АЗБУКА УКВ АППАРАТУРЫ

Часть 1 Блоки УКВ аппаратов

Статья 5 Генераторы для УКВ аппаратуры.

(Продолжение)

 Для работы на бопее высоких частотах, чем основная резонансная частота кварцевого резонатора, в схемы КГ приходится вносить дополнения, способствующие более надежной работе генератора на этих частотах. В основном четкая работа КГ на высокочастотных диапазонах достигается тем, что резонаторы в этом случае, как правило, возубждаются на частотах высших гармоник частоты резонанса - третьей, пятой и т. д.

Это позволяет создавать простые, экономичные и малогабаритные КГ в диапазоне 30...150 МГц.

 В подобных генераторах необходимо обеспечить устойчивую работу резонатора на нужной гармонике электромагнитных колебаний. Для этого необходимо обеспечить гарантированную работу КГ на заранее назна-

ченной гармонике, ипи, как говорят, выполнить выбор специальных дополнений, улучшающих работу генератора на нужной более высокой частоте. Выбор (селекция) может быть выполнен(а) либо по частоте, либо

по амплитуде Метод выбора по амплитуде не находит применения в любительской практике и рассма риваться не будет.

На рис. 5.10 изображена схема, поясняющая один из принципов селекции по частоте.

 Это схема генератора с выбором гармоники посредством контура в цепи эмиттера. Обеспечить такой выбор (селекцию на частоте) можно, включив в схему генератора вместо одного из конденсаторов связи

контур, имеющий для частот низших гармоник индуктивную реакцию, а для частоты гармоники на которой необходимо обеспечить возбуждение, — емкостную.

 Собственно КГ выполнен на транзисторе VT1. Каскад на транзисторе VT2 буферный, уменьшающий влияние нагрузки на частоту генератор В то же время этот каскад, благодаря контуру L3C7C8 в коллекторной цепи,

служит и усилителем ситала на частоте гармоники (частоте настройки контура L3C7C8). Генератор устойчиво работает при использовании кварцевых резонаторов, рассчитываются, исходя из необходимости

обеспечения индуктивной реакции для колебаний низшего порядка.

 Описание схемы .

Резистор R1 предотвращает  паразитное возбуждение через статическую емкость резонатора, R2, R3, R5 обеспечивают термостабилизацию рабочей точки и необходимый режим по постоянному току транзистора VT1. Нагрузкой VT1 служит резистор R4, с которого напряжение высокой частоты через разделительный конденсатор СЗ подается на вход усилительного каскада на транзисторе VT2. Конденсаторы С1 и С4 - разделительный и блокировочный соответственно. Резисторы R6, R7 и R8 служат для обеспечения необходимого режима транзистора VT2, конденсаторы С6 и С9 - блокировочные, R9 служит для обеспечения устойчивость работы усилительного каскада (предотвращения возбуждения на частоте контура L3C7C8). Контур L3C7C8 обеспечивает фильтрацию высших гармоник и согласование с нагрузкой.  Если нет необходимости в установке рабочей частоты генератора и ее коррекции при эксплуатации, то индуктивность L1 можно исключить.

 Пример простейшего расчета дополнительного контура.

Профессиональный расчет элементов схемы кварцевого генератора представляет собой довольно громоздкое описание на двух и более страницах. Радиолюбители, как правило, подобных расчетов не делают и обходятся простейшими «прикидочными» расчетами, в которых допускаются приблизительные обобще ные исходные данные, упрощенные математические формулы, полученные в результате многих экспериментов.

Ниже приводятся формулы, необходимые для расчета дополнительного контура ( L2C5 на рис. 5 10).

 Для устойчивой работы в широком интервале температур частота настройки контура L2C5 обычно выбирается из условия fpeз < (0,6 - 0,8) fP. Если контур настроен на более высокую частоту, то возрастают изме-

нения частоты и напряжение генератора из-за изменения L2 и С5 (см. рис. 5.10).

 Чтобы обеспечить на частоте гармоники, ближайшей к рабочей частоте генератора и расположенной ниже этой рабочей частоты, индуктивную реакцию контура, необходимо, чтобы резонансная частота контура удовлетворял: условию:

       (5.1)

где f pез - частота настройки контура;

fр - рабочая частота, излучаемая генератором;

 f(n-z) - частота гармоники, ближайшей к рабочей частоте.

Следующими условиями обеспечиваются емкостная реакция контура на частоте генератора fp и индуктивная реакция на частотах гармоник более низкого порядка. Элементы контура выбирают из соотношений:

       (5.2)

       (5.3)

где Сэ-к - емкость обратной связи, включенная между эмиттером и коллектором транзистора VT1, определенная при расчете схемы генератора (можно брать из таб. 5.1)

 Во всех трех формулах емкость имеет размерность Ф (Фарады),частота - МГц, индуктивность - гн (Генри).

Напоминаю соотношения единиц измерения: 

Ориентировочные данные о параметрах емкостной трехточечной схемы в диапазоне высоких частот приведены в таб 5.1. Таблица может применяться при выполнении прикидочных расчетов КГ различных вариантов исполнения. Если в предыдущих расчетах (в начале этой главы) конденсаторы в цепи базы VT1 выбирались ориентировочно, то с помощью этой таблицы можно выбирать особенно не задумываясь. А в принципе, это одно и то же.

 В таб. 5.1 приняты следующие обозначения:

В корпус вакуумный, Г - корпус герметизированный.

1. Расчет для третьей гармоники. Имеется кварцевый резонатор на частоту 20 МГц на базе которого нужно создать генератор с рабочей частотой 60 МГц (третья гармоника кварца).

При этих данных частота настройки дополнительного контура L2C5 должна удовлетворять условию формула( 5.1):

 

С другой стороны, резонансная частота контура должна соблюдать следующее условие:

fpез < (0,6...0,8) fP = (60 х 0,6 ... 60 х 0,8) = (36 ... 48) МГц.

Весь попученный интервал частот больше величины 34.6МГц. поэтому частота настройки контура может быть любой в полученных пределах. Назначим частоту настройки контура L2C5 равную 42 МГц.

Далее определяем емкость конденсатора С5. Из табл. 5.1 находим, что эквивалентна емкость контура Сэ-к = 36...75 пФ. По формуле (5.2) получим:

С5 = (36...75) / [1-(42/60)г] = (36...75) / (1 -0,49) = 71 ... 146 пФ.

По формуле (5.3) определяем индуктивность контура:

2 Расчет для пятой гармоники. Имеем кварцевый резонатор на частоту 20 МГц, на базе которого нужно создать генератор, работающий на пятой гармонике кварца —100 МГц.

При работе на частоте 100 МГц и использовании резонаторов с колебаниями пятой гармоники резонансная частота контура L2C5 должна рассчитываться по формуле  (5.1) 

С другой стороны, резонансная частота контура должна выбираться из условия:

fpез = (0,6 .0,8) х fP = (0,6...0,8) х 100 = (60 ...80) МГц.

Таким образом, назначим величину fpез = 79 МГц Из табл. 5.1 находим, что эквивалентная емкость контура Сэ-к = 30...60 пФ.

По формуле (5.2) получим.

По формуле (5.3) определяем индуктивность контура:

Аналогично определяются L2 и С5 для любой частоты в диапазоне 30...150 МГц. Ориентировочные значения емкости С2 выбираются в соответствии с данными табл. 5.1.

Резонатор в цепи обратной связи.

Как уже было сказано, кроме емкостной трехточечной схемы в диапазоне высоких частот применяются и схемы с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. Такие схемы позволяют обеспечить ту же мощность

в нагрузке при меньшей мощности, рассеиваемой на резонаторе, по сравнению с емкостными трехточечными схемами. Однако КГ, собранные по схеме с резонатором в цепи обратной связи имеют худшую стабиль-

ность частоты, что необходимо учитывать при выборе его схемы.

На рис 5.11 приведена схема КГ с резонатором в цепи обратной связи, параметры элементов приведены для частоты примерно 100 МГц. Катушка индуктивности L включена для компенсации статической ем octvi резо-

натора. Генератор устойчиво работает на частотах до 250... 300 МГц.

 Еще одна схема КГ с резонатором в цепи отрицательной обратной связи приведена на рис. 5.12

Производить выбор той или иной схемы генератора с кварцевой стабилизации частоты следует исходя из конкретных условий и требований к стабильности частоты. Также стоит учитывать имеющееся наличие радио-

деталей.

Нейтрализация емкости резонатора.

При разработке высокочастотных КГ необходимо принимать меры к устранению шунтирующего влияния на резонатор емкости СО (собственной емкости резонатора), особенно на частотах выше 100 МГц.

 На частотах выше 100 МГц в КГ применяются способы нейтрализации и компенсации статической емкости, причем наиболее широко способ компенсации как простой и эффективный.

  Компенсация Со осуществляется подключением параллельно кварцевому резонатор катушки с определенной индуктивностью значение которой выбирается из условия равенства реактивных сопротивлений Со и