!! Стартовая страница блога - <тут>.
Схемы VFO на основе 2-х каскадов с ПОС...
Давайте, сначала рассмотрим
схематически-упрощенную схему такого генератора и немного поразмышляем над ней.
Структурная схема представлена
на Рис.2 и представляет собой два усилительных каскада, обозначенных
«треугольниками», каждый с конечным усилением равным Кус. Каскады соединены
последовательно друг за другом через последовательно-включённые ёмкости
С1С2. Положительная обратная связь(ПОС)
идет с выхода второго(последнего) каскада на вход первого через ёмкость С3. Обратим
внимание на то, что усилители «инвертирующие», т.е. меняющие фазу входного
сигнала на противоположную или на 180 градусов. Два таких каскада перевернут
фазу дважды и в сумме получим полный сдвиг фазы по петле обратной связи 0 или
360 градусов. Но для начала порассуждаем, что будет, если включить такой
генератор без параллельного колебательного контура L1C4 ?
Можно предположить, что при
выполнении условий генерации, т.е. «набег фазы» в петле ПОС должен быть 0 или
360 градусов(т.е. колебания на выходе будут в фазе с колебаниями на входе) и
баланс амплитуд, означающий , что уровень колебаний в системе будет
поддерживаться таким, что колебания не будут со временем затухать, то в этом
случае мы получим устойчивые колебания, которые будут определяться величинами
емкостей С1-С3 и «паразитными» значениями переходных, входных и выходных
сопротивлений обеих каскадов. Т.е. получится как-бы «релаксационный» RC-генератор. Так ведь ?
Ситуация в корне изменится , если в разрыв соединения емкостей С1С2 включить параллельный LC-контур. Что мы в этом случае получим
? Из радиотехники известно, что на частоте резонанса колебательный контур имеет
максимальное реактивное сопротивление и оно тем выше, чем выше нагруженная
Добротность колебательного контура. Т.е. чем лучше(больше) LC-контур «развязан»(изолирован) от активных элементов
генератора, тем его Добротность выше. В данном случае в генераторе возникнут
колебания, но уже не «спонтанного» характера, а вполне определяемые частотой
резонанса LC-контура,
поскольку контур будет иметь большое сопротивление на резонансной частоте и
колебания им не будут ослабляться на участке между каскадами. На других
частотах, отличных от частоты резонанса LC-контура колебания возникнуть не смогут, т.к. в этом случае LC-контур будет представлять
для них «короткое замыкание» на землю.
Всё логично и предельно ясно. Это мы рассмотрели колебания на одной
фиксированной частоте. Но ничего не стоит нам менять индуктивность или ёмкость LC-контура и мы получим
перестраиваемый в некотором диапазоне генератор. Насколько этот диапазон
перестройки будет широк ? Очевидно, что ответ напрашивается сам-собой – если
условия возникновения устойчивой генерации будут соблюдаться , генерация при
этом будет выполняться на 100%. Ну как
минимум это будет зависеть от величин ёмкостей С1-С3.
С1 и С2 в основном определяют
степень «изоляции» колебательной LС-системы от обеих усилительных каскадов. Чем они меньше, тем
«изоляция» растёт и увеличивается Добротность LC-контура. И наоборот, если их
увеличивать, то Добротность будет падать. Как в первом, так и во втором случаях
будет некий предел, при котором колебания сорвутся или из-за очень маленьких
значений С1С2, или из-за их очень
больших значений, когда Добротность упадет настолько, что условие «баланса»
амплитуд станет невыполнимым.
Т.е. будет существовать некая
«золотая середина» для выбора значений
С1С2 для конкретных частот генерации – это очевидный фактор. Идем далее… А что
с ёмкостью С3 ? Её величина определяет уровень(степень) положительной обратной
связи(ПОС). Аналогично рассуждая как для ёмкостей С1С2, мы придём к выводу, что
для конкретных частот генерации будет «оптимальное» значение величины ёмкости
С3.
Слишком большое ее значение к
срыву генерации не приведет, но (!!!) приведёт к «чрезмерной» глубине ПОС из-за
чего колебания начнут искажаться и из-за этого спектр(число гармоник и их
комбинаций) колебаний неимоверно
расширится – это явление называется «грязным» спектром или «грязным» сигналом
генератора. Такой сигнал подавать на смеситель нельзя, т.к. получим на выходе
смесителя неимоверный шум ! Т.е. и в
выборе величины С3 есть также некая «золотая середина». С теорией мы как-бы закончили, а теперь
посмотрим на практическую реализацию идеи описанной выше и показанной на Рис.1
Собственно, схема имеет два усилительных каскада на КМОП транзисторах Q1Q2 марки 2N7000, включенных последовательно и соединённых через ёмкости С1С2. Ёмкость С3 образует ПОС между каскадами, т.к. включена с выхода последнего каскада на вход первого. Все три ёмкости были выбраны чисто эмпирическим путём, а именно минимально-необходимыми для получения стабильной и непрерывистой генерации в нужном диапазоне частот 14-14,4 МГц. Колебательный контур L1C5 с элементами настройки(перестройки по частоте) варикапом D3 показан чуть ниже усилительных каскадов. Постоянное меняющееся напряжение на варикап подаётся отфильтрованным через двойную Г-образную RC-цепочку С10С11R15R16. Это необходимо для предотвращения попадания всяких помех и наводок в цепь управления варикапом. Весь генератор питается от интегрального стабилизатора напряжения U1 – 78L08 с выходным U = +8V. Для повышения стабильности генератора, а именно повышения стабильности самих усилителей на КМОП транзисторах Q1Q2, применена специальная схема их включения. Транзисторы марки 2N7000 по даташиту имеют «правую» ВАХ по зависимости тока стока от напряжения затвор-исток. Т.е. при напряжении на затворе равном +0V транзисторы абсолютно заперты – их ток стока равен =0 мА. Т.е. перевести их в «открытый» режим, нужно подачей положительного смещения на затворы – около +1…1,5V. Это делается с помощью двух делителей напряжения – R13R14R20R21. Но, внимание, резисторы R13R14 включены не на землю, как делается это практически во всех случаях, а соединены с истоками полевых транзисторов. Из радиотехники известна зависимость тока стока от напряжение Uзи, при соединении истока и затвора через резистор – в этом случае полевой транзистор образует «источник тока»(со стабильным током), со всеми вытекающими из этого положительными моментами – стабильность самого усилительного каскада по постоянному току , что в конечном счёте повышает стабильность частоты колебаний всего генератора. Т.е. применив именно такое включение полевых транзисторов по постоянному току, мы однозначно выиграли в увеличении стабильности генерируемой частоты. Конечно, стабильность частоты также зависит априори от стабильности С1-С3, стабильности катушки L1, добротности варикапа D3 на таких частотах, стабильности питающих напряжений – это непреложные законы радиотехники в плане построения схем генераторов. На схеме также показан делитель-формирователь меандра для ключевых смесителей, применявшихся в схеме ППП на диапазон 7-7,2 МГц, для которой и был предназначен данный генератор. DD1-DD2 – это два триггера входящих в состав ИМС 74НС74, один из которых(левый), включен как обычный усилитель, а второй счётчиком-делителем на 2 для деления частоты генератора 14-14,4 МГц до частот 7-7,2 МГц – это 40-каметровый КВ диапазон. Уровень ВЧ напряжения с генератора равен примерно ~2V от пика к пику и его вполне хватает ещё для дополнительного усиления в элементе DD1, на выходе которого мы уже имеем практически «меандр» частотой 14-14,4 МГц, который потом делится на 2 по частоте вторым триггером – DD2. Собственно и сказке конец, т.е. нашего «разбора полётов» для данной схемы генератора - Рис.1
РЕЗЮМЕ.
Практические испытания этого генератора показали вполне прогнозируемые результаты – высокая стабильность частоты(почти как у синтезатора), практическое отсутствие начального «выбега» частоты при первом включении генератора. Т.е. «лабораторная работа» проведенная автором оказалась с положительным результатом и это позволяет смело предлагать эту схему генератора(ГПД) к практическому ее использованию в различных радиолюбительских конструкциях. Вместо КМОП транзисторов 2N7000 могут с не меньшим успехом применяться другие ВЧ КМОП транзисторы с минимальным временем переключения, а стало быть с бОльшей граничной частотой работы – например такие как 2SK241, 2SK439 и им подобные.
Далее идет список из нескольких практических схем генераторов построенных по принципу 2-хкаскадного усилителя с ПОС между каскадами. Параллельный LC-контур может быть включён как между каскадами, так и в цепи ПОС.
Комментарии
Отправить комментарий