2 Обоснование выбора схемы

2.1 Обоснование выбора структурной схемы

Умножители частоты, как правило, не являются функционально самостоятельными устройствами. Они входят в состав приемной, передающей аппаратуры, используются для гетеродирования колебаний, возбуждения усилителей мощности, а также в качестве датчика эталонных частот и др.

Различие требований к УЧ, входящим в состав радиоаппаратуры, а также непрерывное совершенствование схемотехники и элементной базы привели к созданию многочисленных структур УЧ на основе ИФАПЧ. Построение умножителей частоты на основе системы фазовой автоподстройки частоты обеспечивает стабильную работу устройства при изменении частоты входного сигнала в широких пределах и позволяет повысить точность преобразования сигнала.

Н

Рисунок 1.5Структурная схема УЧ с ИФАПЧ, использованная в проекте

а рисунке 1.5 представлена структурная схема УЧ на ИФАПЧ. При поступлении входного сигнала на фазовый детектор (ФД) в нем происходит сравнение и детектирование, т.е. выдача сигнала ошибки или рассогласования, при этом на первый вход поступает исходный сигнал, а на другой подается импульсная последовательность с частотой следования, формирующейся на делителе частоты (ДелительN). Далее через блок фильтра низких частот (ФНЧ) данный сигнал рассогласования поступает на усилитель (УПТ), где происходит его усиление.

Усиленный сигнал поступает на генератор, управляемый напряжением (ГУН), с помощью которого формируется импульсная последовательность заданной частоты, которая и является выходным сигналом. При этом, образуя цепь обратной связи, тот же выходной сигнал подвергается делению на коэффициент, связывающий между собой частоту входного и выходного сигналов, что происходит в делителе частоты.

Если на ФД поступает импульсная последовательность с частотой меньше входного сигнала, схема формирует управляющее воздействие на ГУН для увеличения частоты. При поступлении на ФД импульсов с большей частотой происходит снижение управляющего воздействия, что приводит к уменьшению частоты следования импульсов.

2.2 Обоснование выбора электрической принципиальной схемы

Выбранная структурная схема является однокольцевым УЧ.

В настоящее время характеристики, указанные в техническом задании, хорошо реализуются на интегральных микросхемах. Основными достоинствами использования ИМС являются хорошие массо-габаритные показатели, малое энергопотребление, высокая надежность и технологичность.

Одной из микросхем, реализующих принцип ФАПЧ, является К174ХА12 (рисунок 1.6). Она имеет типовую структуру для микросхем этого класса и представляет собой управляемый генератор – универсальную высокочастотную систему ФАПЧ с замкнутым контуром обратной связи, обеспечивающую независимую регулировку центральной частоты и полосы удержания. Микросхема содержит два фазовых детектора (ФД), основу которых составляет схема аналогового перемножителя на дифференциальных усилителях. Выходной сигнал одного из ФД пропорционален произведению входного ЧМ сигнала, поступающего на входы 12 и 13, и сигнала, поступающего с генератора, управляемого напряжением (ГУН). Второй ФД (вход 5) используется в схемах демодуляции АМ сигналов.

Основным блоком в ИМС является управляемый генератор (ГУН), от которого зависят такие параметры, как стабильность частоты выходных колебаний в диапазоне питающих напряжений и температуры, линейность модуляционных и демодуляционных характеристик, частота спектра выходного сигнала, диапазон рабочих частот. Управляемый генератор выполнен в виде эмиттерно-связанного мультивибратора, который работоспособен в широком диапазоне частот. Для мин

Рисунок 1.6Структурная схема ИМС

К174ХА12

имизации температурного дрейфа частоты в нем предусмотрена температурная компенсация. Частота генератора определяется внешним частотозадающим конденсатором, подключаемым к выводам 2, 3. Изменяя номинал внешнего конденсатора в пределахпФ, можно устанавливать частоту собственных колебаний ГУН в диапазонеГц. Схематическое построение генератора предусматривает возможность внешнего электронного управления частотой генерации и полосой удержания.

На вывод 6 подается управляющий ток мА для электронной подстройки частоты генератора в пределах. Вывод 7 используется аналогичным способом для электронной регулировки полосы удержания. Фильтр НЧ образован выходным сопротивлением фазового детектора и внешними элементами, подключаемыми к выводам 14, 15 и обеспечивает необходимую полосу захвата. Номинал подключаемого конденсатора (в микрофарадах) можно определить по формуле (1.1).

, (1.1)

где – необходимая полоса захвата.

Назначение выводов микросхемы К174ХА12:

1 – выход НЧ (АМ);

2, 3 – выходы под частотозадающий конденсатор;

4. – вход АМ;

5. – выход ГУН;

6. – электронная подстройка частоты ГУН;

7. – регулировка полосы удержания;

8. – общий;

9. – выход НЧ (ЧМ);

10. – выход ФНЧ (ЧМ детектора);

11. – напряжение смещения;

12. – вход ВЧ1;

13. – вход ВЧ2;

14,15 – выходы ФНЧ;

16. – плюс .

Основные электрические параметры микросхемы К174ХА12:

Номинальное напряжение питания , В, __________________18

Ток потребления , мА, типовое значение _________________ 8

не более ________________________ 13

Выходное напряжение ГУН , мВ, не менее ___________ 200

При эксплуатации микросхемы необходимо учитывать, что входное напряжение ЧМ сигнала лежит в пределах 0,15 … 150 мВ.

Графики зависимостей частоты свободных колебаний ГУН от тока управления на выводе 6 и зависимость частоты свободных колебаний ГУН от частотозадающего конденсатора представлены в приложениях.

Таким образом, с выхода 9 микросхемы К174ХА12 (обозначена на принципиальной схеме DD1) сигнал управления поступает на вход 6 в ГУН, где формируется сигнал умноженной частоты. Этот сигнал поступает на делитель частоты с заданным коэффициентом деления, выполненный на цифровых счетчиках: DD2 – микросхема К561ИЕ8 (счетчик по модулю 10 с дешифратором) и DD3 – микросхема К561ИЕ1 (двоичный счетчик-делитель на 8). Счетчики питаются напряжением +5В и срабатывают на положительные тактовые импульсы. Чтобы использовать только один источник напряжения питания, необходим делитель ,. На выходе делителя частоты образуется импульсная последовательность с частотой вN=80 раз меньшей, чем частота собственных колебаний ГУН. Эта последовательность поступает на вход 12 ФД (ЧМ) DD1. На второй вход ФД (ЧМ) (вход 13) подается входной сигнал с частотой . Фазовый детектор выдает сигнал рассогласования, который после прохождения ФНЧ и УПТ управляет ГУН до выравнивания. Выходной сигнал снимается с выхода 5 ГУН (DD1).