Компенсационная схема диапазонного возбудителя (Схема с вычитанием ошибки)

Компенсационная схема, известная также как схема с вычитанием ошибки, обеспечивает более эффективное подавление комбинационных частот. Сущность схемы заключается в создании достаточно узкополосного перестраиваемого фильтра в диапазоне рабочих частот возбудителя, который и обеспечивает подавление комбинационных частот. Упрощенная структурная схема возбудителя по компенсационной схема представлена на рис.23.7.

Колебания от КАГ поступают на делитель частоты с коэффициентом деления К, на выходе которого получаются колебания с частотой ΔF₀, равной интервалу между рабочими частотами возбудителя (шаг сетки частот). Из этих колебаний в умножителе вырабатываются короткие импульсы, следующие с частотой ΔF₀. Частотный спектр этих импульсов, состоящий из гармоник частоты их следования

,

образует сетку рабочих частот возбудителя. Непосредственно из этой сетки частот выделить колебание нужной частоты, например, f_Kтехнически оказывается невозможным, так как интервал ΔF₀между частотами очень мал (обычно единицы – десятки кГц), а относительная полоса расфильтровки ΔF₀/fне превышает 0,1%, то есть практически невозможно разделить два рядом стоящих колебания.

Для выделения колебания нужной частоты осуществляется смещение всей сетки частот в область более низких частот (порядка десятков – сотен кГц) с помощью первого смесителя (СМ 1) и вспомогательного АГ плавного диапазона (АГПД). Если частота f_АГПДвыбрана выше рабочей частоты, то на выходе первого смесителя получается сетка частот

показанная на рис.23.8,а. На выходе смесителя ставится узкополосный не перестраиваемый фильтр с центральной частотойf₀и полосой пропускания ΔFменьше шага сетки частот ΔF₀. Подобрав частотуf_АГПДтаким образом, чтобы колебание разностной частоты, например, (f_АГПД–f_К) попало в полосу пропускания фильтра (рис.23.8,б), на выходе фильтра получим колебание только одной этой частоты (f_АГПД–f_К) ≈f₀. Колебания других частот будут практически подавлены фильтром. После второго смесителя (СМ 2) с помощью перестраиваемого фильтра Ф выделяется колебание разностной частоты

f_АГПД– (f_АГПД–f_К) =f_К=f.

Следовательно, частота колебаний fна выходе возбудителя точно равна желаемой частоте из сетки частот опорного генератора (выделен в левой части рис.23.7). К перестраиваемому фильтру Ф жёстких требований не предъявляется. Полоса пропускания его может быть порядкаf₀, то есть составлять несколько десятков – сотен кГц, при этом относительная полоса пропускания фильтра Фf₀/fоказывается порядка единиц процентов.

Таким образом, перестраивая АГПД можно получить на выходе возбудителя колебания любой частоты, вырабатываемой опорным генератором. При этом устройство, выделенное в правой части рис.23.7, по существу является перестраиваемым узкополосным фильтром.

Стабильность частоты автоколебаний на выходе рассматриваемого возбудителя полностью определяется стабильностью частоты опорного генератора и совершенно не зависит от стабильности частоты вспомогательного автогенератора АГПД, так как введенная в промежуточную частоту f₀в первом смесителе нестабильность частоты этого АГ компенсируется (устраняется) во втором смесителе. Отсюда и название схемы компенсационная. Однако АГПД должен обладать сравнительно высокой стабильностью частоты для того, чтобы в процессе работы колебания разностной частоты, например, (f_АГПД–f_К) не вышли из полосы пропускания узкополосного фильтра на частотуf₀. Очевидно, нестабильность частоты АГПД должна удовлетворять условию

(*)

Колебания побочных комбинационных частот на выходе компенсационной схемы возникают прежде всего во втором смесителе. Уменьшение уровня этих колебаний осуществляется рациональным выбором частот f_АГПДиf₀. Действительно, комбинационные частоты низких порядков имеют вид (f_АГПД±nf₀), причём, наиболее интенсивными будут колебания частоты (f_АГПД+f₀), отстоящей от рабочей частоты (f_АГПД–f₀) на 2f₀, а также частотf_АГПДи (f_АГПД– 2f₀), отстоящих от рабочей частоты (f_АГПД–f₀) наf₀. При относительно большой величинеf₀(порядка сотен кГц) эти колебания могут быть эффективно подавлены колебательными контурами последующих каскадов радиопередатчика, а колебание частотыf_АГПД, кроме того, может быть подавлено применением балансного смесителя (в качестве СМ 2).

Комбинационные частоты вида (mf_АГПД–nf₀) окажутся на некоторых частотах близкими к рабочей частоте. Ослабление этих комбинационных частот осуществляется только за счёт такого выбора частотf_АГПДиf₀, при котором близкими к рабочей частоте оказываются комбинационные частоты высоких порядков. Эти частоты удовлетворяют условию

то есть

откуда

Наименьшая величина (m+n) получается приm= 2 и составляет, при этом. Еслиf_АГПД>>f₀, то близкими к рабочей частоте будут только комбинационные частоты весьма высокого порядка, имеющие, как правило, малую амплитуду.⁸

Аналогично, комбинационные частоты вида (– mf_АГПД+nf₀) могут быть близкими к рабочей частоте, то есть

– mf_АГПД+nf₀≈f_АГПД–f₀,

или

(m+ 1)f_АГПД≈ (n+ 1) f₀,

откуда

Наименьшая величина (m +n) получается приm= 2 и составляетпри этомЕслиf_АГПД>>f₀, то близкими к рабочей частоте будут комбинационные частоты вида (–mf_АГПД+nf₀) более высокого порядка, чем комбинационные частоты вида (mf_АГПД–nf₀).

При достаточно широком диапазоне частот опорного генератора побочное колебание может образоваться из-за «зеркального» канала в первом смесителе (СМ 1). Действительно, среди колебаний опорного генератора может быть колебание частоты f_ЗЕРК≈f_АГПД+f₀, которое после преобразования даёт частоту (f_ЗЕРК– f_АГПД) ≈f₀, то есть близкую к рабочей промежуточной частоте (f_АГПД– f_К) ≈f₀. Для ослабления колебания частоты

( f_ЗЕРК– f_АГПД)

перед первым смесителем (СМ 1) ставится перестраиваемый фильтр, пропускающий только колебания, близкие по частоте к выделяемой (например, f_K). Кроме того, ослабление колебания, проходящего по «зеркальному» каналу, осуществляется выбором промежуточной частотыf₀и полосы пропускания ΔFузкополосного не перестраиваемого фильтра Ф (f₀) таким образом, чтобы ненужное колебание не попадало в полосу пропускания. Это обеспечивается, если отношениеf₀/ΔF₀не равно целому числу, а полоса пропускания фильтра ΔF< (1/2) ΔF₀. Очевидно, нестабильность частоты АГПД при этом должна быть, согласно (*),

При рациональном выборе параметров компенсационной схемы возбудителя можно более эффективно ослабить нежелательные комбинационные частоты на выходе и иметь большую стабильность частоты рабочих колебаний по сравнению с возбудителем по интерполяционной схеме.

Возбудители по компенсационной схеме относятся к прямым синтезаторам.