Красим… кварц, или как изменить частоту кварцевого резонатора в домашних условиях

При работе на фиксированной частоте, например на таких передатчиках как мой 10W one-valve 80m CW transmitter (приведённый здесь на фото), часто приходится страдать от неожиданно появившихся на этой частоте помех, деваться от которых, просто, - некуда, услышав станцию, дающую общий вызов чуть ниже по частоте, по той же причине, невозможно вызвать. Увод частоты с помощью КПЕ, спасает, порой, положение, но кардинально не решает проблемы. Что тут необходимо, так это ГПД, но, если усложнения Вам не импонируют, тогда можно обойтись набором кварцевых резонаторов.

У меня уже был установлен в передатчике резонатор на частоту 3,560 МГц - на международную частоту вызова для QRP-станций и мне захотелось ещё и заиметь частоту общего вызова клуба FISTS - 3,558 МГц. Достоинством двух рядом стоящих частот я считаю и то, что без включения CW-фильтра в приёмнике можно следить и за соседней частотой и, при появлении там станций, переключить кварц в передатчике и вызывать. К сожалению, кварцевые резонаторы на частоту 3,558 МГц достать невозможно. Их необходимо заказывать, что при единичных заказах на изготовление влетит в копеечку, альтернативный путь подразумевает самостоятельную подгонку частоты приобретённого резонатора.

Как же быть с керамическими резонаторами? Они работают стабильно, хотя немного хуже, чем кварцевые и могут быть больше "утянуты" по частоте с помощью реактивных элементов. Керамический резонатор на 3,579 МГц, конечно же, позволит перекрыть интересующий участок диапазона. Я попробовал проверить это на своём одноламповом передатчике, но, увы, - результат оказался отрицательным. Изначально, мощность, рассеиваемая на резонаторе (кварцевом или керамическом), оказалась довольно большой, - ведь это же ламповая схема и резонатор греется. При нагревании резонатора происходит неприемлемый уход частоты, который приводит и к "чириканию". При нажатии на ключ, можно слышать уход частоты на несколько сотен герц в первую секунду.
(Отсюда вывод: керамический резонатор, да ещё с уводом частоты не годится - UA9LAQ).
Идея подстройки частоты кварцевого резонатора восходит к статье Richard'а Wells'а G0RXH 'Penning Down' Crystals, опубликованной в журнале SPRAT #99. В статье Richard рекомендует выбирать частоту резонатора выше необходимой, вскрыть его корпус и нанести слой несмываемых чернил на пластину с помощью маркера для понижения частоты её резонанса.

Существует два типа металлических корпусов кварцевых резонаторов: заваренные и запаянные. Те, что запаяны, могут быть легко вскрыты, распаяны, а вот заваренные придётся распиливать. К несчастью, те, которые я смог купить оказались заваренными и, похоже, технология у их производителя отработана, и они её менять не собираются… Я приобрёл два резонатора на частоту 3.579545 МГц - такие встречаются часто, так как они используются в телевизионных блоках цветности.

При распиловке корпуса резонатора, мне не повезло, может пила виновата, может, - руки…, но всё, чего мне удалось добиться, так это порвать один из соединительных с выводами проводников, пока не понял, что пластина круглая, а корпус прямоугольный, в углах есть свободное место и пилить нужно с учётом этого обстоятельства, углы напротив выводов я раскусил кусачками. Можно вообще пользоваться одними кусачками, но нужно быть очень и очень осторожным, одно неверное движение и пластина резонатора окажется повреждённой. Интересно отметить, что внутри корпуса имеется диэлектрическая оболочка (для защиты пластины от попадания фрагментов при сварке корпуса и устранения микрофонного эффекта - UA9LAQ).

На рисунках можно видеть тот резонатор, с которым я занимался. К счастью, я купил два резонатора (первый с оборванным проводником удалось - таки подключить в конце концов, см. ниже, припаять новый проводник к серебряному покрытию пластины не повредив резонатор, практически, невозможно).

Следующим этапом нужно спаять какую-либо простую схему кварцевого генератора. Я всегда использую одну и ту же схему на 74LS04, приведённую здесь и взятую с моей странички Huff & Puff stabiliser . В этом случае я не использовал подстроечного конденсатора для увода частоты. Для частотных измерений использовался обычный частотомер, например: Frequency Counter. 

Это, пожалуй, всё, что потребуется для этой тонкой операции. Сперва я осторожно поставил на поверхность кристалла маленькую чернильную точку. Генерация прекратилась, но возобновилась, как только чернила высохли. Всё получилось, как было задумано: частота понизилась! (Люблю, когда теория совпадает с практикой). Правда, не совсем. Прошло немного времени, и я замазал всю поверхность пластины несмываемыми чёрными чернилами, но частота так и не дотянула до значения 3,558 МГц. Я положил второй слой чернил и опустил частоту кварца до 3,553 МГц (В статье же сказано, что сразу угодить на нужную частоту тяжело).

Ну, а теперь пойдём не по статье, а по моему собственному опыту. Намочив небольшой кусочек хлопчатобумажной ткани жидкостью для снятия маникюрного лака, который я усугубил у жены, я стёр им немного чернил. Частота ускочила на 3,565 МГц. Опять: немного чернил и жидкостью, - после нескольких операций мне удалось - таки, установить частоту 3,558 МГц с точностью до 100 Гц. Прекрасно. Жидкость для снятия лака состоит в большинстве своём из ацетона и может быть использована не только для удаления лака с ногтей.

В конце концов, пора подумать и о новом корпусе для свеже- перестроенного кристалла. Я изобразил его прямоугольной формы из односторонне-фольгированного стеклотекстолита. Можно, конечно, попробовать спаять и останки сварного корпуса. На рисунках можно найти конечный результат. Корпус вдвое больше прежнего, не герметизированный, не вакуумный, но резонатор работает и работает неплохо и можно с гордостью нанести на корпус его новую частоту.
Отметьте, что это - резонатор, у которого порван проводник из-за неудачных действий пилой. Один из проводков, идущих от пластины, припаян прямо к корпусу (мне удалось это сделать), это - нижний на соответствующем рисунке, теперь корпус резонатора будет являться одним из его выводов.

После обустройства нового корпуса вокруг резонатора, его частота сдвинулась на несколько сот герц, она ещё немного сдвинулась, при установке в передатчик, так как ёмкости (в том числе и паразитные) в схеме передатчика оказались другими, нежели у микросхемы проверочного генератора. Коррекцию частоты в передатчике можно осуществить по шкале приёмника, частотомера или методом нулевых биений с ГСС или с сигналом гетеродина приёмника, учтя ПЧ. Для этого, сразу не запечатывайте резонатор намертво, оставьте съёмной крышку. Доводку частоты до нормы производите также, как указано выше: с помощью чернил, каждый раз пробуя устанавливать крышку на место.

Я уже провёл много QSO на и вблизи частоты 3,558 МГц, используя описываемый кварц. Как хорошо иметь ещё одну запасную частоту, на которую можно, при случае, убежать, если на частоте 3,560 МГц, вдруг, появятся помехи. Каких либо неприятных явлений от наличия сухих чернил на поверхности кварца я не обнаружил. Выходная мощность передатчика осталась прежней, как и до перестройки на частоте 3,560 МГц. Стабильность частоты осталась той же, а диапазон увода частоты немного увеличился. Я получил много похвал за чистоту передаваемого сигнала, как до, так и после изменения частоты.

Большое спасибо Richard'у Wells'у G0RXH за его статью в SPRAT, также Radovan'у Vlacilik"у OM2ZZ, который подсказал мне, что такая статья существует.

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень март, 2005 г

P.S. Эта статья не о передатчике с фиксированной частотой, а о ещё одном способе воздействия на частоты резонанса кварцевых резонаторов.