2.11.6. Усилитель с электронной регулировкой коэффициента передачи с помощью пт

Усилитель, принципиальная схема которого приведена на рисунке 2.39, имеет следующие технические характеристики.

Полоса рабочих частот 20Гц – 1мГц.

Неравномерность частотной характеристики

в рабочей полосе частот ≤ 1дБ.

Диапазон электронной регулировки

коэффициента усиления 60 дБ.

Максимальный коэффициент усиления 60 дБ.

Номинальное выходное напряжение 1 В.

Входное сопротивление по управляющему входу 10⁷ Ом.

Входное сопротивление на частоте 20 Гц 10⁶ Ом.

Усилитель состоит из четырех каскадов. В первом каскаде, представляющем собой истоковый повторитель, используется ПТ типа КП302В.

Регулировка усиления осуществляется изменением глубины ООС, охватывающей второй и третий каскады, выполненные на транзисторах ГТ311Е.

В качестве регулируемых элементов используются ПТ VТ₄ и VТ₅ типа КП302В, работающие в режиме управляемого сопротивления при отсутствии постоянной составляющей тока в цепи канала.

Транзисторы VТ₃ и VТ₄ типа КП101В работают в пологой области выходных характеристик и, следовательно, имеют высокие динамические сопротивления, необходимые для реализации широкого диапазона изменения сопротивлений каналов VТ₄ и VТ₅.

В выходном каскаде использован транзистор КТ311Е, включенный по схеме с общим эмиттером. С помощью потенциометра R₁₇ осуществляется калибровка коэффициента усиления.

Расчет элементов и характеристик электронных регуляторов, используемых в рассматриваемом усилителе приведен в п. 2.9.

2.11.7. Автогенератор с чм на пт

ЧМ генератор разработан для малогабаритного передатчика производственной связи. Рассматриваемый генератор может найти применение в аппаратуре автоматики и телемеханики, в измерительной технике и т.п., особенно в тех случаях, когда требуется получение широкополосной частотной модуляции при низкой несущей частоте (менее 200 кГц).

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 2.40, генератор состоит из усилителя и трехзвенной фазирующей RC цепи. При равенстве одноименных элементов фазирующей цепи (C₁ = C₂ = C₃ = C и R₁ = R₂ = R₃ = R) частоту генерации и затухание сигнала в цепи положительной обратной связи можно определить по известным формулам:

. (2.97)

, (2.98)

где , (2.99)

где R_ВХ – входное сопротивление усилителя.

Рис. 2.40. Функциональная схема RC-генератора

Если в качестве сопротивлений фазирующей цепи использовать сопротивления каналов ПТ в крутой области выходных характеристик, то в тех случаях, когда справедливо соотношение (2.22) частоту генерации и точки для расчета модуляционной характеристики можно определить по формуле:

, (2.100)

где U_ЗИ=U_З0+U_ , U_З0 – постоянное напряжение смещения, используемое для установки несущей частоты, U_Ω – амплитуда модулирующего НЧ напряжения.

Из (2.100) следует, что зависимость частоты от управляющего напряжения U_ЗИ является линейной функцией, тангенс угла наклона которой равен

. (2.101)

Исследования показали, что для получения требуемой модуляционной характеристики достаточно использовать в качестве управляемого сопротивления только один ПТ. Автогенератор, принципиальная схема которого изображена на рисунке 2.41, имеет следующие технические данные.

Несущая частота 145 кГц.

Девиация частоты 30 кГц.

Интервал рабочих температур +4°С ÷ +40°С.

Относительная нестабильность частоты ≤ 0,12%.

Напряжение источника питания 12 В.

Входное сопротивление по входу НЧ на частоте 30 Гц 1 мОм.

Для осуществления ЧМ параллельно резистору R₁ подключен ПТ VТ₂, типа КП101Д. Такое решение позволило получить линейную модуляционную характеристику (рисунок 2.42) для заданного отклонения частоты, которой не удавалось добиться при использовании управляемых емкостей (варикапов, стабилитронов) и других управляемых сопротивлений (диодов, биполярных транзисторов).

Рис. 2.42. Зависимость частоты от управляющего напряжения

Кроме того, применение ПТ в фазирующей цепи позволило повысить термостабильность частоты. Это поясняется с помощью кривых, изображенных на рисунке 2.43. Кривая а снята при замене ПТ резистор R₁ с сопротивлением равным сопротивлению канала, кривая б снята, когда ПТ не зашунтирован резистором R₁. Кривая в – когда ПТ зашунтирован специально подобранным резистором R₁. Подбором резистора R₁ удается уменьшить влияние канала ПТ имеющего высокий положительный температурный коэффициент сопротивления и этим добиться минимального ухода частоты автогенератора при изменении температуры.

Рис. 2.43. К оценке термостабильности частоты RC-генератора

В тех случаях, когда не все резисторы фазирующей цепи заменяются полевыми транзисторами, выражение (2.97) не пригодно. Необходимые для этого случая расчетные формулы и методика расчета приведены ниже.

Рассмотрим методику расчета автогенератора по схеме рисунка 2.41 с указанными выше данными генератора.

1. Исходя из вариантов, рассмотренных в [14] выбираем схему генератора с трехзвенной фазирующей цепью и параллельным включением резисторов (рисунок 2.40).

2. Пользуясь результатами п. 2.3, выбираем тип ПТ, имеющий зависимость G=f(U_зи) в крутой области наиболее близкую к линейной; этому требованию удовлетворяют транзисторы типа КП101, зависимость G = f(U_ЗИ) которого в крутой области характеристик имеет вид, показанный на рисунке 2.44.

3. Учитывая, что число перестраиваемых элементов должно быть минимальным, в фазирующей цепи лишь один резистор заменяет ПТ. В этом случае, формулы для расчета ω₀ и γ₀ при n = 1 имеют вид:

, (2.102) (2.103)

Рис. 2.44. К определению рабочего участка характеристик ПТ

для генератора с ЧМ

Используя уравнения (2.102) и (2.103) и, заменяя один из трех резисторов схемы рисунка 2.40 на ПТ, получим кривые для определения частотного отклонения и глубины паразитной амплитудной модуляции, имеющие вид, изображенный на рисунке 2.45. Здесь кривые 1 – 1 соответствуют замене R₃ сопротивлением канала ПТ, 2 – 2, замене R₂ сопротивлением канала ПТ и 3 – 3 замене R₁ сопротивлением канала ПТ.

Рис. 2.45. К оценке частотного отклонения и глубины паразитной

амплитудной модуляции

Анализируя эти кривые, находим, что требуемое отклонение частоты обеспечивается при перестройке частоты сопротивлением канала ПТ, в случае замены им резистора R₁. Определяем линейный участок характеристики (а – б) и рабочую точку.

Проводимость канала в рабочей точке равна G = 1,05G₀. Из рисунка 2.45 следует, что при изменении проводимости канала ПТ на 40% частотное отклонение достигает требуемого значения, при изменении затухания цепи обратной связи (кривая а′б′) порядка 17%.

Выбираем рабочую точку ПТ, пользуясь зависимостью рисунка 2.44.

Проводимость канала в рабочей точке выбираем равной 0,5 10^-3 , для чего к участку затвор-исток следует приложить постоянное управляющее напряжение U_З0 = 2,2 В.

Ввиду того, что кривые рисунка 2.45 построены в относительных единицах, изменение проводимости канала также выражаем в относительных единицах, как показано на рисунке 2.44. Статическая модуляционная характеристика строиться методом переноса точек с использованием кривой отклонения частоты и зависимости рисунка 2.44. Построенная таким образом статическая модуляционная характеристика, изображенная на рисунке 4.42 пунктирной линией, достаточно хорошо совпадает с экспериментальной, показанной там же.

Уточняем положение рабочей точки ПТ, выбирая U_З0 = 2,1 В, что соответствует середине линейного участка модуляционной характеристики. По последней находим, что для получения девиации порядка 20% амплитуда модулирующей частоты должна равняться U_Ω = 1,5 В.

Производим расчет элементов фазирующей цепи:

, (2.104)

из выражения (2.97) , полагая n = 1, находим, что

, (2.105)

остальные элементы рассчитываются обычным образом.

Применение ПТ в схеме автогенератора позволило получить: линейную модуляционную характеристику при девиации 30 кГц, относительно низкой несущей частоты 145 кГц в простой схеме; повышенную стабильность частоты; высокое входное сопротивление частотного модулятора; хорошую развязку автогенератора и источника модулирующего напряжения.