Главная Промышленная автоматика.

используется включение реактивного сопротивления х. параллельно варикапу.

Как показано в [23], если емкость выбранного варикапа больше определенной нз (10.7), то параллельно варикапу необходимо включить катушку индуктивности, если же емкость выбранного варикапа меньше, то параллельио ему включается конденсатор. В этом случае по (10.7) определяется необходимая емкость варикапа.

Прн наличии реактивного сопротивления, параллельного варикапу, изменение частоты генератора

\ Хп.В / \ Хп,в ]

(10.8)

Из (10.8) н определяется х.в, при котором относительное изменение частоты hflf обеспечивается заданным изменением напряжения иа варикапе « = АЕ/(Ец + фр) и при выбранном значении

приведенного реактивного

/72 If

Рис. 10.3. Схема КГ. управляемого по частоте изменением напряжения иа вари-

сопротивлеиня варикапа JCpH, близким к определенному нз (10.7).

Напряжение смещения на варикапе £„ выбирается, исходя нз заданного его цменення, напряжения источника пнтаиня, уровня напряжения высокой частоты н т. д. При выборе £„ следует учитывать, что крутизна характеристики управления частотой геиер-а-тора возрастает при уменьшении £„, но прн этом возрастает ТКЕ варикапа. Прн малом напряжении смещения необходимо также обращать внимание иа то, воздействием управляющего частоты.

чтобы варикап не открывался под напряжения и напряжения высокой

Прн работе вблизи частоты последовательного резонанса 6=0 последовательно с варикапом необходимо включать катушку индуктивности (рис. 10.3);

(I0-.9)

(Ci Cjj-j-C; Cg-j-Cj Сз) Срн + Ci С; ш" Срн Су с, Сэ

где Ср„ - емкость варикапа при пыбраниом напряжении смещения £,,; Сг и Сз - емкости цепи обратной связи генератора.

Расчет и выбор емкостей Су, С, и Сз подробно рассмотрены в разд. 4.

Важным параметром КГ, управляемых напряжением, является линейность характеристики управления частотой. Для генерато-

ров, управление частотой которых осуществляется изменением иа-пряження на варикапе, нелинейность характеристики управления обусловлена как нелинейной зависимостью емкости (реактивного сопротивления) варикапа от управляющего напряжения, так и нелинейной зависимостью изменения частоты генератора от изменения реактивного сопротивления, включенного последовательно с резонатором.

Нелинейность характеристики управления оценивается коэффициентом нелинейности /С„л 117), отношением максимального отклонения характеристики управления от линейной AAfax « максимальному значению изменения частоты Д/таж> т.е. Кн.ч= A&fmaxAfjnax-

Рис, 10.4. Характеристика управления частотой кг и аппроксимированная линейная характеристика


limx и

Из вариантов аппроксимации нелинейных характеристик управления линейными наиболее целесообразным является вариант, когда аппроксимированная линейная характеристика проходит через точки А/ = О и Д/шах. как показано на рнс. 10.4. Из рис. 10.4 можно определить

АЦглах = Д/ - Д/ = ф (й) - аи.

(10.10)

где Д/ = ф (и) - характеристика управляемого напряжением генератора; Д/ = аи - линейная характеристика, аппроксимирующая реальную; а = Д/таж"тая - коэффициент пропорциональности.

Аналитически коэффициент нелинейности 117] описывается довольно сложным выражением, поэтому для его определения целесообразно построить зависимости ф («) и аи (см. рнс. 10.4) н определить ДД/таж И К„л.

Если /Сил превышает допустимое значение, то необходимо воспользоваться известными способами линеаризации характеристики управления генератора. Наиболее эффективным способом является включение катушкн с определенными значениями реактивного сопротивления н индуктивности параллельно резонатору. В этом случае прн работе вблизи частоты последовательного резонанса =0, и V = 1/2 зависимость частоты генератора от управляющего напряжения (10.4) принимает вид

- - т

i-ph(Vi+ О

xvk )



Определенное из условия минимума коэффициента нелинейности оптимальное значение

Xn=-2xpJ(\-2xpy,). (10.11)

На рис. 10.5 приведена схема управляемого напряжением КГ, в котором для линеаризации характеристики управления применено включение катушки ицдуктивиости L1 параллельно резонатору Пэ1 Управление частотой осуществляется изменением напряжения смещения иа варикапах Д1 и Д2, соединенных встречно-последовательно. При использовании резонатора AT на частоте 15 МГц с. m =

Й8 ISO

A3 S14A

нвшг

TS/cBiozr

CSZ7


о,01

Св 0,01

Рас. 10.5. Схема управляемого по частоте КГ с линеаризацнсЯ характеристики управления включением катушки индуктивности параллельно кварцевому

резонатору

== 4,2-10-, Со = 12,3 пФ обеспечивается перестройка по частоте порядка ±1000 10-° при коэффициенте нелинейности, ие превышающем 2.5%.

Поскольку управление частотой осуществляется изменением напряжения смещения иа варикапе, а емкость варикапа определяется ие только уровнем постоянного иапряже!!ия, по и наприження высокой частоты иа нем, то изменение уровня напряжения высокой частоты на варикапе при изменении напряжения питания генератора и нагрузки приведет к нежелательному изменению частоты генератора. "Это изменение частоты уже будет представлять собой дополнительную нестабильность и приводить к ошибке, если КГ используется в измерительной аппаратуре. Причем если напряжение питания стабилизировано, то ociroBHoe изменение уровня напряжения высокой частоты и, как следстиие, частоты генератора происходит из-за изменения нагрузки.

Для уменьшения влияния нагрузки иа частоту КГ используются различные решения, например буферные каскады, всевозможные регулировки амплитуды. Однако это приводит к увеличению габаритов и потребляемой мощности, что ие всегда желательно. Хорошие результаты по стабилизации амплитуды напряжения высокой частоты дает применение в генераторе стабилизации по постоянному току.

Прн изменении постоянной составляющей тока транзистора изменяется крутизна характеристики коллекторного тока транзистора.


Это приводит к изменению уровня напряжения высокой частоты, в том числе и иа варикапе,, и к изменеиню частоты генератора.

Включение резистора в цепь эмиттера транзистора, т. е. применение автосмещеиия, обеспечивает стабилизацию тока транзистора благодаря отрицательной обратной связи по постоянному току. Обратная связь характеризуется произведением крутизны на сопротивление резистора в цепи эмиттера 5/?э- Поскольку крутизна имеет вполне определенное значение, то для повышения стабильности необходимо увеличивать сопротивления резистора в цепи эмиттера. Но увеличение сопротивления резистора приводит к увеличению падения 1!апряжеиия иа нем, это является фактором, ограничивающим возможности использования данного способа, учитывая невысокие значения напряжения питания.

Наиболее простым и экономичным решением увеличения коэффициента стабилизации схемы по постоянному току является применение вместо сопротивления в цепи эмиттера генератора стабильного тока (ГСТ) на полевом транзисторе, который позволяет повысить коэффициент стабилизации по постоянному току более чем иа порядок

Рис. 10.6. Схема активной части КГ с ГСТ

при паденин напряжения иа нем, не превышающем несколько вольт. В схеме активной части генератора с ГСТ (рис. 10.6) сопротнвленпе резистора R3 определяет напряжение затвор-нсток Мз „ полевого транзистора Т2. В свою очередь, Мз „ определяет ток полевого транзистора Т2 и транзистора 71 генератора. Изменение тока транзистора Т2.приведет к изменению напряжения Ua „ иа резисторе R3, которое вызовет обратное изменение тока транзистора Т1, тем самым поддерживается постоянным ток транзистора.

Помимо требования обеспечения необходимой девиации частоты при заданном управляющем напряжении и коэффициенте нелинейности, ие превышающем определенного значения, к КГ предъявляется и требование обеспечения необходимой стабильности частоты.

Включение варикапа в КГ приводит к тому, что изменение его емкости при изменении температуры, а также из-за старения приводит к изменению частоты генератора.

Для обеспечения возможности работы вблизи частоты последовательного резонанса резонатора, последовательно с ним включается катушка индуктивности. Изменение индуктивности при изменении температуры, из-за старения, при механических воздействиях приводит также к изменению частоты генератора. Свести к минимуму влияние изменения параметров варикапов и катушек нидуктивиостен в интервале температур можно соответствующим выбором температурных коэффициентов емкостей (ТКЕ) цепн обратной связи, включением в частотозадающую цепь генератора дополнительного кои-де1!сатора с определенным температурным коэффициентом емкости .

Температурный коэффициент емкостей обратной связи, значения емкости и ТКЕ дополнительного конденсатора определяются исходя из условия взаимной компенсации изменений реактивных со-



противлении варикапов, иидуктивностен и емкостей в интервале температур.

Свести к минимуму изменение частоты генератора в результате старения элементов можно, как применяй элементы с минимальным изменением параметров во времени, так и осуществляя искусственное предварительное старение. Это достигается выдержкой при повышенной температуре в течение определенного времени и воздействием на ннх температуры прн ее циклическом изменении (термоциклы).

Уменьшенные изменении частоты генератора прн механических воздействиях, в основном свнзанного с изменением положении под-строечников катушек нидуктивностей, достигаются применением различных способов фиксации подстроечников.

Прн выполнении изложенных выше рекомендаций, тщательной конструктивной проработке КГ удается свести к минимуму дестабилизирующее влияние рассмотренных элементов на частоту ге-Иератора. В этом случае стабильность частоты КГ будет близка к стабильности частоты используемого резонатора. Если необходима более высокая стабильность частоты, то применяется компенсация температурной нестабильности частоты. Термокомпенсация была подробно рассмотрена в разд. 7.

Изменение частоты из-за старения корректируетсн введением периодической подстройки частоты, изменение частоты нз-за механических воздействий уменьшается амортизацией резонатора нлн генератора в целом для уменьшения изменения частоты от механических воздействий.

10.3. Генераторы с непосредственной частотной модуляцией

Основные соотношения. Относительное изменение частоты КГ, девиация частоты, прн воздействии на варнкап модулирующего напряжения определяется также (10.4), вкотором и = иу1од/(Ен + Ц>р), т. е. представляет собой приведенное модулирующее напряжение. Помимо обеспечения опрйделенной девиации частоты к КГ с непосредственной частотной модуляцией предъявляется требование минимальных нелинейных искажений модулирующего сигнала, которые обусловлены нелинейностью характеристик варикапа и резонатора.

Коэффициент нелинейных искажений с достаточной точностью определяется выражением

. •*РН 1 •*п.п

•*РН"1"*П.В

При л:п.в= Хп= <х> н V = 1/2 (10.12) унрощаетси: K/~0,25Um(l/2-Xpn). Если искажения больше допустимого значения, то Необходимо принимать специальные меры по нх уменьшению. Нелинейные искажения подробно рассмотрены в [17, 23]. Показано, что наиболее эффективным способом Нх уменьшения является включение катушкн индуктивности параллельно резонатору.

Значение приведенного сопротивления индуктивности

(1 -2ео) ухри

Хп.ъ

Хц =

Хрн + Хп.в

(1 - 2ео) V-PH X

УХрн

.*рн + .*п.в

-ухри(-ео)

\ -PH

1Н + -*П.В /

Хп.-в

+уХрмУ.

ухри , .. J х„,в Y -;-+VPH (•-ео) -;-

XpH-t-Xn.B Xpa-f-Xn.B I

X (1 -е,)

Хп.В VI Г / п.в V

-- еоухря{-]-

Рн + п.в / J L У Хра + Хп.в J

УХрп

-+ухрпИ-ео){ Y

п.в \ Хрп Тп.в /

2 хрп+х„

(10.13)

При во = О, лгп п = °° и V = /2 (10.13) упрощается и принимает вид (10.11).

В данном случае коэффициент нелинейных искажений

1 Г 1 • / Ml / VI

-t"4t-t-(-i:Kt-{--)j-

При интегральном исполнении генератора данный способ не всегда может быть достаточно просто реализован, поскольку параллельно резонатору для уменьшения нелинейных искажений должна включаться катушка с определенной индуктивностью. Прн интегральном нсполненни генератора для уменьшения иелниенных искажений применяют различные способы формировании модулирующего напряжения, обеспечивающие минимальные искажения при нелинейной характеристике управления частотой генератора [17]. Но наиболее эффективным способом является все-такн включение катушки индуктивности параллельно резонатору. Минимум нелинейных искажений получается в этом случае прн использовапни варикапов с У = 1 [23].

Способ осуществления непосредственной частотной модуляции изменением напряжения на варикапе позволяет получить девиацию частоты порядка ± 1000-10-° на частотах выше Ю МГц при использовании резонаторов, работающих на основной частоте, имеющих плоские пьезоэлемёнты. На более ннзкнх частотах, особенно ниже 5 МГц, получение большой девиации частоты затруднительно, поскольку на этих частотах пьезоэлемёнты резонаторов AT имеют форму двояковыпуклой линзы, а другие резонаторы позволяют получить большую девиацию, но имеют во много раз хуже стабильность частоты.

Поэтому иа ннзкнх частотах для получения большой девиации прн высокой стабильности частоты используется выделение разностной частоты двух высокочастотных генераторов с непосредственной частотной модуляцией (рис. 10.7).





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [24] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

0.0034