КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Принципы построения ГУНСтр 1 из 3Следующая ⇒ Компоненты синтезаторов стабильной частоты. Генераторы, управляемые напряжением
В любом радиотехническом и электронном устройстве необходим источник опорных колебаний со стабильной частотой. Поскольку невозможно построить такой генератор на любую заданную частоту, используют синтезаторы стабильных частот (СЧ) -устройства преобразования частоты колебаний из одного значения в другое с малым шагом перестройки и низкими погрешностями. Схемы построения СЧ, в зависимости от конкретных технических требований, различны, однако в каждой из них используют набор типовых электронных компонентов: управляемые по частоте генераторы, умножители и делители частоты, смесители, частотные фильтры, элементы цифровой техники. Номенклатура этих электронных компонентов чрезвычайно разнообразна, так что их правильный выбор - задача достаточно сложная. Помочь разработчикам в столь непростом выборе призвана эта статья. Особое внимание в ней будет уделено выявлению основных технически значимых параметров электронных компонентов радиочастотных схем, сформулированы рекомендации по их выбору для генераторов стабильной частоты. В предлагаемой статье рассмотрены важнейшие характеристики генераторов, управляемых по частоте напряжением (ГУН). Принципы построения ГУН Генератор, управляемый по частоте напряжением (Voltage Controlled Oscillator - VCO), представляет собой автоколебательную аналоговую схему (рис.1), которая питается от источника напряжения Eо, снабжена цепью управления частотой напряжением Еу и формирует на внешней нагрузке Rн напряжение u(t). Форма выходного напряжения ГУН близка к гармонической и описывается выражением u(t) = Uo[1 + µ(t)]sin[2πfгt + e(t)], где Uo - амплитуда; fг - частота; µ(t) - относительные изменения амплитуды (|µ(t)|<<1); e(t) - отклонения фазы от равномерного во времени закона, |e(t)|<<2π. Как правило, активный элемент автогенератора ГУН - транзистор с колебательной системой на LC-элементах, которая создает положительную обратную связь, компенсирующую потери и обеспечивающую генерацию на частоте fг. Рис. 1. Схема соединения ГУН с внешними электрическими цепями В твердотельных ГУН миллиметрового диапазона (рис.2) в качестве активного элемента используется полупроводниковая структура на GaAs с отрицательным сопротивлением. Элементы L, С1, С2 и варикап VD1 образуют колебательную систему; Др1, Др2 и ДрЗ - блокировочные дроссели; Сбл1 C6л2, Сбл3, Сбл4 - блокировочные конденсаторы; R1 и R2 - цепь формирования отпирающего напряжения транзистора; R3 - резистор ограничения рабочего тока транзистора VT1. В СВЧ-диапазоне колебательная система и блокировочные элементы выполняются в виде микрополосковых линий или иных цепей с распределенными параметрами. Эквивалентная емкость С3экв варикапа VD1 зависит от управляющего напряжения Еу на входе управления. Для улучшения характеристик ГУН вместо одиночного варикапа применяют варикапные матрицы (встречно включенные варикапные пары). Рис. 2. Пример принципиальной схемы ГУН В диапазоне ниже 20 МГц в качестве ГУН приемлемы функциональные генераторы - ИС на основе операционных усилителей с электронным управлением перестройкой частоты в 10-100 раз за счет изменения тока заряда RC-цепи. Однако по стабильности частоты такие ГУН существенно уступают LC-генераторам, а их более высокочастотная реализация проблематична. Без учета влияния инерционности транзистора и фазового сдвига в цепи обратной связи автогенератора частота генерации fг определяется реактивными элементами колебательной системы: где 1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3эквЕ(у). Амплитуда Uo установившихся выходных колебаний зависит от режима транзистора, параметров колебательной системы и сопротивления нагрузки. При повышении управляющего напряжения Еу эквивалентная емкость варикапа С3экв(Еу) уменьшается, емкость С падает, а частота генерации fг растет. При этом из-за изменения потерь в колебательной системе может происходить паразитное изменение амплитуды (мощности) генерации. Паразитное влияние на частоту и амплитуду генерации оказывают также вариации питающего напряжения Еу, температуры окружающей среды, модуля и фазы сопротивления нагрузки. Диапазон перестройки частоты и линейность зависимости частоты от напряжения смещения на варикапе в значительной степени определяются его вольт-фарадной характеристикой с учетом паразитных емкостей схемы. Для ГУН, перестраиваемых в широкой полосе частот, разрабатывают специальные варакторные диоды со сверхрезким рn-переходом, которые позволяют изменять емкость С более чем в четыре раза, а частоту, следовательно, - более чем в два раза. В таких ГУН оптимизируют номиналы колебательной системы и блокировочных элементов, дроссели заменяют резисторами, исключающими паразитные резонансы, используются балансные схемы активных элементов, снижающие влияние вариаций нагрузки и температуры окружающей среды на частоту и уровень фазового шума. Чтобы упростить схему управления частотой и уменьшить эффект изменения нагрузки, иногда собственно ГУН дополняют буферным усилителем и широкополосным удвоителем частоты.
|