Юный техник, 2013 № 09 полностью

Другим источником кварцевых резонаторов теперь с успехом служат старые платы от цифровой техники: компьютеров и игровых приставок. Сейчас ведь все, что надо и не надо, стараются сделать на микропроцессорах (МП), а каждый МП требует для своей работы тактового генератора. Производители упорно не желают мотать катушки (дорого и нетехнологично), поэтому наладили широкий выпуск кварцевых резонаторов. Например, из одной старой, выброшенной платы компьютера я выпаял целых пять штук. Частота обычно написана на корпусе, часто встречаются и «круглые» частоты — 4, 8, 12 МГц.

Если собрать на кварцевом резонаторе простенький маломощный генератор и присоединить к нему короткий отрезок провода (10.20 см) в качестве антенны, то сигнал можно принять вашим радиоприемником, и на его шкале появится калиброванная точка. Сигнал принимается очень мощно, ведь приемник — чувствительный прибор и находится рядом, так что ошибиться трудно. К тому же калибратор всегда можно выключить, поднести поближе к приемнику или отнести подальше, чтобы убедиться в приеме именно его сигнала.

В обычном АМ-приемнике сигнал калибратора слышен так же, как немодулированная несущая мощной радиостанции в паузах передачи (по пропаданию помех и более ровному характерному шуму), если же приемник позволяет принимать телеграф и однополосную модуляцию (имеет второй гетеродин), то сигнал слышен как громкий свист понижающегося при точной настройке тона.

Но вот что интересно: если вы настроите приемник на удвоенную, утроенную, учетверенную и так далее частоту калибратора, вы тоже услышите сигнал, возможно, несколько тише. Это гармоники, и они действительно присутствуют в выходном сигнале генератора. Гармоник не содержит только идеально чистый синусоидальный сигнал. Это поясняет рисунок 1, а, где сверху показана зависимость напряжения сигнала от времени, а снизу — его спектр, содержащий лишь одну частоту f_o = 1/T, где: Т — период колебаний (время одного полного колебания).

Рис. 1, а

Добавим к основному колебанию (сплошная линия на рис. 1, б сверху) его третью гармонику — штриховая линия. Результирующая форма сигнала показана красной линией. Теперь она далека от синусоидальной и напоминает скорее прямоугольную. Спектр сигнала содержит уже не одну спектральную линию, а две: основную частоту f_o (черная линия на нижнем рисунке) и ее третью гармонику — частоту 3f_o (красная линия). Высота линий соответствует амплитуде гармоник.

Рис. 1, б

Идеально прямоугольный сигнал содержит бесконечное число нечетных гармоник основной частоты, с амплитудами, убывающими обратно пропорционально номеру гармоники. Короткие импульсы содержат как четные, так и нечетные гармоники, которых тем больше, чем круче фронты импульсов.

Из сказанного ясно, что простейший калибратор содержит кварцевый генератор и «исказитель» формы колебаний — генератор гармоник (рис. 2, а).

Рис. 2, а

Лучше всего, если он будет выдавать короткие острые пики напряжения, богатые высшими гармониками. Для связи с приемником послужит упомянутый короткий отрезок провода — антенна. Если выбрать кварц на 100 кГц, в эфире рядом с приемником появится как бы виртуальная шкала — гребенка сигналов с частотами, кратными 100 кГц, например, 7000, 7100, 7200, 7300 и так далее кГц.

Теперь найти «Радио России» гораздо легче: настраиваем приемник на 7200 кГц по калибратору, и затем лишь чуть-чуть (на 15 кГц, или 1/7 виртуального деления) смещаем настройку вверх по частоте.

Если вам понравилась идея и захотелось иметь более подробную виртуальную шкалу с делениями, скажем, через 10 кГц, не обязательно искать кварцевый кристалл на 10 кГц — низкочастотные кварцы дороги, дефицитны и имеют большие габариты. Проще и лучше пойти другим путем — установить в калибратор делитель частоты (рис. 2, б).

Рис. 2, б

Среди множества выпускаемых микросхем есть готовые делители на 10, и они прекрасно подойдут. Тогда из сигнала с частотой 100 кГц вы получите 10-килогерцевый сигнал прямоугольной формы, и его останется только продифференцировать, т. е. пропустить через конденсатор малой емкости, чтобы получить импульсы, богатые гармониками.

Можно пойти и дальше — сделать делитель с переключаемым коэффициентом деления и получать практически любые нужные вам частоты.

Перед автором стояла задача сделать калибратор с сеткой частот 10 кГц для приема и исследования сигналов дальних радиовещательных станций на КВ. При наличии кварца на 100 кГц в стеклянном «карандашном» корпусе размерами порядка 10х40 мм была выбрана структурная схема (рис. 2, б). Делитель желательно было сделать регулируемым. Были и дополнительные требования: максимальная простота и минимальное энергопотребление.

«Городить огород» из множества микросхем генераторов и делителей, следуя традиционным путем, не хотелось. Немного подумав, автор решил отказаться от «классического» переключаемого делителя частоты и использовать явление захвата частоты, применив вместо делителя простой мультивибратор.

Схема того, что получилось, показана на рисунке 3.

Рис. 3