Меню

Генераторы высокой частоты виды генераторов



Генераторы высокой частоты

Высокочастотные измерительные генераторы (генераторы ВЧ) пред-назначаются для испытаний и наладки радиоустройств (входных цепей, усилителей высокой и промежуточной частот радиоприемников), питания измерительных схем, снятия амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников и т. п.

Они генерируют как синусоидальные, так и модулированные по амплитуде и частоте колебания.

С целью уменьшения взаимосвязей отдельных элементов генератора, влияющих на стабильность его работы, устранения или сильного ослабления влияния внешних паразитных электромагнитных полей, а также «пролезания» генерируемых колебаний помимо

выходного устройства все узлы и блоки генератора тщательно экранируют.

На рис. 5-6 приведена структурная схема типового генератора сигналов высокой частоты.

Важнейшим узлом прибора является задающий генератор, который служит для создания синусоидальных колебаний в заданном диапа-зоне частот.

К нему предъявляют два основных требования: высокая стабиль-ность частоты и «чистота» формы генерируемых колебаний.

Для удовлетворения этих требований задающий генератор наи-более часто выполняют по схеме LC-генератора с так называемой электронной связью между анодной и сеточной цепями (по схеме Шембеля-Доу). Колебательные контуры генератора выполняют из высокодобротных деталей. В схеме применяется температурная ком-

пенсация нестабильности частоты или термостабилизация элементов контуров. Лампа задающего генератора ставится в облегченный режим. Возможно выполнение ЗГ и на транзисторе.

Перестройка частоты задающего генератора в пределах поддиа-пазона производится изменением емкости переменного конденсатора колебательного контура. Переключение поддиапазонов осуществляется сменой катушек индуктивности контуров. Обычно эти элементы колебательных контуров задающего генератора сопряжены с аналогичными элементами анодного (коллекторного) контура буфферного усилителя — модулятора.

Буферный усилитель генератора обычно строят по схеме резонанс-ного усилителя с LС-контуром. Он уменьшает реакцию задающего генератора на изменение внешней нагрузки и усиливает напряжение колебаний, поступающих от задающего генератора. Иногда буферный усилитель выполняет роль умножителя частоты (Г4-7Л).

В некоторых типах генераторов Г4 регулировка уровня напряжения, подаваемого на выходные аттенюаторы, осуществляется в буферном каскаде. Так, например, в Г4-18А этот уровень регулируется путем изменения постоянного напряжения на экранной сетке лампы усилителя-модулятора. На эту же сетку в режиме амплитудной модуляции через разделительную емкость подается переменное модулирующее напряжение низкой частоты от внутреннего или внешнего источника.

Внутренние источники модулирующего напряжения, применяемые в генераторах ВЧ, чаще всего являются генераторами синусоидальных колебании низкой частоты (400 или 1000 Гц). Однако это могут быть и импульсные генераторы (как, например, в генераторах ГЗ-8, Г4-9).

Система аттенюаторов (плавный и ступенчатый аттенюаторы и выносной делитель, рис. 5-6) служит для плавной и ступенчатой регулировки выходного сигнала.

Примечание. f — установленное по шкале генератора значение ча-стоты; НГ — непрерывная генерации; AM — амплитудная модуляции; ЧМ — частотная модуляция; ИМ — импульсная модуляция.

Контрольные приборы предназначаются для измерения параметров выходного сигнала (например, выходного уровня и коэффициента
глубины модуляции).

В настоящее время выпускаются генераторы типов Г4-18А, Г4-42,Г4-45 и др.

Основные характеристики некоторых высокочастотных генераторов даны в табл. 5-2.

Импульсные генераторы

Импульсные генераторы — источники импульсных сигналов различной формы — применяются при испытаниях, регулировках и на-стройках импульсных электронных устройств, при снятии переходных

характеристик отдельных узлов и всей схемы; используются в качестве источников, модулирующих напряжение в генераторах сверхвысоких частот, и т. д.

Наибольшее применение находят измерительные генераторы перио-дической последовательности прямоугольных импульсов, общая структурная схема которых представлена на рис. 5-7.

В этой схеме задающий генератор ЗГ вырабатывает напряжение, частота которого регулируется в заданных пределах, и определяет частоту следования импульсов выходного сигнала. Наиболее часто —это блокинг-генератор или мультивибратор, реже — генератор синусоидальных колебаний RС-типа.

Формирующее устройство вырабатывает прямоугольные импульсы различной длительности. В состав формирующего устройства могут входить ограничители, линии задержки, ждущие блокинг-генераторы и мультивибраторы, фантастроны, триггеры и т. п.

Выходное устройство необходимо для согласования генератора с нагрузкой и содержит обычно инвертирующий каскад и катодный (эмиттерный) повторитель, что позволяет на низкоомной нагрузке (50, 75, 150, 200 Ом) получать импульсы обеих полярностей. Выходное устройство содержит также делители напряжения для регулирования напряжения выходных импульсов.

Измерители параметров выходного сигнала предназначаются для измерения высоты, а иногда и для контроля формы импульсов выход-ного сигнала.

Генераторы могут иметь вспомогательные устройства — схему внешнего запуска и выход импульсов синхронизации.

Схема внешнего запуска позволяет синхронизировать частоту следования выходных импульсов напряжением внешнего генератора и, как правило, имеет усилительный и инвертирующий каскады.

Импульсы на выходе синхронизации, несколько опережающие импульсы на основном выходе генератора, часто используют для запуска внешних приборов (например, осциллографа).

Один из способов формирования периодической последователь-ности прямоугольных импульсов поясняется рис. 5-8 и 5-9.

Как уже отмечалось, формирующее устройство в измерительном генераторе выполняет две задачи: задержку фронта импульсов основного выхода относительно фронта импульсов на выходе синхронизации и формирование прямоугольных импульсов основного выхода (импульсов заданной длительности, с крытыми фронтами и срезами и плоскими вершинами). Поэтому оно включает схемы задержки и формирования импульсов.

Время задержки импульсов на основном выходе относительно импульсов синхронизации (рис. 5-8) либо плавно регулируется (переключатели В1 в положении 1), либо фиксированно (переключатели В1 в положении 2).

В первом случае импульс, выработанный задающим генератором в момент времени t, запускает одновибратор. Последний выдает прямоугольный импульс, длительность которого (τ3 = t1 — t) устанавливается оператором. Этот импульс дифференцируется RС-цепочкой, в результате чего образуются два остроконечных импульса: отрицательный, фронт которого соответствует времени t, и положительный, фронт которого соответствует времени среза импульса t1. Отрицательный импульс ограничивается диодным ограничителем, а положительный поступает на ждущий блокинг-генератор, который запускается и выдает короткий импульс с крутым фронтом. Этим импульсом запускается схема формирования, выходных прямоугольных импульсов. Таким образом, фронт выходного импульса оказывается задержанным относительно фронта выходного синхронизирующего импульса на время τ3. Во втором случае импульс от задающего генератора задерживается искусственной линией задержки на время 0,2—0,5 мкс.

Читайте также:  Чем измерить зарядку генератора

Схема формирования прямоугольных импульсов (рис. 5-9) рабо-тает следующим образом. Задержанный импульс со схемы задержки поступает на ждущий блокинг-генератор. Блокинг-генератор выраба-тывает короткий импульс с очень крутым фронтом. Этот импульс поступает на две цепи: на двусторонний ограничитель 1 и на катодный повторитель.

Ограничитель 1 формирует из поступившего импульса короткий
прямоугольный импульс определенной высоты. Этим импульсом запу- скается ждущий блокинг-генератор широкого импульса. Так как запуск производится импульсом с фиксированной, относительно небольшой высотой, в начале импульсов нет выбросов вершины. Крутизна фронта широкого импульса, формируемого ждущим блокинг-генератором широкого импульса, определяется крутизной запускающего импульса.

Параметры этого блокинг-генератора подобраны такими, чтобы дли-тельность его импульса τш.и была больше максимальной требуемой длительности выходных импульсов (например, в приборах Г5-8 и Г5-15 при максимальной длительности выходных импульсов 10 мкс длительность τш.и = 12÷15 мкс).

Нужная длительность выходных импульсов обеспечивается срывом работы блокинг-генератора широкого импульса в момент времени t2. Срыв работы блокинг-генератора происходит потому, что в момент t2 выход блокинг-генератора широкого импульса шунтируется электрон-ным ключом. Такой метод позволяет получить импульсы нужной дли-тельности с крутым срезом. Момент срыва t2 определяется временем задержки, установленным на искусственных линиях задержки.

Сформированные таким образом импульсы с крутыми фронтами и срезами поступают на ограничитель 2, где выравниваются («срезаются»)вершины, и затем на выходное устройство.

Измерители высоты импульсов 1 многих импульсных измерительных генераторов строятся по схемам, реализующим метод сравнения измеряемой высоты импульсов с образцовым напряжением.

Рисунки 5-10 и 5-11 поясняют принцип действия одного из вариантов таких измерителей.

Измеритель высоты импульсов (рис. 5-10) содержит сравнивающее устройство (диод Д, импульсный трансформатор Тр), источник

образцового напряжения (переменный резистор R, подключенный к стабилизированному напряжению UCT) и индикатор равенства изме-ряемого и образцового напряжений. Индикатор равенства — неоно-вая лампа HЛ — для повышения чувствительности измерителя (и тем самым точности измерения) подключен к выходу сравнивающего устройства через усилитель импульсов и одновибратор — расширитель импульсов сравнения. Применение расширителя импульсов позволяет сделать чувствительность индикатора равенства практически независимой от длительности измеряемых импульсов.

Измеритель высоты импульсов работает следующим образом.

Первоначально образцовое напряжение устанавливают максимальным (Uо.макс; рис. 5-11, 2) и заведомо большим высоты импульсов, поступающих на вход измерителя (рис. 5-11, 1).

Поскольку образцовое напряжение U.макс включено встречно и больше высоты импульсов Um, сравнивающий диод Д закрыт, через первичную обмотку трансформатора ток не проходит и на его вторичной обмотке нет напряжения. Одновибратор находится в состоянии устойчивого равновесия, которое характеризуется низким напряже-нием между точками подключения электродов неоновой лампочки HЛ1 и она не горит. Затем образцовое напряжение с помощью резистора R снижают до величины U, несколько меньшей высоты импульсов Um (рис. 5-11).При этом на время действия импульсов диод Д открывается и через первичную обмотку трансформатора протекают импульсы тока (рис. 5-11, 3). Во вторичной обмотке трансформатора индуцируются импульсы напряжения (t2, которые после усиления в нужной полярности поступают на одновибратор и переводят его в неустойчивое состояние, характеризующееся резким повышением напряжения на неоновой лампе. Неоновая лампа загорается, что свидетельствует о примерном равенстве высоты импульсов Um и образцового напряжения U. После возвращения одновибратора в исходное положение лампа гасится(момент t2).

В момент прихода следующего импульса (t3) лампа снова вспых-нет, затем погаснет и т.д. Поскольку минимальная частота повторения импульсов обычно превышает 10 Гц, свечение неоновой лампы воспринимается как немигающее. Значение образцового напряжения (а следовательно, и высоту импульсов) можно определить по шкале резистора R, заранее градуированного в значениях напряжения.

С помощью рассмотренного измерителя можно не только измерять высоту импульсов, но и устанавливать ее определенное значение. Для этого первоначально уменьшают высоту импульсов до нуля, устанавливают по шкале резистора R нужное напряжение и плавно повышают высоту импульсов до момента зажигания индикаторной лампы. Очевидно, что при этом установленная высота импульсов примерно равна образцовому напряжению.

Относительная погрешность измерения и установки высоты импуль-сов подобными измерителями обычно не превышает ±10%.

Продолжение таблицы 5-3

Основные характеристики некоторых генераторов импульсов при-
ведены в табл. 5-3.

Источник

Генераторы ВЧ

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать. В интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем все это.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

Читайте также:  Тутаевский двигатель с генератором

«Классика жанра».

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Разновидности

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Индуктивная трехточка.

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Разновидности.

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник.

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовый ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Что мы здесь видим?

Видим колебательный контур L1 C1,
А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

Читайте также:  Рено лагуна снять ремень генератора

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора.

Видим страшную схему.

Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется.

Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно):

Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно.

Итак, смотрим схему генератора. Имеем:

Два инвертера ( DD1.1, DD1.2)

Колебательный контур L1 C1

Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата.

Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор?

Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел…

Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур.

А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию…

Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить.

Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура.

Ну что, сложно?
Если (сложно)
<
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
>

Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов.

Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца:

Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники:

Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания.

Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП.

Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC ), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику.

Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂

Источник