2.11.8. Диапазонный генератор с ам, широкополосный чм и электронной перестройкой частоты

Во многих областях техники связи возникает необходимость в малогабаритном, экономичном, перестраиваемом в диапазоне 20 Гц – 200 кГц генераторе, позволяющим осуществить частотную и амплитудную модуляцию. Этим требованиям, возможно, удовлетворял бы выпускаемый отечественной промышленностью генератор Г3-36, но возможности электронной перестройки частоты и осуществления АМ и ЧМ в нем не предусмотрены. Основная сложность в разработке генератора рассматриваемого типа заключается в сложности построения схемы электронной перестройки частоты и ЧМ, способной работать в широком диапазоне частот. Решить эту проблему можно путем выполнения электронной перестройки частоты и осуществления частотной модуляции двумя полевыми транзисторами, используемыми в качестве управляемых сопротивлений в полосовой фазирующей цепи RC генератора, а осуществления амплитудной модуляции – третьим ПТ, также используемым в качестве управляемого сопротивления. Последний ПТ дополнительно используется для подавления паразитной АМ при осуществлении ЧМ.

Структурная схема генератора и принципиальная схема блоков ЧМ и АМ приведены на рисунке 2.46.

С помощью блока ЧМ осуществляется электронная перестройка частоты в декадных поддиапазонах и производится ЧМ. Блок АМ обеспечивает амплитудную модуляцию с глубиной порядка 30% и подавляет паразитную АМ при работе с ЧМ.

Предусмотрено три рода работы генератора: с ЧМ, с АМ и с качающейся частотой. Род работы устанавливается переключателем S₁. В положениях АМ и ЧМ на входы модулирующих блоков подаются напряжения от усилителя низкой частоты или вспомогательного генератора с частотой 1 кГц.

В рассматриваемом генераторе применена полосовая фазирующая цепь, образованная конденсаторами С₄ и С₅, и сопротивлениями каналов ПТ VТ₁ и VТ₂,частота генерации генератора с полосовой фазирующей цепью определяется известным выражением:

, (2.106)

где R – сопротивление элементов фазирующей цепи, в основном определяемое сопротивлениями каналов ПТ VТ₁ и VТ₂.

C = C₄ = C₅ – емкость элементов фазирующей цепи, коэффициент, учитывающий конечную величину входного сопротивления усилителя R_ВХ.

Из выражения (2.106) следует, что в фазирующей цепи целесообразно применить элементы, имеющие линейную зависимость от управляющего напряжения. Этому требованию удовлетворяют ПТ простой конструкции, имеющие зависимость в крутой области характеристик, описываемую выражением (2.22). Подставляя (2.22) в (2.106), получим выражение для расчета модуляционной характеристики генератора:

. (2.107)

Таким образом, частота генераций является линейной функцией напряжения затвор-исток, тангенс угла наклона которой равен

. (2.108)

Для ориентировочных расчетов, учтя взаимосвязь параметров ПТ рассмотренную в п. 2.4 при построении статической модуляционной характеристики G₀ можно считать равным S₀. Значения S₀ приводятся в паспортных данных транзисторов.

Каналы ПТ VТ₁ и VТ₂ зашунтированы цепочками, состоящими из двух последовательно соединенных резисторов. Резисторы R₇ и R₈ образуют сдвоенный потенциометр и служат для калибровки частоты, производимой с помощью блока контроля. Резисторы R₆ и R₉ представляют собой термозависимые сопротивления и предназначены для повышения температурной стабильности частоты; для этой же цели использован термистор R₁₁. Для повышения стабильности частоты подача постоянного управляющего напряжения осуществляется с помощью потенциометра R₁₀ от стабилизатора напряжения, состоящего из стабилитрона VD₁ и резистора R₁₂. Хотя стабилизатор включен последовательно с полевым транзистором VТ₂, он практически не вносит частотной нестабильности, вследствие малого сопротивления стабилитрона переменному току. Такое включение стабилитрона вызвано необходимостью питать всю схему генератора от источника одной полярности. Управляющее напряжение поступает на исток VТ₁ через канал VТ₂. Подача постоянного управляющего напряжения на затвор осуществляется через резистор R₄, предохраняющий выводы источников модулирующих частот от шунтирования. Переменные управляющие напряжения подаются на затворы ПТ через разделительный конденсатор С₃. Кроме упомянутых элементов в цепях затворов VТ₁ и VТ₂ используются высокоомные резисторы R₁, R₂, R₃, R₅ и конденсаторы С₁ и С₂, с помощью которых часть напряжения генерируемой частоты с каналов ПТ подается на их затворы для линеаризации стоковых характеристик. Последнее, также как и выбор транзисторов с высокими напряжениями запирания, позволяет улучшить форму генерируемых колебаний.

При осуществлении широкополосной ЧМ возникает паразитная АМ с глубиной, пропорциональной девиации частоты. В схеме предусмотрено устройство для подавления паразитной амплитудной модуляции, выполненное на ПТ VТ₃. При осуществлении ЧМ моделирующее напряжение через разделительную емкость С₉, с помощью потенциометра R₁₄ дополнительно подается на затвор VТ₃. Образованный сопротивлением канала VТ₃ и входным сопротивлением усилителя мощности аттенюатор позволяет поддерживать практически постоянный уровень сигнала на входе, при ЧМ, что происходит благодаря синфазному изменению огибающей ЧМ колебания и сопротивления канала VТ₃. Для уменьшения нелинейных искажений, вносимых транзистором VТ_{3 ,} используются высокоомные резисторы R₁₅ и R₁₆. Рабочая точка VТ₃ устанавливается с помощью потенциометра R₁₄.

При осуществлении АМ модулирующее напряжение поступает только на вход блока АМ. Сопротивление канала VТ₃ изменяется в такт, с приложенным модулирующим напряжением и, следовательно, изменяется амплитуда напряжений несущей частоты, на входе усилителя мощности.

Качание частоты производиться путем подачи пилообразного напряжения на вход блока ЧМ.

Таким образом, применение ПТ позволяет создать схему генератора с электронной перестройкой частоты в декадных поддиапазонах, обладающую простотой, экономичностью и малым весом, осуществить ЧМ и подавить паразитную АМ, осуществить АМ, использовать схему в качестве генератора качающейся частоты.

Полная принципиальная схема генератора с АМ, ЧМ и электронной перестройкой частоты на ПТ приведена ниже.

Разработанный генератор имеет следующие технические данные.

Диапазон частот 20 Гц – 200 кГц.

Выходная мощность 1 Вт.

Диапазон рабочих температур 0°С – 40°С.

Коэффициент нелинейных искажений ≤ 5 %.

Относительная нестабильность частоты ≤ 2 %.

Требуемый диапазон частот перекрывается четырьмя поддиапазонами. Переход с одного поддиапазона на другой, производиться изменением емкостей конденсаторов фазирующей цепи (С₄ и С₅ на рисунке 2.46). Экспериментальная зависимость частоты от управляющего напряжения для верхнего поддиапазона приведена на рисунке 2.47.

Рис. 2.47. Модуляционная характеристика генератора