Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 206

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

пряжения, так и за счет увеличения уровня других частот­ ных поправок из-за уменьшения эквивалентной доброт­ ности колебательной системы, а также за счет увеличения ТКЧ контура. Эти недостатки будут проявляться тем зна­ чительней, чем больше осуществляемый варикапом коэф­ фициент перекрытия по частоте.

Итак, рассмотрены вопросы, связанные с управлением частотой автогенератора, в котором активным элементом схемы является биполярный транзистор. Изложенный спо­ соб регулирования частоты пригоден и для автогенераторов, работающих на полевых транзисторах. Однако напряжение UB в этом случае будет больше, чем при автогенераторе на биполярном транзисторе, поэтому трудности в получении достаточно малых значений коэффициента тс возрастают.

 

Рассмотрим теперь случай, когда схема, приведенная

на

рис. 3.40, представляет автогенератор,

модулированный

по

частоте низкочастотными колебаниями

с частотой F =

= Q/2n. Применительно к данному случаю выражение (3.48) можно представить в виде

CoF =

і

,

(3.146)

 

£ 1 / 2 ( l + m F s i n Q z ) i / 2

 

 

где

ntp = Uf/E

 

(3.147)

 

 

— коэффициент модуляции емкости варикапа; UF — на­ пряжение низкой частоты, действующее на р-п переходе варикапа.

На метровых и дециметровых волнах, на которых обычно осуществляется частотная модуляция, легко выполнимо условие

 

mF<0,l.

(3.148)

Тогда выражение (3.146) можно представить в виде

 

CoF —

^ 1 — ^ є і п ш ] .

(3.149)

 

El/2

 

При этом изменяющаяся из-за модуляции величина емко­ сти варикапа будет

ДСвг< = ^BmFsmQt/2E1'2,

(3.150)

191

или согласно (3.144) величина девиации частоты составит

 

 

A / m

=

/п trip С,п

=

/., ffib-G'•

 

 

 

 

(3.151)

 

 

 

/ m

 

4 ( С І 0 ф С 1 в )

 

4С 1 В

 

 

 

 

 

 

 

Для модуляции по частоте автогенераторов, работающих на

полевых транзисторах, хорошие результаты дает

схема

реактив­

ного

транзистора

(рис. 3.41)

Согласно

работе

|2]

входная

емкость

транзистора

определится

как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С в х = С с 5 р / ? р / ( 1 ^ ( / 4 ) ,

 

 

 

 

 

(3.152)

 

 

 

 

 

 

 

 

где

S p ,

/ ? р

= Р р / с о С р -

 

 

 

 

 

 

 

 

крутизна

 

характеристики

 

 

 

 

 

 

 

 

и резонансное

 

сопротивле

 

 

 

 

 

 

 

 

ние

контура

в

цепи

сто

 

 

 

 

 

 

 

 

ка

реактивного

транзи

 

 

 

 

 

 

 

 

стора;

Сс — емкость

меж

 

 

 

 

 

 

 

 

ду

затвором

 

и

истоком, в

 

 

 

 

 

 

 

 

которую

входит

емкость

 

 

 

 

 

 

 

 

затвор — исток

транзисто­

 

 

 

 

 

 

 

 

ра

(при этом

должно

вы­

 

 

 

 

 

 

 

 

полняться

 

условие

С с <

 

 

 

 

 

 

 

 

« C P ) ; < / ~ ( l - c o 2 Z . p C p K > p -

 

 

 

 

 

 

 

 

коэффициент,

 

характери­

 

 

 

 

J .

 

X

 

зующий

расстройку

кон­

 

 

 

 

 

 

 

 

тура

реактивного

транзи­

Рис.

3.41.

Принципиальная

схема

 

стора

от

частоты

автогене­

реактивного полевого

транзистора

 

ратора; со — частота

моду­

 

 

 

 

 

 

 

 

лируемого

 

автогенератора;

<Ур — добротность

контура, для получения

большей

равномерности

девиации частоты

по

диапазону не

должна

быть

значительной

« ? р < Ю).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Собственную

частоту контура

реактивного

транзистора не­

обходимо выбирать вне диапазона частот, перекрываемого автоге­ нератором. При этом для схем автогенераторов с емкостной связью эта частота должна быть выше, а для трехточечной схемы с частич­

ной

индуктивной

связью — ниже диапазона частот, перекрывае­

мого автогенератором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

 

 

 

1.

К а м е н е ц к и й

Ю

 

А.

Эквивалентные

схемы

кристал­

 

лических триодов. В сб. «Полупроводниковые приборы и их

 

применение»,

под ред

Я. А. Федотова,

вып. 2.

Изд-во «Совет­

 

ское

радио»,

1957.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Ш и т и к о в

Г.

Т. Стабильные

диапазонные

автогенераторы.

 

Изд-во «Советское

радио»,

1965.

 

 

 

 

 

3. Ф е д о т о в

Я.

А. Основы

физики полупроводниковых при­

 

боров.

Изд-во

«Советское

радио»,

1964.

 

 

 

 

4.

С п и р и д о н о в

Н.

С ,

В е р т о г р а д о в

 

В.

И. Дрей­

 

фовые

транзисторы Изд-во

«Советское

радио»,

1964.

5.

P a g

e

D.

F .

A design

basis for junction transistor circuits.

 

Proc.

I R E , 1958, v.

46, № 6.

 

 

 

 

6.

Ч e л H о к о в

С.

А. Стабильность

частоты автогенераторов

 

на полупроводниковых триодах. В сб. «Полупроводниковые

 

приборы

и их применение», под ред. Я. А. Федотова, вып. 6.

 

Изд-во

«Советское радио»,

1960.

 

 

 

 

7.

Г р о ш к о в с к и й

Я.

Генерирование

высокочастотных

ко­

 

лебаний и стабилизация частоты. Пер. с

польского, под ред.

 

Б. К. Шембеля. Изд-во иностранной

литературы,

1953.

 

8.

Д а н л э п

У.

Введение

в физику

полупроводников.

Пер.

 

с англ., под ред. В. Л.

Вонч-Бруевича.

Изд-во

иностранной

 

литературы,

1959.

 

 

 

 

 

 

9.С е в и н Л. Полевые транзисторы. Изд-во «Советское радио», 1968.

10.И г у м н о в Д . В. Работа полевого транзистора при малых уровнях тока. В сб. «Полупроводниковые приборы и их приме­ нение» под ред. Я. А. Федотова, вып 22. Из"д-во «Советское радио», 1969.

П . Л ь в о в и ч А. А.,

Г е й с м а н Ю. В. Высокостабильные

кварцевые генераторы

на туннельных диодах Изд-во «Связь»,

1970.

 

12.Л а г у т и н В. К. Колебательный контур, перестраиваемый нелинейной емкостью. Изд-во «Энергия», 1964.

4.КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ

4.1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ

Стабильность частоты относится к одному из основных параметров, характеризующих работу автогенератора при воздействии на него дестабилизирующих факторов. Все более жесткие требования к стабильности частоты (порядка Ы 0 ~ 6 - ^ Ы 0 ~ 1 0 ) , предъявляемые при проектировании со­ временных радиотехнических устройств различного назна­ чения, во многих случаях удается удовлетворить при помощи кварцевых автогенераторов, в которых основным стабили­ зирующим элементом является кварцевый резонатор.

Трудности получения заданной стабильности генери­ руемой частоты при большом сроке службы радиотехни­ ческих устройств объясняются не только старением элемен­ тов генератора и жесткостью требований к стабильности и воспроизводимости частоты. Значительно препятствуют по лучению высокостабильных колебаний ударные и вибра ционные нагрузки, влажность и температура, изменяющиеся в и ироких пределах, изменения напряжений источников пи тания и непостоянство нагрузки автогенераторов. Поэтом)

современный высокостабильный

кварцевый

автогенератор

на полупроводниковых приборах

помимо

активного

эле

мента (транзистор или туннельный диод), кварцевого

резо­

натора и деталей схемы автогенератора должен содержать:

—буферный каскад — усилитель, который благодаря слабой связи с автогенератором и рациональному режиму, уменьшает влияние изменений нагрузки на работу генера­ тора и, следовательно, на генерируемую частоту;

—систему амортизации, обеспечивающую ослабление вибрационных и ударных нагрузок;

—влагозащитное устройство, либо исключающее про­ никновение влаги в объем, где помещен кварцевый гене-

194

ратор (герметизация), либо уменьшающее влияние измене­ ний влажности на параметры элементов схемы (влагостой­ кие покрытия);

—стабилизированный источник питания или оптималь­ ную схему автогенератора, обеспечивающие ослабление влияния нестабильности питающих напряжений;

— системы термостатировапия и термокомпенсации, минимизирующие влияние частотно-температурных харак­ теристик кварцевых резонаторов и дестабилизирующих эле­ ментов схемы автогенератора на частоту и амплитуду авто­ генератора при изменении рабочей температуры.

К системам стабилизации питающих напряжений, термостатирования, термокомпенсации, амортизации в схемах высокостабильных кварцевых автогенераторов предъяв­ ляются сравнительно высокие требования. Например, от­ носительная нестабильность источника питания во многих случаях должна быть не хуже &Е/Е ± I - Ю - 3 , а изменение температуры резонатора не должно превышать сотых и да­ же тысячных долей градуса при изменении температуры ок­ ружающей среды на ±50° С для обеспечения суточной не­ стабильности термостатированного кварцевого автогене­ ратора не хуже А/// < 5 • 10 ~8 .

В зависимости от назначения кварцевого автогенератора требования к узлам, входящим в автогенератор, изменяются, но всегда остаются достаточно жесткими.

Кроме того, в состав автогенератора могут войти и дру­ гие узлы. Например, в управляемых (перестраиваемых по частоте) автогенераторах появится элемент перестройки, в автогенераторах с ударным возбуждением — формирова­ тель импульсов и разделительный мост, а в автогенерато­ рах сетки стабильных частот, так называемых датчиках множества частот, может оказаться необходимым применять серию кварцевых автогенераторов, преобразователей часто­ ты, фильтров и систем фазовой и частотно-фазовой авто­ подстройки частоты (ФАП, ЧФАП), работающих в непре­ рывном или импульсном режиме.

Таким образом, можно заключить, что круг вопросов, которые необходимо решить при создании кварцевого авто­ генератора, весьма обширен. Некоторые вопросы, решае­ мые при разработке кварцевого автогенератора, выходят за рамки настоящей книги и здесь не рассматриваются. К ним относятся: амортизация кварцевых генераторов, защита их от влияния влажности и стабилизация питающих напряже-

ний. Вопросы же проектирования датчнкор множества ча­ стот достаточно подробно изложены в 11].

В данной главе будут рассмотрены характеристики и па­ раметры кварцевых резонаторов, по существу определяющие стабильность частоты кварцевых автогенераторов; проведен качественный анализ различных схем кварцевых автоге­ нераторов, в том числе на туннельных диодах, при воздей­ ствии различных дестабилизирующих факторов и даны ре­ комендации по вопросам применения их в широком диапа­ зоне частот; рассмотрены различные способы термостатироваиия й термокомпенсации, позволяющие обеспечить вы­ сокую долговременную стабильность кварцевого автоге­ нератора.

Кварцевый автогенератор как узел радиотехнического устройства характеризуется основным параметром — не­ стабильностью частоты во времени, т. е. уходами частоты во времени. Причем различают два вида нестабильности ча­ стоты автогенератора во времени: кратковременную и дол­ говременную [2]. Кратковременная нестабильность частоты

кварцевого

автогенератора определена как уходы

частоты

за короткие

интервалы времени, а долговременная

неста­

бильность — как уходы частоты за длительные интервалы. Строго граница разделения по времени между двумя этими понятиями не установлена и условно определена в интер­ вале 100—1000 с. Такое определение нестабильности частоты кварцевого автогенератора во времени не связано с физи­ ческими явлениями, происходящими в кварцевом автогене раторе.

Всякое отклонение частоты или фазы во времени принято называть нестабильностью частоты. Отметим, что для не строго гармонического процесса, определяемого выраже­ нием

a(t) = A(t) sin [ю/ -+ ф(/)1,

где амплитуда и фаза зависят от времени, понятие частоты всегда жестко связано с временем усреднения.

Исключение этой связи введением понятия «мгновенная частота» 131 абстрактно и не позволяет ввести границы для кратковременной и долговременной нестабильности частоты. Любой реальный автогенератор имеет цепи с конечными зна­ чениями постоянных времени, определяющими усреднение частоты в самом автогенераторе.

В практике измерений наиболее часто под нестабиль­ ностью частоты понимают среднеквадратичное отклонение

196

Смотрите также файлы