7. Порядок расчета rс-генератора

Техническое задание на проектирование RС-генератора обычно содержит:

1. Выходное напряжение (действующее значение), или ряд выходных напряжений от U_выхmin до U_выхmах.

2. Сопротивление нагрузки.

3. Коэффициент нелинейных искажений Кг.

4. Частота выходного напряжения f или диапазон частот от f_н до f_в.

5. Нестабильность частоты ∆f/f*100% , или погрешность градуировки (%).

6. Нестабильность амплитуды выходного напряжения ∆U_вых/U_вых*100%

7. Диапазон рабочих температур t_min - t_max.

8. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики генератора в диапазоне частот.

Расчет генератора рекомендуется проводить в следующем порядке:

1. Выбор функциональной схемы генератора.

Чаще всего, для того, чтобы удовлетворить всем требованиям ТЗ, функции получения колебаний заданной частоты, усиления по мощности и регулировке амплитуды, рекомендуется производить в отдельных блоках.

Таким образом, функциональная схема принимает вид (рис. 15 )

Рисунок 15

где ЗГ — задающий генератор, выдает колебания в заданном диапазоне частот с нестабильностью частоты, амплитуды и содержанием высших гармоник, не превышающих заданные; РА — блок регулировки амплитуды выходного напряжения, с помощью этого блока осуществляется регулировка U_вых от U_выхmin до U_выхmax , УМ — усилитель мощности, предназначен для усиления колебаний, полученных в ЗГ, он должен обеспечивать на нагрузке R_нmin максимальное выходное напряжение U_выхmax с искажениями, не превышающими заданных в диапазоне частот от f_н до f_в; ИПр - измерительный прибор, в некоторых генераторах устанавливается прибор для измерения амплитуды выходных колебаний и делитель напряжения (1:10, 1:100 и т.д.).

В тех случаях, когда R_н, велико, а U_вых имеет одно значение, выходные параметры сигнала могут быть обеспечены и одним задающим генератором.

2. Составление заданий на проектирование задающего генератора и усилителя мощности.

Так как параметры выходного сигнала зависят и от усилителя мощности и от задающего генератора, то общее техническое задание необходимо разбить на два, исходя из следующих рекомендаций.

В связи с тем, что нелинейные искажения усилителя ЗГ отрабатыва­ются не в F раз, а значительно меньше из-за наличия положительной обратной связи (38), то амплитуду выходного напряжения для транзисторных ЗГ редко выбирают больше 5 В. Обычное значение (2 - 3)В, ориентировочно определяем

(33)

Коэффициент частотных искажений усилителя мощности определяется неравномерностью амплитудно-частотной характеристики генератора

(34)

Допустимый коэффициент нелинейных искажений для УМ и ЗГ, исходя из

того что можно примерно принять равными (по техническому заданию). УМ не дол­жен нагружать ЗГ, отсюда .

Нестабильность амплитуды выходного напряжения при изменении температуры определяется задающим генератором и усилителем мощности. В УМ введением глубокой ООС можно значительно уменьшить влияние коэффициента усиления. Поэтому выполнение этого пункта ТЗ практически будет определяться задающим генератором.

3. Расчет задающего генератора.

а) Выбирается функциональное построение ЗГ, которое в основном определяется схемой стабилизации уровня выходного напряжения. Автоге­нераторы с ИНЭ проще, чем с АРУ. Поэтому, если диапазон рабочих температур не больше 10% и требования к стабильности амплитуды выходного напряжения не жесткие имеет смысл выбирать схему автогенератора с ИНЭ. Если или возможные изменения тем­пературы больше 10%, то больше подходит схема автогенератора с АРУ.

б) Выбор и расчет фазирующей цепи.

Схема фазирующей цепи выбирается согласно табл.1-I. В диапазонных генераторах как правило m=n=1. Обычно проектирование ФЦ начинают с выбора коэффициента поддиапазона Обычно g_n<15, для прощения установки частоты генератора часто принимают g_n<10. В этом случае шкала прибора градуируется в значениях частоты первого поддиапазона, а отсчет частоты на других поддиапазонах производится умножением на 10. 100 и т.д. Задавшись g_n , определяют число поддиапазонов. Расчет элементов ФЦ производится, исходя из значения g_n вычисленного с учетом необходимого запаса по перекрытию. Запас по перекрытию должен быть не менее 2∆f/f. После определения g_n` выбирается элемент, которым будет производиться перестройка частоты внутри поддиапазона. Перестройка частоты осуществ­ляется изменением идентичных элементов, емкостей или сопротивлений.

Переменные емкости ФЦ должны иметь две секции на одной оси, причем роторные пластины не должны быть связаны с корпусом. Закон изменения емкости конденсатора от угла поворота должен быть логарифмический. Максимальная величина емкости каждой секции обычно не более 1000 пФ, а минимальный — 50 пФ, температурный коэффициент {1-5)10^-5 град^-1 . Переход от одного поддиапазона на другой осуществляется изменением сопротивлений на величину g_n.

Перестройка RС — цепи может осуществляться и изменением сопротивления. Закон изменения сопротивления должен быть также логарифмическим. Выпускаемые промышленностью сдвоенные блоки переменных сопротивлений имеют максимальное значение сопротивлений до 50 кОм. для обеспечения высокой стабильности частоты сопротивления изготавливаются проволочными. Отсюда их недостатки — дискретное изменение частоты при перестройке и значительно меньшая по сравнению с емкостями долговечность. ТКС для такого блока имеет величину (3-5)*10^-4 град^-1.

Переход с поддиапазона на поддиапазон осуществляется коммутацией емкостей.

После выбора элемента перестройки частоты (емкость или сопротив­ление) рассчитываются остальные элементы ФЦ по формулам табл.1.

в) Требования к усилителю автогенератора.

В главе 3 уже указывалось, что усилитель должен иметь входное сопротивление значительно большее, чем максимальное сопротивление ФЦ минимум на порядок, а входную емкость на столько же меньшую, чем минимальная емкость фазирующей цепи. Точнее, допустимые значения R_вхсв, С_вхсв определяются из выражения (40) по заданной нестабильности частоты.

Коэффициент усиления усилителя определяется допустимыми нелинейными искажениями ЗГ. Так как усилитель без ООС обычно имеет искажения (2-3)%, то

(35)

Рабочий диапазон частот усилителя для обеспечения малых нелинейных искажений должен быть от З до 6. Допустимый коэффициент частотных искажений определяется из выражений (6, 7, 8) при Кср =К. Максимальной нагрузкой для усилителя можно считать