39. Гетеродин, основные характеристики и параметры.

Гетеродины формируют вспомогательное гармоническое напряжение, необходимое для преобразование частоты.

Обобщенная структурная схема гетеродина.

В резонансном усилителе максимальный коэф-т усиления U достигается на резонансной частоте колебательного контура. С учетом свойств АЭ и избирательных свойств контура коэффициент усиления усилителя имеет вид Четырехполюсник ОС имеет свой коэф-т передачи, зависящий от f:

В стационарном состоянии коэффици­ент усиления нелинейного резонансного усилителя Ky(jω₀) и коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи β_о.с. (jω₀) являются комплексными величинами и имеют взаимообратные значения. Отсюда следует соотношение, характеризующее aвтогенератор Ky(jω₀)β_о.с. (jω₀)= 1.

Пусть Ky(jω₀) и β_о.с. (jω₀)-модули, а Ф_у(ω₀) и Ф_о.с.(ω₀) ­ фазо­вые сдвиги, свойственные коэффициентам усиления соответственно резонансного усилителя и передачи четырехполюсника обратной связи.

При выполнении условий баланса амплитуд Ky(jω₀)β_о.с. (jω₀)= 1 и фаз Ф_у(ω₀)+Ф_о.с.(ω₀)= 2π в гетеродине возникают незатухаю­щие колебания. Условие баланса фаз говорит о том, что в стационарном режиме сдвиг фазы сигнала в кольце обратной связи гeтe­родина должен быть равен 2π. В этом случае рост амплитуды выходноrо сигнала приводит к росту амплитуды входного сигнала резонансного усилителя. При малом всплеске сигнала на входе АЭ, например, вследствие подключения напряжения питания к

гетеродину, происходит выделение контуром спектральной составляющей на частоте ω₀ и ее усиление до достижения амплитудой стационарной величины.

Основные требования:

Генерация необходимой частоты колебаний генератора; Обеспечение необходимой амплитуды выходного напряжения; Постоянство амплитуды генерируемых колебаний; Минимальный уровень высших гармоник в выходном напряжении; Возможность перестройки частоты; Минимизация уровня собственных шумов; Исключение микрофонного эффекта, связанного с изменением частоты выходного сигнала из-за вибраций.

Однокаскадные гетеродины на транзисторах применяются в вещательных и телевизионных РПрУ. Недостатком таких гетеродинов является низкая стабильность частоты. Так, при использовании элементов с малыми температурными коэффициентами нестабильности параметров, схем температурной компенсации и стабилизации питающих напряжений можно обеспечить стабиль­ность 0,1...0,01 %.

В профессиональных РПрУ применяют гетеродины с квapцe­вой стабилизацией частоты. Достоинством гетеродинов с кварцевой стабилизацией частоты является возможность получения стабильных колебаний. Кварцевый генератор без дополнительных мер стабилизации частоты обеспечивает относительную нестабильность

частоты порядка 0,001 % в диапазоне температур 10...30°С.

40. Генераторы с трансформаторной обратной связью.

На рис. представлены разновидности генераторов с трансформаторной ОС с включением транзистора по схеме с 0Э. Особенностью гетеродина с трансформаторной связью (схема Майсснера) является то, что в нем ОС осуществляется с помощью трансформатора TV(см. рис.), первичная обмотка L_к которого вместе с конденсатором C образует контур, определяющий частоту генерации схемы.

Усиленное входное напряжение на резонансной частоте контура имеет на коллекторе VТ максимальную амплитуду и фазовый сдвиг на 180⁰. Часть этого напряжения снимается с вторичной обмотки L_СВ как U ОС. Для выполнения условия баланса фаз трансформатор TV должен осуществлять поворот фазы сигнала на 180⁰. Для инвертирования фазы необходимо вторичную обмотку трансформатора TV включить во встречном направлении по отношению к первичной обмотке. В этом случае конец вторичной обмотки, U на котором синфазно с коллекторным U, следует заземлить по переменному току. Точки около обозначений обмоток трансформатора на схемах рис. указывают на выводы обмоток с синфазным напряжением.

Рис. Установка рабочей точки БТ посредством задания тока базы (а) и ООС по току (б) в генераторе с трансформаторной ОС.

Коэффициент трансформации выбирают таким, чтобы на pe­зонансной частоте коэффициент петлевого усиления генератора превышал 1. Благодаря этому сразу же после включения питания возбуждаются колебания, амплитуда которых экспоненциально нарастает до тех пор, пока транзисторный каскад не станет перегpужаться. Из-­за перегpузки коэффициент усиления этого каскада начнет снижаться до тех пор, пока величина коэффициента петлевого усиления не станет равной 1. При этом амплитуда колебаний устанавливается постоянной.

При большой глубине ОС может наступить пере­грузка генератора на входе из-­за того, что большие входные сигналы начинают детектироваться эмиттерным переходом транзистора VT. С_б начинает заряжаться, а транзистор вследствие этого открывается положительной полуволной входного напряжения. В схеме на рис.а, С_б даже при малой амплитуде колебаний быстро зарядится до такогo отрицательного U, при котором БТ закроется и произойдет срыв генерации. Гeнератор возбуждается только тогда, когда потенциал базы с относительно большой постоянной времени цепи ­ С_б вновь возрастает до +600 мВ. На С_б при этом будет формировать­ся пилообразное напряжение. Чтобы избежать явления самогашения генератора, необходимо уменьшить входную перегрузку генератора выбором соответствующего значения коэф-а трансф-и. Кроме того, цепь постоянного базового смещения следует делать по возможности низкоомной. В схеме генератора( рис.а), сделать это не представляется возможным, так как возникает недопустимо большой ток базы. Поэтому в этом случае задание рабочей точки VT целесообразно выполнить с помощью ООС по току через R_э , как это сделано, в схеме генератора(рис. б). Перегрузка по входу наступает тогда, когда открывается переход коллектор ­ база транзистора. В генераторе, схема которого показана на рис.а, это наступает тогда, когда потенциал коллектора БТ становится отрицательным. Максимальная амплитуда колебаний при этом составляет U_Г=Е_пит. Таким образом, макси­мальное напряжение на коллекторе транзистора будет U_{кэ.макс}=2Е_пит. На это следует обращать внимание при выборе транзистора. В генераторе (рис.б), максимальная амплитуда колебаний меньше Е_пит на величину стабилизации U_ст стабилитрона VD.