- •Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ПАРАМЕТРЫ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
- •Классификация радиопередатчиков
- •Требования к передатчикам
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы.
- •Аппроксимация статических характеристик электронных ламп
- •Аппроксимация статических характеристик биполярных транзисторов
- •Аппроксимация статических характеристик полевых транзисторов
- •Контрольные вопросы.
- •Упражнения
- •Глава 4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫХОДНОГО ТОКА ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
- •Контрольные вопросы.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОСИНУСОИДАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ
- •Коэффициенты разложения косинусоидальных импульсов
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 7. РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
- •Выбор угла отсечки и напряженности режима ГВВ
- •Нагрузочные характеристики ГВВ
- •Расчеты выходных цепей генератора
- •Расчёт режима анодной цепи лампового ГВВ по заданной мощности Р1 в граничном режиме
- •Расчёт коллекторной цепи транзисторного ГВВ
- •Расчеты входных цепей генераторов
- •Расчет входной цепи лампового ГВВ
- •Расчет входной цепи биполярного транзистора при возбуждении от источника гармонического тока
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 8. СХЕМОТЕХНИКА ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
- •Схемы питания выходной цепи ГВВ.
- •Последовательная схема питания коллекторной цепи
- •Параллельная схема питания выходной цепи генератора
- •Схемы питания входных цепей
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 9. СЛОЖЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ АКТИВНЫХ ПРИБОРОВ
- •Параллельная схема включения активных приборов
- •Двухтактная схема включения АЭ
- •Схемы сложения и деления мощности
- •Классическая мостовая схема
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 10. УСТРОЙСТВА СВЯЗИ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С НАГРУЗКОЙ
- •Узкополосные согласующие устройства
- •Пример расчета элементов Г- образного четырехполюсника.
- •П- образный четырехполюсник как трансформатор сопротивлений
- •Широкополосные согласующие устройства.
- •Фильтры гармоник широкополосных согласующих устройств.
- •Широкополосные трансформаторы
- •Широкополосные трансформаторы с магнитной связью
- •Трансформаторы на отрезках линий
- •Понятия «продольных» напряжений и токов
- •Использование ферритов для уменьшения продольных токов
- •Трансформаторы с коэффициентами трансформации 1:2 и 1:3
- •ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. МЕЖКАСКАДНЫЕ СОГЛАСУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 12. АВТОГЕНЕРАТОРЫ
- •Общие уравнения автогенераторов
- •Одноконтурные автогенераторы
- •Емкостная трехточка
- •Индуктивная трехточка
- •Условие самовозбуждения автогенератора
- •Автоматическое смещение в автогенераторах
- •Выбор транзистора для автогенераторов
- •Расчет электрического режима автогенератора
- •Расчет колебательной системы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13. СТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
- •Эталонность контура
- •Основные дестабилизирующие факторы
- •Влияние нестабильных фазовых углов на частоту автоколебаний
- •Влияние режима автогенератора на частоту автоколебаний
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14. КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ
- •Схема замещения кварцевого резонатора.
- •Осцилляторные схемы автогенераторов с кварцем
- •Осцилляторные схемы автогенераторов, работающие на механических гармониках кварца
- •Автогенераторы, использующие последовательный резонанс кварца
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15. ВОЗБУДИТЕЛИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
- •Требования к синтезаторам
- •Пассивные некогерентные синтезаторы
- •Синтезатор с идентичными декадами
- •Синтезаторы с использованием косвенного метода синтеза сетки дискретных частот
- •Фазовые шумы синтезатора с ФАПЧ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16. ПЕРЕДАТЧИКИ С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
- •Модуляция смещением
- •Порядок расчета ГВВ при модуляции смещением
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 17. АНОДНАЯ (КОЛЛЕКТОРНАЯ) МОДУЛЯЦИЯ
- •Порядок расчета генератора при анодной модуляции.
- •Контрольные вопросы
- •Глава 18. ОДНОПОЛОСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •Элементы формирователей однополосного сигнала
- •Балансные модуляторы
- •Полосовые фильтры основной селекции
- •Структурные схемы однополосных передатчиков
- •Особенности усиления сигналов ОБП
- •Способы повышения КПД усилителей ОБП
- •Контрольные вопросы
- •Глава 19. УГЛОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •Общие характеристики угловой модуляции
- •Частотная модуляция
- •Управители частоты
- •Варикап как частотный модулятор
- •Нелинейные искажения при ЧМ
- •Фазовая модуляция
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •Основные параметры импульсного сигнала
- •Импульсные модуляторы с частичным разрядом емкости
- •Процесс формирования фронта и спада напряжения на генераторной лампе
- •Формирование плоской части импульса
- •Заряд накопительной емкости через индуктивность
- •Импульсные модуляторы с тиратронным коммутатором
- •Формирование импульса напряжения отрезком длинной линии
- •Расчет элементов цепочечного эквивалента линии
- •Колебательный способ заряда емкостей ЭЛ
- •Контрольные вопросы
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основные дестабилизирующие факторы
К основным дестабилизирующим факторам обычно относят:
–изменение температуры элементов автогенератора,
–изменение влажности, давления в окружающей среде,
–механические вибрации,
–изменение режима активного прибора.
Механические вибрации могут вызывать смещения, колебания деталей автогенератора и, как следствие, изменение емкостей и индуктивности контура. Меры, уменьшающие влияние механических вибраций – жесткая конструкция автогенератора (литой корпус, короткие толстые монтажные проводники, жесткая фиксация всех деталей).
Изменение температуры приводит к изменению линейных размеров каркасов катушек индуктивности, длины провода намотки, линейных размеров конденсаторов, диэлектрической проницаемости диэлектрика конденсаторов. Эти изменения характеризуются температурными коэффициентами ТКЕ и ТКИ.
Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) αL = |
L 1 |
показы- |
|||
|
|
|
|||
L D t |
|||||
|
|
вает относительное изменение индуктивности при изменении температуры на
один градус. |
|
|
|
|
|
Для |
полистироловых |
каркасов |
катушек |
удается |
получить |
αL » (200 - 1000) × 10− 6 .
Для катушек, намотанных на керамический каркас проводом, нагретым до 80 – 100 °С, αL » (50 - 100) × 10− 6 .
Для катушек, выполненных методом вжигания серебра на каркас из плавленного кварца, αL » (10 - 30) × 10− 6 . Но у таких катушек невысокая добротность Q @ (60–120) из-за пористости серебра, наносимого методом вжигания.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) αС = С 1 показывает от-
С D t
носительное изменение емкости при изменении температуры на один градус. Для конденсаторов с воздушным диэлектриком αС » 50 × 10− 6 .
Для керамических конденсаторов αС » (+ 120 - 1500) × 10− 6 .
Использование конденсаторов с разными знаками температурных коэффициентов позволяет (теоретически) осуществить температурную компенсацию резонансной частоты контура.
Изменение режима активного прибора влияет на частоту генерации следующим образом:
–через изменение межэлектродных емкостей активного прибора, которые частично подключены к контуру;
–через изменение фазовых сдвигов во входной цепи автогенератора и в цепи обратной связи.
86
Для уменьшения нестабильности частоты при изменении емкостей активного прибора необходимо:
–стабилизировать напряжение источника питания,
–стабилизировать режим активного прибора,
–уменьшать коэффициенты подключения активного прибора к контуру.
Влияние нестабильных фазовых углов на частоту автоколебаний
Уравнение баланса фаз можно представить так:
ϕ Н = |
− (ϕ S |
+ ϕ К ) , cледовательно ϕ Н = − ( ϕ S + ϕ К ) , |
где |
ϕ S , |
ϕ К – приращения фазовых сдвигов в активном приборе и в цепи |
обратной связи, вызванные изменением режима активного прибора, |
||
ϕ Н и |
ϕ Н |
– фазовый сдвиг и приращение фазового сдвига между первой |
гармоникой коллекторного тока и напряжением на коллекторе транзистора.
Из графика, приведенного на рис. 13.1, следует, что приращение частоты генерации обратно пропорционально крутизне фазочастотной характеристики (ФЧХ) контура:
|
ωГ ~ |
ϕ / S ,(13.1) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
где S = ∂ ϕ Н ¶ w |
– крутизна ФЧХ контура. |
||||||||||||
|
Крутизну S ФЧХ найдем из выражения |
|||||||||||||
|
для сопротивления параллельного контура |
|||||||||||||
|
ZКОНТ = |
x12 |
|
= |
|
|
x12 / r |
= |
|
RК |
|
|
e jϕ , (13.2) |
|
|
r + jx |
1 |
+ jQn |
|
|
|
|
|||||||
Рис. 13.1 |
1+ ξ2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
где jН – фазовый угол нагрузки автогене- |
||||||||||||||
|
||||||||||||||
|
ратора. |
− arctgξ = |
− arctg(Qν) ≈ |
|
|
|
||||||||
|
ϕ H = |
(13.3) |
||||||||||||
|
|
é |
2Q |
|
|
|
ù |
|
|
|||||
|
» - arctgê |
ω0 |
(ω0 - ω)ú . |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
ë |
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
Дифференцируя (13.3), получим выраже-
ние для крутизны ФЧХ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
¶ j |
|
|
|
|
|
|
- 1 |
|
|
æ |
|
2Q ö |
|
|||
|
S = |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
- |
÷ . |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
¶ ω |
|
|
|
|
|
æ |
|
ö |
ç |
|
÷ |
(13.4) |
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
2QD ω |
|
è |
|
ω0 ø |
||||||||
Рис. 13.2 |
|
|
|
|
|
|
|
ç |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
ω0 |
÷ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставив выражение (13.4) в выражение |
|||||||||||||||||||
(13.1) получим |
|
|
|
|
|
ö 2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
D ω |
Г |
|
|
D j |
|
é |
|
|
|
æ |
2QD ω |
ù |
|
(13.5) |
|
||||
|
|
= |
|
|
|
|
ê |
1 |
+ |
ç |
|
÷ |
|
ú . |
|
|||||
|
ω0 |
|
|
2Q |
ê |
|
|
|
ç |
ω0 |
÷ |
|
ú |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
è |
|
ø |
|
û |
|
|
|
|
Следовательно, |
относительная |
нестабиль- |
ность частоты будет тем меньше, чем больше
Рис. 13.3
добротность колебательного контура Q и меньше величина фазовых углов, входящих в уравнение баланса фаз автогенератора (рис. 13.2). Для увеличения стабильности нужно использовать контура с большой добротностью и компенсировать специальным фазовращателем в цепи обратной связи (рис. 13.3). Элементы Z4, Z5 должны создать фазовый сдвиг, который скомпенсирует фазовые сдвиги ϕS и ϕК. При этом ϕН = 0 и крутизна ФЧХ контура максимальна.
Влияние режима автогенератора на частоту автоколебаний
На частоту автоколебаний оказывают влияние нестабильные напряжения питания и меняющаяся по каким либо причинам нагрузка автогенератора даже в том случае, когда используется эталонный колебательный контур. По указанным причинам меняются токи входного электрода активного прибора, входное сопротивление ZВХ, фазовые углы φS, φК и, как следствие, частота автоколебаний. Рассмотрим механизм влияния режима автогенератора на фазовые углы, входящие в уравнение баланса фаз.
Рис. 13.4
Рис. 13.5 трехточки – индуктивный.
88 |
Рис. 13.6 |
Для определения фазового сдвига φК необходимо воспользоваться теоремой об эквивалентном генераторе.
Определить внутреннее сопротивление Zσ источника возбуждения базовой цепи (рис. 13.4,б) можно, если замкнуть выводы коллектор-эмиттер (рис. 13.4,а).
Тогда Zσ будет параллельным соединением сопротивлений Z3 и Z2. При достаточно добротных контурах, используемых в автогенераторах, Zσ будет реактивным сопротивлением.
Из рис. 13.5 и 13.6 следует, что Xσ в схеме емкостной трехточки имеет емкостный характер, а в схеме индуктивной
Для оценки фазового сдвига ϕК построим векторную диаграмму напряжений схемы (рис. 13.4) в предположении (для простоты построения), что входное сопротивление транзистора имеет чисто резистивный характер (рис. 13.7).
При изменении входного сопротивления транзистора изменяется угол ϕК и,
в соответствии с рис. 13.1, изменяется частота генерации ωГ. Входное сопротивление транзистора зависит от напряженности режима, в частности, от нагрузки транзистора, от питающих напряжений и других факторов. Стабилизация сопротивления нагрузки, питающих напряжений уменьшает ΔϕК и увеличивает стабильность частоты.
Проанализируем причины, вызывающие изменение фазового угла крутизны ϕS при изменении режима автогенератора.
Фазовый сдвиг ϕS определяется постоянной време-
|
ни входной цепи τS = |
rБrβ |
(CЭ + СД + СКА ); |
|
|
||
|
|
rБ + rβ |
|
|
ϕ S = arctg ωτS |
|
|
|
rβ , CД , СКа , СЭ зависят от постоянной состав- |
||
Рис.13.7 |
ляющей эмиттерного тока, от питающих напряже- |
||
|
ний. Следовательно, стабилизация напряженности |
режима автогенератора и питающих напряжений стабилизирует фазовый угол
φS. Вышеизложенный анализ дает возможность сформулировать основные рекомендации по проектированию автогенераторов с повышенной стабильностью частоты:
–применение колебательных контуров с высокой добротностью Q.
–детали контуров должны иметь минимальные ТКЕ и ТКИ.
–мощность автогенераторов не должна превышать 5 – 10 мВт.
–использование в автогенераторах высокочастотных транзисторов.
–недонапряженный режим автогенератора.
–термостатирование элементов автогенератора и термокомпенсация.
–герметизация автогенераторов.
–стабилизация напряжений питания.
–применение буферных каскадов между автогенератором и последующими усилителями мощности.
Следует заметить, что даже выполнение этих требований не гарантирует относительной стабильности частоты колебаний лучше, чем 10-4 – 10-5.
Радикально повысить стабильность можно, используя в качестве возбудителя передатчика кварцевые автогенераторы.
Контрольные вопросы
1.Что понимается под абсолютной и относительной стабильностью часто-
ты?
2.Дайте определение понятиям – ТКЕ и ТКИ.
3.Почему в автогенераторах следует использовать контура с высокой добротностью?
4.Какие параметры автогенератора влияют на величину φS?
89
5.Объясните механизм влияния нестабильных питающих напряжений на частоту автоколебаний.
6.Какими свойствами должен обладать буферный каскад, чтобы эффективно снимать влияние последующих каскадов передатчика на частоту автоколебаний?
90