10.11. Генератор качающейся частоты

К числу сигналов, применяемых в автоматизированных системах контроля, а также в радиотехнике относится ЛЧМ-сигнал. Аббревиатура «ЛЧМ» означает «линейная частотная модуляция», т. е. рассматриваемый сигнал представляет собой радиоимпульс с прямоугольной огибающей и плавно, точнее – по линейному закону, изменяющейся частотой заполнения. Форма сигнала приведена на рис. 10.24, а, а зависимость частоты заполнения импульса от времени t – на рис. 10.24, б. Разность частот в начале и в конце импульса называют девиацией ∆f, а произведение девиации на длительность импульса τ_и – базой сигнала b = ∆f∙τ_и. Частота заполнения может не возрастать, а убывать по линейному закону. Следует отметить, что увидеть четкую осциллограмму ЛЧМ-сигнала невозможно, так как условием четкости изображения является дробно-кратное соотношение частот сигнала и развертки осциллографа, что при фиксированном значении периода развертки и непрерывно изменяющейся частотой заполнения постоянно нарушается.

Управление частотой заполнения ЛЧМ-сигнала осуществляется извне, с помощью управляющего сигнала: в этом плане имеется отдаленная аналогия между схемой формирования ЛЧМ-сигнала и электронным ключом – но в ключе объектом управления является не частота, а амплитуда сигнала и управление осуществляется не плавно, а скачком.

Рис. 10.24

Плавное управление каким-либо параметром сигнала в электронике называют модуляцией, а скачкообразное – манипуляцией.

На рис. 10.25 приведен один из вариантов построения формирователя ЛЧМ-сигнала. Эта схема называется генератором качающейся частоты (ГКЧ), в зарубежных публикациях – свип-генератором. В своей основе ГКЧ представляет собой RС-генератор с мостом Вина. Частота сигнала, формируемого в RС-генераторе постоянна и определяется значениями сопротивлений и емкостей моста. Если изменять значение, скажем, R под воздействием управляющего сигнала, то будет меняться частота генерации f. Поскольку управление значением R должно осуществляться с помощью электрического сигнала, то необходим элемент, обладающий требуемыми свойствами. Таковым является фоторезистор, освещаемый излучением светодиода с плавной зависимостью яркости от приложенного напряжения (в совокупности фоторезистор и светодиод образуют оптрон). Поскольку мост Вина, как правило, содержит два одинаковых сопротивления, то необходимо и два фоторезистора. К достоинствам схемы ГКЧ с оптронами является отсутствие гальванической связи между цепью управляющего сигнала и остальным генератором.

Другой вариант ГКЧ предполагает управление значениями емкостей в мосте Вина. В качестве элементов С, меняющихся под действием приложенного электрического управляющего сигнала, используют варикапы.

В качестве управляющих сигналов обычно используют ЛИН. Таким образом, ГКЧ является генератором с подачей на вход внешнего сигнала.

Рис. 10.25

ГКЧ оказывается «встроенным» в целую цепочку генераторов – вначале генератор прямоугольных импульсов, управляющих процессами в ГЛИНе; затем сам ГЛИН и, наконец, ГКЧ. После ГКЧ обычно ставят еще и электронный ключ, не пропускающий на выход сигналы во время обратного хода ЛИН. Для ключа управляющим сигналом является последовательность прямоугольных импульсов с выхода самого первого из каскадов. Функциональная схема соединения генераторов приведена на рис. 10.26.

Рис. 10.26

Примером использования ГКЧ в автоматизированных измерениях служит измеритель АЧХ схем: ЛЧМ-сигнал подают на вход исследуемой схемы, а ЛИН, управляющее частотой генерации используют для внешней синхронизации осциллографа. На экране последнего отображается АЧХ схемы в пределах значения девиации частоты ЛЧМ-сигнала.