Лекция 13 Тема лекции : Генераторы, управляемые напряжением

ГУН.
2. Основные параметры ГУН

ГУН.
Использование варикапов в ГУН.
Диапазон перестройки ГУН.
Паразитная амплитудная модуляция в ГУН.
Основные

преимущества и недостатки ГУН.
Использование варикапа в индуктивной трёхточке.
Влияние нелинейности ёмкости варикапа.
Зависимость ёмкости варикапа от напряжения.
Зависимость частоты АГ от напряжения на варикапе.
Схема электронной перестройки частоты с помощью варикапа.
Правило включения варикапа.
Эквивалентная схема ГУН с электронной перестройкой частоты.
Варикап со сверхрезким переходом.

выходного сигнала которого fВЫХ. может изменяться под действием внешнего управляющего

сигнала напряжения Еу или тока.
Основными элементами ГУН являются генераторный прибор, колебательная система (КС) и управитель частотой, т. е. реактивный нелинейный элемент, включенный в состав КС. Под действием управляющего сигнала изменяется реактивное сопротивление (проводимость) управителя, резонансная частота КС и, как следствие, частота генерируемых колебаний.
Назначение генераторного прибора – компенсировать потери в колебательной системе. В качестве генераторного прибора вплоть до сантиметрового диапазона волн используются биполярные и полевые транзисторы. В миллиметровом диапазоне применяются двухполюсные генераторные полупроводниковые приборы с отрицательным дифференциальным сопротивлением: лавинно-пролётные диоды и диоды Ганна.

В состав КС в ряде случаев может быть включен кварцевый

резонатор. В диа- пазоне СВЧ в зависимости от конкретных значений частоты КС и блокировочные элементы могут быть выполнены, как на базе элементов с сосредото- ченными параметрами, так и на основе соответст- вующих микрополосковых линий или других устройств с распределенными параметрами. В состав КС также может быть введен коаксиальный керамический резонатор.

выходного сигнала:
Гармонические осцилляторы;
Релаксационные генераторы.
Гармонические осцилляторы генерируют сигнал синусоидальной формы. В

их состав входят усилитель и резонансный контур (контур необходим для того, чтобы отправить сигнал обратно на вход). Колебания происходят на частоте настройки, где положительное усиление возникает благодаря цепи обратной связи.
Перестраиваемые генераторы (иначе – генераторы, управляемые напряжением ГУН) часто выполняют по схеме ёмкостной трёхточки с контуром между коллектором и базой.

зависит от приложенного к нему обратного напряжения смещения Св=С0/(1+U/φк)γ, где

С0 – ёмкость варикапа при нулевом смещении, φк – контактная разность потенциалов, - показатель степени, зависящий от типа p-n-перехода.
При = речь идет о варикапе с «плавным» переходом, при = 0.5 – с «резким» переходом, а при 1 ≤ ≤ 2 – о «сверхрезком». Значение определяется законом изменения концентрации примесей в p–n-переходе. Наибольшее применение в ГУН имеют варикапы с = 0.5. При выборе варикапа с определенным значением следует учитывать определяющее влияние этого параметра на линейность СМХ.

изменения ёмкости варикапа. Максимально возможная величина ёмкости СВ max ограничивается

необходимостью работы в режиме закрытого p–n-перехода (uп max < 0), а минимально возможная – обратным пробивным напряжением ( < ). С ростом возрастает и отношение и у диодов со «сверх- резким» переходом оно доходит до 6…8. С увеличением амплитуды высокочастотного напряжения на варикапе это отношение уменьшается. Кроме того, диапазон перестройки зависит от коэффициента включения варикапа в КС АГ и убывает с его уменьшением. Однако уменьшение коэффициента включения сопровождается уменьшением , что допускает возможность оптими- зации ГУН путём выбора соответствующих схемотех- нического решения и режима работы транзистора.

, происходят и изменение волнового сопро- тивления КС и добротности

варикапа , где – сопротивление материала полупроводника и выводов диода. При этом изменяется эквивалент- ное сопротивление КС, вызывающее изменение амплитуды колебаний, т. е. паразитную ампли- тудную модуляцию (ПАМ). Отмеченное явление может привести к уменьшению КД за счёт срыва генерации при недостаточном запасе по само- возбуждению. ПАМ выходного сигнала ГУН может быть устранена путём включения на его выходе ограничителя амплитуды.

являются простота схем- ной реализации, практически отсутствие инер- ционности в

управлении частотой, ничтожная мощность, потребляемая от источника управ- ляющего напряжения, и малые габариты. К недостаткам таких управителей следует отнести значительную нелинейность СМХ при больших КД и возникающее при этом изменение уровня выходного сигнала.

обычно выполняются на основе «трёхточечных» схем автогенераторов. Сразу же отметим,

что вне зависимости от конкретной схемы АГ для увеличения КД необходимо уменьшать амплитуду напряжения высокой частоты на варикапе , что увеличивает отношение .
Использование схемы «индуктивной трехточки» позволяет получить максимальное значение КД, поскольку варикап может быть единственным ёмкостным элементом колеба- тельной системы ГУН. Однако при этом амплитуда будет равна , где – амплитуда высокочастотного напряжения между коллектором и эмиттером транзистора, а – коэффициент обратной связи. Если используется схема «ёмкостной трехточки», то = при включении варикапа между коллектором и эмиттером и = – при включении между базой и эмиттером. Присутствие в КС этих схем помимо варикапа линейных ёмкостей приводит, с одной стороны, к уменьшению КД, а с другой – к росту линейности СМХ.

увеличивает уровень высших гармоник. Для их уменьшения целесообразно использовать два

варикапа, встречно включенных по отношению к напряжению высокой частоты . В таком случае падение этого напряжения на варикапах сопровождается противофазным изменением их емкостей и практически постоянной величиной емкости их последовательного соединения. Результирующая ёмкость управителя уменьшается в 2 раза при сохранении неизменным отношения .

том состоянии, т.е. включен в обратном направлении, т.к. при прямом

включении через него будет протекать большой ток и он будет шунтировать контур.

смещения. Для этого, согласно формуле Томсона , требуется варикап, у

которого
т.е. варикап со свехрезким переходом. Однако такие зависимости удаётся получить лишь в сравнительно узком диапазоне напряжений – от 6 до 8 вольт. Поэтому варикапы со сверхрез- кими переходами применяют не столь широко, как обычные варикапы с резкими переходами.

и характеристики ГУН.
Схема ГУН на операционных усилителях

е. зависимость fВЫХ. от Еу ;
- диапазон изменения частоты;
- уровень

фазовых шумов вблизи fВЫХ. в выход- ном сигнале ГУН;
- инерционность управления частотой;
- чувствительность к внешним дестабилизирую- щим факторам.

SГУН. Требования к линейности СМХ с точки зрения перестройки частоты

ССЧ ниже, чем при формировании сигналов с частотной модуляцией. Однако необходимо учитывать, что нелинейность СМХ приводит к изменению SГУН в диапазоне рабочих частот ССЧ и, следовательно, к изменению параметров синтезатора. Линейность СМХ падает с ростом диапазона перестройки КД.
Шумовые параметры ГУН обычно хуже, чем у неуправляемых АГ, что связано с наличием собственных шумов элементов цепей управления частотой и воздействием внешних дестабилизирующих факторов через эти цепи на стабильность fВЫХ..

Крутизна перестройки ГУН по частоте.
3. Характеристика перестройки ГУН по частоте.
4.

Нелинейность перестройки по частоте.
5. Мощность выходного сигнала.
6. Отклонение от номинальной величины мощности на выходе ГУН.
7. Зависимость выходной мощности от температуры.
8. Зависимость частоты от температуры.
9. Скорость перестройки частоты.
10. Ширина полосы частот модуляции.
11. Остаточная расстройка ГУН.
12. Уход частоты ГУН.
13. Уход частоты ГУН при изменении температуры.
14. Затягивание частоты.
15. Смещение частоты.
16. Коэффициент гармоник.
17. Побочные составляющие.
18. Фазовый шум.

частот;
спектральная плотность мощности (СПМ) фазового шума;
подавление высших гармоник;
значения питающего напряжения;
продолжительность

процесса включения и выключения.