Управление РЧ колебаниями генераторов (Управление радиочастотными колебаниями генераторов), страница 2

тур генератора фи атом пОлучить большее изменение 'астОты тем 11 легче, чем менью выходная моцность и добротность колебательного ~".,с ят ура пере страивае мого ге не рат ор а ° Келинейние искажения при ЧМ данным способом обусловлены не- лине""вностьВ зависимости реактивных параметров управляемого эле- ~.сита от модулируюцего напряжения ~или тока), а максимальная девиа- ..;' ция частоты ограничивается допустим' ьж уровнем нелине' ° ннх искаженийе Основным недостатком зтогс способа Ч;д является невозможность получепия больыоИ девиации частоты, а также значительное увеличение по~ерь в колебательном контуре автогенератора за счет потерь, вносимых управляемым элементом, которые приводят к уменьшении контурного ЫЛ и, как слсдствие, к снижению выходной моцности и стабильности частоты автогенератора.

Наибольшее практическое примснение в генераторах с Ю находят частотннме модуляторы на вари- капах.:~астотная модуляция изменением .::азового сдвига в цепи обратной связи ~трети!'. способ) регулируется параметрами цепи обратно. связи таким образом, что Фаза ее коз.л~ициента передачи изменяется при изменении управляйщего напряжения ~рис. 1.7,а) ° ~ качестве цепи обратной связи с управляемыми параметрами могут использоваться управляемые Фазовращатели л.ооого типа. Рнс. 1.7 На рис. 1.7,б представлена схема генератора с ЧМ ВЧ-диапазона, в котором в цепи обратной связи автогенератара на транзисторе~7 ч включены три последовательно соединенных ЯС -фазовращателя, в которых в качестве управляемых сопротивлений Я использованы выходные сопротивления эмиттерных повторителей на транзисторах ~'7~ ~7~ , у~~ .Под действием мадулирующега напряжения и й~ изменя- 3Р ются управляемые сайративления К и, следовательно, изменяется сдвйг фазы в цепи обратной связи д~„, который на несущей частоте должен составлять 6О~ на каждый яЕ' -$азавращатель.

В соответствии с уравнением баланса фаз частота автокалебаний изменяется таким образом, чтобы сумма фазовых сдвигов в кольце обратной связи автогенератора сохранялась кратной 2А",. Лостоинствам этого способа ЧЫ является повышенная линейность статической модуляционной характеристики генератора.

Общими недостатками прямого метода ЧМ являются ухудшение стабильности частоты и малые значения девиации частоты. В основе к о с в е н н о г о и е т о д а ЧИ лежит вазможность преобразования фазавой модуляции в частотную в соответствии с ~1.6). При этом частотная модуляция осуществляется в генераторнам каскаде с ФИ с предварительным интегрированием мадулирующега колебания. Структурная схема реализации ЧМ косвенным методом показана на рис. 1.1,б. Основным преимуществом косвеннога метода ЧЫ является возможность получения высокой стабильности частоты несущих колебаний, т.е. средней частоты с ~~, , которая в этом случае определяется стабильностью частоты кварцевого генератора. Высокая стабильность частоты Ы~ обусловлена отсутствием воздействия модулятора на задающий генератор.

Лля увеличения девиации частоты, а значит, и индекса модуляции, при 'й могут быть применены различные способы. Наиболее простым и э$$ективныа способом является умножение частоты частотномадулированного колебания, как показано на рис. 1.8, где = й~р/гу . 0днако этот способ имеет принципиальный недостаток, связанный с тем, что на заходе умножителя частоты с увеличением девиации частоты и индекса модуляции одновременно увеличивается и частота несущих колебаний Йа рис.

1.9 представлена схема генератора с ЧЫ, в катаром увеличение девиации частоты сопровождается понижением частоты несущих колебаний. 3 данном генератарном каскаде на выходе смесите- зана на рис. 1.1О, можно многократно увеличивать девиацию частоты (я индекс модуляции) в й ~ и и т д~ раз~ Ограничения девиа ции лстат выходного сшгнала определяются здесь ы лине.'~н;:,ми иск~~с1 инины кахар ю возрастают па мере увеличения числа ~множите лей и смесителей из-за искажения спектра частотна-ыадулируемого колебания. 1.5. ТРЛНЖ1СТОР1К4 ЧАСТОТНО-2ОДУЛ~ЮУ~,МЫ ГЕНЕРАТОР С ВАРЛЫПОМ Схема транзисторного .астатна-модулируемага генератора с вадикапом показана на рис~ 1, 11.

Ч-и асужествл~ется пряиым мстодам путем изменения емкости контура ~" ~~ (1. 19) где С, — собственная емкость контура; С~ - емкость варикапа; г,' ф~ с~ - емкость, вносимая варикапом; ~~ - козФфициент включения варикапа, апределяеииИ как отношение амплитуды высокочастотного напряжения на варикапе О~ к амплитуде напряжения на контуре авт о ге не рат ара ~~~ Я Рис.

1.11 В режиме запертого р - г~ -перехода емкость варикапа определяется выражением С~=Я~~Р ~-~.) (1.2О) где ~~„- контактная разность потенциалов; и. - напряжение обратного смецения' ~ — показатель степени зависяции ат технологии изготовления варикапа; Я вЂ” константа, определяемая начальной емкостью варикапа при нулевом напряжении смешения на переходе. Большинство вмпускаеммх промышленностью варикапов обладает резким р -п -переходом с у = 1/2.

При обратном смешении варика- пы обладают стабильными параметрами и высокой добротностью Ц~ (Ц~ до 100) на частотах 100-200 МГц.Ц~ может быть определена на рабочей частоте,у' из выражения: ф~=Як~С~ ~~~, где ~у ™. сопротивление потерь варикапа, включенное последовательно с емкостью ~.'~ . Варккапы характеризуются также малым положительным температурным коэффициентом емкосСк ти (ТКЕ) ((1...2) 10 1/град) и малыми шумами. Эквивалентная схе- ма варикапа с учетом паразитных параметров корпуса (индуктивности выводов ~„ и емкости корпуса С„ ) показана на рис. 1.12. Все паразитные параметры ослабляют воздействие варикапа на частоту генерации, поэтому основные требования к конструкции варикапа сно- -в дятся к тому, чтобы м.~„~'-МС~), С„~С~ .

На частотах выше 5...10 ГГц выполнение этих требований затруднительно, поэтому в схемах используются бескорпусные варикапы, особенно в иикрополосковых конструкциях. Зависимость (1.20) и диаграм- Рис. 1.15 рикапа ~У не обходима 1б ма действующих на варикапе напряжений показаны на рис.

1.13, где Ы~ — постоянное напрязение смещения; ~Уу — амплитуда моделирующего напряжения; Е7~ — амплитуда высокочастотного напряжения;Е~ ~ - максимально допустимое напряжение на варикапе (напряжение пробоя). Пределы изменения емкости варикапа, характеризующие его управляющее действие, определяются соотношением 0 й У~р~уф' При сс >~~ ~~ наступает пробоИ р - п -перехода,при и ~ 0 р — п -переход открывается, что приводит к резкому снижению добротности варикапа.

Лля максймального изменения емнОсти' ва выбирать из соотношения 'Разложив (1.27) в степенной ряд, получим где коэФ$ициент присо5У~ .;арактеризует Отклонение емкости варикапа От начального значения с~, на частоте модуляции, а коэффициент при с~~ЯРй — Отклонение емкости варикапа на частоте, равной удвоенной частоте модуляции. йо аналогии с (1.16) и (1.17) на основании (1.28) находим следуйцие значения Отклонения емкости Барикапа ~Ус ф и коэффициента нилине:!Б"х иска.;.енпй /~[,- .д ~".~ — —,~"~сс С ~,, ~1.29) '" уЧЕтОМ Д.29) СОатно.нЕНИЕ (1.26) ПрЕОбраэуЕтСя К СЛЕдухцЕиу Биду: ! — ~ = —,ИЖ~ (1.51) Так как ~~~=,мЦ , то с учетом (1.21) соотношение (1.22) мощно представить в виде ~/у "~' ~ 1-,и) .

Отсюда с учетом (1.25) ЮутюК следует, что А~ ~ ~К„~~-,и) Ы рог3 /3 ЕУ,„. На основании этого соотношения н принимая, что Е' =Г2црР,, гне ~7,р - добротность и характеристическое сопротивление контура, Ф', — колебательная мощность генератора, из (1.51) получим выражение для максимальнок девиации частоты:~~ ~ "~ ' " . Здесь /а,Ь .Ф, -„,г ~~ й~ ~~я г (1.52) Из ~1.5") следует, что далмация частоты пропорциональна у" и С' о,~ и убывает '; увеличением мощности ~ и добротности контура автогенер=тора 4~ » С ростом ~~ до некОтОрого паксимального значения (л „ = '[[5) девиация частоты увеличивается, Однако, как следует из ,~..5':: „ при этом возрастает коэфйициент аделине'::.ых 'скаженил ~ .

.ак как А;, обычно бывает задан и ограничен некотооц"' допустимым значением У~.~, , то с учетом (1.5ь') удобнее ( .52) представить в следующем виде: 4 Я М» х Г [[д у 7рое ~ [[ с$ К 1 — — к — ° (1 55 »[~~у) ~~р р Рд»» ~ ~[ ф Рд»» Выражение ~1.55) позволяет оценить девиацию частоты в частотно-модулируемом генераторе с варикапом при известных параметрах генератора, варикапа и заданном коэффициенте нелинейных искажений. Варикап, подключенный к колебательному контуру автогенератора, оказывает сильное дестабилизирующее влияние на частоту и амплитуду колебаний.

При этом основными причинами нестабильности частоты являются: нестабильность источника напряжения смещения С~ вари- капа, зависимость емкости варикапа от темперэтуры (ТКЕ), нелинейность вольт-парадной характеристики варикапа, из-за которой средняя за период модулирующего колебания емкость варикапа отличается от начальной емкости С~, в статическим режиме. Основной причиной нестабильности амплитуды колебаний, приводящей к появлению паразиткой АМ, является изменение эквивалентного сопротивления контура генератора в соответствии с модулирующим сигналом.