книги из ГПНТБ / Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения

Кроме рассмотренной схемы задающего .КС-генератора воз- і'дожно применение цепочных КС-генераторов, однако диапазон ре­ гулировки частоты в этих схемах значительно меньше. Такие гене­ раторы осуществляются но однокаскадной схеме с положительной обратной связью через фазирующую КС-цепочку (рис. 2.7). В лам-

повой схеме (рис. 2.7,а) между анодом и управляющей сеткой включается три или четыре звена, содержащие конденсаторы и резисторы, посредством которых фаза напряжения на сетке отно­ сительно фазы напряжения на аноде сдвигается на угол 180°, не­ обходимый для обеспечения условия генерации.

Частота генерируемых колебаний для лампового варианта оп­ ределяется приближенным выражением

ние приобретает входное сопротивление усилительного каскада и выражение для частоты имеет несколько другой, более сложный вид.

Низкочастотные генераторы типа LC практически применяются только как внутренние источники модулирующего напряжения с фиксированными частотами в измерительных генераторах высо­ ких частот. Это обусловлено тем, что плавная перестройка колеба­ тельного контура на низких частотах затруднительна. Кроме того, из формулы

определяющей частоту колебаний, видно, что для получения низ­ ких частот звукового диапазона требуются большие величины ем­ костей С и индуктивностей L.

Генераторы на биениях отличаются от других диапазонных ге­ нераторов возможностью плавно изменять частоту генерации в пределах всего рабочего диапазона частот посредством только

22

одного регулируемого элемента. Второй особенностью генераторов на убиениях является возможность малых калиброванных измене­

ний частоты в любой точке перекрываемого генератором диапа­ зона.

^Задающие генераторы на биениях строятся согласно структур­ ной схеме, показанной на рис. 2.8. В этих генераторах колебания

Рис. 2.8.

низкой частоты получаются путем смешения двух близких по час­ тоте высокочастотных колебаний с последующим выделением на­ пряжения разностной частоты — частоты биений. Колебания ге­ нератора фиксированной частоты /о смешиваются с колебаниями генератора регулируемой частоты / р, которая перестраивается от

первые, так как при работе на относительно высоких частотах схе­ мы с контурами LC обладают несомненными преимуществами. Оба генератора должны быть по своей схеме и конструктивному устройству совершенно идентичны, что является обязательным ус­ ловием обеспечения малой зависимости выходной частоты F от

изменения окружающей температуры и изменения режимов пита­ ния.

Как известно, частоты двух генераторов с самовозбуждением, если они достаточно близки друг к другу, «захватываются» (или синхронизируются) при наличии любой связи между этими генера­ торами. Поэтому для устранения явления «захватывания» частоты оба генератора должны быть тщательно заэкранированы, развяза­ ны фильтрами по цепям питания и отделены от смесителя буфер­ ными усилителями. Один из этих усилителей (для частоты f0) де­ лается резонансным для того, чтобы уменьшить до минимума со­ ставляющие частот nfo на входе смесителя и, следовательно, умень­ шить паразитные составляющие выходного напряжения. С этой же целью в качестве смесителей в таких приборах используются

23

Примерами измерительных /?С-генераторов низких частот яв­ ляются приборы типов ГЗ-ЗЗ, ГЗ-35, ГЗ-102, а примером генерато­ ра на биениях ■— прибор типа ГЗ-18.

Метрологические характеристики генератора ГЗ-ЗЗ:

— диапазон частот от 20 Гц до 200 кГц;

. — погрешность установки частоты ± (0,02/+1) Гц,

—номинальная выходная мощность 0,5 Вт;

—максимальная выходная мощность 5 Вт;

—нелинейные искажения при номинальной выходной мощно­ сти не превышают 0,7% на частотах от 60 Гц до 20 кГц.

Генераторы высоких частот

При работе с радиотехнической аппаратурой в диапазоне высо­ ких частот используются обе разновидности измерительных гене­ раторов: генераторы сигналов и генераторы стандартных сигналов Генераторы сигналов с выходной мощностью до 3 Вт применя­ ются в основном для питания высокочастотным напряжением ла­ бораторных генераторов с внешним возбуждением, антенн и раз­ личных измерительных схем. Они имеют грубую калибровку вы­

ходного напряжения или мощности.

Генераторы стандартных сигналов — это маломощные источни­ ки колебаний, характеризующиеся плавной регулировкой и точной установкой частоты, параметров модуляции и величины выходного напряжения. Они применяются при настройке и испытании высоко­ частотных усилителей, радиоприемных устройств, при измерении коэффициента шума приемников и усилителей, при исследовании частотных характеристик четырехполюсников и т. д. При настрой­ ке и испытании приемников ГСС служат имитаторами сигналов, наводимых в реальных условиях в приемных антеннах .

Измерительные »генераторы высоких частот выполняются со­ гласно структурной схеме, приведенной на рис. 2.9, которая явля­ ется частным случаем обобщенной схемы (рис. 2.1).

Задающий генератор выполняется по трехточечным схемам, с трансформаторной связью, с электронной связью и др. На рис. 2.10,а,б,в приведены упрощенные принципиальные схемы ламповых задающих генераторов с параллельным питанием и контуром в анодной цепи (соответственно с трансформаторной, автотрансфор­ маторной и емкостной обратной связью). На рис. 2.10,г,д показаны автотрансформаторные схемы с резонансным контуром в сеточной цепи, обеспечивающие лучшую стабильность автоколебаний вслед­ ствие меньших токов и напряжений в контурах.

В диапазоне метровых волн в качестве задающих генераторов обычно используются трехточечные ламповые схемы с емкостной обратной связью, содержащие колебательные контуры в виде не­ однородных полосковых линий.

Обычно весь диапазон генератора перекрывается нескольки­ ми поддиапазонами. От одного поддиапазона к другому переходят,

я ч

переключая контурные катушки. Внутри поддиапазона перестройка частоты осуществляется с помощью конденсатора переменной ем­ кости. Все широкодиапазонные задающие генераторы градуируют­ ся по частоте при выпуске и подвергаются периодической провер­ ке в процессе эксплуатации.

' Злектрон- -Э ный

Ьольтметр

Рис. 2.9.

Стабильность частоты задающего генератора определяется раз­ личными факторами: стабильностью параметров элементов конту­ ра в диапазоне температур и во времени, устойчивостью фазо-

Рис. 2.10.

вых соотношений, неизменностью параметров электронных ламп (во времени и при изменении режимов питания), изменениями на­ пряжений источников питания, механической прочностью элемен­ тов монтажа и т. д. Для обеспечения высокой стабильности часто­ ты применяют детали с малыми температурными коэффициента­ ми, стабилизируют питающие напряжения, применяют параметри­ ческую стабилизацию частоты и т. д. В схемы некоторых генерато­

26

ров стандартных сигналов включают кварцевый калибратор, предназначенный для проверки частотных шкал задающего генера­ тора.

Усилитель-модулятор строится обычно по резонансной схеме. Усилитель высокой частоты обеспечивает усиление амплитуды ко­ лебаний, служит буферным каскадом, т. е. обеспечивает независи­ мость частоты генератора от его нагрузки, используется для амп­ литудной модуляции колебаний (с этой целью, например, на эк­ ранную сетку лампы усилителя подается напряжение низкой час­ тоты). Иногда усилитель выполняет функции удвоителя частоты.

В качестве источника модулирующего напряжения служит ге­ нератор низкой частоты, который обычно выполняется по схеме LC

внешним сигналом. Установка необходимой глубины амплитудной модуляции осуществляется изменением амплитуды модулирующе­

устройство для осуществления модуляции генератора по частоте. Выходное устройство включает потенциометр плавной регули­ ровки уровня выходного сигнала, калиброванный аттенюатор, уменьшающий напряжение в целое число раз (кратное десяти), и выходные гнезда. Генераторы стандартных сигналов снабжаются

обычно дополнительным выносным делителем напряжения. Контрольными приборами служат электронный вольтметр и из­

меритель коэффициента глубины модуляции, включаемые до атте­ нюатора. Коэффициент глубины амплитудной модуляции контроли­ руется путем измерения амплитудного значения модулирующего напряжения при определенном уровне несущего высокочастотного колебания.

Так как напряжение на выходе аттенюатора генераторов стан­

мым с аттенюатора, что может существенно исказить результаты измерения. Поэтому в таких генераторах экранируются как от­ дельные блоки, так и весь генератор в целом. Все цепи питания снабжаются высокочастотными фильтрами, что предохраняет от проникновения напряжения генерируемой частоты.

Примером генератора стандартных сигналов радиовещатель­ ного диапазона может служить прибор типа Г4-93, имеющий диа­ пазон частот 0,03—40 МГц, основную погрешность установки час­

ного напряжения от 0,1 мкВ до 1 В на нагрузке 50 Ом.

27

В качестве примера генератора сигналов метрового диапазона волн можно привести прибор типа Г4-119А, имеющий диапазон частот 30—200 МГц, погрешность установки частоты 1,5% и пре­ делы изменения выходной мощности от 1 мВт до 1 Вт в нагрузке

75 Ом.

Генераторы сверхвысоких частот

При работе с аппаратурой в диапазоне СВЧ встречаются обе разновидности измерительных генераторов. Генераторы сигналов служат источниками мощности от единиц милливатт до единиц ватт. Генераторы стандартных сигналов обеспечивают калиброван­

ную мощность от 10~14Вт до сотен микроватт. В ряде генераторов стандартных сигналов имеется также милливаттный выход, обес­ печивающий получение мощности порядка единиц милливатт.

СВЧ очень трудно создать широкополосные или перестраиваемые усилители. Импульсный модулятор в генераторах СВЧ воздейст­ вует непосредственно на задающий генератор.

Задающий генератор выполняется на отражательных клистро­ нах, на специальных СВЧ триодах и лампах обратной волны. Наи­ более распространены клистронные генераторы, которые приме­ няются в диапазоне волн от единиц дециметров (1—2 дм) до мил­ лиметров. Триодные генераторы широко применяются в метровом

и дециметровом диапазонах волн, а генераторы на лампах обрат­ ной волны (получившие пока недостаточное распространение из-за іромоздкости и непостоянства мощности в диапазоне перестройки частоты) — в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн.

В клистронных генераторах перестройка частоты в широких пределах осуществляется механическим путем — изменением объе­ ма резонатора, а точная настройка в небольших пределах — элект­ рическим путем, т. е. изменением напряжения на отражателе в

28

пределах разности частот, соответствующих уровню половинной мощности используемой зоны генерации.

Модулятором обычно служит схема, вырабатывающая прямо­ угольные импульсы различных полярностей, амплитуд, длитель­ ностей и частот следования. Модулирующие импульсы подаются непосредственно на задающий генератор. Схемы импульсных мо­ дуляторов содержат известные элементы формирования импульсов: мультивибраторы, блокинг-генераторы, усилители-ограничители, линии задерж.ки и др.

Подавая на отражатель клистрона пилообразное напряжение, можно осуществить частотную модуляцию генератора в пределах электронной перестройки частоты. Большинство генераторов СВЧ допускает внешнюю модуляцию.

Выходное устройство состоит из аттенюаторов (предельного, поглощающего типов либо ферритовых в зависимости от частотно­ го диапазона), отрезков волноводов и коаксиальных линий, выход­ ных гнезд (в «коаксиальном» диапазоне) и фланцев. Шкалы ат­ тенюаторов генераторов сигналов градуируют в децибелах, а у ге­ нераторов стандартных сигналов — в децибелах и микроваттах.

Методы контроля параметров сигнала в диапазоне СВЧ суще­ ственно отличаются от методов, применяемых при большей дли­ не волны. Измерение напряжения заменяется измерением мощно­ сти, т. е. в генераторе имеется встроенный измеритель мощности, обычно термисторного типа (при соизмеримости длины волны с длиной применяемых отрезков линий нецелесообразно опериро­ вать понятием напряжения, так как оно может значительно менять­ ся в зависимости от точки измерения).

Частота устанавливается с помощью специального встроенного волномера (измерителя частоты) резонансного типа с отрезком коаксиальной линии или объемным резонатором. Наличие встроен­ ного волномера объясняется тем, что в сантиметровом и тем более в миллиметровом диапазоне волн отградуировать органы настрой­ ки частоты клистрона непосредственно в единицах частоты не представляется возможным.

На рис. 2.12 приведена функциональная схема генератора стан­

измеритель частоты, направленный ответвитель, термисторную головку и аттенюаторы.

Колебания СВЧ через аттенюатор установки опорного уровня мощности подводятся к направленному ответвителю.. Равные доли мощности СВЧ подаются через плечи ответвителя на калиброван­ ный выходной аттенюатор и к термисторной головке. Последняя совместно с термисторным мостом и индикаторным прибором слу­ жит для индикации мощности СВЧ. С калиброванного аттенюато­ ра энергия СВЧ поступает к выходному фланцу. Индикаторный

29