Генераторы управляемые напряжением (ГУН)
Преимуществом LC-генераторов является возможность их перестройки по частоте. В настоящее время перестройка по частоте осуществляется емкостью варикапов. Это позволяет перестраивать генератор по частоте при помощи управляющего напряжения, поэтому подобные устройства называются генераторами управляемыми напряжением (ГУН). Иностранное название — VCO. Пример принципиальной схемы ГУН приведен на рисунке 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема LC-генератора перестраиваемого напряжением
Приведенный на схеме генератор выполнен по схеме Клаппа. Для стабилизации режима работы в диапазоне температур применена схема эмиттерной стабилизации. Для того, чтобы индуктивность L1 не замкнула базу транзистора VT1 на корпус, служит конденсатор C4. Перестройка по частоте осуществляется варикапом VD1. Диапазон перестройки ограничивается конденсатором С1. Он же не допускает шунтирования управляющего напряжения индуктивностью частотнозадающего контура L1. Пример зависимости выходной частоты генератора от управляющего напряжения приведен на рисунке 2.
Рисунок 2. Типовая характеристика зависимости частоты выходного колебания от управляющего напряжения
Обычно сигнал на выходе генератора в частотной области изображают в виде дельта функции. Однако в реальных генераторах это не так. Частотная зависимость напряжения на выходе генератора зависит от уровня шумов усилительного прибора и чистоты напряжения питания. Кроме того на эту зависимость влияют параметры частотнозадающего контура. Именно контур приводит к резкому падению уровня шумов при удалении от частоты генерации.
То, что усилительный элемент генератора работает в режиме ограничения напряжения, приводит к тому, что остается только фазовая составляющая шума, а амплитудная срезается. Типовая зависимость спектра сигнала на выходе генератора синусоидального колебания приведена на рисунке 2.
Рисунок 3. Спектр сигнала на выходе LC-генератора
Как видно из данного рисунка, спектральная линия сигнала на выходе генератора, в том числе и ГУН, симметрична. Поэтому на графиках обычно приводится только половина сигнала. Пример зависимости уровня фазовых шумов от отстройки от центральной частоты несущего колебания приведен на рисунке 3.
Рисунок 4. Зависимость уровня фазовых шумов от отстройки от основного колебания генератора
Наличие этих шумов приводит к тому, что при применении генератора в составе супергетеродина, помехи, даже далеко отстоящие по частоте, преобразуются в полосу полезного сигнала. Они воспринимаются приемником как дополнительный шум, а в передатчике повышают уровень шумов на соседних частотных каналах, поэтому уровень фазовых шумов стараются снижать. Один из способов понижения фазового шума приведен на рисунке 4.
Рисунок 5. Принципиальная схема ГУН JTOS-850VW+
Транзистор VT2 с конденсатором C4 подавляют фазовые шумы в зоне малых отстроек от частоты генерации. Перестраиваемый фильтр L2, C7, C8, VD3, VD4 подавляет гармоники полезного сигнала генератора.
Генераторы управляемые напряжением (VCO) выполняют как в виде экранированных печатных плат на поликоровой или фторопластовой печатных платах, как это приведено на рисунке 5, так и в виде интегральных микросхем.
Рисунок 6. Внешний вид ГУН серии DCSR
Чертеж корпуса LFCSP интегральной микросхемы ГУН (VCO) HMC1169 фирмы Analog Devices приведен на рисунке 6. Он позволяет оценить габариты современного исполнения генераторов управляемых напряжением.
![Чертеж микросхемы 32-Lead Lead Frame Chip Scale Package [LFCSP]](https://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/vco/07.png)
Рисунок 7. Чертеж корпуса микросхемы ГУН HMC1169 фирмы analog devices
Дата последнего обновления файла 19.12.2019
Источник
Генератор, управляемый напряжением
Простой, управляемый напряжением генератор, описанный в статье И.Баскова «Тональный генератор для ЭМИ» («Радио», 1987, № 5, с.48-50), при повторении оказался с существенными недостатками: значительная нелинейность характеристики управления, большая зависимость частоты колебаний от напряжения питания микросхемы и от температуры окружающей среды. Главный же недостаток — генератор плохо возбуждается. Происходит это из-за того, что при включении питания на входах элементов DD1.1 и DD1.2 (см. рис.1 названной статьи) может одновременно возникать напряжение высокого уровня, а на их выходах — низкого. Напряжение низкого уровня на входах RS -триггера, собранного на элементах DD1.3 и DD1.4, устанавливает и удерживает триггер в таком состоянии, когда на его прямом (вывод 6) и инверсном (вывод 8) выходах высокий уровень, при котором генератор не возбуждается.
Устранить этот недостаток можно включением элементов DD1.1 и DD1.2 также по схеме RS-триггера. Тогда на входах этих элементов не может одновременно установиться напряжение высокого уровня и генератор легко возбуждается.
Схема генератора, обладающего лучшими характеристиками, приведена на рис.1, а. Элементы DD1.1 и DD1.2, включённые RS-триггером, совместно с конденсаторами С1 и С2 представляют собой генераторы линейно изменяющегося напряжения с ёмкостной обратной связью. Благодаря обратной связи через конденсаторы С1 и С2 характеристика управления линейна во всем диапазоне генерируемых колебаний. Обратная связь уменьшает и зависимость частоты от напряжения литания микросхемы и от температуры окружающей среды.
Временные диаграммы, иллюстрирующие работу такого генератора, показаны на рис. 1, б. После включения питания RS-триггер на элементах DD1.3 и DD1.4 установится произвольно в одно из устойчивых состояний. Предположим, например, что на его прямом выходе установился сигнал высокого уровня, а на инверсном — низкого. Следовательно, возможность заряжаться получает только конденсатор С2 и на выходе элемента DD1.2 формируется линейно уменьшающееся напряжение (Uв на рис.1, б). Когда напряжение в точке В генератора достигнет порога переключения элемента DD1.4, RS-триггер переключится в другое устойчивое состояние. Теперь на его прямом выходе будет сигнал низкого уровня, а на инверсном — высокого, и конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD2 и элемент DD1.3.
Аналогично происходит зарядка конденсатора С1. В результате RS-триггер переключится в исходное состояние и весь цикл повторится.
Изменение управляющего напряжения приводит к изменению зарядного тока конденсаторов генератора и периода его колебаний. Так происходит управление частотой колебаний генератора. При изменении управляющего напряжения от 0 до 8 В (R1 = R2 = 2 кОм; C1 = С2 = 150 пФ) частота колебаний будет в пределах 0,25. 4 МГц.
Если вместо управляющего напряжения Uупр на резисторы R1 и R2 подать напряжение питания микросхемы, то получится генератор, у которого на прямом и инверсном выходах формируются прямоугольные импульсы, а на выходах элементов DD1.1 и DD1.2 — линейно изменяющееся напряжение с малым коэффициентом нелинейности (UA и UB на рис. 1, б). Минимальная зависимость частоты от напряжения питания микросхемы получится, если сопротивление резисторов R1 и R2 будет около 2 кОм. При изменении напряжения питания на +-5% частота изменяется на +-0,1%. Температурная нестабильность — около 0,05%/°С.
Предлагаемый способ управления частотой (периодом) колебаний генератора можно использовать для регулирования длительности импульсов. На рис.2, а приведена схема ждущего мультивибратора, длительность выходных импульсов которого регулируют изменением управляющего напряжения Uупр. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии на прямом выходе RS-триггера напряжение низкого уровня, а на инверсном — высокого. Импульсы запуска, являющиеся сигналами низкого уровня, переключают RS-триггер в устойчивое единичное состояние. Конденсатор С1 заряжается. На выходе элемента DD1.1 формируется линейно уменьшающееся напряжение. Когда же оно достигает порога переключения элемента DD1.3, RS-триггер принимает исходное состояние.
Отличительная особенность данного мультивибратора — возможность формирования импульсов, длительность которых больше периода входных импульсов (t2 — t3 на рис.2, б). Длительность выходных импульсов зависит от сопротивления резистора R1, ёмкости конденсатора С1 и значения управляющего напряжения. При изменении управляющего напряжения от 0 до 8 В (R1 = 2 кОм; C1 = 330 пФ) длительность выходных импульсов изменяется в пределах 5. 0,2мкс.
Описанные здесь генератор и мультивибратор могут найти применение в преобразователях напряжения, измерительных приборах, ЭМИ и многих других радиотехнических устройствах.
Источник