Главная Промышленная автоматика.

Генератор выполнен по емкостной трехточечиой схеме на транзисторе Т1. Частота/i определяется частотозадающсй цепью Пэ1, С1, L1, Д1; частота /2 - Пэ2 С2, L2, Д2. Модулирующее напряжение подается на варикапы Д1 и Д2. Варикапы включены в часто-тозадающие цепн таким образом, что девиация разностной частоты равна сумме девиаций частот fi н /г-

Прн использовании варикапов с v = 0,5 нз (10.6), определяющего изменение частоты генератора при изменении напряжения сме-


Рис. 10.7. Схема управляемого по частоте КГ с выделением разностной частоты

шеиня иа варикапе (при подаче па него модулирующего напряжения с учетом того, что «„, < 1), можно получить приведенную девиацию частот fi II /2:

-Г «1 /1

I 1

- «т2--«=,2 +

рн, X

1 1 V

При подаче одного модулирующего напряжения на оба варикапа и одинаковом начальном смещении на ннх «„ц = Uf„2 = "m. если при этом равны еще и приведенные значения начальных сопротивлений варикапов, что, вообще говоря, и выполняется прн использовании в качестве Д1 и Д2 варикапов одного типа и в качестве резонаторов Пэ1 и Пэ2 резонаторов одного среза, суммарная девиация частоты

Aeo6m=Ai + A2=-"mJfpH-0,125«2A:p„ - 0,25и, . (10.15)

Если «п, = t/ni cos £2/, то (10.15) после несложных преобразовании преобразуется:

Агобщ== --im cos О-- Щп Рп-Рп cos 2Q/-

-n. - -i- i/3, xl cos Qt .

(10.16)

Первый и пятый члены выражения определяют девиацию разностной частоты на основной частоте модулирующего сигнала Ае, второй член - сдвиг разностной частоты при подаче модулирующего сигнала Аво, третий и четвертый члены - девиацию частоты второй Aei и третьей Дз гармоник модулирующего сигнала.

Коэффициент нелинейных искажении модулирующего сигнала

(10.17)

Kf =1/Дг + Дг+... /Ае. Подставив в (10.17) значения Ае, Ае2 и Дз, нз (10.16) полу-

чаем

(10.18)

1 +

- 2 1-3

Используя (10.12) и (10.18), можно определить выигрыш в коэффициенте нелинейных искажений прн формировании низкочастотного частотно-модулированного сигнала выделением разностной частоты двух высокочастотных сигналов с непосредственной частотной модуляцией:

-J-p:i][l+-Uf,xl,lYl+Ul,t>>

Анализ (10.19) показывает, что при уменьшении Хр„ (по абсолютной величине) выигрыш уменьшается н при д:р„ О, В 2 преувеличений JCpi, выигрыш растет. При изменении Um наблюдается незначительная зависимость выигрыша по нелинейным искажениям.

Формируя низкочастотный частотпо-модулйроваинын сигнал выделением разностной частоты двух высокочастотных сигналов с непосредственной частотной модуляцией, необходимо особое внимание обращать на стабильность разностной частоты. При идентичных ТЧХ пс"ходиых частот Д и /2,- т. е. когда выполняется условие = А/2/2. относительная нестабильность разностной частоты /р равна относительной нестабильности исходных частот, т. е.

Д/р р = Д/1 1 = Д/2 2.



Если условие Л/1 1 = AfJfi ие выполняется, то прн разных знаках Afi и Д/г нестабильиость разностной частоты возрастает.

Температурная нестабильиость частоты КГ с непосредственной частотной модуляцией, как у опорных генераторов, компенсируется термозавнсимым изменением напряжения смещения на варикапе. Однако здесь возможны два варианта: компенсация термозавнсимым изменением напряжения на варикапе, с помощью которого осуществляется частотная модуляция, или же использование для этой цели дополнительного варикапа.

При использовании варикапа одновременно и для непосредственной частотной модуляции и для термокомпенсации происходит изменение девиации частоты. Как показал анализ, проведенный в [23], изменение девиации обусловлено изменением напряжения смещения иа варикапе при осуществлении термокомпеисацнн, что приводит к изменению емкости (приведенного начального сопротивления jcp„) варикапа и приведенного значения модулирующего напряжения Ujn, и изменением начальной отстройки частоты генератора относительно частоты последовательного резонанса резонатора.

Для V = 1/2, eg = О, = лгц.в = °° относительное изменение девиации частоты за счет изменения указанных величии определяется следующими выражениями:

\ f /-РН

- (Д /)н т

1 +- (Д /)н

•(Д /)н

1 +- (А /)„ т

(10.20)

(10.2!)

(10.22)

где (Mlf)a - компенсируемая нестабильность частоты.

Оценив по (10.20)-(10.22) относительное изменение девиации частоты, можно сделать вывод о допустимости использования варикапа одновременно н для частотной модуляции и для компенсации температурной нестабильности частоты. Если изменение девиации превышает допустимое значение, то для осуществления термокомпеисации включается дополнительный варнкап. В данном случае относительное изменение девиации, обусловленное компенсацией температурной нестабильности частоты, определяется лишь изменением начальной отстройки, т. е. нз выражения (10.22).

Частоту КГ в процессе эксплуатации целесообразно корректировать также с помощью варикапов, что позволяет это делать дистанционно. Если генератор представляет собой функционально законченный герметичный блок, коррекция частоты с помощью варикапа особенно удобна, поскольку не требует нарушения герметичности блока, как это требуется при коррекции частоты с помощью, допустим, перестраиваемой катушкн индуктивности.

Корректировать частоту можно изменением смещения кйк На варикапе, с помощью которого осуществляется модуляция, так и на варикапе, с помощью которого осуществляется компенсация температурной нестабильности частоты, если для этой цели используется отдельный варикап. При этом относительное нзменеияе девиации частоты или дополнительная температурная нестабильность ТККГ определяется также по (10.20)-(10.22). Прн этом вместо (Д /)н подставляется относительное отклонение частоты, выбираемое при проведении коррекции.

Кроме того, при определении дополнительной температурной нестабильности ТККГ необходимо учитывать изменение ТКЕ варикапа нз-за изменения напряжения смещения.

Из [102] известно

где ТК фр - температурный коэффициент контактной разности потенциалов фр, типичное значение ТК Фр порядка -3-I0- K~; ТКв - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.

По данным [901 для кремниевых варикапов ТКе = 120 - 150 X X 10-" К-*, по данным [30] его значение несколько больше: 200- 10~в К-*. Изменение ТКЕ варикапа при изменении напряжения смещения приводит к изменению ТЧХ генератора: прн уменьшении напряжения смещения ТЧХ генератора разворачивается по часовой стрелке, при увеличении - против. Анализ различных вариантов коррекции изменения частоты КГ показал, что нз-за изменения ТКЕ дополнительная температурная нестабильность ± (0,5- 1,5)10-.

Конструктивно КГ с непосредственной частотной модуляцией могут быть выполнены самым различным образом, в зависимости от требований к параметрам. Они могут быть частью общего тракта устройства и размещаться на общей печатной плате с остальными каскадами; представлять собой функционально законченные блоки, выполненные с применением дискретных корпусных элементов или бескорпусных элементов и интегральной технологии.

Пример расчета. Исходные данные: частота / = 15 МГц; девиация частоты ± 5 кГц при модулирующем напряжения Ицод 2,5 В; коэффициент нелинейных искажений- К/ 5%; напряжение питания 12 В ± 20%.

1. Выбираем резонатор AT, работающий на основной частоте. Параметры резонатора = 40 Ом; т=4-10-; Со = 5,5 пФ.

2. Выбираем транзистор КТ324, крутизна характеристики которого при токе коллектора 1-2 мА составляет 35-50 мА/В.

3. Определяем управляющее сопротивление генератора

R,j = 1/SYi (0) = 1/(35-10-3-0,2) = 143 Ом.

Сопротивление Ry определено для минимального значения крутизны 35 мА/В и коэффициента запаса по возбуждению Кэ = 5 (Vi (в) = 0,2).

4. Находим значения емкостей обратной связи генератора

1 = V/k/SVi (6) /(ft = 1/40/35• 10-• 0,2• 0,4 = 120 0м,

т. е. Сз „ 91 пФ; = КХ = 0,4-120 = 48 Ом, т. е. Сб-э = = 220 пФ.



5. Как следует йз исходных данных, минимальное напряжение питания 9,6 В, максимальное 14,4 В. Для уменьшении изменения частоты генератора от измеиення напряжения питания необходима стабилизация напряжения питания.

Поскольку минимальное напряжение питания 9,6 В, то уровень стабилизированного напряжения обычно составляет 6-8 В. Такой уровень обеспечивается стабилитронами КС168А. Амплитудное значение модулирующего напряжения равно 2,5 X 1,41 = 3,525 В, поэтому для предотвращения открывания варикапа модулирующим напряжением и напряжением высокой частоты выбираем напряжение смещения на варикапе равным 5 В. Приведенное значение модулирующего напряжения = 3,525/(5 + 0,5) = 0,641.

Из (10.6) находим

. т

5000/15-106

5000 10в

(У 1+0.641- 1) мкость варикапа г

.(Г-5.5/0.71

V фр+£и I \ о.

0,5-4.10-

= -0,71

Определяем емкость варикапа прн напряжении смещения 4 В: С=-С„/.р„(» 0,5 + 4

= 8,56 пФ.

Из серийно выпускаемых варикапов такую емкость можно обеспечить, используя последовательное соединенн? двух варикапов, КВ 112Б (емкость 12-18 пФ прн напряжении смещения 4 В). Для удобства схемной реализации используем встречно-последовательное соединение, когда варикапы соединяются последовательно в частотозадающую цепь генератора и параллельно по отнощению к модулирующему напряжению н напряжению смещения.

Из (10.9) определяем индуктивность катушки, которую необходимо включить последовательно с резонатором для обеспечения йозможиости работы вблизи частоты последовательного резонанса резонатора. Находим для двух граничных значений емкости варикапов КВ112Б значение индуктивности

220-(6 9)- lO-+Ol .(6 ~ 9) • 10-"+220.91.10"*

~ (2.3,14.15.l06)-(6-f-9).220.91.l0-« ~

= 20,5-14,ЗмкГн.

Среднее значение индуктивности i-cp = (20,5+ 14,3)/2= 17,4 мкГн. Катушка индуктивности должна быть перестраиваемой с коэффициентом перекрытия ± 20%, т. е. при среднем положении подстро-ечника должна обеспечиваться индуктивность 17,4 мкГи, прн введенном подстро.ечинке 20,5 мкГн, при выведенном (индуктивность катушки без подстроечника) 14,3 мкГн.

Можно использовать и неперестранваемую катушку с индуктивностью 20,5 мкГи, а номинальное значение частоты устанавливать

измепением емкости конденсатора, включенного последовательно с катушкой индуктивности. При индуктивности 14,3 мкГн номинальную частоту устанавливать изменением емкости конденсатора, подключаемого параллельно катушке индуктивности. Вместо конденсатора в обоих рассматриваемых вариантах можно использовать и дополнительный варикап. Подробно этот вопрос рассмотрен в [23].

Из (10.10) определяем коэффициент нелинейных искажений /Су = 0,25«т (1/2 - лгрн) = 0,25-0,641 .(0,5 + 0,71) = 0,194. т. е. коэффициент нелинейных искажений равен 19;4%, что значительно превышает значение, заданное в исходных данных (5%). Для уменьшения К/ подключаем катушку индуктивности параллельно резонатору. Приведенное сопротивление индуктивности опреде-


Рис. 10.8. Схема частотно-модулнровапного КГ с открытым входом

ляем нз (10.11): = - 2XpJ\\ - 2дСр„) = 2.0,71/(1 + 2-0,71) = = 0,587, Поскольку = (oI/IATcJ = й)21Со, то L = xJfuCf,; Li = 0,587/(6,28-15-106)2-5,5.10-12 = 12 мкГн.

Проверяем коэффициент нелинейных искажений с учетом включения параллельно резонатору катушки индуктивности. Используя (10.14) для V - /2, е„ = О к Хць = <», получаем

К, = 0,25ищ [1/8 - 0,25xp„ (1 - l/jc„) + 0,25хр„ (1 - I/x„)l =

= 0,25-0,6412-[0,125 + 0,25-0,71 (I - 1/0,587) + 0,25-0,71 X

X (1 - 1/0,587)2) = 0,0064.

Таким образом, включение катушки индуктивности параллельно резонатору позволяет уменьшить коэффициент нелинейных искажений до 0,64%, т. е. обеспечить требования по нелинейным искажениям.

Для предотвращения паразитного «озбуждення через катушку индуктивности Ll необходимо последовательно с ней включить резистор. Сопротивление резистора обычно не превышает 150-300 Ом, конкретное значение определяется в процессе экспериментальной отработки макета генератора.

Схема генератора приведена на рис. 10.8. Экспериментальная проверка макета подтверждает результаты расчета. Девиация Д/ =





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