Частотно-модульований генератор

Частотно-модулированный генератор, содержащий усилитель на транзисторе, между коллектором и эмиттером, а также базой и эмиттером которого включены фазирующие конденсаторы, а в цепь эмиттера включен нагрузочный LC-контур, две цепи управления, состоящие каждая из последовательно включенных варикапа и резистора, средняя точка соединения резисторов подключена 29643 раллельно) кварцевому резонатору, величина реактивного сопротивления которых изменяется под воздействием различных дестабилизирующих факторов (температура, влажность и т.п.). Наиболее близким к предлагаемому является частотно-модулированный кварцевый генератор, содержащий усилитель на транзисторе, между коллектором и эмиттером, а также базой и эмиттером которого включены фазирующие конденсаторы, а в цепь эмиттера включен нагрузочный LCконтур, а также две частотозадающие цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных кварцевого резонатора и варикапа, точка соединения которых подключена к источнику управляющего сигнала, при этом одна из частотозадающих цепей включена между базой транзистора и шиной источника питания, другая частотозадающая цепь подключена между базой транзистора и шиной источника смещения, причем варикапы подсоединены к шинам источников питания и смещения разноименными электродами [3]. Основным недостатком данного устройства является малая величина относительного диапазона перестройки разностной частоты fp (1¸3%), а также недостаточно высокая стабильность частоты fp и сложность обеспечения оптимального режима работы генератора в двухчасто тном режиме. Принцип работы частотно-модулированного генератора, описанного в [3], заключается в следующем. Колебательная система, включающая в себя две частотозадающие цепи и фазирующие конденсаторы, обеспечивает двухчастотный режим работы генератора. В качестве выходного колебания генератора используется колебания разностной частоты fp: fp=f 1-f2 , f 1>f 2, (1) где f1 и f2 - основные частоты генерируемых колебаний. Максимально возможная величина диапазона перестройки частоты данного генератора определяется в основном шириной межрезонансных промежутков кварцевых резонаторов (КР) и при противофазном управлении не превышает следующей величины: 2 fp=0,5 fp » 0,5å m1f q1, Относительная нестабильность частоты выходного колебания рассматриваемого генератора определяется следующем соотношением: Df Df1 Df 2 f1 Df1 f 2 f2 = = = = fp fp fp f p f1 f p f2 =n где n = é Df Df1 Df Df ù - (n - 1) 2 @ nê 1 - 2 ú , f1 f2 f1 f2 û ë (4) f1 . fp Анализ соотношения (4) показывает, что относительная нестабильность частоты выходного колебания определяется относительными неcтабильностями генерируемых частот Df 1 и Df2 и пропорциональна величине n, равной отношению величины f1 к величине fp. Повышение стабильности частоты вы ходного колебания может быть обеспечено за счет снижения абсолютных величин уходов генерируемых частот f1 и f 2 и обеспечения их однозначности, а также путем уменьшения величины n (повышения частоты fр), что ведет к уменьшению относительного диапазона перестройки частоты. Для достижения заданного относительного диапазона перестройки частоты fр величина n должна быть достаточно большой (n>10). Стабильность генерируемых колебаний генератора из [3] определяется в основном параметрами его частотозадающих цепей. При управлении частотой кварцевого генератора ухудшается ее стабильность как из-за изменения параметров элементов, подключаемых к КР, под воздействием дестабилизирующи х факторов, так и из-за изменения ТЧХ кварцевых резонаторов. Это обусловлено изменением емкостного соотношения резонатора m в интервале температур при отстройке от частоты последовательного резонанса. Изменение ТЧХ при отстройке от частоты последовательного резонанса определяется следующим соотношением: (5) Df/f=0,5×m×lm×x×(t-t0), где lm - температурный коэффициент емкостного соотношения m (для резонаторов AT l m»3×10-4); x - относительная расстройка частоты; t0 - некоторая поcтоянная температура; t - текущее значение температуры КР. Отстройка от частоты последовательного резонанса приводит к развороту ТЧХ кварцевого резонатора [4]. Учитывая, что в рассматриваемом частотно-модулированном генераторе используется противофазный принцип управления, это приводит к практически неустранимому повышенно долговременной нестабильности выходной частоты fp . Согласно соотношения (5) для широко распространенных резонаторов АТ-среза нестабильность частоты Df/f в интервале температур от 10°C до 60°C достигает значений (1-2)×10-5. Технологический разброс параметров КР при изготовлении, а также наличие градиента температуры между ними в реальном устройстве приводит к слабой коррелированности уходов собственных резонансных частот резонаторов при воздействии дестабилизирующих факторов (температуры), а также в результате старения. Макси (2) 1=1 где fq1 - частоты последовательного резонанса первого и второго КР соответственно; m 1=cq1/c01 - емкостные отношения КР; cq1, c01 - динамические и статические емкости КР соответственно. На практике диапазон перестройки частоты сужается из-за резкого увеличения последовательного сопротивления (ESR) цепи кварцевый резонатор-варикап при относительных расстройках частоты КР x=(f-fq )/0,5mfq на величину более чем 0,4¸0,5 единицы. При уменьшении разностной частоты fp повышается относительный диапазон переcтройки частоты fp. Минимально возможное значение частоты fp для конкретных типов кварцевых резонаторов (КР) ограничивается следующим неравенством: (3) 0,5×m 1×fq1f2 В качестве выходного колебания генератора используется колебание разностной частоты fp, которое выделяется при помощи нагрузочного LCконтура 5, включенную в эмиттерную цепь транзистора 2. В связи c переходом к более низкодобротной колебательной системе для повышения стабильности частоты колебаний генератора введена цепь обратной связи по разностной частоте fp, включающая в себя фазовращатель 17 и аттенюатор 16. При возбуждении колебаний частот f1 и f2 возникает комбинационное колебание разностной частоты fp, энергия которого вносится в кольцо дополнительной обратной связи. Возбудившиеся колебания синхронизируются частотой разностного колебания fp, обеспечивая там самый устойчивый двухчастотный режим работы генератора с повышением стабильности генерируемых частот. Для обеспечения симметричного режима (амплитуды колебаний f1 и f2 приблизительно равны) и максимальной величины диапазона перестройки частоты амплитуда колебаний разностной частоты Uвx.р. на входе усилителя 1 выбирается согласно следующему соотношению [6]: Uвых.р - амплитуда колебаний разностной частоты на выходе генератора. Включение в цепь обратной связи фазовращателя обеспечивает получение величины суммарного фазового набега по кольцу обратной связи, равной 0. Применение цепи обратной связи по разностной частоте позволяет как минимум на порядок повысить стабильность колебаний. Переход к более низкодобротной колебательной системе, для выполнения неравенства (3), требует повышения частоты выходного колебания fp, что также влечет за собой повышение ее стабильности. Применение колебательных контуров в качестве частотозадающих цепей позволяет существенно расширить диапазон перестройки частоты. Номинальная частота выходного колебания генератора устанавливается подачей опорного управляющего напряжения от источника управляющего сигнала 13 на варикапы 8 и 11, подключенных разноименными выводами к шинам 14 и 15 источника смещения, что обеспечивает соответственно противофазное управление генерируемыми частотами f1 и f2 и приводит к изменению частоты вы ходного колебания генератора fp. Катушка индуктивности 6 содержит две идентичные секции, последовательное соединение которых образует средний вывод. Данная конструкция при соответствующем выборе остальных элементов колебательной системы генератора, обеспечивает высокую стабильность частоты выходного колебания fp за счет однозначности и равенства изменений генерируемых частот f1 и f2 при воздействии дестабилизирующи х факторов. Таким образом, предлагаемый частотномодулированный генератор обеспечивает относительный диапазон перестройки частоты выходных колебаний в пределах единиц-десятков процентов при сохранении высокой стабильности частоты (Df/f