Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Количественно уровень шума автогенератора оценивают мощностью, содержал( щейся в некоторой достаточ- но малой полосе частот Ь~ш, д д т г отстоящей от г на частоту Р а) А (рис. 4.15, б). Для различных радиотехнических систем ваРнс. 4.16. ЭнеРгетический спектР шУма жен уровень АМ либо ЧМ. (а) н выходных колебаний автогенератора (б) мощности проводят отдельно для каждого вида шума. Амплитудные шумы. Если колебания автогенератора пропустить через амплитудный детектор, то на его выходе получим амплитудный шум, мощность которого можно измерить с помощью анализатора спектра или селективного микровольтметра. Обычно уровень АМ-шума оценивают величиной (дБ) м (") )гам (Р) = 10)я ) вых где Рам — мощность АМ-шума в полосе Л)". = ! Гц, отстоящей от частоты генерации гр на величину Р; Р,„„— выходная мощности автогенератора. Типйчные значения йдм для АЭ, применяемых в генераторах, составляют — 100 ...
— 180 дБ/Гц при отстройке от ~р на Р = — !О ... 100 кГц. Частотные шумы. Пропустив колебания с выхода автогенератора через частотный детектор, получим частотный шум, который можно оценить величиной (дБ) ~ чм (") йчм(Р) =- 1018 —, ) вых где Рчм — мощность ЧМ-шума в полосе Л) = 1 Гц, отстоящей от ур на частоту Р. Обычно йчм = — 80 ... — 140 дБ/Гц при Р = = 10 ...100 кГц, т. е. уровень частотного шума выше, чем амплитудного. 136 Мгновенный ток на выходе частотного детектора 1„„пропорционален отклонению частоты колебаний от средней !р. Так как мощность Рчм пропорциональна !х„, то среднеквадратйческое отклонение частоты 6! пропорционально )ГРчм.
Иногда уровень ЧМ-шума оценивают величиной 6!(Р) при измерении мощности шума в полосе 1 Гц, отстроенной на Р от частоты генерации !р. Можно показа- зать, что обе характеристики ЧМ-шума: Рчи)Р, „„и 6! (Р) — связаны соотношением Р ям (Р) 'Р,„, =- 16! (Р) !Ю Фазовые шумы. Зная частотный шум, легко рассчитать уровень фазового шума, воспользовавшись соотношением между мгновенной частотой ы и фазой ф колебаний: ф (!) == 1' ы (!) б!. Так как мгновенный ток частотного детектора пропорционален отклонению частоты колебаний от среднего значения, то интеграл от него пропорционален отклонению фазы.
Для измерения уровня частотного шума его пропускают через узкополосный фильтр с полосой Л!„„настроенный на частоту Р. Ток на выходе узкополосного фильтра может быть представлен в виде ! (!) = ! (!) сох (И + ср (!)), где ! (!), ~р (!) — случайные, медленно меняющиеся функции времени; $1 =- 2пР. Если в первом приближении не учитывать изменения ! (!) и ч~ (!), то после интегрирования получим заряд д (!) (И)) гйп (11! + ~р). Так как амплитуда ! пропорциональна девиации (максимальному отклонению) частоты, то 7/Й пропорциональна девиации фазы. Итак, если известно среднеквадратическое отклонение частоты 6! (Р), то аналогичное отклонение фазы может быть рассчитано по формуле бф (Р) =- 6! (Р)/Р.
Величина бф измеряется в радианах (или градусах) и определяет среднеквадратическое значение случайных изменений фазы колебаний автогенератора при измерении фазового шума в полосе 1 Гц, отстроенной от средней частоты 7р на величину Р. Стационарный режим колебаний при наличии шумов. Если представить шумы независимым генератором шумового тока 7„, (!), имекяцего случайную амплитуду и фазу, то эквивалентная схема автогенератора имеет вид рис. 4.16.
По первому закону Кирхгофа ! (!)= — )'„()„+ 1', (7„или )'„= — 1', + 7,„!(7„. Полученное выражение есть условие существования стационарного режима авто- колебаний при наличии шумов. Найдем амплитуду и частоту колебаний, воспользовавшись методом годографов (рис. 4.17). Как видим, стационарный режим колебаний соответствует не точке пересечения годографов — г',(У,Д и У„(ы), а точкам ! и 2, одна из которых расположена на годографе — У, ((7,,) и определяет амплитуду колебаний, а другая— на годографе У„(а) и определяет частоту колебаний. При слу- 137 чайном изменении амплитуды и фазы вектора l„,/У„(штриховые линии на рис.
4.17) амплитуда и частота колебаний в автогенераторе являются случайными функциями времени. требования к автогемератору. Анализируя рис. 4.17, установим требования к автогенератору, при которых шумы оказываются минимальными. 1. Для снижения уровня амплитудных и частотных шумов необходимо: применять малошумящие АЭ (с минимальной амплитудой шумового тока Iш); применять режимы АЭ с возможно большей амплитудой напряжения Уа, иа выходных электродах АЭ (при этом уменьшается отношение Ап/Уаы Рис. 4.17. Определение стационарного режима колебаний прн наличии шумов Рнс. 4.16.
Эквивалентная схема автогенератора при наличии шумов поскольку (ш слабо зависит от Уаг); проектировать колебательную систему таким образом, чтобы угол пересечения годографов — )' (Уаг) н ун (ы) был близок 90'. 2. Для уменьшения уровня амплитудных шумов нужно обеспечить режим работы АЭ, соответствующий наибольшему значению производной б )оа!~б (~аг. 3. Для снижения уровня частотных шумов следует использовать колебав) бательную систему с возможно большей производной — "~, т е. добротды (нр' ность нагруженного резонатора должна быть по возможности большой. 138 й 4.8. Транзисторные автогенераторы Наиболее простой автогенератор, выполненный на транзисторе, содержит один колебательиый контур. Схемы одноконтурных автогенераторов различаются способом осушествления внешней обратной связи.
На рис. 4.2 показана схема с трансформаторной обратной связью. Однако наиболее просто реализуются схемы с емкостной (рис. 4.18) или индуктивной (рис. 4,19) обратной связью. В схеме рис. 4.!8 напряжение обратной связи снимается с емкости С„а в схеме рис. 4.19 — с индуктивности Ех. Перекрешивание проводов обеспечиваегфазу, необходимую для создания положительной обратной связи. Для получения высокостабильных колебаний предпочтительна схема с емкостной обратной связью. Напряжения ит и и, здесь снимаются с емкостей, сопротивления которых, как известно, падают с ростом частоты. В результате, содержание высших гармоник в напряжениях и (1), и,(1) в схеме рис.
4.18 существенно меньше, чем в схеме рис. 4.19. Для снижения уровня гармоник в схеме с индуктивной обратной связью индуктивности обычно шунтируются дополнительными емкостями. Таким образом, схема рис, 4.19 справедлива лишь на основной частоте колебаний. Используем методику, изложенную в 9 4.2 — 4.5, для анализа транзисторных автогенераторов. Введем следующие параметры: усредненную по первой гармонике переходную крутизну АЭ -с л -1 1 Ях = )„!()т„(4.15) " -Г~ р С,~ лз +-,,~ лз где 1„, (/т, — комплекс- гхжг ные амплитуды первых гармоник выходного тока и управляющего напряже- н) 9 ния АЭ; Рнс. 4.18. Схема автогенератора с емкост- коэффициент обратной ной обратной связью (а) н ее более комсвязи пактное нзображенне (б) К, =Отх/У„, (4.16) где ()ах — комплексная ам- к плнтуда первой гармоники л г гхаж выходного напряжения АЭ.
"а лз г " ~ и, Если для простоты пренебречь шунтирующим л влиянием АЭ на колеба- гу тельный контур, то, как видим из рис. 4.18, б, и„,=)„.„,~()»С,), 'и„,=- л) )' )г С ~ Рнс 4.19. Схема автогенератора с ннлуктнв- нонтх ()м е) ~д~ ной обратной связью (а) н ее более ком- I„,„„ — комплексная ам- пактное нзображенне (б) плитуда первой гармоники кентурного тока. Подставив ()т, и О„, в (4.16), получим К„= — Кою где К„= Сз)С . (4.1 У) Аналогично, для схемы рис.
4.19 К„= ).х/).а. (4. 18) Как видим, при сделанном допущении К„не зависит от параметров АЭ. Подставив в выражение У', = 1„1()„амплитуду тока !ах из (4.15) и амплитуду напряжения (l„из (4.16), получим У а = 81 Кос. (4.19) 139 Условия существования стационарного режима колебаний. Учитывая (4.19), условие существования стационарного режима колебаний (4.4) запишем в виде 5, К.,г„= — 1, (4.20) где 2„= 1)ӄ— сопротивление колебательного контура в точках подключения выходных электродов АЭ. Сомножители в (4.20) могут быть представлены в показательной форме: 5, = 5, е'чв, К„= Косе'то~, 2„= У„е'ч .
В этом случае (4.20) эквивалентно двум уравнениям 5,К„г„==- 1, (4.21) Ч'з+Ч~ос+срк=я(2т — 1), т= — 1, 2, 3, ... (4,22) Уравнение (4.21) обычно называют балансом амплитуд, а (4.22)— — балансом фаз. В 9 4.6 для увеличения стабильности частоты было рекомендовано применять такие режимы работы АЭ, при которых мнимая часть выходной. проводимости У, равна нулю.
При этом генерация происходит на резонансной частоте резонатора, когда ~р„=- О, и (4.22) упрощается: ~р, + гр„= н (2т — 1). Наиболее просто этот баланс фаз достигается в том случае, когда 1„(1) и и (1) сннфазны, т. е. ~р, = 0 (это можно осуществить, применяя цепь коррекции), а и (1) и и, (1) противофазны (~р„= и). Тогда У, = 6„В, — — О, где Оа 5г Ког. (4.23) Устойчивость стационарного режима обеспечивается выполнением условия (4.10). Условия самовозбуждения. Представим условия самовозбуждения (4.11) и (4.12) в форме, удобной для анализа транзисторных аатогенераторов. Так как б, = б, при малых амплитудах, т.
е. и -о 0„, ' аи„' ю !О,) =5К„„ (4.24) где 5 = й„!би„— крутизна переходной характеристики АЭ. Так как 5) О, то условие (4.11) выполняется при правильном выборе фазы коэффициента обратной связи, т. е. ~с„= н (положительная обратная связь). Условие (4.12) принимает вид 5К„) О„. (4. 26) Для надежного возбуждения колебаний нужно„чтобы неравенство (4.26) обеспечивалось с запасом: 5К„=(3 ... 6) 0„. (4. 26) !40 режим транзистора по постоянному току определяется напряжениями источников питания Е, и смещения Е,„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
