Спосіб керування частотою генератора гармонічних коливань та пристрій для його здійснення

1 Спосіб керування частотою гармонічних коливань, в якому використовують генератор гармонічних коливань, в частотно-задавальному контурі якого використовують варикап, ємністю якого управляють напругою, чим змінюють частоту генератора, який відрізняється тим, що в способі також використовують програмований запам'ятовуючий пристрій, який наперед програмують, при цьому задаються значенням величини сходинки по частоті Af , на яку змінюють частоту генератора Af = (f 1 - f 2) = (f 2 - f 3) = =(fn-1-fn), з рівняння f, = 2П.ІІ_-С де С " Лі+Фк Сво - ємність варикапа генератора, при напрузі зсуву рівній нулю - величина стала, Фк - контактна різниця потенціалу варикапа - величина стала, С в - бар'єрна ємність варикапа, иСі - напруга зсуву варикапа, що відповідає частоті генератора f,, знаходять значення напруг и а , перетворюють напруги в коди N,, заносять коди в програмований запам'ятовуючий пристрій по адресах, що ВІДПОВІ Передбачуваний винахід відноситься до радіовимірювальної техніки і призначений для вимірювання частотних характеристик радіосхем Відомий спосіб керування частотою генерато дають частотам f,, при генеруванні з програмованого запам'ятовуючого пристрою зчитують коди Ц, перетворюють коди в напруги и С ! і подають напруги на керуючий вхід генератора, чим змінюють частоту з сталою величиною сходинки Af від fmm-fi до f m a x = n -Af , при цьому напруги змінюють ВІД Uc ДО U і=2 2 Пристрій для керування частотою гармонічних коливань, що вміщує генератор гармонічних коливань, до складу якого входить підсилювач високочастотної напруги, вхід якого з'єднаний з індуктивністю частотно-задавального контуру, два керуючі варикапи, однополярні виводи яких з'єднані між собою, а другі виводи варикапів з'єднані з роздільними конденсаторами і резисторами, другі виводи резисторів з'єднані з клемою для напруги зсуву, один з роздільних конденсаторів з'єднаний з індуктивністю, а другий - з спільним проводом, який відрізняється тим, що пристрій також містить генератор імпульсів, лічильник імпульсів, програмований запам'ятовуючий пристрій, цифроаналоговий перетворювач і схему затримки, при цьому клема "пуск" з'єднана із входом генератора імпульсів, вихід якого з'єднаний з входами лічильника імпульсів і схеми затримки, а вихід лічильника імпульсів з'єднаний з адресним входом програмованого запам'ятовуючого пристрою, вихід якого з'єднаний з входом цифро-аналогового перетворювача, вихід якого з'єднаний через роздільний резистор з керуючими варикапами генератора гармонічних коливань, а вихід схеми затримки з'єднаний з керуючими входами програмованого запам'ятовуючого пристрою і цифро-аналогового перетворювача ра гармонічних коливань полягає в тому, що на змішувач сигналів подають напруги від генератора частоти fi і генератора качаючої частоти f2, після змішування виділяють за допомогою фільтра ниж 00 00 ю ю 55288 ніх частот резонансну частоту frf2, яка є вихідною частотою генерування [В А Строков Преобразование и передача информации в многоканальных системах - М „Энергия", 1973 С 38, рис 16] Основними недоліками відомого способу є те, що спосіб не забезпечує стабільність частоти вихідного сигналу, а також в вихідному сигналі присутні паразитні гармоніки Відомий також спосіб керування частотою генератора гармонічних коливань [В А Строков Преобразование и передача информации в многоканальных системах - М „Энергия", 1973 С 40 42], в якому використовують генератор гармонічних коливань, в частотно-задаваючому контурі якого використовують варикап, ємністю якого управляють напругою, чим змінюють частоту генератора Недоліком цього способу є те, що спосіб не забезпечує ЛІНІЙНОСТІ модуляційної характеристики генерування, так як функція f = F(CB), ЩО описується рівнянням f= 1 де L і С в - індуктивність і ємність частотнозадаваючого контура генератора, є нелінійною Відомий пристрій - генератор качаючої частоти [див Винокуров В И , Каплин С И , Петелин Н Г Электрорадиоизмерения М "Высшая школа" 1986, С 95, рис 5 14] до складу якого входять вакуумна електронна лампа, задаваючий частотний контур, що містить індуктивність і варикап, який керується напругою, змінюючи частоту гармонічних коливань Недоліком відомого пристрою є те, що він містить електронну лампу, яка із-за своїх недоліків рідко застосовується, крім того вольтфарадна характеристика варикапа не дозволяє генерувати з ЛІНІЙНО змінною частотою Найбільш близьким за технічним рішенням до запропонованого пристрою є генератор коливальної частоти [див Строков В А "Преобразование и передача информации в многоканальных системах" М "Энергия", 1973 С 42, рис 21], що вибраний за прототип запропонованого пристрою До складу пристрою входять задаваючий LC контур, транзистор, розділяючи конденсатори та резистори В контурі використовується варикап, що керується зворотною напругою зсуву Таким чином змінюється ємність варикапа і резонансна частота контуру До основних недоліків цього пристрою слід віднести нелінійність модуляційної характеристики генератора Задачею винаходу є розроблення способу керування частотою генератора, у якому за рахунок застосування програмованого запам'ятовуючого пристрою, та його використання, можливо було б одержати лінійну модуляційну характеристику генерування гармонічних коливань Поставлена задача досягається тим, що використовують генератор гармонічних коливань в частотно-задаваючому контурі якого ще використовують варикап, ємністю якого управляють напругою, чим змінюють частоту генератора, також використовують програмований запам'ятову 4 ючий пристрій, який наперед програмують, при цьому задаються значенням сходинки по частоті М на яку змінюють частоту генерування Af = ( f 1 - f 2 ) = ( f 2 - f 3 ) = —= ( f n - i - f n ) З рівняння 1 f,= Де С Сво - ємність варикапа генератора, при напрузі зсуву рівній нулю - (стала величина), фк - контактна різниця потенціалу варикапа (стала величина), С в - бар'єрна ємність варикапа, иСі - напруга зсуву варикапа, що відповідає частоті генератора f,, і = 1, 2 п, значення якої змінює ємності варикапів на таку величину ДС,, щоб частота генератора змінювалась на сталу величину по частоті М Початкове положення схеми характеризується таким станом складових елементів Початкове значення частоти генератора fmm, визначається напругою зсуву \/о(див мал 1), що надходить на варикапи 14 і 15 коли лічильник імпульсів знаходиться в нульовому стані, f 1= (1) 2jLC де L - значення індуктивності 13, Co - результативне значення ємності послідовно включених варикапів 14, 15, o= 01 " С 02 01 + С 02 де Сої і Со2 - ємності варикапів 14, 15 при напрузі зсуву Vo Ця напруга повинна мати негативне значення при такому включенні варикапів 14 і 15(див мал 1), Лічильник імпульсів 3 знаходиться в нульовому стані, на виході генератора імпульсів 2 сигнали відсутні, також сигнали відсутні на виході ПЗП 4 та ЦАП 5 Робота пристрою відбувається в такій ПОСЛІДОВНОСТІ на вхід генератора імпульсів 2 подається імпульс "пуск" і запускає його ВИХІДНІ імпульси з генератора надходять на вхід лічильника 3, який починає їх рахувати Кожний затриманий імпульс, за допомогою схеми затримки 6, надходить на вхід, що зчитує з ПЗП 4, відбувається зчитування коду за адресою, що знаходиться в лічильнику З Цей код надходить на вхід ЦАП 5 де відбувається його запис з допомогою імпульса з виходу схеми затримки 6 На виході ЦАП 5 буде напруга, значення якої буде пропорційне вхідному коду ЦАП Ця напруга буде надходити через розділяючий резистор 15 на варикапи 9, 10 Ємність варикапів буде зменшуватись, а частота генератора 1 буде збільшуватись Тобто із (1) маємо Q С = С fmin + Af = При , , =f 2луЦС 0 -AC-iJ надходженні на вхід (2) лічильника п імпульсів рівняння (2) буде мати вид f -Af = 55288 6 частоту з сталою сходинкою uf від fmm = fi до f max n uf, при цьому, напруги змінюють від Ucmin - и С ! до п Ucmax = U c i + X A і=2 При переповненні лічильника імпульсів 3 цикл буде повторюватись Із рівняння(З) виходить, що частота генератора буде періодично змінюватись від fmm до максимальної W=fm,n+N-Af (4) з дискретністю uf де N-число, що відповідає максимальному значенню кода лічильника імпульсів З опису роботи пристрою слідує що він представляє собою генератор качаючої частоти При використанні згладжувального фільтра на виході ЦАП, можна забезпечити плавний перехід між сходинками вихідної напруги ЦАП і, ВІДПОВІДНО, максимально приблизити частотну характеристику генератора качаючої частоти до плавної Із рівняння (4) виходить, що в будь який момент часу, по значенню кода в лічильнику імпульсів, можна визначити частоту генератора Крім того використовуючи лічильник з попередньою установкою коду, можна задавати любу фіксовану ЧаСТОТу В Межах (4) fmax-fmin 3 ДИСфЄТНІСТЮ u f Значення напруг зсуву, що надходить на варикапи 14, 15, можна визначати експериментально Для цього необхідно вимірювати з великою точністю частоту генератора 1, щоб вона змінювалась на вибране значення uf, і вимірювати при цьому напругу, що подається на варикапи Цифрові значення цих напруг заносяться в ПЗП 9, ВІДПОВІДНО за адресами При такому визначенню напруг зсуву на точність роботи генератора не будуть впливати паразитні індуктивності і ємності(монтажу, виводів радіоелементів і т п) Напруга, що подається з ЦАП на варикапи, повинна мати позитивний знак Значення ємностей розділяючих конденсаторів 16, 17, а також розділяючих резисторів 18, 19, 20 повинні відповідати умовам 1 Ср»Св Rp» R RE де Ср - значення ємності розділяючих конденсаторів, С в - значення ємностей варикапів 14, 15, Rp - значення опорів розділяючих резисторів, RB - зворотній опір постійному струму варикапів, 1 - значення ємнісного опору варикапів wC c знаходять значення напруг UCi, перетворюють напруги в коди N-i, заносять коди в програмований запам'ятовуючий пристрій по адресам, що відповідають частотам fi, при генеруванні з програмованого запам'ятовуючого пристрою зчитують коди Ц, перетворюють коди в напруги и С ! і подають напруги на керуючий вхід генератора, чим змінюють U ci Пристрій, що реалізує спосіб, містить генератор гармонічних коливань, до складу якого входить підсилювач високочастотної напруги, вхід якого з'єднаний з індуктивністю частотно-задаваючого контуру, два управляючі варикапи, однополярні виводи яких з'єднані між собою, а другі виводи варикапів з'єднані з розділяючими конденсаторами і резисторами, другі виводи резисторів з'єднані з клемою для напруги зсуву, один з розділяючих конденсаторів з'єднаний з індуктивністю, а другий з спільним проводом, також вміщує генератор імпульсів, лічильник імпульсів, програмований запам'ятовуючий пристрій, цифро-аналоговий перетворювач і схему затримки, при цьому клема "пуск" з'єднана із входом генератора імпульсів, вихід якого з'єднаний з входами лічильника імпульсів і схеми затримки, а вихід лічильника імпульсів з'єднаний з адресним входом програмованого запам'ятовуючого пристрою, вихід якого з'єднаний з входом цифро-аналогового перетворювача, вихід якого з'єднаний через розділяючий резистор з управляючими варикапами генератора гармонічних коливань, а вихід схеми затримки з'єднаний з управляючими входами програмованого запам'ятовуючого пристрою і цифро-аналогового перетворювача До складу пристрою входять генератор гармонічних коливань 1, генератор імпульсів 2, лічильник імпульсів 3, програмований запам'ятовуючий пристрій(ПЗП) 4, цифро-аналоговий перетворювач(ЦАП) 5, схема затримки 6 До складу генератора гармонічних коливань входять підсилювач високочастотної напруги 7, індуктивність 8, управляючі варикапи 9, 10, розділяючі конденсатори 11, 12, розділяючі резистори 13, 14, 15, клема вихідна 16 В ПЗП попередньо необхідно занести коди, які після перетворення ЦАП в напруги подаються на управляючі варикапи 9, 10 При цьому адресний код ПЗП 4, який надходить з лічильника 3, відповідає значенню частоти генератора 1 3 приходом на лічильник чергового імпульсу, з ПЗП зчитується код і на управляючі варикапи надходить напруга зсуву з ЦАП При виконанні цих умов розділяючі елементи не будуть впливати на частотні властивості генератора Із приведеного описання способу керування частотою генератора та пристрою для його здійснення видно, що за рахунок застосування програмованого запам'ятовуючого пристрою, та його використання при генеруванні частоти, пропонується спосіб керування частотою генератора та пристрій для його здійснення які забезпечують ЛІНІЙНІСТЬ модуляційної характеристики генерування, що визначає промислове застосування способу і пристрою 55288 Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24