книги / Радиопередающие устройства
..pdfРис. 3.9. Схема кварцевого автогене- |
Рис. 3.10. Мостовая схема нейтрали- |
ратора с кварцем в цепи обратной |
зации емкости кварцедержателя |
связи |
|
Мостовая схема нейтрализации емкости кварцедержателя С0 приведена на рис. 310. Здесь плечи моста образуются частями катушки LK \]LK2, кварцевым резонатором и нейтродинным кон денсатором CN. Транзистор включен в одну из диагоналей моста. На всех частотах, кроме резонансной, мост сбалансирован, воз буждение на транзистор не поступает и паразитная генерация не возникает. Это можно увидеть, проследив прохождение токов для нерезонирующих частот. Напряжение между точками К а Б яв ляется напряжением на контуре LC. Мгновенная полярность на пряжений для одного полупериода указана на рис. 3.10. Напряже
ние на катушке Ьк\ создает |
ток обратного прохождения по це |
|
пи: от плюса в точке Э, через |
Сф, Сэ, эмиттер — база транзистора |
|
VT, Со кварцедержателя, к минусу в точке Б. В этот же полупе- |
||
риод напряжение на катушке |
LKI создает ток, протекающий по |
|
цепи; от плюса в точке К, через |
CN, база — эмиттер транзистора |
|
VT, Сэ, Сф, к минусу в точке Э. |
Таким образом, токи через тран |
|
зистор направлены встречно и компенсируются. Равенство токов для нерезонирующих частот достигается подбором емкости CN.
На резонирующей частоте баланс моста нарушается. Напря жение возбуждения поступает в цепь базы транзистора, и в схе ме возникает генерация.
Для стабилизации частоты кварц можно включать в индуктив ную ветвь контура, как показано на рис. 3.11. Колебательный контур автогенератора образуется конденсаторами С/—СЗ с ка тушкой L, которая подключается на частоте последовательного резонанса кварца, т. е. когда сопротивление кварца становится ак тивным и минимальным. При закорачивании кварца автогенера тор работает примерно на той же частоте, что и с кварцем. Для подавления паразитных колебаний, которые могут возникнуть в колебательной системе, образуемой колебательным контуром и статической емкостью кварца Со, параллельно кварцу включают шунтирующее сопротивление Яш-
Во всех этих схемах кварц не шунтируется переходами тран зистора и изменение реактивностей транзистора мало влияет на
5» |
1Э1 |
Рис. 3.14. Схема Батлера с повышен ной стабильностью частоты
как показано на рис. 3.13. Эта схема получила название схемы Батлера. Здесь часть напряжения с колебательного контура через кварцевый резонатор подается на эмиттер в противофазе с на пряжением на коллекторе. Этим обеспечивается баланс фаз. Ба ланс амплитуд достигается подбором сопротивления резистора Ra- Чтобы сохранить высокую фиксирующую способность кварце вого резонатора и этим обеспечить высокую стабильность часто ты, необходимо уменьшать сопротивления включаемых в цепь об ратной связи последовательно с кварцевым резонатором резисто ров. Кроме того, надо уменьшать выходное сопротивление кон тура. Достигнуть этого увеличением емкости контура Скi не всег да возможно, так .как при этом уменьшится напряжение обратной связи и не будет выполняться баланс амплитуд.
Создание высокостабильных колебаний в схеме Батлера дости гается включением в цепь обратной связи эмиттерного повтори теля на транзисторе VT2 (рис. 314). Емкость конденсатора VC1 выбирают из условия обеспечения баланса амплитуд, а кварцевый резонатор включают через малое выходное сопротивление эмит терного повторителя, чем обеспечивается высокая фиксирующая способность кварцевого резонатора. Это происходит потому, что в цепь обратной связи последовательно с резонатором не вклю чены большие сопротивления и добротность его определяется в основном сопротивлением только самого кварца.
Достоинство двухкаскадного автогенератора — также просто та нейтрализации статической емкости кварцевого резонатора С0 путем взаимной компенсации сигналов, поступающих на эмиттер транзистора VT1 через емкости С0 и CN.
Преимущество двухкаскадных схем — возможность перестрой ки их с одной механической гармоники на другую путем пере стройки контура в коллекторной цепи на нужную гармонику. В таНих автогенераторах можно получить колебания на гармониках с ^омером до 15-го.
|
а) |
|
.<9 |
Рис. 3.15. Схемы Б. К. Шембеля с кварцем |
|
||
Сравнив |
различные схемы автогенераторов, можно отметить, |
||
что лучшие |
устойчивость |
и стабильность |
обеспечиваются: в ос- |
цилляторных схемах — на |
частотах до 30 |
МГц, в автогенерато |
|
рах с кварцем в контуре — до 90 МГц, по схеме Батлера — свыше 90 МГц.
Схема Б. К. Шембеля с кварцем. В маломощных передатчи ках удобно использовать возбудитель по схеме Б. К. Шембеля, стабилизированный кварцем. Одна из таких схем приведена на рис. 315,а. Самовозбуждение внутренней цепи происходит по двухконтурной схеме автогенератора. Кварцевый резонатор вклю чен между сеткой и катодом лампы. В самовозбуждающейся час ти схемы роль анодного контура выполняет контур L1C1. Роль выходного контура L2C2. Эквивалентная схема самовозбуждения приведена на рис. 3.15,6.
Достоинство схемы Б. К- Шембеля с кварцем — возможность получить стабильные колебания на электрических гармониках кварца путем настройки на них выходного контура L2C2. В таких
схемах можно получить стабильные колебания до |
100 |
150 МГц. |
||||
|
3.5. КВАРЦЕВЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР |
|
||||
|
НА ТУННЕЛЬНОМ ДИОДЕ |
|
|
|||
Положительные |
свойства |
туннельных |
диодов — высокочастот- |
|||
ность, высокая |
стабильность |
эквивалентных параметров, эконо |
||||
мичность, |
малый шум — позволяют применять их |
в |
высокоста |
|||
бильных |
кварцевых автогенераторах. |
Основными |
элементами |
|||
кварцевых автогенераторов в таких схемах являются кварцевый резонатор и туннельный диод. Кварцевый резонатор выполняет роль элемента, определяющего частоту автоколебаний. Туннель ный диод, работая в режиме, соответствующем падающему участ ку вольт-амперной характеристики, выполняет функции двух дру-
134
гих необходимых элементов схемы автогенератора: активного эле мента, поставляющего энергию резонатор, и нелинейного элемен та, ограничивающего амплитуду автоколебаний. Кроме основных элементов автогенератор содержит элементы, связывающие их между собой и согласующие их сопротивления-
Кварцевые автогенераторы на ТД используют в диапазоне от 50 Гц до сотен мегагерц, для обеспечения высокой стабильности частоты.
Кварц, как известно, имеет две основные смежные частоты ре зонанса: частоту параллельного резонанса и частоту последова тельного резонанса. Добротность кварцевого резонатора на этих частотах примерно одинакова, а эквивалентные сопротивления различны. На частотах параллельного резонанса сопротивление КР составляет мегомы, что вызывает большие потери энергии и появление паразитных фазовых сдвигов, приводящих к ухудше нию стабильности частоты. В области частот последовательного резонанса эквивалентное сопротивление КР составляет от единиц до сотен ом. Потери энергии в КР при этом малы, а его высокая добротность обеспечивает высокую стабильность частоты. Поэто му туннельные автогенераторы строят в основном по схемам, ис пользующим последовательный резонанс кварца.
На рис. 3-16 приведена одна из схем кварцевого автогенерато ра на туннельном диоде. В этой схеме кварц Кв включен в ин дуктивную ветвь колебательного контура, образованного индук тивностью LK и емкостью, состоящей из Ск и Сд (Сд — емкость диода). При включении кварца резисторы R1 и R2 будут зашунтированы малым сопротивлением гкв и резонансное сопротивление контура оказывается достаточно большим для того, чтобы выпол нялось условие самовозбуждения.
Резисторы R1 и R2 подбирают так, чтобы при включении ав тогенератора колебания возникали в области мягкого режима, а затем автогенератор переходил к оптимальному режиму.
Кварцевые автогенераторы на туннельных диодах могут быть созданы на частоты до 100 МГц. Частоты выше 100 МГц можно получить в схемах с компенсацией контурной емкости кварцем, как показано на рис. 3.17. Здесь кварц, работающий как индук тивность, компенсирует контурную емкость, образованную конден сатором С. Частота настройки контура в этой схеме должна быть
Рис. 3.16. |
Схема кварцевого автогене- |
Рис. |
3.17 Схема с компенса- |
ратора на |
туннельном диоде |
цией |
контурной емкости квар |
|
|
цем |
|
тоты генератора в пределах 5 ...8 Гц по частоте 5 МГц и восста новление номинальной частоты. С автогенератора сигнал частоты 5 МГц поступает на вход буферного усилителя, выполненного по схеме эмиттерного повторителя на втором транзисторе микросхе мы. С его нагрузки R6 через разделительный конденсатор С7 на пряжение радиочастоты 5 МГц подается на вход усилителя, вы полненного на микросхеме 159НТ1Б по каскадной схеме с по следовательным питанием.
3.7. КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ АВИАЦИОННЫХ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
Стабильность частоты авиационных радиопередатчиков имеет исключительно важное значение для обеспечения надежности свя зи. Требуемая стабильность частоты достигается применением кварцевых резонаторов. Выше была рассмотрена схема кварце вого автогенератора «Гиацинт-М», используемого в радиостанции «Ясень-5С».
На рис. 3.19 приведена схема кварцевого автогенератора ра диостанции метрового диапазона «Баклан-Рн». Автогенератор здесь выполнен по двухконтурной схеме на транзисторе VT1 (2Т306Б). В качестве внешнего контура применен резистор R17. Индуктивная ветвь внутреннего контура образована кварцевым резонатором Кв, емкостная — делителем С7, С9. В индуктивную ветвь контура включен дополнительный контур С5, С4, L, VD1, VD2, предназначенный для температурной компенсации. Высокая стабильность частоты обеспечивается термозависимым потенцио метром, состоящим из резисторов R1—R10 и емкостей р—п-пере- ходов варикапов VD1, VD2. Частота генерации — 6400 кГц. С вы хода автогенератора напряжение поступает на эмиттерный повто ритель, выполненный на транзисторе VT2.
Рис. 3.19, Схема опорного автогенератора радиостанции «Баклан-Рн*
3.8. ДИАПАЗОННО-КВАРЦЕВАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ
Принцип стабилизации. Для обеспечения надежной радиосвязи необходима высокая стабильность частоты. Перестраиваемые LC- автогенераторы могут обеспечивать стабильность частоты при ис пользовании всех способов стабилизации ее порядка (5 ....
10)-10-5. Этого недостаточно.
Отдельные задающие кварцевые автогенераторы могут обеспе чивать стабильность 10-8 10-9. Но такой высокостабильный ав тогенератор совместно с устройствами стабилизации (термостатом- и др.) является очень сложным и дорогим устройством. Поэтому применение его даже при небольшом числе рабочих волн нецеле сообразно.
В передатчиках, работающих на небольшом числе фиксиро ванных волн (N < 1 0 ), применяют кварцевые автогенераторы. По скольку для каждой волны требуется отдельный кварцевый резо натор, такие возбудители называются «кварц-волна». Они обеспе чивают стабильность 10~6. Но и этого оказывается недостаточно.
В настоящее время много передатчиков работает в широком диапазоне частот. И в процессе эксплуатации их требуется быст ро и в широких пределах изменять рабочую частоту, сохраняя точность настройки и высокую стабильность частоты. Поэтому в таких передатчиках применяют возбудители с диапазонно-квар цевой стабилизацией частоты.
Принцип диапазонно-кварцевой стабилизации |
частоты состоит |
|
в следующем. В возбудителе имеется два |
(или |
несколько) авто |
генератораОдин — эталонный, кварцевый |
(опорный), другие — |
|
перестраиваемые. В качестве эталонного чаще всего используют кварцевый автогенератор с нестабильностью 10-7. Частота пере страиваемого генератора устанавливается заданной (рабочей) и затем с помощью дополнительных устройств подстраивается от высокостабильного опорного автогенератора и в дальнейшем под держивается постоянной.
Получить высокостабильные колебания в широком диапазоне частот при непрерывной шкале очень трудно. Поэтому в совре менных передатчиках применяют возбудители дискретной сетки частот. Переход от непрерывного (плавного) диапазона частот к дискретной сетке вызывает ряд эксплуатационных неудобств. Однако если шаг дискретной сетки частот выбрать достаточно малым, то различие между дискретной и непрерывной перестрой ками рабочей частоты оказывается несущественным. Обычно шаг сетки частот принимают 10 или 100 Гц.
Сетку высокостабильных дискретных частот в современных возбудителях получают методом синтеза. Синтезом частот назы вают преобразование колебаний стабильной частоты с помощью простых арифметических операций суммирования, вычитания, де ления и умножения.
Диапазонные возбудители частот, создающие сетку дискретных частот из колебания одной стабильной частоты эталонного квар цевого автогенератора путем серии преобразований (синтеза), на зываются синтезаторами частоты.
Синтезаторы частоты обеспечивают формирование дискретной сетки частот, чистоту .выходных колебаний, а также точность и
быстроту установки рабочей |
частоты. |
частоты определяют |
Технические требования |
к синтезаторам |
|
следующие их характеристики. |
|
|
1. Диапазон рабочих частот /м и н ... /макс |
и коэффициент пере |
|
крытия диапазона /Сд=/макс//миН. Обычно 1,2г^/Сдг£: 100. При /Сд=^ ^ 1 ,2 синтезатор называется узкополосным, при Кл> 1,2 — широ кополосным.
2.Шаг дискретной сетки частот Fc и общее число фиксирован ных частот N. Шагом сетки частот называют интервал между со седними частотами. Внутри шага можно осуществить плавную пе рестройку частоты без понижения стабильности.
3.Относительная нестабильность каждой рабочей частоты, оп
ределяемая опорным генератором. В том случае, когда относи тельная долговременная нестабильность частоты не должна пре вышать значений 10-9 10-10, в качестве опорного автогенерато ра применяют квантовые стандарты частоты.
4. Мощность Рвы* выходного сигнала рабочей частоты. Обыч но Рвы* составляет единицы и десятки милливатт. Уменьшение мощности синтезатора облегчает температурный режим каскадов, что ведет к повышению стабильности частоты возбудителя. Фор мирование сетки и сигналов информации производится при малых уровнях выходного сигнала (доли вольта). Это дает возможность уменьшить амплитуду побочных колебаний, возникающих в про цессе преобразования, а следовательно, повысить спектральную чистоту выходного колебания. В современных возбудителях тре буемая чистота спектра достигается при напряжении полезного
сигнала в выходном колебании не меньше 1,0 |
1,5 В. |
|
|
|||
5. Коэффициент подавления побочных колебаний Д на выходе |
||||||
усилителя, характеризующий |
отношение |
мощности |
Р |
(или на |
||
пряжения) на рабочей частоте к мощности |
Р по б . к о л |
(или напря |
||||
жению) побочных колебаний. Обычно Д > 4 0 |
дБ. |
|
|
|||
Классификация систем ДКСЧ. Системы диапазонно-кварцевой |
||||||
стабилизации частоты различают по методу |
формирования сет |
|||||
ки частот: |
(пассивным) синтезом — гетеродинные |
(интерполя |
||||
с прямым |
||||||
ционные), с |
использованием |
генератора гармоник, декадные; |
||||
с непрямым — косвенным |
(пассивным) |
синтезом — с |
автома |
|||
тической подстройкой частоты.
При прямом синтезе выходной сигнал требуемой частоты воз будителя формируется непосредственно из частоты одного высо костабильного эталонного (опорного) автогенератора путем мно гократных простых ее преобразований — умножения, деления, сложения и вычитания. Заданную составляющую колебаний от
деляют от |
остальных |
узкополосным перестраиваемым |
фильтром |
в селекторе |
гармоник. |
Поэтому основными элементами |
прямых |
(пассивных) синтезаторов частоты являются: сумматоры, умно жители и делители частоты. В этих синтезаторах могут быть и усилительные каскады, но они только усиливают сигнал до за данного уровня, но не производят преобразование частоты.
При косвенном (активном) синтезе выходной сигнал формиру ется самостоятельно в перестраиваемом по частоте автогенерато ре (ПГ), частота которого непрерывно сравнивается с эталонной и подстраивается при помощи систем автоматической подстройки частоты.
Взависимости от способа включения автогенератора синтеза торы разделяют на два вида: компенсационные и кольцевые. В кольцевых синтезаторах имеется кольцо автоподстройки частоты— фазовой (ФАП) или импульсно-фазовой (ИФАП).
Взависимости от типа элементной базы синтезаторы делят на аналоговые и цифровые. В последнее время в связи с развитием цифровой техники чаще применяют цифровые синтезаторы часто
ты. Их строят как по методу активного, так и пассивного синте за. Пассивные синтезаторы делят на двухуровневые и многоуров
невые, активные |
(цифровые синтезаторы) — по схеме с делителем, |
который имеет |
переменный коэффициент деления в кольце |
ИФАП. |
|
3.9. СИСТЕМЫ ДИАПАЗОННО-КВАРЦЕВОИ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ С ПРЯМЫМ СИНТЕЗОМ
Гетеродинный (интерполяционный) метод получения высокоста бильных колебаний состоит в следующем: каждая рабочая часто та /о создается суммированием или вычитанием частот колебаний двух генераторов — кварцевого и перестраиваемогоСтруктурная схема такого возбудителя приведена на рис. 3.20,а. От кварцевого автогенератора (КАГ) сигнал подается на смеситель См. Одно временно на смеситель подается колебание одной из частот от пе-
ПАГ См ПФ
*) |
* ) |
Рас. 350. Структурная схема синтезатора, работающего интерполяционным ме тодом:
а —с одним преобразованием, б -»с двойным преобразованием