Министерство высшего и среднего специального образования СССР

Балтийский Государственный Технический Университет

им. Д.Ф.Устинова "ВОЕНМЕХ"

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРА С КВАРЦЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ

И УМНОЖЕНИЕМ ЧАСТОТЫ

Методические указания к лабораторной работе по курсу

"Радиопередающие и радиоприемные устройства"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2000

Цель работы - изучение и исследование схем автогенераторов,

влияния кварцевого резонатора на стабильность частоты генерируемых

колебаний, изучение принципов умножения частоты.

I. Краткие сведения из теории

Принцип работы автогенератора.

В состав любого радиопередающего устройства входят возбудители, определяющие в первую очередь частоту генерируемых колебаний. В зависимости от назначения радиопередатчика возбудители строятся по различным схемам, однако, в любом случае они содержат задающий генератор, работающий в автоколебательном режиме. В основу работы автогенераторов положено либо использование схемы усиления напряжения, нагрузкой которой является колебательная система, либо использование особенностей вольт-амперных характеристик некоторых полупроводниковых приборов. Структурная схема автогенератора с использованием схемы усиления представлена на рис.1. В данном случае усилитель преобразует энергию источника питания в энергию высокочастотных (ВЧ) колебаний, цепь обратной связи (ОС) обеспечивает передачу напряжения с выхода генератора на вход элемента усиления. Частота и амплитуда генерируемых колебаний в схеме автогенератора определяется параметрами колебательной системы и внутренними свойствами генератора. В качестве элемента возбуждения в автогенераторе используется часть колебательной системы, напряжение с которой через цепь ОС подаётся на вход схемы.

Формирование ВЧ колебаний автогенератором осуществляется при выполнении определённых условий, которые принято называть соответственно условием баланса амплитуд и условием баланса фаз.

Рис.I

Для выполнения первого условия напряжение ОС должно быть достаточным для компенсации потерь в колебательной системе, т.е. должен быть обеспечен баланс энергий вынужденных колебаний и потерь. Во втором случае цепь ОС должна обеспечивать фазовые соотношения между вносимыми колебаниями и собственными колебаниями системы.

В общем виде уравнение автогенератора с учетом условий баланса амплитуд и фаз имеет следующий вид:

k’SR_Э[j(φ_k + φ_s + φ_э)], (1)

где k' - приведённый коэффициент ОС;

S - крутизна активного элемента, усредненная по первой гармонике тока; R_Э – эквивалентное сопротивление колебательной системы генератора;

φ_k, φ_s, φ_э - соответствующие фазовые углы.

Выражение ( 1 ) можно представить в виде двух уравнений, соответственно характеризующих условия баланса амплитуд и фаз:

k' SRэ = 1 ( 2 )

φ_k + φ_s + φ_э = 0 ( 3 )

На практике широкое применение находят так называемые трёхточечные схемы автогенераторов, когда между тремя электродами активного элемента включены реактивные сопротивления.

Эквивалентная схема такого автогенератора представлена на рис.2. В этой схеме реактивные сопротивления имеют малые потери и образуют высокодобротный колебательный контур. В сопротивлениях Zl, Z2, Z3 следует учитывать не только соответствующие сопротивления внешней колебательной системы, но и реактивности активных элементов. С учетом относительно высоких добротностей колебательных систем, применяемых в автогенераторах, активными составляющими сопротивлений можно пренебречь.

Рис.2

Считая, что при работе генератора на собственной частоте сдвиг

фаз в активном элементе компенсируется фазовым сдвигом в колебательном контуре, можно записать φ_э = - φ_s = 0

С учетом выражения (3) φ_k = 0. При этом справедливо уравнение

Х1+Х2+Х3 = 0, ибо в противном случае не будут выполняться условия

баланса фаз. При выполнении условий (2) и (3) коэффициент обратной

связи k = z2/z1 = x2/x1- величина вещественная и положительная, поэтому в автогенераторе справедливы следующие соотношения: X1X2>0; Х1Х3 < 0; |Х2 | < |Х3 | .

Из всего сказанного можно сделать вывод, что при обеспечении условия баланса фаз и амплитуд сопротивления Z1 и Z2 должны быть одного знака, а сопротивление Z3 противоположного им знака. В этой связи в зависимости от характера сопротивлений различают емкостную и индуктивную трехточечную схемы генераторов, эквивалентные схемы

которых представлены соответственно на рис.3,а,б.

Рис.3