ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
Для подстройки генератора плавного диапазона при меняются электронный и механический управляющие элементы. Электронным управляющим элементом ЭУЭ служат специальные схемы на лампах или полупровод никовых триодах (так называемые реактивные лампы) и варикапы. Реактивная лампа — схема с входным со противлением емкостного или индуктивного характера,
Рнс. 10. Электронный управляющий элемент:
а — схема с реактивной лампой; б — характеристика регулирования; б —схема с варикапом
подключаемая параллельно колебательному контуру ста билизируемого генератора (рис. 10, а). Величина этого реактивного сопротивления изменяется в зависимости от знака напряжения Еу, приложенного на управляющую сетку лампы. В схеме рис. 10, а реактивная лампа РЛ эквивалентна некоторой переменной емкости С0. Зависи мость величины емкости Со от знака и величины управ ляющего напряжения Еу, поступающего на сетку реак тивной лампы с выхода фазового детектора, имеет вид кривой рис. 10, б. Увеличение или уменьшение эквива-
42
лентиой емкости С0 изменяет параметры колебательного контура генератора плавного диапазона ГПД, а следова тельно, его частоту.
Варикапом называется полупроводниковый диод, эквивалентная емкость которого изменяется в зависимо сти от величины приложенного к нему постоянного запи рающего напряжения. Он подключается параллельно ко лебательному контуру стабилизируемого генератора. Из менением приложенного к варикапу напряжения управ ляют частотой колебаний стабилизируемого генератора
(рис. 10, в).
Рис. 11. Структурная схема возбудителя с фазовой автопод стройкой частоты
В качестве механического управляющего элемента МЬ'Э обычно используется миниатюрный электродвига тель, который, вращаясь, поворачивает через редуктор конденсатор переменной емкости колебательного контура стабилизируемого генератора. Электродвигатель управ ляется усиленным напряжением, поступающим от частот ного детектора, и в зависимости от знака этого напряже ния изменяет направление вращения.
Для пояснения работы возбудителя с фазовой авто подстройкой частоты обратимся к его упрощенной струк турной схеме (рис. 11). Здесь к фазовому детектору ФД подводятся с одной стороны колебания f„ стабилизируе мого генератора плавного диапазона ГПД, а с другой — колебания /к эталонного кварцевого генератора КГ, имею щего п фиксированных частот.
Предположим, что частоты колебаний fa и fK одина ковы, а сдвиг фаз ср между ними равен 90°. Соответствен но будут равны разностная частота / п—/ к и частота / вг
колебаний, подводимых к ФД, а сдвиг фаз между ними
43
также будет равен 90°. Напряжение Ду на выходе ФД, а следовательно, и на управляющем элементе ЭУЭ, при этом равно нулю. Эквивалентная емкость его имеет та кую величину, при которой колебател.ьцый контур ГПД настроен на нужную частоту.
Если частоты fn и fK колебаний одинаковые, а сдвиг их фаз ф больше или меньше 90°, на выходе ФД появ ляется постоянное напряжение соответствующего знака. Под действием его управляющий элемент ЭУЭ изменяет эквивалентную емкость контура, а следовательно, и ча стоту ГПД до тех пор, пока сдвиг фаз между колебания ми с частотами fn и fK не станет равным 90°, что соответ ствует точному равенству их. Управляющее напряже ние Еу на выходе ФД будет равно нулю.
В дальнейшем всякое изменение частоты fn, вызван ное действием каких-либо дестабилизирующих факторов, на величину afn по сравнению с частотой fK эталонного кварцевого генератора будет приводить к изменению фазы колебаний ГПД на величину Лер. Этот сдвиг фаз вызывает появление на выходе ФД напряжения Еу поло жительного или отрицательного знака. Управляемый на пряжением Еу элемент ЭУЭ снова изменит частоту гене ратора ГПД, возвратив ее к первоначальному значению, и фазовый сдвиг между колебаниями с частотами fn и fH снова станет равным 90°.
В первый момент после включения аппаратуры часто ты fn и fK не будут равны между собой. Поэтому на вы ходе появится переменное напряжение разностной часто ты fn—fK- Если колебания разностной частоты попадут в полосу пропускания включенного после ФД фильтра нижних частот, они будут воздействовать на управляю щий элемент ЭУЭ. Он вызовет частотную модуляцию ГПД. Когда частота его колебаний точно совпадает с ча стотой fK колебаний эталонного кварцевого генератора, на выходе ФД появляется постоянное напряжение. Воз действуя на управляющий элемент ЭУЭ, оно удерживает частоту /п точно равной частоте fK. Это' означает, что в цепи автоподстройки наступил синхронизм.
Такой же процесс происходит и при перестройке воз будителя на другую частоту путем изменения на неболь шую величину частоты fK кварцевого генератора. Таким образом, генератор плавного диапазона посредством ав
44
томатической подстройки повторяет сетку частот, созда ваемую кварцевым генератором.
Следует заметить, что система автоматической под стройки позволяет регулировать частоту ГПД лишь при том условии, если абсолютная величина разности частот fn—/к = ± а /п не больше того отклонения частоты, которое может обеспечить управляющий элемент ЭУЭ. Этот пре дел регулирования частоты ГПД, в котором обеспечи вается подстройка, характеризует «полосу захвата» авто подстройки. На характеристике электронного управляю щего элемента (рис. 10, б) она отмечена пунктиром. Практически «полоса захвата» имеет ширину 2—3 кгц. Работа автоподстройки характеризуется также «полосой удержания» — допустимой расстройкой ГПД, при кото рой его частота еще остается неизменной. Она опреде ляется крутизной прямолинейного участка характеристи ки регулирования.
В практических схемах возбудителей обычно перед сравнением с эталонными колебаниями в фазовом детек торе колебания /п генератора плавного диапазона ГПД преобразуются в смесителе, куда подаются также колеба ния частоты /к эталонного кварцевого генератора. Это преобразование частоты делается для облегчения по строения схемы фазового детектора. Его легче выполнить на относительно низких частотах. К фазовому детектору подводятся с одной стороны колебания промежуточной (разностной) частоты /П'—fK со смесителя, а с другой — колебания от вспомогательного диапазонного генератора ВГ, частоту которого / вг можно изменять в небольших
пределах. Она выбирается во много раз меньше /п (около 50 кгц). В такой схеме в установившемся режиме часто та /п = /к + /ВГ) а промежуточная частота на выходе сме
сителя fn—/к= / вг. Отклонение частоты fn от указанного
выше значения соответственно нарушает равенство раз ностной частоты /п—/к и частоты / вг. При этом на вы
ходе фазового детектора появится и будет нарастать управляющее напряжение Еу, которое подстраивает ста билизируемый генератор. Относительная нестабильность
частоты fn генератора плавного диапазона —2-будет рав- /п
на нестабильности эталонной Частоты.
45
В генераторах с частотной автоматической подстрой кой частоты (ЧАП) в отличие от фазовой АПЧ происхо дит сравнение частот /п и fIt. В качестве сравнивающего устройства используется частотный детектор, включен ный в схеме рис. 11 вместо фазового детектора. На вы ходе частотного детектора вырабатывается управляю щее напряжение, величина и знак которого определяют ся величиной и знаком отклонения частоты стабилизи руемых колебаний f„ от правильного значения эталонных колебаний /1; (иными словами от частоты, на которую на строен частотный детектор). Оно вызывает через элек тронный управляющий элемент ЭУЭ изменение частоты ГПД соответственно знаку и величине расхождения сравниваемых частот. /;
На общую нестабильность частоты стабилизируемого генератора ГПД влияет нестабильность частоты, на ко торую настроен колебательный контур частотного детек тора. Поэтому стабильность частоты возбудителя при ча стотной автоподстройке ниже, чем при фазовой. Но ча стотная автоподстройка в отличие от фазовой имеет бо лее широкую полосу регулирования (схватывание и удер жание) и более проста в реализации.
В возбудителях часто применяются комбинированные методы автоподстройки — сочетание частотной и фазовой автоподстройки. При этом высокая стабильность рабочей частоты, свойственная фазовой автоподстройке, соче тается с широкой полосой регулирования частотной авто подстройки.
Кварцевый калибратор. Наиболее сложным элемен том возбудителя с диапазонно-кварцевой стабилизацией является генератор сетки опорных (эталонных) частот, по которым автоматически подстраивается частота ста билизируемого генератора плавного диапазона — кварце вый калибратор.
Различают понятия «сетка рабочих (дискретных) ча стот» и «сетка опорных частот». Первое из них относится к выходным колебаниям возбудителя или, передатчика в целом и означает рабочие частоты для установления связи, в то время как второе — к внутренним элементам, составляющим систему стабилизации частоты.
Формирование сетки опорных частот с помощью не скольких переключаемых кварцев усложняет аппаратуру и не позволяет достигнуть высокой стабильности рабочей
46
частоты. Принципы частотного синтеза позволяют обра зовать заданную сетку опорных частот из одной высокостабильной частоты fK опорного кварцевого генератора путем ее преобразований: умножения, деления, сложения и вычитания частоты. Умножение и деление дает воз можность из колебаний этой частоты получить серию ко лебаний в любое целое число раз более высоких (гармо
ник /г/1;) и более низких ^ субгармоник частот. После
довательным применением этих операций производят кратное преобразование частоты и получают частоты, в
любое дробное число y ~ J раз кратные опорной fK. Сло
жение и вычитание позволяют комбинировать получен ные частоты f\±f'2 ± f 3 ± ■ ■ ■, т. е. алгебраически суммиро вать их. В комбинированных частотах присутствует в ка честве множителя частота fK, из которой они образуются. Относительная нестабильность полученных таким путем (синтезируемых) частот равна нестабильности частоты fK.
Умножение частоты — образование кратных частот — основано на выделении резонансными контурами и филь трами гармоник основной частоты. Умножитель — лампо вый или полупроводниковый усилитель. На его вход по даются синусоидальные колебания частотой fK, а коле бательный контур (или фильтр) в нагрузке настроен на кратную частоту nfK. Лампа (транзистор) искажает фор му подводимых синусоидальных колебаний эталонной ча стоты, превращая их в последовательность остроконеч ных импульсов малой длительности по сравнению с пе риодом колебаний /К- Чем короче импульсы полученного тока, тем больше в нем содержится гармоник и медлен нее убывают их амплитуды с повышением номера. Если от умножителя не требуется большой мощности, возмож но многократное умножение частоты — в десятки и сот ни раз.
Находят применение и пассивные умножители часто ты на варикапах. В них нет иных источников энергии, кроме источника входного колебания. Во входную цепь варикапа вводятся колебания первичной частоты, а в вы ходной выделяется умноженная частота. Умножитель этого типа имеет высокую эффективность. Многократное умножение получают последовательным включением не скольких умножителей.
4 7
Деление частоты — получение частот в целое число т раз меньше — возможно с помощью генератора с са мовозбуждением, в котором на вход подводятся колеба ния делимой частоты /к, а колебательный контур на
строен на частоту в т раз меньше делимой—^-.Колеба
ния этой частоты по цепи обратной связи подаются на вход генератора. Но положительная обратная связь, обеспечивающая самовозбуждение генератора на часто
те |
действует только при наличии на входе напряже |
ния колебаний делимой частоты. При выключении вход ного сигнала частотой/к в делителе положительная обрат ная связь не действует и деление частоты не происходит.
Другая разновидность делителя — двоичный делитель частоты на триггере — представляет схему с двумя устойчивыми состояниями из двух ламп или полупровод никовых триодов. Лампы триггера поочередно отпирают ся и запираются с частотой поданных на его вход одно полюсных импульсов. Напряжение на аноде каждой лампы повышается при каждом ее запирании, но проис ходит это один раз за два входных импульса. Поэтому частота выходных импульсов вдвое меньше, чем на “вход ных. Резонансным контуром (фильтром) из выходных импульсов выделяют переменное напряжение поделенной
частоты .Составляя цепочку таких схем, получают об
щий коэффициент деления К = 2 т , где т — число триг геров.
Сложение и вычитание частоты осуществляется в пре образователе (смесителе). В нем два колебания различ ных частот совместно воздействуют на нелинейный эле мент— диод или триод. При этом в нагрузке преобразо вателя образуются колебания суммарной и разностной частот fi±/2 и их высшие гармонические составляющие (комбинационные колебания) 2 /)± /2, f \ ± 2 f a и т. д. Нуж ные колебания суммарной или разностной частоты выде ляются резонансными контурами или фильтрами.
Образование сетки опорных частот кварцевого ка либратора возможно различными способами.
В одном из них (рис. 12, а) генератор гармоник пре образует синусоидальное колебание эталонной частоты в широкий спектр частот гармонических составляющих
48
[22, 23]. Перестраиваемым фильтром выделяют необхо димое количество гармоник, обеспечивая при этом до статочное подавление побочных колебаний. На выходе генератора гармоник ГГ образуется сравнительно ред кая сетка частот nflu кратных эталонной частоте. Эти частоты в смесителе См{ преобразуются совместно с ча стотой / ВГ1 вспомогательного генератора плавного диа-
а
Рис. 12. Образование сетки частоты кварцевого калибратора ком пенсационным (а) и декадным (б,) методами
пазона В Г ь При этом частота каждой гармоники пони
жается и становится равной nfK—/вг,. Эти^> колебания выделяются узкополосным фильтром Фи Средняя частота фильтра равна частоте разностных колебаний, а ширина его полосы пропускания меньше половины -интервала между соседними гармониками fK- Перестраивая гене ратор В Г ], можно изменять номер гармоники, выделяе мой этим узкополосным фильтром.
49