книги из ГПНТБ / Шумилин Н.П. Специальные измерения в проводной связи учебник

менный уход для генераторов I, II, III классов соот­

пределах 0,5— 3%, и только у специальных генераторов (с хорошими фильтрами) этот коэффициент может быть уменьшен до сотых долей процента (генератор ГЗ-35

имеет/С=0,02ч-0,05%).

Соотношение максимальной и минимальной частот диапазона генератора (7макс//мть) носит название коэф­ фициента перекрытия. В поддиапазоне он обычно равен 10, а во всем диапазоне генератора, как правило, не пре­ вышает 10 000.

В качестве генераторов синусоидальных колебаний используют: а) генераторы основных колебаний с конту­

где Q — добротность контура, Практически контуры, применяемые в измерительных генераторах, имеют на­ столько большую добротность, что

і-щ т г

где L в генри, а С в фарадах. Из многих возможных схем задающих генераторов типа LC на рис. 8.1 пред­ ставлен принцип работы авто­ генератора (т. е. генератора с самовозбуждением) на тран­ зисторе с индуктивной связью

ри последовательным питанием (источник питания включен

пающего на вход вследствие обратной связи между вы­ ходом и входом, должна быть достаточна для преодо­ ления всех затуханий, которые претерпевает ток, воз­

150

пикающий в генераторе, — условие амплитуд; 2) фаза зтого напряжения обратной связи должна совпадать с фазой первоначально возникших колебаний, попадать с ними в такт—условие фаз.

трансформатора напряжение обратной связи, поступаю­ щее со вторичной обмотки трансформатора L r через кол­

и будет поддерживать колебания, способствуя возраста­ нию их амплитуды. Если эта поддержка достаточна, то амплитуда будет автоматически возрастать за счет энер­ гии питающего источника.

Однако напряжение этих колебаний поступает на ба­ зу через конденсатор C r. До возникновения колебаний смещения на базе практически не было. После же их появления под воздействием отрицательных полуволн пе­ ременного напряжения, поступающих на базу и отпи­ рающих транзистор р-п-р, создаются импульсы тока ба­ зы, которые заряжают конденсатор C r. В перерывах между этими импульсами конденсатор C r разряжается через сопротивление -R^, много большее, чем емкостное сопротивление конденсатора C r. В результате на сопро­ тивлении Rij создается с небольшими перерывами посто­ янное напряжение, которое служит напряжением авто­ матического смещения. По мере нарастания амплитуды колебаний это напряжение также растет и сдвигает ра­ бочую точку транзистора до тех пор, пока положение стабилизируется. Это произойдет, когда потери в цепи контура компенсируют воздействие положительной об­ ратной связи, и, таким образом, возникшие в контуре незатухающие колебания с установившейся амплитудой

и частотой f =1/2 тс V L C могут быть использованы для последующего усиления и подачи на выход. Попутно конденсатор Cr сглаживает пульсации напряжения сме­ щения, возникшего на сопротивлении Rn, а последнее, как нетрудно видеть, создает отрицательную обратную связь по постоянному току, чем способствует темпера­ турной стабилизации режима.

Регулировка частоты в таких генераторах осущест­ вляется либо переключением фиксированных значений

15!

частоты. Генератор на биениях содержит два высокоча­ стотных генератора класса LC, один с фиксированной частотой (fi) и другой— с переменной (f2). С выходных зажимов снимается 'напряжение разностной частоты (fi—h)- Так как для изменения разностной частоты во много раз достаточно изменить частоту одного из вч генераторов на несколько процентов, то относительно широкий диапазон генерируемых низких (разностных) частот может быть перекрыт одной регулировкой (на­ пример, емкости) в вч генераторе с переменной часто­ той.

Для всех измерительных генераторов обязательна до­ статочная стабильность частоты. Основные причины из­ менений частоты следующие:

а) изменения температуры ,(в частности, благодаря прогреванию генератора во время работы, поэтому реко­ мендуется пользоваться генератором через определен­ ное время после включения его питания);

б) изменения параметров элементов схем от вре­ мени;

в) изменения питающего напряжения;

г) изменения величины и характера нагрузочного со­ противления генератора.

Для уменьшения температурных изменений в схемах генераторов применяют элементы с температурной ком­ пенсацией и предусматривается определенное размеще­ ние деталей.

Для уменьшения изменений питающего напряжения включают стабилизаторы напряжения (газоразрядные, полупроводниковые, а иногда следящие, основанные на сравнении некоторого опорного напряжения и выход­ ного) .

Для уменьшения влияния нагрузочных сопротивле­ ний на работу генераторов в их схемах чаще всего пре­ дусматривают включение буферного усилительного кас­ када (рис. 8.2). После буферного каскада ставят обыч-

Рис. 8.2. Структурная схема генератора іLC с 'буферным каскад-ом

153

Ho регулятор выходного напряжения и двухтактный уси­ литель мощности.

Часто ;на выходе генератора устанавливается секцио­ нированный трансформатор, рассчитанный тіа включение

бираемое из условий восприятия им максимальной мощ­ ности от усилительного каскада; R n— сопротивление на­ грузки; п — коэффициент трансформации.

Иногда вторичную обмотку выходного трансформа­ тора просто шунтируют необходимым сопротивлением. Во многих случаях для получения часто требующегося сугубо низкоомного выходного сопротивления генерато­ ра, практически неизменного в широком диапазоне частот (Щ благодаря этому обеспечивающего достаточное постоянство выходного напряжения), в выходном уст­ ройстве генератора используют катодный или эмиттерный повторитель.

Контроль выходного напряжения генератора осуще­ ствляют вольтметром или измерителем уровня, включае­ мым, как правило, не к выходным зажимам генератора, а на выходе усилителя перед выходным устройством. В выходном устройстве часто ставят ослабитель в виде ка­ либрованного магазина затуханий, чем достигают необ­ ходимое расширение диапазона получаемых от генера­

154

кой схеме условие фаз, соблюдение которого необходи­

ся диапазон генерируемых частот (ступенчатая регули­ ровка), а меняя другую величину, получают плавное изменение частоты в поддиапазоне.

Так как практически легко достигается усиление су­ щественно более трех, то (рис. 8.4) возможно кроме по­

ложительной обратной связи, иметь и отрицательную об­ ратную связь: в делителе, состоящем из сопротивления

термистора Rr и сопротивления в катодной цепи R „ ь с последнего снимается напряжение отрицательной обрат­ ной связи. Этим существенно уменьшается коэффициент нелинейных искажений, и форма кривой на выходе при­ ближается к синусоидальной.

Принцип действия схемы рис. 8.5, построенной на

155

ной обратной связи состоит из резисторов Ra, R7 и тер­ мистора (ТП2-0,5) R t. В схеме рис. 8.5 первый и третий каскады, выполненные на транзисторах 7\ и Г3, — уси­ лители напряжения, собранные по схеме с общим эмит­ тером. Второй каскад — эмиттерпый повторитель —

согласует выходное сопротивление первого каскада со входным сопротивлением третьего.

Изображенная на рис. 8.6 упрощенная структурная схема генератора на биениях работает следующим об­ разом. Высокочастотный генератор постоянной частоты

лируемой на 10—-20% '(например, с помощью конденса­ тора переменной емкости).

На выходе преобразователя в числе продуктов пре­

156

образования возникает разностная частота F = / t—/2. Че­ рез включенный на выходе преобразователя фильтр ниж­ них частот Ф НЧ пройдут токи только этой разностной низкой частоты, токи других частот окажутся подавлен­ ными. В итоге после усиления (как правило, выходной каскад двухтактный, существенно ослабляющий четные гармоники) напряжение разностной частоты поступает в выходное устройство. При этом выходное напряжение мало зависит от значения установленной низкой частоты, поскольку частота переменного генератора вч меняется в относительно небольших пределах. Это достоинство ге­ нератора на биениях особенно ценно при снятии частот­ ных характеристик.

Однако в силу диалектики вещей, из этого достоинст­ ва вытекает и основной недостаток генераторов на бие­ ниях: произошедшее от каких-то случайных (всегда имеющихся) причин незначительное изменение частоты одного из вч генераторов всегда вызывает во міного раз большее относительное изменение низкой частоты на вы­ ходе. Поэтому необходимым условием правильной эк­ сплуатации генератора на биениях оказывается провер­ ка частоты перед работой и в процессе работы.

Первой, обязательной проверочной точкой является нуль частоты. При этом соответствующими регулиров­ ками устанавливают нуль выходной частоты (но не на­ пряжения) и по индикатору выходного напряжения кон­ тролируют фактическое равенство fi = fz-

Процесс контроля настройки по нулевым биениям со­ стоит в следующем. Если разность '/1—/2 настолько ве­ лика, что стрелка индикатора не успевает следовать за колебаниями мгновенных значений выходного напряже­ ния, то прибор зафиксирует некоторую величину выход­ ного напряжения, определяемую положением регу­ лировки усиления усилителя нч. С помощью ре­ гулировки частоты одного из генераторов (обозначенной

а при дальнейшем приближении разностной частоты к ну­ лю —' совершать легко заметные на глаз редкие колеба­ ния и, наконец, практически останавливается (вблизи нулевой отметки по шкале прибора, поскольку при fі—

—12= 0 выходное напряжение также равно нулю). Про­ верка нуля закончена.

157

В процессе работы с генератором рекомендуется пе­ риодически повторять такую проверку, поскольку по ме­ ре прогрева элементов схемы частоты fi и /2 могут изме­ няться, хотя конструкция генератора и выполняется та­ ким образом, чтобы аналогичные элементы схем обоих генераторов находились бы примерно в одинаковых тем­ пературных условиях.

Для генераторов с большим коэффициентом перекры­ тия применяют проверку перед работой по второй опор­ ной точке (напріимер, 100 кГц), когда контролируют точ­ ность выполнения равенства /,—/2= Ю 0 кГц. Индикато­ ром настройки в этом случае служит включаемая на вы­ ходе генератора неоновая лампочка. Пока равенство /1—fo=lOQ кГц не достигнуто, лампочка светится, а по его достижении кварцевый резонатор, включаемый в один из усилительных каскадов и рассчитанный на 100 кГц, закорачивает этот каскад, « лампочка гаснет. Часто при настройке на вторую опорную точку несколь­ ко нарушается установка нуля и приходится повторять эти настройки несколько раз. Необходимость описанных настроек — существенный недостаток генераторов на биениях.

8.3. Высокочастотные измерительные генераторы

Для получения синусоидальных напряжений с частотами порядка 0,1—20 МГц в технике проводной связи применяют большей частью измерительные гене­ раторы L C с кварцевой стабилизацией частоты, обеспе­ чивающей малую погрешность (до ІО-8) и высокую ста­ бильность частоты (уход за 7 ч работы 3-ь5-10~7). В та­ кого рода прецизионных генераторах с помощью квар­ цевого резонатора стабилизируется обычно одна, основ­ ная, частота. Чтобы получить серию стабилизированных частот, используют два способа. При одном из них вы­ ходной сигнал формируется из основной, стабилизиро­ ванной кварцем, частоты путем многократного ее деле­ ния, умножения и преобразования; при другом—выходной сигнал получается от генератора L C или І?С, частота которого автоматически подстраивается по частоте, ста­ билизированной кварцем.

На рис. 8.7 представлена упрощенная схема форми­ рования серии (сетки, растра) частот вч генератора, в котором синтез выходных частот производится по пер-

158

вому способу. П.ріи этом благодаря высокому качеству применяемых элементов схем погрешность каждой вы­ ходной чистоты и его стабильность мало 'Отличаются от погрешности и стабильности опорного генератора.

Схемой рис. 8.7 поясняется получение интервала ме­ жду выходными частотами 10 кГц !(ів схеме опущены не­ обходимые фильтры и разделительные ’каскады). Опор­ ный генератор 1 с кварцевой стабилизацией вырабаты­ вает частоту 1 МГц. Поступая на входы 'блоков 2, 3, 4, эта частота соответственно умножается на 3, делится на 5 и умножается на 2.

Проследим получение выходных частот 300, 310 и 320 кГц. Частота 300 кГц получается с выхода блока 5, делящего выходную частоту блока 2 (3 МГц) на 10. Ч а ­ стота 310 кГц получается с выхода блока 11, делящего на 10 выходную частоту преобразователя 9. Эта выход­ ная частота равна суммарной частоте 3100 кГц, образо­ вавшейся от воздействия на входы преобразователя 9 частоты 300 кГц (с выхода блока 5) и частоты 2800 кГц, поступающей с выхода преобразователя 7. В свою оче­ редь, частота 2800 .кГц является суммарной и состоит из частоты 2 М Гц, поступившей на вход преобразоавтеля 7 от блока 4, и из частоты 800 кГц, поступившей на пре­ образователь 7 с выхода блока 6. Частота же 800 кГц по­ лучена умножением та 4 чистоты 200 кГц, поступившей на вход блока 6 с выхода блока 3 (разделившего на 5 частоту опорного генератора 1М Гц ). Частота 320 кГц по­

159