastosować filtr pasmowoprzepustowy - nawet nie ze względu na usunięcie z ekranu wyższych harmonicznych z wstęgami bocznymi (efekty charakterystyczne próbkowania - okresowość widma, przeciek widma, obwiednię widma wynikającą z funkcji okna i krzywej sin(x)/x świadome oko uwzględni przy obserwacji), ale dla zabezpieczenia przed skutkami ewentualnych intermodulacji w dalszych stopniach.

Zatem ogólna idea jest blokowo taka:
- wtórnik/wzmacniacz wejściowy;
- filtr dolnoprzepustowy - wysoka częstotliwość heterodyny daje ci swobodę dot. charakterystyki - do przemyślenia problem jej równomierności, kwestie fazowe itd.;
- modulator na kluczu CMOS typu CD4066 lub coś lepszego (bo zakładam częstotliwość nawet 10 MHz lub więcej - sprawdź, jakie układy stosowane są w modulatorach I/Q w amatorskich projektach SDR);
- generator kwarcowy 10,7 MHz* (takie kwarce da się kupić);
- filtr pasmowy ceramiczny na p.cz. 10,7 MHz* (uwaga na pasmo przepustowe filtru - 300 kHz lub więcej, do odbiorników UKF stereo, do weryfikacji kształt charakterystyki filtru - przede wszystkim zafalowania - bo one będą kształtować obserwowane widmo) - plus elementy dopasowujące (bufor przed i po, filtr ceramiczny 10,7 MHz wymaga zamknięcia impedancją ok. 330 Ω);
* jeśli nie 10,7 MHz, to pewnie filtr LC (trochę większy kłopot), ale wyższa częstotliwość heterodyny oznacza wciąż większą łatwość filtracji, lepszą "płaskość" charakterystyki w obszarze fH±150 kHz, możliwość zastosowania jednoobwodowego filtru z układem rezonansowym LC itd.; ale możesz też sprawdzić filtry ceramiczne na inne częstotliwości (np. telewizyjne 5,5 i 6,5 MHz - pasmo, charakterystyka, impedancja obciążenia) oraz dostępność stosownych kwarców do nich (można np. 11 lub 13 MHz podzielić przez 2 - nawet lepiej, bo wtedy masz stosunek wypełnienia 50% i tylko nieparzyste harmoniczne).

Generalnie musisz szukać kompromisu - klucz CMOS "woli" częstotliwości niższe, kwestie widmowe skłaniają nas ku wyższym częstotliwościom fH.

No i na koniec - trochę ostatnio popłynęliśmy również w kwestii pasma. Przecież dla częstotliwości akustycznych i podakustycznych taka zabawa nie ma sensu, można sygnał wprowadzić wprost na kartę audio w komputerze, oprogramowanie klasy "analizator widma akustycznego" do wyszukania w okamgnieniu w Internecie. A i dla częstotliwości znacznie wyższych okno filtracji rzędu kilku-kilkudziesięciu herców i tak nie ma zastosowania. Najlepsze karty audio zapewniają próbkowanie 192 kHz, do sprawdzenia tylko jest kwestia, gdzie ustawiona jest częstotliwość graniczna wejściowego filtru dolnoprzepustowego - bo naszą "szarą strefą", dla której tworzymy powyższą koncepcję, jest obszar pomiędzy kresem górnym pasma karty audio a początkiem pasma karty SDR.

Niedawno zrobiłem eksperyment, w ramach którego do wyjścia DSM-51 podłączyłem antenę teleskopową i wysyłałem w nią kluczowany przyciskiem (tak, że można nadawać kod Morsa) sygnał prostokątny o częstotliwości podstawowej 76800Hz.

W odbiorniku Tecsun PL-880 słyszałem sygnał CW z tego DSM-51 z odległości 20-30cm. Nie wchodząc w szczegóły, zauważyłem, że na częstotliwości ok. 15MHz, DSM-51 "nadawał" na częstotliwości wyższej o ok. 1KHz niż powinien, a na częstotliwości ok 27MHz odchylenie jest już prawie 2KHz.

Dziwne jest to, ponieważ oba urządzenia mają rezonatory kwarcowe. Częstotliwość na DSM-51 76800Hz jest częstotliwością teoretyczną wynikającą z zastosowanego kwarcu, typu procesora i napisanego programu, oscyloskop potwierdził tą częstotliwość na oko. Częstotliwość ustawioną na odbiorniku uznawałem za "świętą", czyli uznawałem, że nie ma odchylenia pomiędzy wyświetlaną, a rzeczywistą częstotliwością. Na tym samym odbiorniku prawidłowo odbierałem częstotliwość 27180kHz słysząc łączności na CB.

W sprzęcie radiowym też są rezonatory kwarcowe i przy takim odchyleniu w paśmie np. 50MHz już byłby problem z łącznością pomimo teoretycznego ustawienia odbiorników na tą samą częstotliwość. Jeżeli to kwarc narzuca częstotliwość drgań własnych jako częstotliwość układu, to jak wymusić na nim niewielką zmianę częstotliwości? Na forum są tematy dotyczące zmian częstotliwości pracy radiotelefonów poprzez wymianę rezonatorów kwarcowych na takie, które odpowiadają potrzebnym częstotliwościom, ale w nich nie ma mowy o jakimkolwiek dostrajaniu po tej czynności z użyciem częstościomierza, analizatora widma lub oscyloskopu.

Eksperyment wykonałem dwa razy w różnych dniach, w obu przypadkach stwierdziłem te same odchylenia. Co może być przyczyną takiego odchylenia? Czy gdybym wymienił rezonator kwarcowy na nowy taki sam w DSM-51 (częstotliwość 11059200Hz), to czy częstotliwości będą takie same, czy również może być odchylenie większe, mniejsze lub w drugą stronę?

Jeśli chodzi o analizę widmową przy użyciu radioodbiorników SDR, to jakiego rzędu napięcia są dopuszczalne na wejściu? Wydaje mi się, że odbiornik wychwytuje już pojedyncze mikrowolty, co sprawia, że napięcie 1V mogłoby już zniszczyć odbiornik, bo jest o 6 rzędów wielkości wyższe. Czy wystarczy zwykły potencjometr w roli dzielnika napięcia, ewentualnie dwa potencjometry kaskadowo, oba rzędu 1kom, gdzie pierwszy zgrubnie ustawia napięcie, tak, żeby na wyjściu otrzymać na oko np. 0,5V, a drugi służy do regulacji dokładnej tak, że należy ustawić na minimum, a potem powoli zwiększać napięcie do momentu, aż odbiornik będzie pokazywać, że odbierany sygnał jest silny?

Zwróć uwagę, że względna odchyłka częstotliwości pozostaje w przybliżeniu stała, co świadczy o odstrojeniu wzorca od częstotliwości nominalnej (powielacz częstotliwości - również syntezer PLL - powiela wraz z odchyłką). Trudno się dziwić twoim obserwacjom, nie ma dwóch identycznych kwarców pomimo takich samych nominalnych parametrów, a układy z czasem też się rozstrajają (nie tylko z powodu starzenia kwarcu) - wymiana kwarcu na nowy zawsze będzie wymagała podstrojenia. Do tego dochodzi stabilność termiczna urządzenia - odporność na zmiany temperatury pracy. Inna sprawa, że dokładność strojenia jest ograniczona dokładnością wzorca w mierniku - jak w warunkach domowych skalibrować miernik częstotliwości - oto kolejne zagadnienie.

Urządzenia radiowe zawsze mają jakiś dopuszczalnej zakres odchyłki od częstotliwości nominalnej - walka o 100% dokładności nie miałaby sensu. Tolerancja będzie zależeć np. od rodzaju emisji (norm nie pamiętam) - ale przykładowo na poziomie jakościowym:
- dla AM i FM wystarczy nie "wyskoczyć" poza pasmo p.cz., bo zawsze jest jakiś margines szerokości filtru pasmowego (a dla odbiorników z heterodyną z generatorem LC bardzo dla silnych sygnałów dobrze sprawdzał się układ ARCz śledzący częstotliwość średnią sygnału FM i korygujący generator heterodyny);
- dla rodziny modulacji z wytłumioną nośną wzajemna odchyłka częstotliwości nośnej nadajnika i wytworzonej w odbiorniku - wszystko jedno, kto jest winny (i to zmienna w czasie, "płynięcie" manifestujące się odsłuchowo po stronie odbiorczej) - będzie zauważalna dużo szybciej; najpierw będzie to "blaszany", dudniący dźwięk, a potem utrata zrozumiałości; najgorzej to postawić wytworzoną po stronie odbiorczej nośną po niewłaściwej stronie wstęgi...
- dla modulacji cyfrowych na niskim poziomie problemy będą się manifestować wzrostem stopy błędów, na wyższym - zależy od specyfiki informacji.
Weryfikowałem kiedyś z ciekawości faktyczne częstotliwości nośne chińskich radiotelefonów FM. Dla pasma 70 cm odchyłka od częstotliwości nominalnej dochodziła w okolice 800 Hz. Nie do wychwycenia uchem. Przy SSB odbiór byłby nieczytelny.

Lepiej nie stosować potencjometrów na wejściu odbiornika SDR. Na częstotliwościach rzędu setek MHz i więcej taki potencjometr to jedna wielka zagadka, jeśli chodzi o parametry pasożytnicze (pojemności, indukcyjności). Proponuję stały tłumik w.cz. (np. 20 dB) i programowe skalowanie/kalibrowanie wartości prezentowanych na ekranie.

Tanie kwarce mają tolerancję 50ppm lub nawet 100ppm ty masz 66ppm różnicy pomiędzy dwoma oscylatorami. Częstotliwość kwarcu można "przeciągnąć" (pulling) dodając kondensator lub cewkę, osiągalny zakres przestrajania zależy od wielu czynników ale często jest to kilkadziesiąt-sto-kilkadziesiąt ppm.

Zerknij tu: http://winntbg.bg.agh.edu.pl/skrypty2/0067/main.html strona 277 o kwarcach w ogóle, 285 o przeciąganiu ich częstotliwości rezonansowych. Na stronie 447 masz podrozdział o generatorach VXO (kwarcowych z przeciąganiem), zwróć uwagę na krzywą ze strony 449 pokazującą, jak przy przeciąganiu zmienia się stabilność częstotliwości VXO w porównaniu do generatora LC. Dostrojenie kwarcu wlutowanego do układu do częstotliwości nominalnej zapewniane przez elementy regulacyjne w pobliżu kwarcu to operacja "delikatna", nie to samo co celowe przeciąganie w VXO (tutaj celem jest dość znaczne odstrojenie, kiedy trzeba się liczyć z pogorszeniem stabilności). Tu masz dyskusję "weteranów przeciągania": http://sp7pki.iq24.pl/default.asp?grupa=3536&temat=127644.

Potwierdzam, że błąd względy w moim eksperymencie w przybliżeniu jest stały, a błąd bezwzględny rośnie proporcjonalnie z częstotliwością.

Miałem wyobrażenie, że rezonatory kwarcowe działają na tej samej zasadzie, co płytki w instrumentach muzycznych takich, jak wibrafon, ksylofon i dzwonki. Stosując różne pałeczki i różne techniki gry, elementy takie, jak tuby rezonansowe, na takich instrumentach zmienia się głośność, barwa dźwięku i czas wybrzmiewania, ale nie zmienia się częstotliwość podstawowa dźwięku, ponadto, taki instrument nie podlega strojeniu i nie znam techniki gry, która zmienia częstotliwość dźwięku bez zmiany kształtu i wymiarów samych płytek. Pewnie w produkcji instrumentów też jest jakaś tolerancja częstotliwości, jednak na tyle mała, że nie jest słyszalna nawet przy wykonywaniu muzyki w orkiestrze.

Jestem przekonany, że rezonator kwarcowy działa właśnie tak, jak by to była miniaturowa płytka drgająca z wysoką częstotliwością drgań własnych na identycznej zasadzie, jak wibrafon. Czy to jest prawda?

Nie wiedziałem, że w odróżnieniu od instrumentów muzycznych, częstotliwość kwarcu da się przeciągnąć, ale na podstawie wspomnianej zacytowanej książki, wraz z większym przeciągnięciem w jedną lub w drugą stronę spada stabilność kwarcu.

Jeśli chodzi o tłumiki, to czy dobrze rozumiem, że tłumik 20dB obniża napięcie 100 razy, a tłumik 10dB obniża napięcie 10 razy? Innymi słowy, jeżeli przed tłumikiem 20dB będzie napięcie w kształcie sinusa o amplitudzie 1V, to za tłumikiem będzie 0,01V? Na przykład mam jakiś układ generujący przebieg o częstotliwości np. 50kHz i po modulacji lub przesunięciu częstotliwości, o czym pisaliśmy kilka postów wyżej, przebieg ma amplitudę szczytową 1V i częstotliwość nośną powiedzmy te 10,7MHz, to do ilu V muszę opuścić napięcie za pomocą tłumików lub ewentualnie dzielników napięcia w przypadku niższych częstotliwości, żebym mógł podać na wejście antenowe bez obawy o uszkodzenie odbiornika? Tak używany odbiornik nie ma się nijak do profesjonalnych przyrządów pomiarowych. na przykład chcąc zmierzyć częstotliwość nadawczą jakiejś radiostacji, teoretycznie można podłączyć wyjście antenowe do wejścia odbiornika, ale to grozi zniszczeniem odbiornika z powodu wysokiej amplitudy i "wciśnięcia" dużej mocy, którą nadajnik powinien oddać w eter.

A może jedyny sposób to jest podłączenie szerokopasmowej anteny do odbiornika i zbliżenie do niej wyjścia sygnału z badanego układu? Jednak w ten sposób, oprócz sygnału, który chce zbadań, odbiornik odbierze mnóstwo innych z eteru i pomiar będzie utrudniony.