Что такое опорная частота. Блок опорной частоты. Основные понятия теории синтеза частот
ЛЕКЦИЯ 7
СИНТЕЗАТОРЫ ЧАСТОТЫ В ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ
План лекции:
Основные понятия синтеза частот
Параметры систем синтеза частот
Классификация систем синтеза частот
Принципы действия различных типов синтезаторов
1 Основные понятия теории синтеза частот
Для переноса модулированного сигнала на требуемую частот для передачи необходимо сформировать колебание с частотой, лежащей в рабочем диапазоне передатчика.
В передающих устройствах для формирования требуемых частот могут использоваться синтезаторы частот .
Современные системы синтеза частот работают в диапазоне частот от долей герц до десятков гигагерц. Они используются в аппаратуре различного назначения, заменяя в ней простые автогенераторы.
Синтезом частот ‑ называют процесс получения одного или нескольких колебаний с нужными номинальными значениями частоты из конечного числа исходных колебаний путем преобразования частот, т.е. с помощью таких операций над колебаниями, при которых происходит сложение, вычитание частот и (или) умножение и деление их на рациональные числа.
Комплекс устройств, осуществляющих синтез частот, называют системой синтеза частот . Если система синтеза частот выполнена в виде конструктивно самостоятельного устройства, то ее называют синтезатором частот .
2 Параметры систем синтеза частот
Показатели, позволяющие оценить качество формирования выходного колебания (чистоту его спектральной линии, т.е. отличие его от моногармоники). Как техническое устройство любая ССЧ характеризуется рядом эксплуатационно-технических характеристик.
Основными эксплуатационно-техническими характеристиками ССЧ, используемых в возбудителях радиопередатчиков и в качестве гетеродинов радиоприемников, являются:
Совокупность номинальных значений частот, которые могут быть получены на выходе системы синтеза частот и следуют друг за другом через заданный интервал, называют сеткой частот .
Интервал
между соседними номинальными значениями
частоты, входящими в сетку частот,
называют шагом
сетки частот
.
B настоящее время,в радиопередающей и
радиоприемной аппаратуре широко
используются системы синтеза частот с
шагом сетки
Гц, где а ‑ целое положительное или
отрицательное число или нуль. Кроме
того получили распространение системы
с шагом сетки
Гц.
3 Классификация систем синтеза частот
Колебания, являющиеся исходными в процессе синтеза частот, получают от высокостабильных источников, которые называют опорными генераторами (OГ 1 , ΟΓ 2 , ..., ОГ n на рис. 1). Частоты колебаний этих генераторов (f 01 , f 02 , …, f on на рис. В1) называют опорными частотами, точнее, первичными опорными частотами. Современные системы синтеза частот работают, как правило, от одного опорного генератора (рис. B.2). Такие системы называют одноопорными (когерентными) . При двух и более опорных генераторах системы называют многоопорными (некогерентными) .
При этом речь может идти об одном колебании, частота которого способна принимать любое из этих значений (см. рис. B.1a), или нескольких одновременно существующих колебаниях (см. рис. B.1б ). Первый случай встречается в возбудителях радиопередатчиков гетеродинах радиоприемников, второй - в многоканальной аппаратуре с частотным разделением каналов.
Обычно в одноопорных системах синтеза частот сначала устройство, называемое датчиком опорных частот (ДОЧ) или, точнее, датчиком вторичных опорных частот, формирует вспомогательные колебания, частоты которых называют вторичными опорными частотами. Затем устройство, называемое датчиком сетки частот (ДСЧ), вырабатывает из этих вспомогательных колебаний нужные выходные колебания, частоты которых образуют сетку. Некоторые колебания подаются на выход непосредственно от ДОЧ (см. рис. B.2).
Все типы ССЧ делят на два класса:
системы активного синтеза частот;
системы пассивного синтеза частот.
Системами активного синтеза частот или, сокращенно, системами активного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется с помощью активного фильтра в виде фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
Системами пассивного синтеза частот или, сокращенно, системами пассивного синтеза называют системы когерентного синтеза частот, в которых фильтрация колебания синтезируемой частоты осуществляется без применения ФАПЧ.
Системы того и другого классов могут быть выполнены целиком на аналоговых элементах или с применением цифровой элементной базы.
4 Пример работы синтезаторов на базе аналогового пассивного синтеза частот
Ha
рис. 1.4 представлена структурная схема
простейшей системы пассивного синтеза,
построенной на аналоговой элементной
базе. Колебание опорного генератора
(ОГ), имеющее частоту f 0
(первичная
опорная частота), подается на вход
датчика опорных частот. B
датчике опорных частот (ДОЧ)
с помощью умножителя и делителя частоты
вырабатываются два других колебания с
частотами
и
(вторичные опорные частоты), которые
подаются на входы двух генераторов
гармоник (ΓΓ 1
и
ΓΓ 2).
Каждый
из генераторов гармоник состоит из
формирователя импульсов (ФИ 1
и
ФИ 2)
и перестраиваемого полосового фильтра.
Первый преобразует входное квазигармоническое
колебание в последовательность очень
коротких (по сравнению с периодом этого
колебания) импульсов той же частоты
(равными соответственно
и
).
Спектр этой последовательности содержит
множество высших гармоники; фильтр
настраивают на нужную из них и выделяют
ее. B результате на выходах генераторов
гармоник получают квазигармонические
колебания с частотами
и
.
Оба эти колебания подают на сумматор частот, состоящий из смесителя (См) и перестраиваемого полосового фильтра. Последний выделяет из спектра выходного продукта смесителя квазигармоническое колебание с нужной частотой
Смеситель обычно реализуется в виде балансного модулятора.
Пример.
Пусть
,
,
может принимать значения 1, 2, 3, a
- значения 20, 21, 22, …, 39, то система имеет
диапазон частот с шагом сетки
от
Пассивный цифровой синтез частот
B системах пассивного цифрового синтеза формирование требуемой частоты осуществляются цифровой обработкой сигналов, и только на выходе системы используют аналоговый фильтр.
Структурная схема ССЧ на базе пассивного цифрового синтеза частот представлена на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Структурная схема одного из вариантов системы пассивного цифрового синтеза
Опорный генератор формирует высокостабильное колебание с опорной частотой, используемой для получения требуемой частоты на выходе синтезатора. Это опорное колебание преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов в формирователе импульсов (ФИ) путем ограничения по уровню сверху и снизу сформированного колебания. На выходе делителя частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) последовательность импульсов на входе преобразуется в последовательность импульсов, которая следует с частотой, определяемой коэффициентом деления. Коэффициент деления N можно устанавливать равным любому целочисленному значению в пределах от N1 до N2. Его значение определяется счетно-решающим устройством исходя из частоты, установленной на пульте управления частотой. Счетчик на базе триггера формирует цифровые импульсы с требуемой скважностью. Полосовой фильтр (ПФ) восстанавливает из этой последовательности импульсов гармоническое колебание с необходимой частотой.
Рассмотрим пример. Пусть, например, требуется синтезировать сетку частот от 20 до 25 кГц с шагом 1 кГц. При этом частота опорного генератора соответствует 1 МГц.
В этом случае можно использовать коэффициенты деления N=25 (1 000 000/25 = 40 000) и N= 20 (1 000 000/20 = 50 000), при которых будут формироваться частоты 40 кГц и 50 кГц с шагом 2 кГц. В счетчике можно сформировать на базе этих частот поток прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2, и частотой, которая может принимать все нужные значения. Наконец, можно с помощью полосового фильтра, имеющего частоты среза 20 кГц (нижнюю) и 30 кГц (верхнюю), выделить нужные колебания, подавив высшие гармоники.
Читайте также:
|
Назначение и принцип действия синтезаторов частот
Синтезатор частот предназначен для управления частотой ГУН (125..177,5) МГц со стабильностью, равной стабильности опорного генератора, и формирования сетки опорных частот с дискретностью через 25 кГц в диапазоне МВ и ДМВ.
Синтезатор частот выполняет следующие функции:
Выдает управляющее напряжение в соответствии с набранным на пульте управления каналом (кодом заданной рабочей частоты) для установки частоты ГУН с заданной стабильностью (1·10 -6), для настройки УВЧ приемника, для грубой установки частот автогенераторов возбудителя.
Исходя из выбранных значений промежуточных частот и видов преобразований, синтезатор частот обеспечивает формирование сетки частот ГУН:
МВ: 125..174,975 МГц с интервалом 25 кГц;
ДМВ-1: 132,5..172,4875 МГц с интервалом 12,5 кГц;
ДМВ-2: 127,5..177,4875) МГц с интервалом 12,5 кГц;
Выдает в блок коммутации признаки МВ и ДМВ-1.
Выдает в пульт управления по трем проводам напряжение синхронизации, позволяющее получить из пульта управления информацию о набранном канале по двум проводам.
В основу построения синтезатора частот положены свойства, присущие системе ФАПЧ с делителем частоты в цепи обратной связи с предварительным преобразованием гармонических колебаний ГУН и опорного генератора с помощью формирующих устройств в последовательность видеоимпульсов. Это позволило широко использовать при реализации схем синтезаторов элементы и узлы дискретной техники и послужило основанием назвать такие системы цифровыми синтезаторами.
Таким образом, синтезатор совместно с ГУН представляет собой схему ФАПЧ.
Для пояснения цифрового метода формирования и стабилизации дискретного множества частот рассмотрим качественную картину процессов, происходящих в цифровом синтезаторе.
Гармонический сигнал высокостабильного опорного генератора с частотой 10 МГц (стабильность частоты опорного генератора не хуже ± 1·10 -6 во всех условиях эксплуатации) первоначально подается на формирующее устройство, с помощью которого оно преобразуется в последовательность однополярных импульсов с частотой сравнения f ср =781,25 Гц, т. е. частота опорного генератора делится до частоты сравнения f ср =781,25 Гц.
При этом синтезатор частот совместно с ГУН, функционально входящим в состав УВЧ, представляет собой замкнутую систему ФАПЧ. Кольцо автоподстройки работает с низкой частотой сравнения 781,25 Гц.
Номинал этой частоты определяется разносом частот между каналами (25 кГц), наличием делителя с постоянным коэффициентом деления (на 8 в ВЧД и на 2 в БУЧ) и удвоителя в составе гетеродина.
Частота ГУН последовательно понижается делителями с постоянным и переменным коэффициентом деления.
Поделенные частоты ГУН и опорного генератора подаются для сравнения на ФД.
Если выходная частота ДПКД (f дпкд) не равна частоте сравнения (f ср), то в ФД вырабатывается сигнал рассогласования, управляющий частотой ГУН. При этом частота ГУН изменяется так, чтобы выходная частота ДПКД стала равной частоте сравнения (f дпкд = f ср = 781, 25 Гц) с точностью до фазы (точная подстройка).
где f гун – частота ГУН; 8 – коэффициент деления ВЧД; 2 – коэффициент деления делителя, входящего в состав БУЧ; N – коэффициент деления ДПКД.
Установка необходимого коэффициента ДПКД производится с пульта управления через систему дистанционного управления СДУ и позволяет производить установку любой частот связи по пяти проводам, связывающий пульт управления с синтезатором частот.
Блок опорной частоты (блок 1-1)
БОЧ предназначен для формирования высокостабильной частоты опорного генератора 10 МГц и понижения ее до частоты сравнения.
БОЧ обеспечивает:
формирование опорного сигнала частотой 20 МГц;
формирование сигнала синхронизации;
формирование стробирующих импульсов для СДУ.
В состав БОЧ входят:
Опорный генератор (субблок 1-1-1) ГО-4А;
Формирователь-удвоитель (субблок 1-1-2);
Делитель опорной частоты.
Опорный генератор служит для получения высокостабильного (стабильность не хуже ± 1·10 -6) напряжения с частотой 10 МГц.
Высокая стабильность частоты кварцевого генератора достигается термостатированием элементов генератора и стабилизацией напряжения питания.
Синусоидальное напряжение с частотой 10 МГц усиливается усилителем и поступает (рисунок 3.1)
На формирователь, где формирует напряжение прямоугольной формы для запуска делителя опорной частоты;
На удвоитель, где формируется напряжение второго гетеродина f ог = 20 МГц в диапазоне ДМВ.
Удвоитель собран по дифференциальной схеме и включается в работу в поддиапазонах ДМВ по команде «ПРИЗНАК ДМВ» с блока коммутации.
Делитель опорной частоты формирует:
Для ФД напряжение запуска генератора пилы с частотой f ср = 781,25 Гц;
Для СДУ сигнал синхронизации с частотой f ср;
Стробирующие импульсы с частотой 1562,5 Гц для дешифратора СДУ.
ДОЧ представляет собой делитель, обеспечивающий коэффициент деления N = 12800, который обеспечивается последовательным включением делителя на 25 и девяти делителей на 2. ДОЧ формирует сигналы (рисунок 3.2):
- «запуск пилы» для запуска генератора пилы в блоке ФД;
- «синхронизация СДУ» для запуска синхронизатора СДУ;
- «стробирующий импульс» для запуска дешифратора СДУ.
Рисунок 3.1
Синтез частот - формирование дискретного множества частот из одной или нескольких опорных частот f on . Опорной называется высокостабильная частота автогенератора, обычно кварцевого.
Синтезатор частот (СЧ) - устройство, реализующее процесс синтеза. Синтезатор используется в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем радиосвязи, радионавигации, радиолокации и другого назначения.
Основными параметрами синтезатора являются: диапазон частот выходного сигнала, количество N и шаг сетки частот Df ш, долговременная и кратковременная нестабильность частоты, уровень побочных составляющих в выходном сигнале и время перехода с одной частоты на другую. В современных синтезаторах число формируемых им дискретных частот может достигать десятков тысяч, а шаг сетки изменяться от десятков герц до десятков и сотен килогерц. Долговременная нестабильность частоты, определяемая кварцевым автогенератором, составляет 10 –6 , а в специальных случаях - 10 –8 …10 –9 . Диапазон частот синтезатора меняется в больших пределах в зависимости от назначения аппаратуры, в которой он используется.
Практические схемы синтезаторов частот весьма разнообразны. Несмотря на это разнообразие, можно отметить общие принципы, лежащие в основе построения современных синтезаторов:
Все синтезаторы основаны на использовании одного высокостабильного опорного колебания с некоторой частотой f 0 , источником которого обычно является опорный кварцевый генератор;
Синтез множества частот осуществляется широким использованием делителей, умножителей и преобразователей частоты, обеспечивающих использование одного опорного колебания для формирования сетки частот;
Обеспечение синтезаторами частот декадной установки частоты возбудителя.
По методу формирования выходных колебаний синтезаторы подразделяются на две группы: выполненные по методу прямого (пассивного) синтеза и выполненные по методу косвенного (активного) синтеза.
К первой группе относятся синтезаторы, в которых выходные колебания формируются путём деления умножения частоты опорного генератора с последующим сложением и вычитанием частот, полученных в результате деления и умножения.
Ко второй группе относятся синтезаторы, формирующие выходные колебания в диапазонном автогенераторе гармонических колебаний с параметрической стабилизацией частоты, нестабильность которого устраняется системой автоматической подстройки частоты (АПЧ) по эталонным (высокостабильным) частотам.
Синтезаторы обоих групп могут быть выполнены с использованием аналоговой или цифровой элементной базы.
Синтезаторы, выполненные по методу прямого синтеза.
Высокостабильный кварцевый генератор ОГ формирует колебания с частотой f 0 , которые поступают на делители и умножители частоты ДЧ и УЧ.
Делители частоты понижают частоту ОГ f 0 в целое число раз (d), а умножители частоты увеличивают её в целое число раз (к). Частоты, полученные в результате деления и умножения частоты опорного генератора (f 0), используются для формирования опорных частот в специальных устройствах, которые называют датчиками опорных частот ДОЧ. Общее количество датчиков опорных частот в синтезаторе частот СЧ зависит от диапазона формируемых синтезатором частот и интервала между соседними частотами: чем шире диапазон частот СЧ и меньше интервал, тем больше количество ДОЧ требуется. При декадной установке частоты каждый ДОЧ формирует десять опорных частот с определённым интервалом между соседними частотами. Общее количество необходимых датчиков определяется количеством цифр (разрядов) в записи максимальной частоты синтезатора.
Опорные частоты, сформированные в датчиках, подаются на смесители. Полосовые переключаемые фильтры, включённые на выходе смесителей, выделяют в данном примере суммарную частоту: на выходе первого f 1 + f 2 , на выходе второго f 1 + f 2 + f 3 , на выходе третьего f 1 + f 2 + f 3 + f 4 .
Частота на выходе возбудителя при декадной установке определяется положениями переключателей каждой декады.
Относительная нестабильность частоты на выходе синтезатора равна нестабильности ОГ. Недостатком такого типа синтезаторов является наличие на его выходе большого числа комбинационных частот, что объясняется широким использованием смесителей.
Синтезаторы частот, построенные по методу косвенного синтеза
В синтезаторах, выполненных по методу косвенного синтеза, источником выходных колебаний является диапазонный автогенератор гармонических колебаний, автоматически подстраиваемый по высокостабильным частотам, формируемым в блоке опорных частот БОЧ.
Суть автоматической подстройки частоты АПЧ состоит в том, что колебания автогенератора с помощью высокостабильных частот преобразуются к некоторой постоянной частоте f АПЧ, которая сравнивается с эталонным значением частоты. В случае несовпадения сравниваемых частот формируется управляющее напряжение, которое подается на управляемый реактивный элемент и изменяет величину его реактивности (ёмкости или индуктивности).
Управляемые реактивные элементы включаются в контур, определяющий частоту АГ. Частота АГ изменяется до тех пор, пока f АПЧ не приблизится к эталонной частоте с достаточно малой остаточной расстройкой.
В зависимости от устройства сравнения все системы АПЧ можно разделить на три вида:
Системы с частотной автоподстройкой частоты ЧАП, в которой в качестве сравнивающего устройства используются частотные детекторы ЧД;
Системы с фазовой автоподстройкой частоты ФАП, использующие в качестве сравнивающего устройства фазовые детекторы ФД;
Системы с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты ИФАП, в которых сравнивающим устройством являются импульсно-фазовые детекторы ИФД.
Синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты ФАП, в отличие от
синтезаторов с ЧАП, не имеют остаточной расстройки. В системе ФАП сравнивающим устройством является фазовый детектор ФД. Управляющее напряжение на выходе ФД пропорционально разности фаз двух поданных на него колебаний, частоты которых в установившемся режиме равны.
На ФД подаются два колебания близких частот: одно из которых является эталонным с частотой f 0 , формируемой в БОЧ, второе является продуктом преобразования колебаний УГ в смесителе с помощью сетки частот f 01 с БОЧ
f ПР = f УГ – f 01 .
Если f ПР и f 0 близки по величине, то с выхода ФД управляющее напряжение скомпенсирует расстройку УГ и f ПР = f 0 , в системе устанавливается стационарный режим. Однако система ФАП работает в очень узкой полосе частот, не превышающей единиц кГц. Чтобы обеспечить перестройку УГ во всём его диапазоне частот, в синтезаторе с ФАП применяют систему автопоиска, которая, изменяя частоту УГ во всем диапазоне частот, обеспечивает её попадание в полосу охватывания системы ФАП. Система автопоиска представляет собой автогенератор пилообразного напряжения, который запускается при отсутствии управляющего напряжения на выходе ФНЧ. Как только частоты УГ попадают в полосу схватывания системы ФАП, генератор поиска выключается, система входит в режим автоподстройки с динамическим равновесием f ПР =f 0 .
Использование логических элементов в СЧ обусловило появление новых типов синтезаторов, которые называются цифровыми. Они обладают значительными преимуществами по сравнению с аналоговыми. Они более просты, надёжны в эксплуатации, имеют меньшие габариты и массу.
Применение логических интегральных схем в ЦСЧ позволило почти полностью исключить преобразование частоты УГ, заменив преобразователи делителем частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД.
Структурная схема синтезатора с одним кольцом фазовой автоподстройки частоты
На схеме ДПКД - делитель с переменным коэффициентом деления - К-разрядный программируемый цифровой счетчик. Назначение других звеньев схемы ясно из сделанных на них надписей. В блоке управления осуществляется прием и хранение данных программирования и формирование кодового сигнала, по которому устанавливается значение коэффициента деления N в зависимости от поступившей на синтезатор команды. В результате действия фазовой автоподстройки частоты устанавливается равенство частот сигналов, поступающих на вход импульсно-фазового дискриминатора: f 1 =f 2 , что позволяет записать следующее соотношение для частот стабилизируемого и эталонного автогенераторов с учетом значений коэффициентов деления:
Согласно шаг сетки частот Df ш =f эт /М. Меняя управляемое значение N, устанавливают требуемое значение частоты стабилизируемого генератора, который с помощью управляющего элемента может перестраиваться в требуемом диапазоне частот.
1. Полоса пропускания или параметры переходной характеристики. Полоса пропускания – диапазон частот, в котором АЧХ имеет спад не более 3 дБ относительно значения на опорной частоте. Опорная частота – частота, на которой спад АЧХ отсутствует. Значение спада АЧХ в дБ находит из соотношения:
где l f оп
- значение изображения на опорной частоте,
l f изм
- размер изображения на частоте, для которой измеряется спад АЧХ.
2. Неравномерность АЧХ.
3. Нелинейность амплитудной характеристики усилителя ЭО: β a =(l-1)*100% , где l – наиболее отличающийся от одного деления шкалы экрана размер изображения сигнала в любом месте рабочей зоны экрана. Её измеряют, подавая на вход осциллографа сигнал импульсной или синусоидальной формы с амплитудой, обеспечивающей получение в центре экрана ЭЛТ изображения сигнала размером в одно деление шкалы. Затем измеряют размер изображения сигнала в различных местах рабочей части экрана, перемещая его по вертикальной оси с помощью внешнего источника напряжения.
4. Качество воспроизведения сигнала в импульсном ЭО. Это качество характеризуется параметрами переходной характеристики (ПХ):
4.1. Время нарастания переходной характеристики (ПХ) - τ н измеряют при следующих условиях: на вход ЭО подают импульсы с временем нарастания не более 0,3 времени нарастания ПХ, указанной в паспорте, в стандартах или технической документации на ЭО конкретного типа. Длительность импульса должна быть не менее, чем в 10 раз больше времени нарастания ПХ. Выбросы на импульсе не должны превышать 10% времени нарастания изображения импульса, в течение которого происходит отклонение луча от уровня 0.1 до уровня 0.9 амплитуды импульса;
4.2. Значение величины выброса: δ u = (l B / lu)*100% , где l B – амплитуда изображения выброса, l u - амплитуда изображения импульса. Определение δ u производят на импульсах положительной и отрицательной полярности.
4.3. Спад вершины изображения импульса: l СП (значение величины спада импульса) измеряют, подавая на вход канала вертикального отклонения импульс длительностью более 25 τ н с амплитудой, обеспечивающей максимальный размер изображения импульса в рабочей части экрана ЭЛТ. Значение спада вершины импульса измеряют по его изображению в точке, отстоящей от начала импульса на время, равное его длительности. Нормируют значение относительно спада вершины импульса, которое определяется по формуле: Q=l СП /l u
4.4. Неравномерность вершины изображения импульса (отражение, синхронность наводки). Величина отражения γ определяется из формулы γ=(S 1 -S) / S , где S 1 – амплитуда выброса или спада, S – толщина линии луча, указанная в стандартах или в описании на данный ЭО. Синхронные наводки v определяют измерением амплитуд, наложенных на изображение колебаний, вызванных внутренними наводками, синхронным запуском развертки: v = (v 1 -S) / S , где v 1 – отклонение луча ЭЛТ из-за наложения на изображение колебаний, вызванных внутренней наводкой. Зная параметры ПХ можно определить параметры АЧХ: f B = 350/τ н (МГц), f н = Q / (2π τ u)(Гц).
5. Чувствительность (нормальное значение коэффициента отклонения): ε=l/U вх …K d =1/ε=U вх /l…δ K =(K d /K d0)*100% , где ε - чувствительность, l – значение изображения амплитуды импульса, U вх – значение амплитуды входного сигнала, K d – коэффициент отклонения сигнала по ОУ, δ К – погрешность коэффициента отклонения, K d0 – номинальное значение K d , указанное в технической документации.
6. Параметры входа ЭО с полосой пропускания до 30 МГц определяются непосредственным измерением R и С соответствующими приборами. Для более широкополосных ЭО в тех. описании дается методика определения этих параметров.
7. Погрешности калибратора амплитуды и калибратора временных интервалов и их измерение. Определение погрешности измерения данных параметров производится путем сравнения показаний испытуемого ЭО и образцового измерительного устройства с погрешностью измерения соответствующей величины в 3 раза меньшей, чем у поверяемого ЭО.
8. Длительность развертки – время прямого хода развертки, за которое луч пробегает всю рабочую часть экрана в горизонтальном направлении. В современных ЭО длительность прямого хода развертки Т П задается в виде коэффициента развертки К р = Т П /l Т, δ р =(К р /К р ном -1)*100% , где l Т – длина отрезка горизонтальной оси, соответствующая длительности Т П , δ р – погрешность коэффициента развертки, К р ном – номинальное значение коэффициента развертки.
9. Нелинейность развертки: β р =(l-1)*100% , где l – длительность наиболее отличающегося от 1 см или одного деления шкалы временного интервала в любом места рабочей части развертки в пределах рабочей части экрана.
Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.
В настоящее время при разработке радиоэлектронной аппаратуры уделяется огромное внимание стабильности ее характеристик. Средства подвижной радиосвязи, в том числе сотовой связи не являются исключением. Основным условием достижения стабильных характеристик узлов радиоэлектронной аппаратуры является стабильность частоты задающего генератора.
В составе любой радиоэлектронной аппаратуры, в том числе приемников, передатчиков, микроконтроллеров обычно присутствует большое количество генераторов. Первоначально приходилось применять усилия для обеспечения стабильности частоты всех генераторов. С развитием цифровой техники люди научились формировать колебание любой частоты из одной исходной частоты. В результате появилась возможность выделить дополнительные средства для повышения стабильности частоты ОДНОГО генератора и тем самым получить целый ряд частот с очень высокой стабильностью. Такой генератор частот получил название опорный генератор
Первоначально для получения стабильных колебаний LC генераторов применялись особые конструктивные методы:
- Изменение индуктивности за счет расширения металла проволоки компенсировали выбором материала сердечника, влияние которого было обратным по отношению к влиянию проводников индуктивности;
- осуществляли вжигание металла в керамический сердечник с малым температурным коэффициентом расширения;
- в контур включались конденсаторы с различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ).
Таким образом удавалось достигнуть стабильности частоты опорного генератора 10 -4 (на частоте 10 МГц уход частоты составлял 1 кГц)
Одновременно велись работы по применению совершенно других методов получения стабильных колебаний. Были разработаны струнные, камертонные, магнитострикционные генераторы. Их стабильность достигала весьма высоких значений, но при этом габариты, сложность и цена препятствовали их широкому распространению. Революционным прорывом оказалась разработка генераторов с применением . Одна из наиболее распространенных схем кварцевых генераторов, выполненная на биполярном транзисторе, приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема кварцевого генератора на биполярном транзисторе
В этой схеме опорного генератора баланс амплитуд обеспечивается транзистором VT1 а баланс фаз — контуром Z1, C1, C2. Генератор собран по стандартной . Отличием является то, что вместо катушки индуктивности применяется кварцевый резонатор Z1. Следует заметить, что в данной схеме не обязательно для обеспечения стабильной работы схемы применять . Часто оказывается вполне достаточно и . Подобная схема приведена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема кварцевого генератора с коллекторной стабилизацией режима
Схемы кварцевых генераторов, приведенных на рисунках 1 и 2, позволяют получить стабильность частоты опорного колебания порядка 10 -5 На кратковременную стабильность колебаний опорного генератора наибольшее влияние оказывает нагрузка. При присутствии на выходе опорного генератора посторонних колебаний возможен захват его колебаний. В результате кварцевый генератор будет производить колебания с частотой помех. Для того, чтобы это явление не проявлялось в опорном генераторе на его выходе обычно ставят усилитель, основное назначение которого не пропустить внешние колебания в кварцевый генератор. Подобная схема приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема кварцевого генератора с развязкой частотозадающих цепей от выхода схемы
Не менее важным параметром, во многом определяющим фазовые шумы генератора (для цифровых схем — джиттер сигнала синхронизации), является напряжение питания, поэтому опорные кварцевые генераторы обычно запитывают от высокостабильного малошумящего источника напряжения и осуществляют фильтрацию питания RC или LC цепочками.
Наибольший вклад в нестабильность частоты кварцевого генератора вносит температурная зависимость резонансной частоты кварцевого резонатора. При изготовлении резонаторов кварцевых опорных генераторов обычно применяются AT-срезы, обеспечивающие наилучшую стабильность частоты в зависимости от температуры. Она составляет 1*10 -5 (10 миллионнных или 10 ppm). Пример зависимости частоты кварцевых резонаторов с AT-срезом от температуры при различных углах среза (шаг изменения угла среза 10") приведен на рисунке 4.
Рисунок 4. Зависимость частоты кварцевых резонаторов с AT-срезом от температуры
Нестабильности частоты 1*10 -5 достаточно для большинства радиоэлектронных устройств, поэтому кварцевые генераторы без специальных мер по повышению стабильности частоты применяются очень широко. Опорные генераторы с кварцевой стабилизацией без дополнительных мер по стабилизации частоты называются XO.
Как это видно из рисунка 4, зависимость частоты настройки кварцевого резонатора с AT-срезом от температуры хорошо известна. Более того, эту зависимость можно снять экспериментально для каждого конкретного экземплята кварцевого резонатора. Поэтому, если постоянно измерять температуру кварцевого кристалла (или температуру внутри кварцевого опорного генератора), то частоту генерации опорного генератора можно сместить к номинальному значению увеличивая или уменьшая дополнительную емкость, подключенную к кварцевому резонатору.
В зависимости от схемы управления частотой такие опорные генераторы называются TCXO (кварцевые генераторы с термокомпенсацией) либо MCXO (кварцевые генераторы с микроконтроллерным управлением). Стабильность частоты таких кварцевых опорных генераторов может достигать 0.5*10 -6 (0.5 миллионных или 0.5 ppm)
В ряде случаев в опорных генераторах предусмотрена возможность подстройки номинальной частоты генерации в небольших пределах. Подстройка частоты осуществляется напряжением, подаваемым на варикап, подключенный к кварцевому резонатору. Диапазон подстройки частоты генератора не превышает долей процента. Такой генератор называется VCXO. Часть схемы опорного генератора (без схемы термокомпенсации) приведена на рисунке 5.
Рисунок 5. Кварцевый генератор с подстройкой частоты внешним напряжением (VCXO)
В настоящее время многие фирмы выпускают опорные генераторы со стабильностью частоты до 0,5*10 -6 в малогабаритных корпусах. Пример чертежа подобного опорного генератора приведен на рисунке 6.
Рисунок 6. Внешний вид опорного кварцевого генератора с температурной компенсацией
Литература:
Вместе со статьей "Опорные генераторы" читают:
http://сайт/WLL/KvGen.php
http://сайт/WLL/synt.php