Генераторы управляемые напряжением для чего

Генераторы, управляемые напряжением

Генератор, управляемый напряже­нием ГУН, — это генератор с устойчивой частотой колебаний, определяемой внешним напряжением смещения. На выходе ГУН получают частоту, а на его вход поступает напряжение смеще­ния или управляющий сигнал, кото­рый может быть постоянным или переменным напряжением. Когда к входу ГУН приложено постоянное или медленно меняющееся напряже­ние, его выходная частота пропор­ционально изменяется.

Рис. 6. Зависимость частоты ГУН от управля­ющего напряжения смещения

На рис. 6 показана передаточная характеристика (зависимость выходной частоты от входного напряжения смещения) для типичного ГУН. Выходная частота f 0 при нулевом смещении – это собственная частота ГУН f n, определяемая внешней RC-цепью, а изменения выходной частоты, вызванные изменениями входного напряжения, называются девиацией частоты . Следовательно:

где f 0 – выходная частоты ГУН.

Для симметричной девиации собственная частота ГУН должна быть расположена в центре линейной части передаточной характеристики. Передаточная функция ГУН определяется выражением:

где К 0 — передаточная функция, Гц/В; — изменение входного управляющего напряжения, В; — изменение выходной частоты, Гц.

Фазовый компаратор, иногда называемый фазовым детектором, представляет собой нелинейное устройство с двумя входными сигналами: внешней опорной частотой f i и выходным сигналом ГУН f 0— Выходной сигнал фазового компа­ратора представляет собой произведение двух сигналов с частотами fi и f 0, и поэтому содержит частоты их сумм и разностей ( f i± f 0).

На рис. 7 представлена зависимость выходного напряжения от разности фаз сигналов при одинаковой их частоте.

Рис. 7. График зависимости выходного напряжения фазового компаратора от сдвига фаз

Цифровые системы ФАПЧ используются для синхронизации цифровых импуль­сов, например, в схемах восстановления тактовой частоты. Задача цифровых систем ФАПЧ, в отличие от аналоговых, состоит в восстановлении только вре­менных соотношении сигналов, без учета информации об их величине. Для циф­ровых систем ФАПЧ представляют интерес только временные параметры внеш­него сигнала.

Цифровые системы ФАПЧ очень похожи на аналоговые системы ФАПЧ, но в них ГУН заменен цифровым источником импульсов, частотой которых мож­но управлять, а фазовый компаратор заменен двоичным счетчиком импульсов. Функция этого счетчика — управление тактовой частотой.

В цифровой системе ФАПЧ счетчик может запускаться как внешним вход­ным сигналом, так и внутренним синхроимпульсом. Счетчик прибавляет одну единицу с каждым тактовым импульсом и отнимает одну единицу с каждым внешним входным импульсом. Когда скорость поступления (т. е. частота) внешних и внутренних импульсов одинакова, выход счетчика остается неизменным, и частота следования импульсов стабилизируется по входной частоте. Если вну­тренние импульсы генерируются с более высокой скоростью, чем внешний опорный сигнал, то содержимое счетчика увеличивается, уменьшая их частоту аналогично, когда внутренние импульсы генерируются с более низкой скорость . чем внешний входной сигнал, счетчик уменьшает свое значение, заставляя увеличить частоту внутренних синхроимпульсов.

В цифровых системах ФАПЧ диапазон, в котором система может отслеживать внешний входной сигнал, определяется разрядностью счетчика. Типичные счетчики содержат 16 бит, которые обеспечивают 65536 уникальных комбинаций (от 0 до 65535). Счетчик в системе ФАПЧ изначально устанавливливается на половину заполненным», то есть равным 32768. Это позволяет счетчику увеличивать иди уменьшать его содержимое в одинаковой степени, обеспечивая равные диапазоны отслеживания в обоих направлениях.

1. У. Томаси «Электронные системы связи» М: Техносфера, 2007 — 1358 стр

2. Бернард Скляр «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение» М: Вильмямс, 2004 — 1098 стр.

Источник



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.

Рисунок 7. Чертеж корпуса микросхемы ГУН HMC1169 фирмы analog devices

Дата последнего обновления файла 19.12.2019

Источник