В радиолюбительской литературе неоднократно публиковались конструкции кварцевых генераторов с плавной перестройкой частоты, основанные в одном случае на "затягивании" резонансной частоты введением LC-элементов, в другом - на использовании биений сигналов двух генераторов, один из которых с параметрической стабилизацией. И те, и другие широкого распространения не получили, и проблема оставалась открытой.
Автором были испытаны различные генераторы, в которых включенный последовательно с кварцевым резонатором конденсатор переменной емкости сдвигает частоту последовательного резонанса. Оптимальным оказался классический генератор с формой колебаний, близкой к меандру, на логических элементах структуры ТТЛ с низким входным сопротивлением. При сведенных к минимуму начальной ёмкости конденсатора и паразитной ёмкости монтажа частоту генерации удавалось изменять в пределах до ±0,1 %, а для некоторых резонаторов - до ±0,15 %. На микросхемах КМОП-структуры диапазон перестройки меньше и стабильность хуже. Указанного выше интервала перестройки оказалось явно недостаточно для задающего генератора (возбудителя) коротковолнового любительского передатчика. Автор в изготовленном им устройстве использовал биения сигналов двух генераторов, перестраиваемых по частоте переменными конденсаторами так, что частота их колебаний изменяется в разные стороны, благодаря чему диапазон перестройки частоты биений удвоен. Определенный выбор частоты кварцевых резонаторов (приблизительно 10,7 и 12,5 МГц) обеспечил изменение частоты биений при перестройке от 1748 до 1802 кГц, что позволило, после удвоения частоты, полностью перекрыть телеграфный участок 80-метрового любительского диапазона. Диапазон перестройки одного генератора - около 10750... 10775 кГц, другого - 12523... 12552 кГц.
Схема возбудителя показана на рисунке. Каждый генератор выполнен на двух логических элементах микросхемы DD1. Для перестройки возбудителя применен трёхсекционный блок конденсаторов переменной ёмкости от радиостанции Р-105М. Ротор в одной из секций конденсатора повернут на 180° относительно других. Эта секция и одна из оставшихся перестраивают генераторы. Третья секция перестраивает резонансный контур на выходе смесителя микросхемы DA1 [1]. Микросхема DA2 - удвоитель частоты. Генераторы работают в непрерывном режиме. Манипуляцию можно производить по цепи питания смесителя.
Возбудитель собран на плате из фольгированного стеклотекстолита, установленной непосредственно на конденсаторе. Монтаж - навесной, фольга используется только как общий провод. Микросхемы приклеены к фольге клеем "Момент". Паразитные ёмкости цепи выход микросхемы - конденсатор - резонатор - вход микросхемы сведены к минимуму. Чтобы повернуть в одной из секций ротор, следует установить конденсатор в положение максимальной ёмкости и с помощью прокладок из плотной бумаги зафиксировать положение этого ротора в статоре. Место пайки этого ротора с керамической осью прогреть мощным паяльником до расплавления припоя и повернуть ось конденсатора на 180° так, чтобы фиксированная секция сохранила свое положение. Восстановить место пайки.
Возбудитель налаживания не требует, за исключением настройки контура L1 смесителя (должен перестраиваться в полосе частот 1748... 1802 кГц) и контура L3 удвоителя (3496...3604 кГц).
Так как общая стабильность генераторов определяется в основном изменением параметров микросхемы, питать возбудитель желательно от аккумуляторной батареи. Микросхему К1531ЛН1 следует подобрать по наибольшей стабильности частоты. Так как генераторы собраны на одной и той же микросхеме, "выбег" частоты обоих генераторов имеет одинаковый знак и частота биений изменяется незначительно. У изготовленного автором возбудителя нестабильность частоты была равна 2...4 Гц/мин после 15-минутного прогрева. Ширина полосы излучения не измерялась, тон оценивается корреспондентами как "чистый, кварцевый". В генераторах следует использовать высокочастотные кварцы, работающие только на первой гармонике. Гармониковые кварцы могут оказаться непригодными из-за неточности шлифовки, наличия дислокаций или двойников в кристалле, что приводит к появлению "микрорезонансов", приводящим к нарушениям непрерывности перестройки. Частота кварцев не имеет значения, необходимо лишь, чтобы частота биений перестраивалась в необходимых пределах. Полосу перестройки необходимо определять с тем генератором, с которым они будут работать.
Подбор необходимой пары кварцев затруднен, из-за чего может возникнуть необходимость подгонки частоты одного из них. Неоднократно описанные в журнале "Радио" [2-4] способы не позволяют изменить резонансную частоту в достаточных пределах. Уменьшение размеров или утончение контактных покрытий часто приводят к срыву генерации. Обработка йодом не обеспечивает необходимую точность подгонки.
В достаточных пределах частоту кварцевых резонаторов можно изменить предлагаемым ниже способом. Для подгонки необходимо использовать кварц с несколько большей резонансной частотой, чем необходимо. Металлический корпус резонатора (М1 или Б1) необходимо вскрыть. Вначале прокалываем толстой иглой отверстие, предназначенное для откачки воздуха. Затем, держа кварцевый резонатор плоскогубцами за ножки, нагреваем паяльником верхнюю часть крышки до расплавления припоя в месте стыка крышки с держателем. После расплавления припоя крышку осторожно снимают. Затем паяльником убирают излишки припоя с места пайки. Если корпусы резонаторов стеклянные, их спиливают у основания алмазным надфилем, кристалл извлекают и переносят в заранее подготовленный металлический держатель.
Необходимо учесть, что руками кристалл можно брать только за ребра.
Понижение резонансной частоты достигается нанесением электролитическим способом на обкладки резонатора слоя меди. Источником питания служит один сухой элемент, отрицательный электрод которого подключен через резистор сопротивлением 1 кОм к обкладкам кристалла. Положительный электрод (из чистой электролитической меди) - хорошо зачищенный обмоточный провод ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,55 мм, согнутый пополам и, чтобы не царапать кристалл, обмотанный ватой до размера спичечной головки. Электролит готовим на дистиллированной воде (можно использовать конденсат из холодильника), растворив в нескольких миллилитрах воды около 50 миллиграмм чистого медного купороса. К раствору добавляем 3...4 капли чистой концентрированной серной кислоты. Положительный электрод, завернутый в вату, обмакиваем в электролит и с легким касанием круговыми движениями водим по электродам кристалла. Толщина покрытия определяется визуально по степени покраснения поверхности (предварительно следует экспериментально подобрать ток и концентрацию серной кислоты на металлической поверхности подобной обкладки до получения почти блестящего покрытия).
При нанесении медного слоя следует периодически измерять частоту резонатора. Перед измерением кристалл ополаскиваем дистиллированной водой и протираем ватным тампоном, смоченным спиртом, желательно изопропиловым. Процесс наращивания следует прекратить, как только частота генерации станет ниже необходимой.
После точной подгонки кристалл протираем спиртом, надеваем крышку и пропаиваем шов. Затем крышку следует равномерно прогреть на газовой горелке до температуры 80...100°С и при этой температуре запаять отверстие в крышке. Это исключает конденсацию оставшихся паров воды на поверхность кристалла.