3.8.3Стабилизация частоты гетеродинов

В гетеродинах приемо-передающих устройств радиосвязи, как будет показано ниже, используются задающие гетеродины, собранные по схемам емкостной или индуктивной трёхточек. Стабильность частоты задающего генератора во многом определяет стабильность частоты передатчика или гетеродина РПрУ. Нестабильность частоты задающего генератора (нестабильность частоты – произвольное её отклонение от номинального значения) зависит от многих причин.

К ним относятся:

• механические воздействия, вибрации. При этом радиодетали смещаются, и емкость между ними уменьшается;

• изменение питающих напряжений, за счет чего изменяются межэлектродные емкости транзисторов;

• изменение температуры окружающей среды, приводящая к изменению параметров транзисторов;

• изменения влажности и давления окружающей среды.

Различают абсолютную нестабильность , равную разности частот номинальной и ее новое значение , т.е. или .

Относительная нестабильность представляет собой отношение абсолютной нестабильности к номинальному значению частоты, т.е. .

3.9.1 Методы стабилизации частоты

К ним относятся: параметрическая стабилизация, кварцевая стабилизация и автоматическая подстройка частоты.

Параметрическая стабилизация включает в себя:

• стабилизацию питающих напряжений;

• стабилизацию температуры окружающей среды (помещение задающего генератора в термостат);

• применение термоустойчивых радиодеталей.

Кварцевая стабилизация основана на использовании свойств кварца, который включается в схему генератора. Кварц представляет собой сложный колебательный контур, обладающий высокой добротностью (до 500). Конструктивно кварц представляет собой пластину из кремня. Кварц температуроустойчивый материал. Схема кварцевой стабилизации приведена на рис. 3.39. На рис.3.39 через Q обозначен кварц.

Рисунок 3.39 – Генератор с кварцевой стабилизацией частоты

Автоматическая подстройка частоты в общем случае может быть представлена схемой на рисунке 3.40.

Рисунок 3.40 – Система автоматической подстройки частоты

Система автоматической подстройки частоты (АПЧ) позволяет с помощью высокостабильного задающего генератора (ЗГ) или опорного генератора (ОГ) повысить стабильность частоты нестабильного генератора (управляемого генератора УГ или синхронизирующего генератора СГ).

Задающий генератор (ЗГ) генерирует высокостабильные колебания частоты и фазы . Эти колебания поступают на измерительное устройство (И). На второй вход И поступают колебания от нестабильного генератора УГ (СГ) с частотой и фазой .

В качестве И могут использоваться фазовые детекторы и тогда это будет фазовая АПЧ. Если использовать частотный детектор, то мы получим частотную АПЧ.

Измерительное устройство (ЧД или ФД) сравнивает частоты или фазы ЗГ и СГ и вырабатывает управляющий сигнал, величина которого пропорциональна разности частот

или фаз . Знак управляющего напряжения зависит от того, в какую сторону частота (или фаза) СГ отклоняется относительно частоты (или фазы) ЗГ.

Постоянная составляющая управляющего напряжения с выхода фильтра (Ф) поступает на управитель (У), в качестве которого может использоваться варикап. Под действием управляющего напряжения изменяется емкость управителя, входящая в состав емкости частотозадающего контура автогенератора СГ. Емкость будет увеличиваться, если частота СГ увеличилась относительно частоты ОГ и наоборот.

Наибольшее применение получила система фазовой подстройки частоты (ФАПЧ), схема которой представлена на рис. 3.41.

Рисунок 3.41 - Система фазовой подстройки частоты

На рис. 3.41:

• З.К.Г. – задающий кварцевый генератор;

• и - делители частоты;

• ФД - фазовый детектор;

• С.Г. – синхронизируемый (управляемый) генератор;

• ФНЧ - фильтр нижних частот;

• УЭ – управляющий элемент (варикап).

Частоты З.К.Г. и С.Г. могут быть как равными так и значительно различаться. Однако с помощью делителей частоты и , имеющих в общем случае разные коэффициенты деления и , частоты и равны, т.е.

Принципы работы этой схемы аналогичны принципу работы схемы рис. 3.40.