Таким образом, назначение устройств автоподстройки управителей частоты в рассматриваемых ДГН состоит в том, чтобы при независимой регулировке ведущего управителя, приводящей к изменению амплитуды колебаний, сформировать управляющий сигнал, обеспечивающий подстройку другого (или других) управителя частоты в направлении, соответствующем стабилизации амплитуды колебаний.
В качестве примера рассмотрим реализацию описанного принципа в генераторе на негатроне типа N с параллельным LC-контуром и парой резистивных управителей частоты. Функциональная схема устройства показана на рис.3.1 . В его состав входят: генератор 1 с управителями частоты 5 и 6, широкополосный усилитель 2, амплитудный детектор 3, усилитель постоянного тока (УПТ) 4. Узлы 2-4 используются для автоматической подстройки управителя 6 при регулировке управителя 5 с помощью управляющего сигнала источника.
Принцип действия устройства состоит в следующем. Управитель 5 включён в индуктивную ветвь колебательного контура и выполняет функции переменного резистора RL, управитель 6 в емкостной ветви контура используется в качестве переменного резистора Rс (см. рис.5.2). Устройство настраивается так. чтобы в начальный момент времени номиналы сопротивлений
и
были максимальными, причём частота колебаний минимальна. Затем значение RL уменьшается и приводит к увеличению амплитуды колебаний генератора, а следовательно, к повышению напряжения усилителя 2, амплитудного детектора 3 и увеличению тока УПТ 4 Тип и полярность включения управителя 6 выбрано такими, чтобы увеличение тока УПТ приводило к увеличению сопротивления управителя переменному току, уменьшению амплитуды колебаний до первоначального значения и увеличению их частоты. Дальнейшее уменьшение значения сопротивления RL приводит к еще большему повышению частоты, причём описанный процесс продолжается до тех пор, пока частота колебаний генератора не достигнет верхней границы диапазона перестройки.
Принципиальная схема генератора плавного диапазона, в которой реализуется согласованная настройка резистивных управителей частоты, показана в приложении. Генератор выполнен на ТД типа ГИ103Б (Д2). Номиналы элементов схемы рассчитаны в пункте 5.2, и указаны на схеме. Функции резистивных управителей частоты выполняют реостат R1 и точечный полупроводниковый диод Д1. Использование реостата R1 в качестве ведущего управителя частоты удобно при выполнении измерений в дискретных точках диапазона. На ТД подается напряжение смещения Uсм=170 мВ, соответствующее значению Ом.
Шунтирование реостата R1 дросселем L1 обеспечивает стабилизацию смещения на ТД при регулировке реостата.
Система автоматической подстройки дифференциального сопротивления диода Д1 при регулировке реостата R1 содержит: широкополосный усилитель, собранный на транзисторах Т1 и Т2; амплитудный детектор, выполненный на диодах Д3 и Д4; УПТ на интегральной микросхеме А1 (операционный усилитель типа К1УТ401А) и транзистор Т3. Для обеспечения функционирования устройства в соответствии с описанным выше принципом при его настройке необходимо учитывать следующие факторы: для реализации выбранного закона перестройки частоты, характеристика амплитудного детектора должна быть такой, чтобы увеличение амплитуды колебаний генератора (а, следовательно, и выходного напряжения усилительного каскада на Т2) приводило к уменьшению выпрямленного тока и наоборот; для обеспечения минимальных нелинейных искажений широкополосный усилитель должен работать в режиме класса А и его АЧХ должна иметь минимальную неравномерность в диапазоне перестройки частоты; коэффициенты усиления усилительных каскадов и постоянная времени амплитудного детектора должны выбираться с учетом комплекса технических требований по обеспечению высокой скорости перестройки частоты в наиболее широком диапазоне при устойчивой работе системы автоподстройки управителя частоты.
В описанной схеме коэффициент усиления широкополосного усилителя по напряжению Ки =40 дБ, причём напряжение практически не отличается от синусоидального в полосе перестройки частоты 3,95—24,6 МГц. В процессе перестройки дифференциальное сопротивление диода Д1 изменяется от 3 до 100 Ом, что соответствует изменению напряжения на диоде от 07 до 0,25 В.
Для работы устройства в режиме генератора качающейся частоты вместо реостата R1 в схеме на рис. 21 следует использовать полупроводниковые резисторы (см. § 4) с соответствующими источниками управляющего напряжения или тока. При этом могут наблюдаться снижение устойчивости работы системы авторегулирования, сужение частотного диапазона и повышение нелинейных искажений. Устранение этих недостатков обеспечивается путём подстройки режима системы авторегулирования с помощью реостатов R13, R15 и коррекции сигналов, используемых для перестройки управителей частоты.
В описанном устройстве, а также в генераторах, выполненных по другим схемам (см. табл. 2), при понижении и повышении центральной частоты наблюдается соответственно расширение и сужение диапазона перестройки. Это подтверждает теоретические выводы относительно ограничивающего влияния реактивностей негатронов на диапазон перестройки частоты (см. § 8). Поэтому при создании высокочастотных генераторов с перестройкой частоты по методу СНУЧ целесообразно применять наиболее высокочастотные из современных негатронов: ТД, ИПД, ЛПД, ДГ [ ] в сочетании с полупроводниковыми управляющими устройствами, используемыми в диапазоне СВЧ [ ].
При этом следует учитывать особенности физических процессов в генераторах на негатронах с динамическим отрицательным сопротивлением. Так, ДГ ведут себя как устойчивые отрицательные сопротивления при работе в режимах с подавлением домена и ограниченным накоплением объемного заряда [ и др.]. Такие режимы возникают в генераторах, у которых добротность колебательной системы настолько велика, что амплитуда колебаний высокочастотного напряжения на ДГ может оказаться соизмеримой с напряжением питания или его превышать. Поэтому в генераторах на ДГ согласованная настройка управителей частоты должна осуществляться таким образом, чтобы добротность колебательной системы понижалась незначительно. Для реализации такой перестройки можно, например, рекомендовать регулировку связи генератора с нагрузкой и соответствующее изменение тока подмагничивания магнитной системы ЖИГ, имеющей острую резонансную кривую [ ].
В генераторах на ЛПД наиболее простым способом реализации метода СНУЧ представляется регулировка связи генератора с нагрузкой и соответствующее изменение тока питания диода [ ].
Отметим, что в СВЧ генераторах с автоматической электронной настройкой управителей частоты и усиление, и детектирование колебаний могут выполняться в каскадах, собранных на негатронах [ ], т.е. существует принципиальная возможность реализации генераторов плавного диапазона на негатронах.
4. Электрический расчёт
4.1 Электрический расчёт аттенюатора
Аттенюатором (ослабителем) называется устройство, предназначенное для уменьшения (ослабления) в требуемое число раз электрической мощности, а следовательно, напряжения и тока, поступающих от источника сигнала в нагрузку.
Установка необходимой величины затухания аттенюатора производится переключением звеньев, каждое из которых представляет собой П-образное звено. Группа звеньев применяется вместо одного звена для уменьшения частотной погрешности затухания при большом затухании в звене. Дополнительным источником частотной погрешности затухания аттенюатора является ёмкостные связи между его входом и выходом, а также между отдельными звеньями. Эти связи приводят к уменьшению затухания с увеличением частоты и проявляется тем сильнее, чем больше величина затухания, установленная на аттенюаторе. Для устранения этих связей производится установка звеньев в отдельные отсеки или разделение звена экранирующей перегородкой. Затухание аттенюатора определяется суммой затуханий включённых звеньев.
Для построения звеньев, оптимальным является выбор металлоплёначных резисторов с сопротивлениями 50…250 Ом и мощностью рассеивания 03…05 Вт. Реактивные составляющие элементов аттенюатора нужно учитывать, как правило, на частотах свыше 30 МГц. В высокочастотной области необходимо избегать применения аттенюаторов с затуханием >30 дб, а большее значение затухания следует обеспечить с помощью каскадного соединения нескольких звеньев; сопротивления <50 Ом и >250 Ом рекомендуется «набирать» путём соединения (параллельного или последовательного соответственно) нескольких резисторов с номиналами (желательно различными), попадающими в область оптимальных значений. На Рис.4.1 изображено одно из звеньев аттенюатора.
Рис. 4.1 П-образное звено аттенюатора
Расчёт резисторов будет рассчитываться по формулам;
Так как аттенюатор симметричный, то r1=r2, отсюда следует, что R1=R2
Затухание a должно быть представлено в Нп.
1.Рассчитаем номиналы R1,R2,R3 для случая когда
a=1дБ=0.115Нп
Нп
Ом Ом
Ом
2. Нп
3. Нп
6. Нп
4.2 Электрический расчёт управляемого генератора
Современный генератор синусоидальных колебаний с электронной перестройкой частоты представляет собой достаточно сложное устройство, эффективность которого зависит от большого числа показателей. Определённые успехи в совершенствовании генераторов, работающих в интервале от коротких до миллиметровых волн, связаны с разработкой новых полупроводниковых приборов с отрицательным (негативным) дифференциальным сопротивлением – негатронов.
Проектирование диапазонного генератора на негатроне (ДГН), как и любой системы состоит из двух основных этапов, первый из которых предполагает обоснование исходных данных (технического задания) для проектирования, а второй - разработку ДГН, удовлетворяющего требованиям технического задания.
Расчёт диапазонных характеристик генератора
Для расчёта L и C воспользуемся выражением
(4.2.1)
Рассчитаем относительное характеристическое сопротивление
(4.2.2)
(4.2.3)
(4.2.4)
Определим допустимые значения паразитных параметров Cn и Lд
(4.2.5)
Индуктивность дросселя запишется, как
(4.2.6)
В состав управляемого генератора входит широкополосный усилитель собранный на транзисторе КТ361Г.
Параметры для расчёта: Rвых=46 кОм; Rвх=6.25 кОм; Ек=9 В; Ск=7 пФ;
Iк=1 мА; S=25 мА/В; V=4
Определяем максимально допустимый коэффициент усиления;
(4.2.7)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
