2. Автогенераторы синтезаторов частот
Источником высокочастотных колебаний передатчика является автогенератор. В отличие от генераторов с внешним возбуждением, в автогенераторе колебания на выходе возникают при отсутствии внешних воздействий, благодаря собственной положительной обратной связи. В состав автогенератора входит активный элемент (транзистор), источник питания, колебательная система и цепь обратной связи.
Эквивалентную схему автогенератора можно представить (рис.) в виде соединения активного четырёхполюсника (АЧ) и пассивного четырёхполюсника (ПЧ). [1]
Рис. 2.Эквивалентная схема автогенератора.
Здесь
Uвх – входное напряжение активного четырёхполюсника;
I – выходной ток активного четырёхполюсника.
Представим эквивалентную схему автогенератора в виде соединения типовых элементарных звеньев системы автоматического регулирования (рис.)
Рис. 3. Математическая модель автогенератора.
Здесь
S(jω) - комплексная передаточная функция активного четырёхполюсника (крутизна транзистора);
Zэ(jω) - комплексная передаточная функция (эквивалентное сопротивление) пассивного четырёхполюсника;
K(jω) - комплексная передаточная функция цепи обратной связи.
(5)
(6)
(7)
Условие самовозбуждения автогенератора в комплексной форме имеет вид:
S(jω)* Zэ(jω)* K(jω)=1 (8)
Комплексные передаточные функции S(jω), Zэ(jω), K(jω) можно записать в показательной форме:
S(jω)= S(ω)*ejφs ,
Zэ(jω)= Zэ(ω)*ejφэ ,
K(jω)= K(ω)*ejφк , (9)
где S(ω), Zэ(ω), K(ω); φs(ω), φэ(ω), φк(ω) – модули и фазы, соответственно комплексных передаточных функций элементарных звеньев математической модели автогенератора.
Условия возбуждения автогенератора в показательной форме:
1) S(ω)*Zэ(ω), K(ω)=1 – уравнение баланса амплитуд (10)
2) φs(ω)+φэ(ω)+ φк(ω)=2*π*n, n=0, 1, 2… - уравнение баланса фаз (11).
Условием самовозбуждения автогенераторов являются баланс амплитуд и баланс фаз, т.е. коэффициент передачи по петле обратной связи может быть равен 1, а суммарный фазовый сдвиг 2*π*n, n=0, 1…
Крутизна характеристики транзистора не линейна и зависит от величины входного напряжения S=f(Uвх).
Схемы автогенераторов на биполярных и полевых транзисторах, как правило, выполняются в виде емкостных или индуктивных трёхточек, эквивалентные схемы, которых изображены на рис. 4, 5
а)
б)
Рис. 4.Эквивалентная емкостная трёхточечная схема автогенератора.
а)
б)
Рис. 5.Эквивалентная индуктивная трёхточечная схема автогенератора.
Активными четырёхполюсниками на рис. 4, 5 являютcя транзисторы VT. В схеме емкостной трёхточки (рис.4) в качестве пассивного четырёхполюсника используется фильтр нижних частот (рис.4, а), в схеме индуктивной трёхточки (рис. 5) – фильтр верхних частот (рис. 5, а).
Из рассмотрения рис. следует, что условия для возникновения высших гармонических составляющих на выходе автогенератора значительно выше в схеме с фильтром верхних частот. При проектировании автогенератора, работающего на первой гармонике, целесообразно выбирать схему емкостной трёхточки, обладающей лучшими спектральными характеристиками (из-за дополнительной фильтрации высокочастотных составляющих в цепи обратной связи). [1]
В реальных схемах автогенераторов нередко используются более сложные колебательные системы. Например, для повышения стабильности частоты в качестве индуктивности в схеме емкостной трёхточки применяют кварц, который имеет высокую собственную добротность. В схеме автогенератора можно заземлять любую точку, не меняя его электрического режима. На рис.6 представлена схема автогенератора на биполярном транзисторе с заземлённым коллектором.
Рис.6. Схема автогенератора на биполярном транзисторе с заземлённым коллектором. []