Электротехника радиотехнические схемы

Генераторы качающейся частоты и сигналов специальной формы

В измерительной технике часто используются источники гармонических сигналов, частота которых автоматически изменяется в пределах заданной полосы частот.

Генераторы качающейся частоты

К генераторам качающейся частоты (ГКЧ — его устаревшее название свип-генератор) относятся источники гармонических колебаний со специальным (линейным, логарифмическим и т. д.) законом автоматического изменения частоты в пределах заданной полосы качания. Полоса качания ∆f определяется как разность конечного fк и начального fн, значений частоты, т.е. ∆f= fк-fн .В зависимости от ее значения ГКЧ делятся на узкополосные (∆f не более 1 % максимальной частоты рабочего диапазона или поддиапазона), широкополосные (∆f > 1 %) и комбинированные.

Упрощенная структурная схема ГКЧ (рис. 6.9) содержит источник модулирующего напряжения, задающий генератор, схему формирования частотных меток, выходной блок и цифровой индикатор уровня, фиксирующий выходное колебание.

Основными параметрами данных генераторов являются частотные и амплитудные показатели. К первым относят диапазон рабочих частот, полосу качания, длительность автоматического качания частоты, нелинейность ее перестройки и т. д. Ко вторым — уровень выходной мощности (напряжения) при работе на согласованную нагрузку, неравномерность этого уровня при перестройке частоты и прочее. К генераторам качающейся частоты предъявляются достаточно жесткие требования по линейности модуляционной характеристики, постоянству выходного уровня мощности и значению побочной модуляции.

Генераторы качающейся частоты строятся по прямому методу генерации и методу биений. В диапазоне от десятых и даже сотых долей герц до десятков мегагерц используют функциональные генераторы (рис. 6.6) с электронным управлением частотой. При этом частоту таких генераторов можно регулировать, изменяя ток заряда (разряда) емкости интегратора. При наличии преобразователей цифровых кодов в сигналы управления исполнительными элементами, возможно дистанционное и программное изменение частоты.

В достаточно широких пределах автоматическое качание частоты без коммутации элементов колебательной системы легко реализуют в низкочастотных генераторах на биениях. При этом в качестве перестраиваемого гетеродина может служить LC-генератор с электронным управлением частотой.

В настоящее время разработаны несколько способов управления частотой высокочастотных LC-генераторов. Практическое применение находит способ перестройки частоты путем изменения величины барьерной емкости p-n-перехода полупроводникового диода — варикапа. Емкость его p-n-перехода полностью или частично включается в цепь колебательного контура генератора. Модулирующее напряжение, воздействуя на диод изменяет его барьерную емкость, а, следовательно, и частоту генерируемых колебаний.

В области СВЧ генераторы качающейся частоты строят на маломощных клистронах, диодах Ганна, транзисторах и лампах обратной волны (ЛОВ).

При использовании клистронов линейная частотная модуляция колебаний достигается за счет использования пилообразного напряжения, подаваемого на один из его электродов (отражатель). Максимальная девиация частоты ограничивается диапазоном электронной перестройки частоты клистрона. К недостаткам ГКЧ на клистронах следует отнести наличие побочной амплитудной модуляции, возникающей из-за непостоянства выходной мощности в пределах зоны генерации.

Возможность электронной перестройки частоты генераторов СВЧ на диодах Ганна обеспечивается применением варикапов, изменяющих эквивалентную емкость резонатора или ферромагнитных сред в переменном магнитном поле (ЖИГ-сферы). Частотная модуляция колебаний ЛОВ осуществляется пилообразным напряжением, подводимым к ускоряющему электроду. Недостатком ЛОВ, так же как и клистрона, является наличие побочной амплитудной модуляции. Кроме того, задающий генератор на ЛОВ имеет более громоздкую конструкцию и требует более сложных источников питания. Основное достоинство ЛОВ – чрезвычайно широкий диапазон перестройки по частоте (порядка октавы).

Генераторы сигналов специальной формы

К генераторам сигналов специальной формы относятся источники одиночных или периодических импульсных сигналов, форма которых может быть и прямоугольной, и отличной от нее. Рассмотрим функциональные генераторы, которые в широком диапазоне частот могут генерировать синусоидальное и пилообразное напряжение, а также импульсное напряжение треугольной, прямоугольной и других специальных форм. Генераторы этого типа допускают плавную регулировку частоты колебаний в пределах от сотых долей герц до единиц мегагерц. Имеется возможность модулировать (применяется и термин «свипировать») частоту колебаний напряжением от внешнего источника. Генераторы этого типа достаточно стабильны и просты в обслуживании.

Поскольку основным элементом функционального генератора является интегратор на ОУ, то частоту колебаний на выходе прибора можно регулировать, изменяя значение тока в зарядной (входной) RС-цепи интегратора. В генераторах предусматривается возможность регулировки симметричности формы выходного напряжения. В результате можно формировать треугольное напряжение с разным наклоном сторон или несимметричное прямоугольное напряжение. При наличии интерфейса функциональные генераторы можно использовать в составе автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов и измерительных систем. При этом все параметры выходных сигналов устанавливают дистанционно.

Особое место в ряду генераторов специальной формы занимают импульсные (релаксационные) генераторы. Они подразделяются на генераторы периодической последовательности импульсов и генераторы кодовых групп импульсов. Широкое применение находят генераторы периодических последовательностей прямоугольных импульсов.

Реальная форма импульса несколько отличается от прямоугольной, как это показано на рис. 6.10. Однако эти отклонения не должны превышать параметров, указанных в технической документации.

Обычно прямоугольные импульсы характеризуются следующими основными параметрами: амплитудным значением Um и напряжением спада вершины Uсп, которое не превышает 0,05 Um; длительностью фронта нарастания tфн — интервал времени, в течение которого мгновенное значение вырастает от 0,1 до 0,9 амплитудного Um (это время составляет 0,1...0,2 длительности импульса); tф.сп — длительностью фронта спада — время спада напряжения от 0,9 до 0,1Um (это время составляет 0,2...0,3 длительности импульса). Естественно, что главный параметр импульса — длительность.

Для формирования прямоугольных импульсов со стабильными длительностью и частотой следования, крутыми фронтами и плоской вершиной используют блокинг-генераторы и мультивибраторы, работающие в автоколебательном и ждущем режимах. В мультивибраторах применяется кварцевая стабилизация частоты.

Упрощенная структурная схема импульсного генератора и временные диаграммы ее работы показаны на рис. 11.

Формирователь временных интервалов может работать в режиме автогенератора (положение ключа 7) или в ждущем режиме (положение ключа 2). Однократный пуск осуществляют нажатием кнопки Ки. Интервал Т определяет частоту следования импульсов f=1/T. Длительность импульсов определяется временем задержки, как в одноименной схеме: τи=τз.

По длительности прямоугольных импульсов импульсные генераторы делятся на микросекундные и наносекундные. Классы точности импульсных генераторов устанавливаются отдельно по амплитуде, частоте следования и длительности импульса. Кроме того, в документации указываются tфн и tф.сп. Классы точности по амплитудному значению устанавливаются как приведенная погрешность, а по остальным параметрам как относительная погрешность от измеряемой величины. Причем погрешности установки временных параметров в среднем достигают нескольких процентов. Обозначение отечественных генераторов периодических прямоугольных импульсов — Г5.

Современные генераторы сигналов специальной формы (Г6) относятся к универсальным измерительным приборам с широким частотным диапазоном, большим числом форм выходных сигналов и электронным управлением параметрами сигналов. В ряде случаев эти генераторы частично или полностью заменяют низкочастотные, в том числе инфранизкочастотные, высокочастотные и импульсные генераторы.

Гель лак опт там.
Электротехника ТОЭ типовые задания примеры Лабораторные