Простой генератор сигналов НЧ и ВЧ

Простой генератор сигналов низкой и высокой частоты предназначен для налаживания и проверки различных приборов и устройств, изготовляемых радиолюбителями.

Генератор низкой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 26 Гц до 400 кГц, который разделен на пять поддиапазонов (26...240, 200...1500 Гц: 1.3...10, 9...60, 56...400 кГц). Максимальная амплитуда выходного сигнала 2 В. Коэффициент гармоник во всем диапазоне частот не превышает 1,5%. Неравномерность частотной характеристики - не более 3 дБ. С помощью встроенного аттенюатора можно ослабить выходной сигнал на 20 и 40 дБ. Предусмотрена также плавная регулировка амплитуды выходного сигнала с контролем ее по измерительному прибору.

Генератор высокой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 140 кГц до 12 МГц (поддиапазоны 140...340, 330...1000 кГц, 1...2,8,2,7...12МГц).

Высокочастотный сигнал может быть промодулирован по амплитуде сигналом как с внутреннего генератора НЧ. так и с внешнего.

Максимальная амплитуда выходного напряжения 0,2 В. В генераторе предусмотрена плавная регулировка выходного напряжения с контролем амплитуды по измерительному прибору.

Напряжение питания обоих генераторов 12 В.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 1.

Генератор низкой частоты построен на основе хорошо известной схемы. Частоту генерируемого сигнала изменяют сдвоенным конденсатором переменной емкости С2. Применение блока конденсаторов переменной емкости для генерации низких (30...100 Гц) частот потребовало высокого входного сопротивления усилителя генератора. Поэтому сигнал с моста поступает на потоковый повторитель на полевом транзисторе V1, а затем на вход двухкаскадного усилителя с непосредственными связями (микросхема А1). С выхода микросхемы сигнал подается на выходной эмит-терный повторитель на транзисторе V3 и на вторую диагональ моста. С резистора R16 сигнал подается на выходной делитель напряжения (резисторы R18-R22) и на измерительный прибор PU1. по которому контролируют амплитуду выходного сигнала.

width=710>
Рисунок не помещается на странице и поэтому сжат!
Для того, чтобы просмотреть его полностью, щелкните здесь.

На полевом транзисторе V2 собран каскад стабилизации амплитуды выходного напряжения, работающий следующим образом. Выходной сигнал с эмиттера транзистора V3 выпрямляется диодами (V4, V5), и постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде, выходного сигнала, подается на затвор транзистора V2, играющего роль переменного сопротивления. Если, например, по каким-либо причинам (изменилась или температура окружающей среды или напряжение питания и т. п.) амплитуда выходного сигнала увеличилась, то увеличится и положительное напряжение, поступающее на затвор транзистора V2. Динамическое сопротивление канала транзистора также увеличится, что приведет к увеличению коэффициента отрицательной обратной связи в микросхеме А1, коэффициент усиления последней уменьшится, что приведет к восстановлению амплитуды выходного сигнала.

Связь между истоковым повторителем на транзисторе V1 и входом микросхемы А1 гальваническая. Это позволило исключить переходный конденсатор большой емкости и улучшить фазовую характеристику генератора. Подстроечным резистором R12 устанавливают оптимальный коэффициент передачи.

Генератор высокой частоты выполнен на трех транзисторах V10-V12. Задающий генератор собран на транзисторе V11, включенном по схеме с общей базой. Каскад каких-либо особенностей не имеет. Требуемый диапазон выбирают переключением контурных катушек. Внутри поддиапа-зона частоту плавно изменяют конденсатором переменной емкости С14. Выходной каскад представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе V12. Сигнал на него подают с части витков контурной катушки, что дополнительно уменьшает влияние нагрузки на стабильность частоты генератора.

С резистора R35 высокочастотное напряжение поступает на выпрямитель (диоды V13, V14), и выпрямленное напряжение через резистор R37 поступает на измерительный прибор PUI, по которому контролируют напряжение выходного сигнала.

На транзисторе V10, включенном по схеме с общим эмиттером, собран модулирующий каскад. Его нагрузкой является задающий генератор. Таким образом, задающий генератор работает при переменном напряжении питания, поэтому и амплитуда выходного напряжения генератора также меняется, в результате чего происходит амплитудная модуляция. Такое построение генератора позволило получить глубину модуляции от 0 до 70%. Низкочастотный сигнал на модулятор можно подавать как с внутреннего, так и с внешнего генератора.

Питаются оба генератора от выпрямителя со стабилизатором (рис. 2), выполненного по типовой схеме.

Оба генератора и сетевой источник питания выполнены в виде отдельных блоков, установленных в общем корпусе. Общим для генераторов является также и измерительный прибор PU1. Блок высокочастотного генератора закрывают экраном из латуни.

Катушки генератора ВЧ намотаны на каркасах от контуров ПЧ телевизора "Старт-3" с карбонильными подстроечниками. На рис. 3 приведены эскизы каркасов катушек. Их намоточные данные даны в таблице. Катушки L1. L2, L3 наматывают внавал, а катушку L4 - виток к витку. Трансформатор Т1 применен готовый от радиолы "Эфир-М". При самостоятельном изготовлении трансформатора его следует намотать на сердечнике Ш16Х24. Сетевая обмотка для напряжения 220 В должна содержать 2580 витков провода Г1ЭВ-2 0,15, вторичная - 208 витков провода ПЭВ-1 0,59.

Puc.3

Шкалы прибора наклеены на диски диаметром 90 мм, которые вместе со шкивами верньерного устройства закреплены на осях конденсаторов переменной емкости.

Вместо транзистора КП103Л можно применить КП102Е. Эта замена может даже несколько улучшить параметры генератора.

Налаживание генератора НЧ начинают с подбора резистора R11. Для этого размыкают цепь R12, R13. Высокоомным вольтметром измеряют напряжение на входе микросхемы А1 (вывод 4). Затем, подбирая резистор R11 в пределах от 300 Ом до 1,5 кОм, добиваются такого же напряжения на истоке транзистора V1. Если этого не удается сделать, следует подобрать транзистор V1. (Может получиться так, что подобрать такой транзистор не удасться, тогда следует развязать по постоянному току вход микросхемы с истоком транзистора V1, включив в разрыв цепи конденсатор емкостью 50 мкФ.) Восстановив разомкнутую цепь, изменяют сопротивление резистора R12 так, чтобы получить на выходе генератора сигнал без искажений, контролируя его форму по осциллографу. При дальнейшем уменьшении сопротивления этого резистора должно наступить симметричное ограничение сигнала. Установив амплитуду выходного сигнала около 2 В и подобрав необходимое сопротивление резистора R17 в цепи PU1, налаживание генератора НЧ считают законченным.

Налаживание генератора ВЧ начинают с модулирующего каскада. Подбирая резистор R23, устанавливают на коллекторе транзистора V10 напряжение 6,2 В. Налаживание задающего генератора состоит в подборе резистора R31 в цепи положительной обратной связи. При этом по осциллографу контролируют форму выходного сигнала. Делают это на низкочастотном поддиапазоне. Если позволяют параметры осциллографа, проверку делают и на других частотных поддиапазонах. Затем подбирают резистор R37 в цепи измерительного прибора.

Завершив налаживание блоков и проверив их работу во всех поддиапазонах, приступают к подбору элементов частотозадающих цепей и достижению необходимого перекрытия, после этого прибор градуируют по одной из методик, неоднократно описанных в радиотехнической литературе и журнале "Радио".

41. Резонансные усилители

- усилитель электрических колебаний, содержащий резонансный колебательный контур и имеющийвследствие этого большое усиление в сравнительно узкой полосе частот вблизи резонансной частоты (см.также Резонанс), что позволяет с помощью Р. у. не только усиливать, но и выделять колебания стребуемыми частотами. Р. у. широко используются в радиотехнике, гл. обр. в качестве малошумящихизбират. усилителей на входе радиоприёмных устройств и мощных усилителей на выходе радиопередающих устройств. По принципу работы разделяются на Р. у., построенные на невзаимныхусилит, элементах без внеш. положит. обратной связи, и Р. у. регенеративные.

В Р. у. первого типа усиливаемые колебания подводятся к управляющему электроду (транзистора,электронной лампы, ИС), резонансный контур включён в цепь выходного электрода и возбуждается еготоком. Используются преим. на умеренно высоких частотах, на к-рых значительна развязка между выходнойи входной цепями управляющего электрода. В качестве рг-зонансного контура применяют обычно простыеодиночные контуры с сосредоточенными параметрами и малым собств. затуханием (d 1). В режимеусиления малых колебаний макс. коэф. усиления напряжения при резонансе К _макс = SR _Э, где S - крутизнаусилит. элемента, R _Э - эквивалентное сопротивление резонансного контура на резонансной частоте f ₀.Амплитудно-частотная характеристика при малых расстройках D f от частоты резонанса описываетсявыражением

где К - коэф. усиления при расстройке D f; полоса пропускания на уровне 3 дБ П = f₀d _э, где d _э -результирующее затухание шунтированного др. цепями резонансного контура. Фазочастотная и переходныехарактеристики Р. у. также определяются гл. обр. соответствующими характеристиками резонансногоконтура. Для неискажённого усиления больших модулированных колебаний стремятся к линеаризациидинамич. колебат. характеристики Р. у.- зависимости первой гармоники выходного тока усилит. элемента отамплитуды напряжения на управляющем электроде.

В резонансный контур регенеративных Р. у., включённый в тракт усиливаемых колебаний на проход или наотражение, вносится отрицательное дифференциальное сопротивление, обусловленное введениемположительной обратной связи (при невзаимных усилит. элементах), разл. физ. явлениями вполупроводниковых диодах (туннельных, лавинно-пролётных, диодах Ган-на и др.), изменением реактивногопараметра резонансного контура под действием генератора накачки (параметрич. усилитель) и т. д. Р. у.находят применение гл. обр. в СВЧ-диапазоне, где обеспечение хорошей развязки между выходными ивходными цепями трёхэлектродных усилит. элементов затруднено. В качестве резонансного контураиспользуются объёмные резонаторы и резонаторы из отрезков линий передачи разл. типов: полосковых,щелевых, компланарных, коаксиальных, волноводных и др. Макс. коэф. усиления мощности при резонансерегенеративного Р. у. отражат. типа где R ₀ - волновое сопротивлениесогласованного тракта усиливаемых колебаний, - сопротивление собств. потерь регенерирующегоэлемента, - коэф. регенерации, - вносимое в резонатор от-рицат. сопротивление;полоса пропускания при одиночном резонаторе . При возрастает усиление, носужается полоса пропускания, и на практике при > (К)-20) дБ полоса сокращается до единичныхпроцентов, а Р. у. переходит в режим генерации. В таких Р. у. для разделения приходящей и усиленнойотражённой волн используют невзаимные элементы - ферритовые циркуляторы. Регенеративные Р. у.проходного типа ещё более узкополосны и имеют более высокий уровень собств. шумов, поэтомуприменяются реже отражательных, особенно в малошумящих радиоприёмных устройствах.

40.Усилители постоянного тока прямого действия и структуры МДМ

В усилителях рассматриваемого типа входной постоянный или медленно изменяющийся сигнал, как уже отмечалось, преобразуется (модулируется) в переменный повышенной частоты. Полученный сигнал усиливается с помощью усилителя переменного напряжения, а затем вновь преобразуется (демодулируется) в постоянный или медленно изменяющийся. Частота переменного напряжения часто составляет десятки килогерц.

Структурная схема усилителя типа МДМ приведена на рис. 2.37. Модулятор преобразует постоянный или медленно изменяющийся входной сигнал в переменное напряжение с частотой Уо_П, определяемой генератором опорного напряжения, и амплитудой, пропорциональной входному сигналу. Переменное напряжение и_м с выхода модулятора поступает на вход низкочастотного усилителя переменного тока. Демодулятор — фазочувствительный выпрямитель — преобразует переменное напряжение в постоянное, причем величина постоянного напряжения пропорциональна амплитуде переменного напряжения, а следовательно, пропорциональна входному сигналу.

Временные диаграммы указанных на схеме напряжений, поясняющие работу усилителя, приведены на рис. 2.38.

Вследствие того, что в усилителях типа МДМ разорваны гальванические связи между каскадами, удается дос

тичь высокого качества усиления, так как дрейф нуля в данной схеме отсутствует. Такие усилители могут использоваться в высокоточных (прецизионных) устройствах. Еще одним достоинством усилителей типа МДМ является возможность изолировать с помощью трансформатора входную и выходную части. Изолирующие усилители широко используются, к примеру, в медицинской электронике.

39.Схемотехника усилителей импульсных сигналов

38.Широкополосные усилители: коррекция АЧХ усилителя и области НЧ

Высокочастотную коррекцию АЧХ (увеличение верхней частоты f_В), позволяющую уменьшить длительности фронта τ_Ф и среза τ_С, а также уменьшить амплитуду выброса на вершине импульса, можно осуществить следующими способами:

а) использованием транзисторов с верхней граничной частотой f_h21Б ≥ 3/ τ_Ф, где f_h21Б – частота, на которой коэффициент передачи h_21Б в схеме ОБ уменьшается в раз. Дальнейшее повышение верхней частоты f_В возможно за счет уменьшения емкости нагрузки С_Н (при рациональном монтаже) и сопротивления резистора R_К (см.рис.4,а). Однако при уменьшении R_К снижается коэффициент усиления;

б) включением последовательно с коллекторным резистором R_К индуктивной корректирующей катушки L_КОР (рис.5,а). Изменение АЧХ, т.е. результат ВЧ-коррекции с помощью индуктивной корректирующей катушки L_КОР, показано на рис.5,б. Очевидно, что произошло расширение полосы пропускания, т.к. f _В2 > f _В1 (в идеальном случае f _В2→∞). Наряду с приведенной схемой включения L_КОР, для мощных выходных каскадов усиления используют дополнительно вторую индуктивную корректирующую катушку L_КОР, которую включают последовательно с внешней нагрузкой R_Н и С_Н (в разрыв провода, помеченный крестиком на рис.5,а);

К ВЧ- коррекция АЧХ

К₀

0,7К₀ f

f _В1 f _В2

а) б)

Рис.5. Схема усилителя с корректирующей индуктивностью L_КОР (а) и его АЧХ (б)

в) включением RC-цепи с частотно-зависимой отрицательной обратной связью (ООС) по току в эмиттер (рис.6,а). Высокочастотная коррекция с помощью R_КОРC_КОР-цепочки наиболее широко применяется в каскадах на биполярных транзисторах, так как ООС увеличивает температурную стабильность транзисторного каскада. Отрицательная обратная связь позволяет уменьшить все виды искажений, возникающие в уси­лителях, в том числе частотные и фазовые. Влияние величины емкости конденсатора С_КОР, корректирующей RC-цепи на АЧХ, показано на рис.6,б.

К C_КОР = ∞

C_КОР = 0

f

а) б)

Рис.6. Схема усилителя с корректирующей R_КОРC_КОР-цепью ООС (а)

и влияние величины С_КОР на АЧХ (б)

Длительность фронта импульса, обусловленную частотными искажениями в области высоких частот, можно определить по формуле τ_Ф ≈ (0,35-0,5) / f_В.

Элементы высокочастотной коррекции позволяют по­высить коэффициент усиления в 1,5-2 раза при сохранении той же полосы частот или её увеличении.

Низкочастотную коррекцию АЧХ (увеличение нижней частоты f_Н), позволяющую уменьшить спад вершины импульса ∆U (рис.3,б), т.е. получить более плоскую вершину, можно осуществить следующими способами:

а) увеличением в разумных пределах емкости входного и выходного разделительных конденсаторов С_р1 и С_р2 (рис.4,5,6), а также емкости конденсатора С_Э (рис.4а,5), если каскады с ОЭ или ОИ используются без ООС по эмиттерной цепи (нет ВЧ-коррекции с помощью R_КОРC_КОР-цепочки ООС, как на рис.6,а). Иногда эти меры позволяют создавать импульсные каскады без специальной коррекции в области верхних и нижних частот, особенно при использовании в этих каскадах местной частотно-независимой ООС;

б) включением в цепь коллектора последовательно с резистором R_К резистивно-емкостного фильтра R_ФC_Ф (рис.7,а). Изменение АЧХ, т.е. результат НЧ-коррекции с помощью фильтра R_ФC_Ф, показано на рис.7,б. Очевидно, что произошло расширение полосы пропускания, т.к. f _Н2 < f _Н1 (в идеальном случае f _Н2→0).

К НЧ-коррекция

К₀

0,7К₀

f

f _Н2 f _Н1

а) б)

Рис.7. Схема усилителя с корректирующим R_ФC_Ф-фильтром (а) и его АЧХ (б)

Относительное снижение (срез, скол) вершины усиленного импульса, обусловленное частотными искажениями в области низких частот, можно определить по формуле

где τ_И – длительность импульса.