Главная Промышленная автоматика.

= ± 5 кГц обеспечивается при модулирующем напряжении «мод - = 2,2 В, коэффициент нелинейных искажений ие превышает 1%.

В рассмотренном варианте генератора для получения заданного значения емкости использовано встречио-последовательное соединение двух варикапов. Иногда, особенно когда емкость варикапа незначительно отличается от определенион расчетным путем, для получения заданного значения девиации частоты при заданном модулирующем напряжении используется включение реактивного сопротивления параллельно варикапу.

Если емкость варикапа меньше заданной, то параллельно ему включается конденсатор, при емкости варикапа больше заданной параллельно ему включается катушка индуктивности

яз 51 к

Гу1 Ji

а301в

r7 7s0

0,033

сз 510

\510\ НИ 2 -i-

0,033

с4 300

r5 r\Rej£

15к \}l,8i<

дапА

с7 17

Рис. 10.9. Схема управляемого по частоте КГ с индуктивностью, параллельной

варикапу

При включении катушки индуктивности параллельно варикапу необходимо соблюдать условие X > Хри на частоте генерации, при \Х\ = Хр„ резонансная частота контура, образованного индуктивностью и емкостью варикапа, равна частоте генератора, и генерация невозможна.

Прн \Xi} < Хр„ контур на частоте генерации имеет индуктивную реакцию, прн этом увеличиваются потери в цепи резонатора, увеличивается коэффициент нелинейных искажений.

Схема генератора с катушкой индуктивностн, параллельной варикапу, приведена на рис. 10.8. При индуктивности 12 мкГи крутизна характеристики управления возрастает более чем в 2,8 раза по сравнению с тем, когда катушка индуктивности параллельио варикапу ие включается.

10.4. Генераторы с частотной манипуляцией

Рассмотрим схемы КГ с частотной манипуляцией, которые позволяют обеспечить скорость манипуляции до нескольких десятков тысяч бод с разносом частот манипуляции, составляющим несколько процентов при высокой стабильности частоты.

Кварцевые генераторы с частотной манипуляцией являются разновидностью КГ, управляемых по частоте. Особенности работы КГ с частотной манипуляцией рассмотрены в [17, 6, 101]. Прн частотной маинпуляцин, в отличие от частотной модуляции, необходимо получить и передать два значения частот маиипулиции, соответствующих посылке отжатия /о и посылке нажатия /„. Основными параметрами КГ с частотной манипуляцией являются: значения частот манипуляции /„ и /„; разнос между частотами манипуляции /о - /н и -скорость манипуляции - число элементарных посылок, передаваемых в одну секунду.

Самым простым способом осуществления частотной манипуляции является применение двух КГ, частота одного из которых равна частоте посылки отжатия /о, а второго - посылки нажатия /„. При низкой скорости манипуляции можно получить частотно-маин-пулнрованнын сигнал с помощью двух генераторов, частота одного нз которых равна /о, а другая /„, и коммутации их по цепи питания. Время установления колебаний в генераторе t - AQ/f, где t - время, мс; Q - добротность резонатора; / -- частота, МГц; А --коэффициент, зависящий от потерь, вносимых элементами генератора в цепь резонатора, и запаса по возбуждению; обычно А = = 0,2 -f 0,5.

Данный способ можно применять прн скорости маинпуляцин, бод, не более

N < 500/MQ. (10.23)

При этом время установления колебаний не превышает 1/4 длительности элементарной посылки. Из анализа (10.23) вытекает, что при таком способе скорость манипуляции ие превышает 100--150 бод.

Примерно такую же скорость манипуляции можно обеспечить, применяя переключение резонаторов в одном генераторе.

Наиболее высокую скорость манипуляции можно получить при переключении двух КГ по выходному напряжению. В данном случае оба генератора находятся в рабочем состоянии, а их выходы с помощью специальных ключей коммутируются на нагрузку.

Недостаток такого способа частотной манипуляции - сложность ключей, с помощью которых осуществляется манипуляция, так как они должны обеспечить необходимое подавление частоты /„ прн передаче посылки, соответствующей частоте /„, и, наоборот, подавление частоты /н при передаче посылки, соответствующей частоте /о-

Общим недостатком двух рассмотренных выше способов частотной маинпуляцин является то, что телеграфирование осуществляется с разрывом фазы посылки отжатня и нажатия, а это приводит к расширению спектра частотно-манипулированного сигнала.

Наиболее широкое применение в настоящее время получил способ частотной манипуляции изменением реактивного сопротивления, включенного в частотозадающую цепь генератора. Причем реактивное сопротивление изменяется электронной коммутацией конденсаторов нлн катушек нидуктивностей нлн изменением напряжения смещения на варикапе.

На рис. 10.10 приведена схема КГ, в котором манипуляция осуществляется подключением индуктивностн L1 параллельно конденсатору С2, включенному последовательно с резонатором Пэ1, с помощью диода Д1. Частота посылки отжатия обеспечивается при закрытом диоде Д1, когда с ключа подается положительное напряжение,



забирающее диод. Это напряжение должно превышать подаваемое на диод иаприженне с делителя R1, R3. Значение частоты отжатня определяется емкостью конденсатора С2, номинальное значение устанавливается с помощью катушки индуктивности L2. Посылка нажатня формируется, когда напряжение, поступающее иа днод Д1 с ключа, равно нулю, н диод Д1 через резистор R4 и ключ соединяется с корпусом. Диод Д1 открывается напряжением с делителя R1, R3, катушка индуктивности L1 подключается параллельно конденсатору С2. При этом обеспечивается индуктивный характер реактивного сопротивления контура L1C2.

1,5к

rz глх

\r5 R3 В8\

С4 U«,r

С8 510

С5 0,01

Qrs 10к

о Kim

Рис. 10.10. Схема КГ с частотной манипуляцией нзменсннсм реактивного сопротивления

Из условия обеспечения работы генератора на частоте отжатня емкость

Сг=-Со{/о{1-ео)-/к[1+0,5т1-ео)г-ео1}/{-Ы.

где е„ - приведенная начальная отстройка частоты генератора относительно /к до включения в генератор конденсатора С2.

Для обеспечения работы иа частоте нажатия /„ необходимо

Со {/и (1-ео)-/к [1+0,5яг (1-ерР-ер]}+(/„-Ы (С2 + С3)

~ сй2Сз{(/„-ЫС2 + {/„(1-го)-/„[1+0,5т(1-еоГ-ео]}

(10. 24)

Учитывая, что конденсатор СЗ разделительный, т. е. его емкость С» > Сг, выражение (10.24) можно упростить:

ii = (fn-/.<)/o) {{A.-W С2+{/„ (1-ео)-

-/„[1+0,5т(1-ео)-ео]}

Номннальное значение /„ устанавливается изменением индуктивности Ll, поэтому катушка L\ должна быть перестраиваемой. При номинальных значениях элементов, приведенных иа рис. 10.10,

и прн использовании резонатора AT с m = 4-10-», Со = 10 пФ, /к = ЮМГцобеспечнвается разнос частот манипуляции Л/= ЮкГц.

Схема проста в регулировке, позволяет осуществлять манипуляцию со скоростью несколько сотен бод, не требуя стабилизации напряжения питания.

Более высокую скорость манипуляции можно получить, если осуществлять манипуляцию изменением уровня напряжения смещения на варикапе, включенном в генератор (рнс. 10.11). Напряжение смещения подается иаварнкап с делителя R1-R4. Посылка отжатня формируется прн разомкнутом резисторе R4, это обеспечивает вы-


RZ 1Тэ1

ш1 Off

----1

---оКтч

Рис. 10.11. Схема КГ с частотной манипуляцией изменением уровня напряжения на варикапе

сокнй уровень напряжения смещения иа варикапе Д1. Номинальное значение частоты посылки отжатня /о устанавливается с помощью резистора R4.

Для формирования частоты посылки иажатия /„ резистор R4 закорачивается с помощью ключа. Номинальное значение частоты иажатия устанавливается с помощью катушки индуктивности L1. Причем при регулировке генератора сначала ключ замыкается н устанавливается с помощью Ll частота потом прн разомкнутом ключе с помощью R4 устанавливается частота fo для предотвращения изменения частоты при регулировке /„ и наоборот.

Частота посылки отжатня

/о = /к( 1 -

где jCyo= Xi + X

+ *С2 +

1-л:

•уо /

Ci

(10.25)

= 2nfoLi/\XcJ-приведенное реактивное сопротивление катушки индуктивности L1; Хр„о-- приведенное реактивное сопротивленце варикапа- при напряжении смещения, соответствующем посылке отжатня.

Переход с частоты отжатня иа частоту нажатия, осуществляемый изменением напряжения смещения на варикапе, обеспечивается изменением Хр иа

A*=(H-W/(l-«o) Wn-h)-0.5mf„ (l-o)].

(10.26



где «о = (/о - /к)/0,5т/к - приведенная отстройка частоты отжатня относительно частоты последовательного резонанса резонатора.

С другой стороны, изменение jCp„o на Ах обеспечивается изменением напряжения смещения на варикапе от Еах До Егп-

Ах=Хрпо(УТ+й-1), (10.27>

где и = (Emin - Етах)НЕтах + фр) - приведенное изменение напряжения смещения на варикапе.

Минимальное напряжение смещения выбирается таким, чтобь* варнкап не открывался под действием напряжения высокой частоты; обычно Ejnin =1-7-1,5 В. Максимальное напряжение Еахг выбирается обычно близким к напряжению питания нлн к стабилизированному напряжению, как на рнс. 10.11. Это позволяет получать максимальный перепад напряжений прн переходе от f„ к н обеспечить заданный разнос частот манипуляции прн максимальной емкости варикапа, что, в свою очередь, уменьшает дестабилизирующее влияние изменения емкости варикапа нз-за старения, а также от механических н климатических воздействий на частоту генератора.

Порядок расчета элементов цепн управления прн частотной манипуляции изменением напряжения смещения на варикапе следующий:

нз (10.26) находится Ах;

нз (10.27) прн выбранных значениях Я; " Еах находится

по найденному значению XpQ определяется заданная емкость, варикапа при напряжении смещения 4 В: Срн = - Со X

+ V(Emax + Фр)/(4В + Фр)/д:р„о;

нз (10.25) определяется Худ и по известному значению Хуо находятся Xij и /,].

Прн манипуляции изменением напряжения смещения на варикапе скорость манипуляции может достигать нескольких десятков: тысяч бод. Прн этом должны предъявляться жесткие требования к моночастотности резонатора. Разнос частот манипуляции может быть (1000-2000)-10"*. Для обеспечения большего разноса частот манипуляции применяют другие способы и схемные решения получения частотно-маинпулированного сигнала.

В [6] описан КГ с частотной манипуляцией, в котором частота отжатня н нажатия формируется благодаря некратностн частот основного колебания резонатора и колебаний высших порядков. Резонатор в таком генераторе возбуждается на частоте колебания п-го порядка, что может соответствовать частоте посылки отжатня нлн нажатия в зависимости от параметров резонатора эта частота может быть как меньше, так и больше умноженной в п раз частоть» основного колебания.

С помощью электронного ключа в генераторе производят соответствующие переключения н обеспечивают фазовые соотношения на основной частоте. Схема такого генератора приведена на рнс. 10.12. Генератор собран по емкостной трехточечной схеме на транзисторе Т2 прн разомкнутом ключе и закрытом диоде Д1, контур L2C5 настроен так, что фазовые и амплитудные соотношения выполняются для определенного порядка колебаний. Причем для колебаний более низкого порядка этот контур имеет индуктивную реакцию, т. е. фазовые соотношения не выполняются, а для колебаний более вы-

сокого порядка не выполняются амплитудные соотношения. Прн замыкании ключа параллельно конденсатору С5 включается конденсатор С8 (конденсатор СЮ - блокировочный, т. е. его емкость Сю » Cg и ее можно не учитывать), частота настройки контура понижается, что обеспечивает фазовые и амплитудные соотношения для колебания более низкого порядка. Такой способ частотной манипуляции позволяет получить разнос между частотами манипуляции в несколько процентов прн высокой стабильности частоты и высокой скорости манипуляции.

Перспективным направлением, особенно с учетом развития интегральной технологии, является применение в КГ с частотной манипуляцией специальных резонаторов. На одном пьезоэлементе раз-


Рис. 10.12. Схема КГ с частотной манипуляцией изменением фазовых соотношений

мещаются два акустически связанных резонатора, частоты которых равны соответственно fa и fn- Акустическая связь позволяет осуществлять манипуляцию с большой скоростью, габаритные размеры генератора получаются минимальными. Данный способ частотной манипуляции является частотным случаем многочастотных КГ и подробнее рассмотрен в разд. 11.

Для повышения температурной стабильности частот посылок отжатня н нажатия fa и /н широко применяется термокомпенсация. Отличительной особенностью, по сравнению с опорными генераторами, здесь является то, что термокомпенсация должна быть иа двух частотах, характеризующихся различными отстройками относительно частоты последовательного резонанса резонатора. Здесь и далее будем рассматривать вариант реализации генератора с частотной манипуляцией, когда манипуляция осуществляется изменением реактивного сопротивления в частотозадающей цепн генератора.

При частотной манипуляции переключением нидуктивностей нли емкостей наиболее целесообразно стронть генератор по функциональной схеме, приведенной на рнс. 10.13. В данном случае используется одни термозависимый потенциометр для компенсачИИ темпе-





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

0.0037