книги / Радиопередающие устройства

результате чего напряженность электрического поля внутри пере­ хода (получается очень высокой — около 105 В/см.

Высокая концентрация примесей в р- и «-областях одного кри­ сталла приводит к вырождению полупроводника и превращению его в полуметалл. В таких условиях возникает возможность тун­ нельного прохождения электронов через потенциальный барьер без увеличения энергии электронов. При этом электрон проходит из одной области полупроводника в другую, не поднимаясь до уровня потенциального барьера, а проходя сквозь этот барьер, как в туннеле.

Туннельный ток не связан с относительно медленными про­ цессами диффузии или дрейфа носителей зарядов, а распростра­ няется как ток в проводнике — со скоростью овета. Поэтому максимальная частота работы туннельных диодов может дости­ гать сотен гигагерц. Рабочий участок вольт-ампер ной характерис­ тики туннельных диодов — спадающая часть ее — находится в области малых значений напряжений, поэтому они маломощны. Падающий участок характеристики лежит в области со значения­ ми прямых напряжений 0,05... 0,4 В для германиевых и 0,1 ...0,7 В для лрсенид-галлиевых диодов. Максимальное значение тока при этом составляет 0,5... 2 ,мА.

Схема автогенератора на туннельном диоде приведена на рис. 2.21. С помощью потенциометра R1 и резистора R2 в этой схеме выбирается такое значение напряжения на диоде VD, при кото­ ром рабочая точка помещается на середине падающего участка характеристики (точка С на рис. 2.19). Конденсатор С — блоки­ ровочный. Режим работы генератора обеспечивается при эквива­ лентном сопротивлении колебательного контура в пределах 100...

... 400 Ом. Сопротивление туннельных диодов в пределах падаю­ щего участка характеристики составляет 50... 200 Ом, а емкость р—«-перехода — десятки пикофарад. Мощность автогенераторов на туннельных диодах составляет десятки милливатт.

Важные достоинства автогенераторов на туннельных диодах — устойчивость против температурных воздействий <и радиоактив-

Рмс. 2.21. Схема автогенера-	Рис. 2.22. Конструкция автогенератора		на
тора на туннельном диоде	туннельном диоде:
	1 — диод, 2 — стержень, 3 — провод подачи		сме­
	шения,	4 — диск, 5 — прокладка, 6 — штырь	вы­
	водного	разъема

ных излучений, простота конструкции, надежность в работе и большой срок службы.

Конструкция автогенератора СВЧ колебаний на туннельном диоде показана на рис. 2.22. Колебательная система здесь обра­ зуется емкостью диода, а .индуктивность — отрезком коаксиаль­ ной линии длиной Л/4. Генерация колебаний возникает при нас­ туплении полной компенсации потерь в контуре отрицательным сопротивлением диода. Диод является двухполюсником, поэтому цепь .внешней обратной связи не требуется. Для повышения ста­ бильности частоты генерации коаксиальный резонатор выбирают высокодобротным и с малым температурным коэффициентом рас­ ширения. В микрополосковой конструкции колебательной систе­ мой (может быть диэлектрический резонатор.

Существенным недостатком генераторов на туннельных диодах является низкий уровень генерируемой мощности, что ограничи­ вает их применение. Применяются они, например, в качестве ге­ теродинов.

2.8. АВТОГЕНЕРАТОРЫ ТИПА RC

Выше были рассмотрены автогенераторы гармонических колеба­ ний, выполненные на резонансных колебательных контурах LC. На (радиочастотах эти генераторы вполне удовлетворяют техничес­ ким требованиям. Но -на очень низких радиочастотах и в диапазо­ не звуковых частот конденсаторы и катушки индуктивности ока­ зываются .слишком громоздкими, а их параметры при изменении температуры нестабильны, что определяет низкую стабильность частоты генерируемых сигналов. Кроме того, перестройку частоты генераторов типа LC в звуковом диапазоне выполнять сложно. А в микросхемотехнике конструктивно выполнять такие индуктив­ ности практически невозможно.

Поэтому в диапазоне звуковых частот применяют автогенера­ торы типа RC. Автогенератор типа RC состоит из усилителя нап­ ряжения звуковых частот и цепи положительной обратной связи. Для получения синусоидальных колебаний в схеме должны вы­ полняться условия самовозбуждения: 1) сумма фазовых сдвигов по замкнутой цепи обратной связи должна быть равна 0, 2я, 4я и т. д.; 2) коэффициент усиления напряжения каскада должен быть достаточным для выполнения баланса амплитуд.

Схема однокаскадного автогенератора типа RC приведена на рис. 2.23. На транзисторе VT выполнен обычный транзисторный усилитель напряжения низкой (звуковой) частоты по схеме с об­ щим эмиттером. Такой усилительный каскад сдвигает фазу на 180°, а еще на 180° сдвигает фазу трехзвенная фазосдвигающая цепь RCt так как каждое звено RC сдвигает фазу на 60°.

Для осуществления положительной обратной связи в транзи­ сторных генераторах широко используется мост Вина, схема ко­ торого приведена на рис. 2.24. Он представляет собой четырехпле­ чий мост переменного тока, два плеча которого состоят из частото-

Рис. 2.23. Схема однокаскадного ЛС-генератора

зависимых элементов, а два других — чисто активные. Баланс моста наступает при условии R 1=R 2, R3—R4 и С1=С2. При вы­ полнении этих условий в схеме возможны колебания на частоте ивазирезонанса /к= 1/(2nRC).

Сдвиг по фазе между подводимым U\ и выходным U2 напря­ жениями равен нулю. Даже при незначительном отклонении час­ тоты сигнала U\ от резонансной частоты /к на выходе моста появ­ ляется сигнал U2, фазовый сдвиг которого относительно сигна­ ла U1 составляет 90°.

При построении схемы автогенератора RC мост Вина немного расстраивают увеличением сопротивления R3 (или уменьшением сопротивления резистора R4). Это приводит к тому, что напря­ жение Uа оказывается больше напряжения UB и выходное нап­ ряжение Uо усилителя будет равно разности напряжений UA—UB- На частоте /к напряжение UA совпадает по фазе с напряжением Uи и оно используется как сигнал положительной обратной свя­ зи. Меньшее напряжение U2 создает отрицательную обратную связь.

Схема ЛС-генератора с мостом Вина приведена на рис. 2.25. Сигнал положительной обратной связи на вход усилителя посту­ пает по частотозависимой ветви моста R1—R4 и Cl, С2. Напря­ жение отрицательной обратной связи поступает в цепь эмиттер — база VT1 с резистора R7 активной ветви моста.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1 и VT2 обес­ печивает сдвиг по фазе между напряжениями на входе и на вы­ ходе Uвых на 360°. Напряжение, поступающее с выхода усилите­ ля на его вход — на базу транзистора VT1, является напряжением положительной обратной связи. И поскольку мост Вина на час­ тоте резонанса не сдвигает напряжение обратной связи по фазе, то оно поступает на вход в фазе с имеющимся там входным нап­ ряжением. Одновременно с этим часть выходного напряжения с резистора R7 делителя R8, R7 оказывается приложенной к цепи эмиттер — база транзистора VT1 и выполняет роль напряжения отрицательной обратной связи. В каскаде на транзисторе VT2

из

Рис. 2.25. Схема RC-генератора с	Рис. 2.26. Схема RC-генератора на
мостом Вина	ОУ

имеется отрицательная обратная связь, напряжение которой соз­ дается на резисторе R12. Роль нагрузки в выходной цепи гене­ ратора выполняет резистор R1S. Конденсаторы СЗ и С4 раздели­ тельные. Режим работы транзистора VT1 устанавливается (напря­ жением, снимаемым с резистора R4 через резистор R3. Этим ос­ лабляется влияние входного сопротивления транзистора VT1 на ЯС-цепь моста Вина.

Плавную перестройку частоты автогенератора можно осущест­ вить изменением сопротивлений резисторов R2 и R3.

На рис. 2.26,6 приведена схема ЯС-автогенератора на опера­ ционном усилителе. Здесь напряжение положительной обратной связи поступает через ЯС-цепь на неинвертирующий вход опера­ ционного усилителя. Напряжение отрицательной обратной связи через диоды VD1 и VD2 поступает на инвертирующий вход уси­ лителя. Диоды VD1 и VD2 стабилизируют выходное напряжение. При увеличении £ /ВЫх ток через диоды возрастает, отрицательная обратная связь увеличивается, что снимает усиление. Изменением сопротивления резистора R1 можно регулировать выходное нап­ ряжение.

2.9. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ АВИАЦИОННЫХ РАДИОСТАНЦИИ

Автогенератор радиостанции «Ясень-50» собран на транзисторе VT1 (2Т371А) по схеме емкостной трехтонки с общим коллекто­ ром (рис. 2.27,а). Питание транзистора осуществляется от источ­ ника Е к = —27 В по последовательной схеме. Основными элемен­ тами колебательной системы являются: конденсаторы С5, С6 и индуктивность L1. Упрощенная эквивалентная схема контура при­ ведена на рис. 2.27,6.

и

VT

ев 4=

г —

= С5

6)

Рис. 2.27. Автогенератор радиостанции «Ясень-50» (а) и упрощенная эквива­ лентная схема его контура (б)

Для осуществления электронной перестройки в контур авто­ генератора последовательно с индуктивностью Ы включен вари­ кап. Изменением напряжения на варикапе достигается изменение его емкости, а следовательно, и общей емкости контура. В ре­ зультате изменяется частота генерации в диапазоне 118... 136МГц. Для улучшения условий возбуждения, уменьшения нелинейности контура и уменьшения переноса амплитудных флуктуаций на час­ тотные применена схема .встречно-последовательного включения двух варикапов VD1 и VD2. Управляющее напряжение, выраба­ тываемое в синтезаторе, подается на катоды варикапов через фильтр С2, R2 и резисторы Rl, R3.

Выходное напряжение через конденсатор С8 подается ,на вхо­ ды буферных каскадов.

Автогенератор радиостанции метрового диапазона волн «Бак- лан-Рн» выполнен на транзисторе VT1 (2П307Г) по схеме индук­ тивной трехтонки (рис. 2.28). Индуктивность контура выполнена катушкой индуктивности Ы , емкость — конденсаторами С/, С2 и варикапами VD1, VD2. Автоматическое смещение на затворе тран­ зистора обеспечивается резистором R3, диодом VD3 и конденса­ тором СЗ. Конденсатор С2 предназначен для коррекции разброса емкости варикапов и подбирается при .регулировке, конденсатор

Рис. 2.28. Схема автоге­ нератора радиостанции «Баклан-Рн»

Cl обеспечивает -коррекцию коэффициента перекрытия .по частоте. Стабилизация режима работы транзистора обеспечивается рези­ стором R4. Напряжение питания подается от источника £ = + 15 В. Управляющее напряжение на варикапе подается через развязы­ вающие резисторы Rl, R2. Выходное напряжение через конденса­ тор С5 подается на вход буферного (каскада БУ.

Автогенератор аварийной УКВ радиостанции собран на элек­ тронной лампе — пентоде 1Ж29Б (рис. 2.29) по схеме индуктив­ ной трехтонки. Контур L1C1 настроен на частоту 30,375 МГц, близкую к частоте .кварцевого резонатора КР, включенного в цепь обратной связи. Минимальное сопротивление кварца будет на частоте последовательного резонанса. На этой частоте обратная связь оказывается достаточной для выполнения баланса ампли­ туд. Поэтому возбуждение происходит .на частоте последователь­ ного резонанса кварца. Катод лампы V изолирован от корпуса по высокой частоте дросселем Др1. Анодом автогенератора явля­ ется экранная сетка лампы, заземленная по высокой частоте кон­ денсатором С8. В анодную цепь лампы V включен контур СЗ, С4, L2, настроенный на частоту 60,75 МГц, т. е. на вторую гармонику сеточного контура. Выходное напряжение, снимаемое с анода лам­ пы, через конденсатор С9 подается на вход следующего каскада — усилителя-удвоителя.

Автогенератор радиостанции «Полет» выполнен на VT1 по схе­ ме индуктивной трехточки с общим стоком (рис. 2.30). Колеба­ тельный контур составлен индуктивностью Ь\ и емкостями вари­ капов VD1 и VD2, включенными встречно-последовательно. Кон­ денсатор СЗ предназначен для коррекции коэффициента перекры­

тия	по	частоте. Напряжение питания подается	от источника
+ 20	В	по последовательной схеме. Напряжение	автоматического

смещения на затвор транзистора создается цепочкой R5, С4 и дио­ дом VD3. .Стабилизация режима транзистора достигается резисто­ рами R6, R7, R8 и RIO, R11. Управляющее напряжение Uy в пре­ делах 8... 17,5 В на варикапы VD1 и VD2 подается через фильтр нижних частот и фильтры R1C1, R2C2, Др1. Выходное напряжение

Рис. 2.29. Схема автогене-	Р.ис. 2.30. Схема индуктивной трехточки с общим
ратора аварийных УКВ ра-	стоком
дностанций

в диапазоне частот 100... 150 МГц снимается с части индуктивнос­ ти Ы и через конденсатор С7 подается на вход буферного кас­ када.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте		принципиальную схему	автогенератора		и	поясните принцип
ее работы.
2.	Дайте определение автогенератора.
3.	Перечислите условия самовозбуждения и			дайте	их	определения.
2. Назовите		способы осуществления	условий	самовозбуждения.

5.Нарисуйте трехточечную схему автогенератора и поясните способ вы полнения условий самовозбуждения.

6.Как подобрать баланс фаз в емкостной трехточечной схеме автоге­ нератора?

7.Как подобрать баланс амплитуд в индуктивной трехточечной схеме ав­ тогенератора?

8.Как включить вольтметр для измерения напряжения обратной связи в индуктивной трехточечной схеме автогенератора?

9.Проследите цепи и направления протекания токов в схеме автогенера­

тора по индуктивной трехточке.

10. Нарисуйте емкостную		трехточечную схему автогенератора.
И. Назовите	особенности	емкостной	трехточечной	схемы автогенератора,
12. Что нужно сделать в схеме автогенератора, если колебания не возни­
кают?
13. Составьте	эквивалентные схемы		трехточечных	автогенераторов.

14.Нарисуйте векторную диаграмму токов и напряжений в автогенераторе.

15.Прочитайте общее правило построения трехточечных схем автогенера­

торов.

16.Назовите режимы самовозбуждения автогенератора и поясните их осо­ бенности.

17.Что такое колебательные характеристики и линии обратной связи?

18.Назовите условия существования устойчивых колебаний в автогенера­

торе.

19.Как измерить напряжение смещения в схеме автогенератора?

20. Как получить автоматическое смещение в автогенераторе?

21.Что такое прерывистая автогенерация?

22.Нарисуйте схему автогенератора на туннельном диоде и поясните прин­ цип работы ее.

23.Что такое отрицательное сопротивление?

24.Нарисуйте вольт-амперную характеристику туннельного диода.

25.Поясните особенности генераторов УКВ.

26. Нарисуйте схему Б. К. Шембеля на лампах и поясните ее работу.

27.Поясните особенности схемы Б, К. Шембеля.

28.Нарисуйте схему Б. К. Шембеля на транзисторах и поясните ее работу,

Г л а в а 3. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для авиационных радиопередатчиков основным требованием яв­ ляется надежность связи и ее бесперебойность для обеспечения уверенного приема, беспоискового вхождения в связь и макси­ мальной оперативности связи.

Однако вследствие воздействия ряда дестабилизирующих фак­ торов частота колебаний на выходе передатчика изменяется во времени относительно заданного и установленного значения. От­ клонение частоты от заданной называется нестабильностью час­ тоты.

Различают два вида нестабильности частоты: долговременную и кратковременную. Долговременная нестабильность частоты оп­

ределяется	медленными	изменениями частоты автогенератора,
вызванными	изменениями	внешних условий за час, сутки, месяц
и год. Кратковременная		нестабильность вызывается быстрыми

флуктуационными изменениями частоты автогенератора, возни­ кающими вследствие тепловых и дробовых шумов. Условно при­ нято считать нестабильность кратковременной, если она прояв­ ляется за время наблюдения, меньшее или равное одной секунде.

Каждая из названных нестабильностей может быть абсолют­ ной и относительной. Абсолютной нестабильностью частоты Af

называется разность между фактической частотой колебания на

выходе передатчика / и ее номинальным значением A	От­
носительной нестабильностью называют отношение	абсолютной

нестабильности А/ к номинальному значению частоты, т. е. Д///н. Она часто выражается в процентах.

Нормы допустимой нестабильности частоты определяются со­ ответствующими стандартами. В табл. 3.1 приведены нормы не­ стабильности частоты некоторых радиопередающих устройств.

Т а б л и ц а	3.1
		Допустимые		отклонения,		частоты,			Гц
					для	радиопередат­
					чиков,		введенных
'Полоса частот (включая верхний и исклю­		для радиопередат­			в эксплуатацию
					после		1	января
чая нижний	пределы) н категория станций	чиков,	введенных в		1985 г.,		и	радиопе­
		эксплуатацию		до	редатчиков,				разра­
		1 января 1985 г.			ботка (модерниза­
					ция)	которых на­
					чата	после 1			ян­
	1		2		варя		1965		г.
		1		|			3
10... 535 кГц		10			10
радиовещательные станции

			1			2	3
535	1605 кГц					10
радиовещательные				станции			10
1605 ...4000 кГц
подвижные станции судов:						300
	спасательных						300
	воздушных					100	20
радиовещательные				станции		20	10
4...29,7 МГц			станции:
сухопутные						50
	береговые, мощностью до				500 Вт		50
	мощностью от 500 Вт до 5 кВт					30	30
радиовещательные				станции		15	10
29,7	100 МГц			станции	(кроме
радиовещательные
телевизионных)			мощностью:
	50 Вт	и менее				50	50
	более	50 Вт				20	20.
радиовещательные				станции	(телеви­
зионные, звук			и изображение) мощ­
ностью:
	1000 Вт и менее					50	40'
	более	1000	Вт			500	100'
космические			станции			50	30

3.2. ПРИЧИНЫ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ЕЕ СТАБИЛИЗАЦИИ

Параметрические способы стабилизации частоты

Стабильность частоты передатчика определяется в основном стабильностью час­ тоты задающего генератора, т. е. автогенератора. А частота колебаний авто­ генератора зависит от двух факторов:

собственной частоты эквивалентного колебательного контура и его доб­ ротности;

фазового сдвига между первой гармоникой выходного тока транзистора к

напряжением контура.
Эквивалентный колебательный контур автогенератора »(рис. 3.1,а)	состоит
из собственных параметров L и С и вносимых комплексных сопротивлений от
усилительного прибора и цепи нагрузки. Комплексное сопротивление,	вносимое

в контур от усилительного прибора, состоит из выходного сопротивления уси­ лительного прибора, образованного емкостью Свых и внутренним сопротивле­ нием Ri, и комплексного сопротивления ZBx = R + обеспечивающего условия*

а)

6)

Рис. 3.1. Эквивалентная схема контура автогенератора

самовозбуждения в автогенераторе. Цепь нагрузки характеризуется входными параметрами Свх и каскада, нагружающего автогенератор. Значения всех перечисленных вносимых параметров зависят от режима работы усилительного прибора. Учитывая сказанное, упрощенная схема эквивалентного контура ав­ тогенератора принимает вид, показанный на рис, 3.1,6.

Собственная частота контура в общем случае определяется по формуле

<00= У 1/LHC„(1—1/4Qs),

где LKCK — индуктивность и емкость эквивалентного контура, Q — доброт­ ность контура.

Из этой формулы видно, что собственная частота контура будет изменяться под действием любого дестабилизирующего фактора, вызывающего изменение параметров контура.

Другая причина нестабильности частоты — изменение фазового сдвига — возникает при нарушении баланса фаз.

Под действием дестабилизирующих факторов параметры эквивалентного контура автогенератора изменяются во времени, вызывая изменение его резо­ нансной частоты, а следовательно, и частоты колебаний автогенератора. Рас­ смотрим основные дестабилизирующие факторы.

Изменение температуры окружающей среды вызывает изменение геометри­ ческих размеров деталей контура и диэлектрической проницаемости изоляци­ онных материалов и диэлектриков. Например, при повышении температуры увеличивается длина провода и размеры каркаса катушки, в результате чего индуктивность ее увеличивается. Пластины конденсатора расширяются, пло­ щадь их увеличивается, а следовательно, изменяется и емкость. Диэлектриче­ ская проницаемость диэлектриков е с изменением температуры также изменя­ ется. Это видно из формул для определения индуктивности катушки и емкости конденсатора:

L = ji2D2n2/l; C =				s(m — l)e /4 n d ,
где D — диаметр			катушки;		/ — длина ее;	л — число	витков; s — площадь пла­
стин;	т — число		пластин;		d — расстояние	между	ними;	е — диэлектрическая
проницаемость диэлектрика.
В	самолетных			передатчиках температура внешней среды может изменять­
ся от —50 до + 5 0			° С и больше.
Влияние изменений температуры на индуктивность и емкость колебатель­
ного	контура	количественно оценивается				температурным		коэффициентом ин­
дуктивности		(ТКИ)		аь и	емкости (ТКЕ)	ас. Они	определяются как относи­