Стабілізація частоти ГПД. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Стабілізація частоти ГПД. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вузли радіоаматорської техніки. Генератори, гетеродини

Коментарі до статті

Мабуть, найвідповідальнішим вузлом у трансівері є ГПД, який визначає стабільність частоти та шумові характеристики. Ця стаття є спробою у популярній формі викласти те, що чудово описано у підручнику [1].

При цьому весь математичний апарат опущений, щоб не лякати непідготовлених читачів формулами та векторними діаграмами.

Нестабільність частоти автогенераторів має багато причин. Умовно можна поділити всі причини нестабільності на два напрямки:

причини, що впливають на частоту налаштування контура, що задає;
причини, що впливають на частоту через зміну режиму активного елемента.

Найпростішою причиною першого напряму є механічна неміцність конструкції. Наступна очевидна причина того ж напряму – температурна нестабільність. Нагрів деталей автогенератора викликає зміни індуктивності та ємності. Наприклад нагрівання котушки, намотаної мідним дротом на керамічному каркасі, викликає розширення міді, збільшення довжини дроту, збільшення діаметра намотування. Це спричиняє збільшення індуктивності і зниження частоти. Таке ж нагрівання котушки, намотаної на фторопластовому каркасі, викликає збільшення діаметра витків, але через надмірно великого лінійного розширення фторопласта котушка розтягується в довжину настільки сильно, що з лишком перекриває збільшення діаметра, і в результаті індуктивність не збільшується, а зменшується підвищується. Тому фторопласт абсолютно непридатний для високостабільних контурів.

Магнітна проникність більшості феромагнітних матеріалів під час нагрівання збільшується. Збільшуються при нагріванні та ємності варикапів. Місткість конденсаторів при нагріванні може збільшуватися, так і зменшуватися - в залежності від матеріалів обкладок і діелектрика. Іноді (на жаль, не завжди) на конденсаторах пишуть величину температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ), який показує, скільки мільйонних часток змінюється ємність конденсатора при його нагріванні на 1°С. Знак зміни (мінус чи плюс) позначається літерами "М" або "П".

Позначення М750 означає, що з нагріванні за кожен градус ємність зменшується на 750х10-6. Позначення П33 означає збільшення при нагріванні за кожен градус на 33х10-6. Якщо конденсатор з ТКЕ М750 мав за номінальної температури ємність 1500 пФ, то при його додатковому нагріванні на 20°С ємність стане рівною 1500-1500x750xl0-6x20 =1500-22,5=1477,5 пФ. Якщо автогенератор працював наприклад на частоті 500 кГц його частота визначалася тільки цим конденсатором, то відхилення частоти при цьому складе 3,79 кГц, що явно багато.

Радикальним методом у цьому випадку є термостатування. Але простішим і дешевшим - вибір деталей з найменшими температурними відхиленнями. Так звана термокомпенсація дозволяє зменшити до деяких меж температурну нестабільність, але не дозволяє повністю усунути її. Тут дві причини. По-перше, контур ГПД перебудовується, і відсоткове співвідношення постійних і змінних конденсаторів при перебудові змінюється. Тому компенсація, досягнута однією частоті, в інший частоті порушується. По-друге, зміни ємностей та індуктивностей при нагріванні відбуваються за різними законами. Тому компенсація, досягнута під час нагрівання на 10°С, порушиться, якщо ми нагріємо генератор ще на 10°С.

Як деталі для ГПД можна рекомендувати котушки, намотані нагрітим при намотуванні срібним дротом на ребристому керамічному каркасі. Конденсатори можна використовувати КМ5 (п'ятишарові, компактні) з ТКЕ М47 або М75. Якщо налаштування ГПД застосовуються варикапы, то ТКЕ конденсаторів може бути ще більше, т.к. ТКЕ варикапів позитивні і в залежності від зміщення (тобто від частоти налаштування) змінюються від 70...80х10'6 при великій напругі до 500х10"6 при малих. Тому неприпустимо використовувати варикапи при напрузі зміщення менше 8...9 В Якщо ємності варикапів недостатньо для цього контуру, необхідно або використовувати варикапи з великими ємностями (наприклад KB 105), або ставити по два-три варикапи в паралель. ... невисоку добротність, а добротність важливіша.

Наступною причиною, що впливає на частоту контуру, є нестабільність паразитних ємностей активних елементів, які підключаються до контуру і є складовими частинами його ємності. Під час роботи ці паразитні ємності змінюються і безпосередньо виводять частоту контуру. Розглянуті раніше температурні догляди частоти відбуваються повільно, їх можна підкоригувати за цифровою шкалою чи компенсувати. Вплив нестабільності паразитних ємностей відбувається швидко, найчастіше в такт з модуляцією, і супроводжується характерними спотвореннями сигналу. Паразитні міжелектродні ємності в транзисторах являють собою звичайні бар'єрні ємності pn переходів, що перебудовуються при зміні напруги, що додається до них. Вплив паразитних ємностей можна тією чи іншою мірою зменшити, але не усунути зовсім.

Для зменшення їх впливу треба домагатися, щоб відсотковий вміст паразитних ємностей у загальній ємності контуру був по можливості меншим, щоб на тлі великої загальної ємності контуру кілька пікофарад паразитних ємностей мали менший вплив. Тут, щоправда, є два обмеження. По-перше, занадто велика ємність при малій індуктивності веде до зниження добротності контуру. По-друге, занадто велика постійна ємність вимагає пропорційного збільшення змінної ємності, інакше забезпечуватиметься межі перебудови контуру. У жодному разі не можна робити ГПД на майже самих лише паразитних ємностях, як це зроблено в [2], де в контурі на 1,8...7 МГц застосований варикап КВС111 з малою ємністю. І щоб отримати перебудову, автор застосував велику індуктивність та невелику постійну ємність. При цьому паразитна вхідна ємність транзистора склала 20% від загальної ємності контуру. Паразитні ємності мало впливали б на частоту, якби напруга живлення та режим роботи генератора були ідеально стабільними, що реально недосяжно.

Одним з методів, що вирішують тією чи іншою мірою проблему, є застосування каскадів, що розв'язують, між контуром ГПД і активним елементом. На рис.1 наведена найпростіша схема індуктивної триточки, а на рис.2 - триточки з додаванням розв'язуючого джерельного повторювача.

Стабілізація частоти ГПД
Ріс.1

Різниця напруг між затвором і витоком в 10 разів менша, ніж сама вхідна напруга. А якщо різниця напруг мала, то через вхідну ємність повторювача тече змінний струм в 10 разів менше, що еквівалентно зменшенню в 10 разів вхідної ємності.

Стабілізація частоти ГПД

Але це ще не все. Повторювач (рис.2) має глибоку ООС постійного струму. Коли напруга живлення змінюється, струм у транзисторі змінюється значно менше, ніж він змінювався б без витокового резистора, тобто. паразитні ємності більш стабільні.

У першому випадку (рис.1) транзистор, що генерує, бере струм для створення автоматичного зміщення від контуру, погіршуючи його добротність. У другому випадку (рис.2) цей струм береться з повторювача і добротності не позначається. Через велике посилення по потужності виток генеруючого транзистора підключений до меншої частини витків контуру (1/10...1/20) і впливає менше на контур. Кращі результати виходять, якщо повторювачем використовується польовий транзистор з лівою характеристикою, без подачі на затвор зсуву. Можна рекомендувати КП305І. Параметри схеми повинні вибиратися так, щоб повторювач передавав амплітуду коливань або спотворень, або з рівномірним обмеженням зверху і знизу. Є ще один механізм дестабілізації частоти, не настільки очевидний. Автогенератор працює безперервно за рахунок того, що його високодобротний контур "дзвенить" і підтримує коливання. Енергія ж у контурі поповнюється поштовхами тільки при піках позитивних напівхвиль на затворі.

Для стабільної роботи в генераторі необхідно підтримувати баланс амплітуд та баланс фаз. Перше вимагає, щоб за кожен період коливання в контурі поповнювалося енергії стільки, скільки її з контуру витрачається (на струми затвора, втрати в конденсаторах і резисторах, випромінювання в навколишній простір). Цей баланс підтримується з допомогою автоматичного усунення. Як тільки амплітуда коливань трохи зменшується, зменшується і зміщення, транзистор відкривається трохи більше, і порції енергії, що підкачує, зростають. І навпаки.

Друге вимагає, щоб імпульси струму, що підкачували, приходили в контур строго в такт з існуючими коливаннями - не раніше і не пізніше. Баланс фаз також підтримується автоматично, але зрозуміти цей процес складніше. Для простоти опишемо його у разі автогенератора на вакуумному тріоді. При відкритті лампи пачка електронів починає рухатися від катода до анода. Струму в анодному ланцюгу в цей час немає. Імпульс струму піде анодним ланцюгом тільки після того, як пачка електронів досягне анода. За це, загалом, незначний час фаза коливання на контурі зміниться, і імпульс струму, що підштовхує, буде відставати від імпульсу напруги на сітці. Це відставання виявляється у фазовому куті кілька градусів. Це так званий кут крутості (не плутати з крутістю вольт-амперної характеристики!). Кут крутості, що показує величину запізнення сигналу, залежить від відстані між електродами та швидкості руху електронів, яка, у свою чергу, залежить від величини анодної напруги.

Отже, імпульси потрапляють у контур із запізненням. Як же генератор пристосовується до цього? Виявляється, він генерує не точно на частоті контуру, а трохи нижче за цю частоту.

Якщо через коливальний контур протікає змінний струм, то напруга на контурі точно збігається фазою зі струмом в одному випадку: коли струм знаходиться точно в резонансі з частотою контуру. У решті випадків напруга на контурі або випереджає струм, або відстає від нього. Так ось, автогенератор автоматично вибирає таку частоту, при якій напруга на контурі випереджає імпульси струму, що підкачують, точно на таку величину, яку потім затримує лампа. Відомо, що високодобротний контур дуже різко реагує відхилення частоти. Дуже мало відхилення частоти викликає великі відхилення фази. Відповідно, щоб компенсувати затримку фази в лампі, генератору достатньо лише трохи відійти від резонансної частоти контуру. Якщо анодна напруга змінилася, то змінилася і затримка лампи. Генератор перейде на іншу частоту, при якій знову дотримувався б баланс фаз. Зсув частоти буде незначним, якщо добротність контуру висока. При низькодобротному контурі генератору для компенсації такої затримки треба змінити частоту значно сильніше.

Затримки сигналу існують у лампах, а й у транзисторах, й у мікросхемах. Тільки там їхня фізика не така очевидна. Отже, змінюючи режим роботи лампи чи транзистора, ми можемо змінювати частоту генерації, це навіть використовується для частотної модуляції. Але що робити, якщо не тільки не можемо, а й не хочемо – а частота "плаває"! По-перше, слід по можливості стабілізувати живлення, а по-друге, використовувати коливальний контур максимально можливої добротності, для чого котушку мотати досить товстим срібним дротом на ребристому каркасі з радіопорцеляни або полістиролу. Якщо каркас не має примусової насічки, то треба обов'язково мотати з підігрівом дроту від понижуючого трансформатора. Після охолодження провід дає усадку та щільно облягає каркас, фіксуючи витки.

Покриття котушки з цією метою лаками, фарбами тощо. абсолютно неприпустимо. Якщо автогенератор працює на частотах вище 10 МГц, елементи контуру не слід паяти в друковану плату. Конденсатори і варикапи, що застосовуються в контурі, слід паяти безпосередньо на кінці котушки, без додаткових монтажних проводів. Якщо частота генерації висока - і паразитні ємності транзистора неминуче становлять значну частину ємності контуру, те й сам транзистор треба паяти на котушку навісним монтажем. По-третє, необхідно використовувати для ГПД транзистори з мінімальними паразитними ємностями. Часто для запобігання самозбудження автогенератора на УКХ застосовують антипаразитні резистори в ланцюзі затвора чи бази. Поряд із демпфуванням паразитних коливань, вони знижують добротність основного контуру. Тому резистори, навіть якщо вони схемою передбачені, спершу ставити не потрібно. Якщо паразитні коливання все ж таки виникають, необхідно пошукати інші шляхи їх усунення, а якщо це не дасть ефекту, то тільки тоді поставити антипаразитний резистор мінімальної величини, починаючи з декількох Ом. Паразитне збудження на УКХ як створює додаткові канали прийому і паразитного випромінювання, а й порушує стабільність основний генерації. Паразитний контур може мати низьку добротність, паразитні коливання мають при цьому нестійку амплітуду. Режим автогенератора безперервно змінюється, викликаючи зміни основної частоти і дивуючи своїх творців.

Нестабільність частоти може бути викликана так званим "затягуванням". Якщо автогенератор погано екранований, то при передачі на контур впливають великі наведення, які, складаючись з основними коливаннями, наводять у повний безлад фазу на вході транзистора. Відповідно починає "гуляти" частота генерації. Заходи боротьби – екранування. розв'язки з харчування та дотримання діаграми рівнів, коли він амплітуда своїх коливань у багато разів перевершувала б амплітуду наведень.

Мені можуть заперечити, що багато зі сказаного тут не так вже й важливо. Адже працюють трансівери, у яких ГПД зроблено всупереч багатьом висловленим тут думкам. Так, працюють. Але як? Візьміть той чи інший ГПД, змініть напругу живлення на 10% і перегляньте зсув частоти по частотоміру. Звичайно, при реальній роботі воно змінюється не на 10%, а набагато менше, але так зручніше для більшої наочності. Тоді ви побачите всі свої промахи – яку нестабільність частоти дає покриття котушки лаком, що дає розпаювання конденсаторів та варикапів на друковану плату тощо.

Генератор із високою електронною стабільністю частоти має відповідно й малі фазові шуми. Це не стосується, однак, випадку, коли стабільність досягнута за допомогою цифрової шкали і ЦАПЛ, а не гарною схемою самого ГПД.

література

Дробов С., Бичков С. Радіопередавальний пристрій. - М: Радянське радіо,1969.
Зірюкін Ю. (EU3AS). ГПД тридіапазонного трансівера. - Радіоаматор. KB та УКХ, 1996, №7.

Автор: Г.Гончар (EW3LB), м.Барановичі; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Дивіться інші статті розділу Вузли радіоаматорської техніки. Генератори, гетеродини.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Вирощена картопля, що світиться 04.06.2021

Вченим із Єврейського університету завдяки інструментам генної інженерії вдалося виростити картоплю, яка починає світитися, якщо рослині погано.

Рослини, як і люди, відчувають стрес через несприятливі температурні умови, нестачу води та поживних речовин.

Група вчених на чолі з Матанелем Хіпшем та Шило Розенвассером з факультету сільського господарства, продовольства та навколишнього середовища Єврейського університету зуміла вивести картоплю, яка починає світитися, якщо рослині щось не підходить.

Світлення вдалося досягти у вигляді впровадження в культуру картоплі гена з флуоресцентним білком. Білок змінює світло залежно від рівня вільних радикалів, які містять кисень, коли рослина відчуває стрес. При цьому флуоресцентний світловий сигнал білка вловлюватиметься спеціальною камерою.

Інші цікаві новини:

▪ Новий ізольований CAN-трансівер ISO 1050

▪ Датчики для бджіл

▪ 60-ГГц приймач з вбудованим самокалібруванням

▪ Захищений ноутбук Gigabyte U4

▪ Електронні носи для тваринницьких ферм

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Дитяча наукова лабораторія. Добірка статей

▪ стаття Північна Мінерва. Крилатий вислів

▪ стаття Чому рослини виробляють крохмаль? Детальна відповідь

▪ стаття Інженер-кошторисник проектно-кошторисного відділу. Посадова інструкція