Недостатком схемы является то, что при коротком замыкании в нагрузке ток Ia max в каждый из полупериодов входного сигнала течет через один из транзисторов Т1 или Т2. Выходное напряжение при этом равно нулю. Мощность, рассеиваемая на выходных транзисторах при коротком замыкании в нагрузке, равна:

Pн = 0,5 Uип Iamax = 0,5 22 4 = 44_ Вт; .

Эта величина примерно в пять раз превышает мощность, рассеиваемую на выходных транзисторах при нормальных условиях.

Во многих случаях усилитель мощности работает на постоянную омическую нагрузку Rн. При этом ток усилителя, отдающего максимальную неискаженную мощность в нагрузку, равен:

Iнmax =	Uнmax	=	15,5	= 3,9A ;
			4
	Rн

При маленьких выходных напряжениях ток в нагрузке также будет маленьким. Следовательно, можно уменьшить и предельное значение тока, что позволяет уменьшить рассеиваемую мощность при коротком замыкании в нагрузке.

7.2. Расчет выходных каскадов

Пример расчета

Для схемы, приведенной на рис. 7.3, определить максимальную амплитуду выходного сигнала.

Uип=10В

Rк=1к

Rн=1к

Рис. 7.3. Схема простейшего выходного каскада

52

Решение:

1.Минимальное значение амплитуды сигнала на выходе транзистора

соответствует режиму насыщения транзистора Uêýí àñ = 0 , Uâû õ.ì èí =Uêýí àñ = 0 . 2. Максимальное значение амплитуды выходного сигнала будет при закрытом транзисторе. Исключая закрытый транзистор из схемы, приведенной

на рисунке 7.3, получим:

U		=U			Rí	= 0,5 U
	âû õ.ì àêñ		è.ï R + R				è.ï
			ê		í

3.В диапазоне амплитуд Uвых.макс - Uвых.мин должен быть положительный

иотрицательный полупериоды синусоиды. Следовательно максимальное амплитудное значение синусоидального напряжения равно 0.5(Uвых.мин + Uвых. макс ). Значение постоянной составляющей напряжения на коллекторе Uвых.макс

Задачи

Разработать схему синтезатора на микросхеме ADF 4360-3

Задачи

1.Определить сопротивление R9 , R10 схемы защиты от короткого замыкания для Rí = 2Î ì , P = 20Âò .

2.Определить мощность, рассеиваемую на транзисторах выходного каскада, работающего в режиме Д при длительности фронта tô = 0,01 10−6 ñ,

периоде повторения импульсов Òn =10−5 , мощности сигнала в нагрузке Pí = 20Âò , сопротивлению нагрузки Rí = 2Î ì для транзистора КП723В.

3. Объяснить принцип увеличения к.п.д. выходных каскадов при формировании сопротивления нагрузки на гармониках частоты усиливаемого сигнала.

53

8 ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ

Для выполнения практических занятий по данной теме студенты должны: знать:

–принцип работы и структурную схему цифрового синтезатора частот;

-схемы построения и основные пара метры генераторов управляемых напряжением (ГУН);

-принцип работы фазового детектора/

уметь:

- рассчитывать значения коэффициентов деления делителей частоты.

8.1. Краткие теоретические сведения

Цифровой синтезатор частоты представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), (рис. 8.1).

UГ

ОКГ

ДЧ

ФД

ДПКД

ГУН

ФНЧ

Рис.8.1 Структурная схема цифрового синтезатора частоты

Предположим, что частота опорного кварцевого генератора (ОКГ) равна 10 МГц ( fÎ ÊÃ =10Ì Ãö ). Делитель частоты (ДЧ) уменьшает частоту ОКГ до

частоты сравнения, которую выберем равной 10 кГц ( Fñð =10êÃö ). В этом случае коэффициент деления делителя частоты равен

Ê Ä× = fÎ Êà = 107 =103 . Fñð 104

Частота сравнения ОКГ поступает на один из входов фазового детектора, который выполняет математическую операцию перемножения входных сигналов. На второй вход фазового детектора через делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) поступает сигнал от генератора, управляемого напряжением (ГУН).

Предположим, что нам необходимо обеспечить частоту выходного сигнала fÃÓÍ =1ÃÃö . В этом случае значение коэффициента деления делителя с

переменным коэффициентом деления равно

	Ê	ÄÏ ÊÄ	=	fÃÓÍ	=	109	=105 .
				F		104
				ñð

54

Предположим, что частота ГУН отличается от заданного значения fÃÓÍ на величину ошибки ∆fÃÓÍ . Частота на выходе ДНКД будет равна

f	ÄÏ ÊÄ	=	fÃÓÍ +∆fÃÓÍ	= F +	∆fÃÓÍ	.
		Ê ÄÏ ÊÄ		ñð	Ê ÄÏ ÊÄ

В этом случае на входы фазового детектора поступают колебания двух

					∆fÃÓÍ
	различных частот: F	– с делителя частоты и F		+
	ñð		ñð	Ê ÄÏ ÊÄ

U0		= sin 2πFñðt – сигнал с делителя частоты;
				∆f	î ø		– сигнал с ДПКД.
U	Ã	= sin	2πF +			t
			ñð
				Ê ÄÏ ÊÄ

– с ДПКД.

Фазовый детектор выполняет математическую операцию перемножения входных сигналов. В результате перемножения на выходе фазового детектора формируется сигнал суммарной и разностной частоты

					∆f	î ø
U	2	= sin	2π2F +				t
			ñð
					Ê ÄÏ ÊÄ
И сигнал ошибки
Uî ø		= sin	∆fî ø
			Ê ÄÏ ÊÄ

Верхняя частота полосы пропускания фильтра нижних частот значительно меньше Fñð , поэтому на выходе ФНЧ выделяется только сигнал

ошибки. Этот сигнал усиливается и поступает на управляющий вход ГУН, изменяя частоту ГУН таким образом, чтобы сигнал ошибки был равен нулю. В этом случае частота выходного сигнала ДПКД равна Fñð . В стационарном

режиме частота ГУН всегда равна

f	ÃÓÍ	= F Ê	ÄÏ ÊÄ	=	fÎ ÊÃ	Ê	ÄÏ ÊÄ
		ñð			Ê Ä×

Если значение Ê ÄÏ ÊÄ увеличить на 1 Ê ÄÏ ÊÄ1 = Ê ÄÏ ÊÄ +1, выходная частота станет равной

55

fÃÓÍ 1 = Fñð Ê ÄÏ ÊÄ1 = Fñð (Ê ÄÏ ÊÄ +1)= fÃÓÍ + Fñð

Видно, что изменение коэффициента деления ДПКД на целое число единиц приводит к изменению частоты выходного сигнала ГУН на величину Fñð . Это означает, что частота выходного сигнала синтезатора частоты может

принимать только дискретные значения, кратные частоте сравнения (говорят, что на выходе формируется сетка частот с шагом Fñð ).

Время перестройки частоты выходного сигнала ГУН в основном определяется переходными процессами в ФНЧ и приблизительно равно

τó ≈ 1 .

FÂ

Выходной сигнал цифрового синтезатора частоты имеет некоторую паразитную частотную модуляцию, обусловленную наличием в спектре реального фазового детектора спектральных составляющих Fñð , 2Fñð и т.д.

Наиболее опасной является спектральная составляющая Fñð , так как для нее коэффициент передачи ФНЧ больше, чем для составляющих 2Fñð , 3Fñð и т.д. С выхода ФНЧ спектральная составляющая Fñð поступает на управляющий вход

ГУН, что приводит к частотной модуляции выходного сигнала ГУН синусоидальным напряжением с частотой Fñð .

Наличие частотной модуляции приводит к появлению в спектре выходного сигнала ГУН спектральных составляющих (fÃÓÍ ± Fñð ), что

недопустимо, так как частоты (fÃÓÍ ± Fñð ) отведены для работы других

радиопередающих средств. В соответствии с требованиями стандартов, уровень побочных излучений не должен превышать −70äÁ … −80äÁ , т.е. составлять

10−7...10−8 от мощности ГУН частоты fÃÓÍ . Для обеспечения такого малого

уровня побочных излучений в спектре выходного сигнала ГУН необходимо использовать фазовые детекторы с малым уровнем спектральных составляющих Fñð и значительное ослабление, вносимое ФНЧ на частоте Fñð .

При этом к полосе пропускания ФНЧ предъявляются противоречивые требования: увеличение полосы пропускания приводит к уменьшению времен перестройки частоты выходного сигнала, но при этом увеличивается значение коэффициента передачи ФНЧ на частоте сравнения, что приводит к увеличению уровня побочных составляющих в спектре выходного сигнала.

Уменьшение коэффициента передачи на частоте Fñð может быть

обеспечено применением фильтров более высокого порядка. Однако, ФНЧ более высокого порядка, обеспечивая меньшее значение коэффициента передачи на частоте Fñð , вносит больший фазовый сдвиг. Максимальный

фазовый сдвиг ФНЧ второго порядка составляет 180°, ФНЧ третьего порядка – 270° и т.д. Это приводит к тому, что обратная отрицательная связь, реализуемая в схеме ФАПЧ в области нижних частот, может превратиться в положительную

56

обратную связь и при выполнении условия баланса амплитуд в петле ФАПЧ возникают колебания самовозбуждения. Поэтому применение в цепи обратной связи ФАПЧ ФНЧ второго порядка и более высоких порядков требует анализа устойчивости схемы ФАПЧ.

8.2.Задачи

1.Разработать схему цифрового синтезатора частот имеющего следующие параметры:

-шаг сетки частот 10 кГц;

-диапазон рабочих частот 900 – 1000 МГц;

-время установления фазы выходного сигнала 10-2с.

2.Разработать схему цифрового синтезатора частот на микросхеме ADF 4360-3, (ВС).

57