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 fo (черная линия на нижнем рисунке) и ее третью гармонику — частоту 3fo (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
В калибраторе применена всего одна, простая, дешевая и совсем недефицитная микросхема К561ЛА7 или К167ЛЕ5 (в данном применении они полностью взаимозаменяемы, и разводка выводов одинакова). Калибратор содержит два автогенератора, собранных по стандартной и хорошо зарекомендовавшей себя схеме. В каждом использовано по два элемента 2И-НЕ микросхемы (всего их четыре).
Слева — кварцевый генератор. Работает он так: пусть напряжение на выходе второго элемента (вывод 4) «подпрыгнуло» вверх до уровня логической единицы. Это изменение передается через кварцевый резонатор на входы 1 и 2 первого элемента, он переключается, и на его выходе 3 устанавливается логический нуль. Поскольку выход 2 напрямую соединен со входами второго элемента 5 и 6, то на его выходе 4 фиксируется высокий уровень единицы. Но кварцевый кристалл, возбужденный импульсом, совершает свои собственные колебания, и через половину периода напряжение на левом выводе кварца понизится и переключит оба логических элемента. Напряжение на выходе 4 «прыгнет» вниз, «подбросит» энергии в кварцевый кристалл и останется низким еще половину периода. Потом процесс повторится.