Задающие генераторы. Задающие генераторы

• Название: Задающие генераторы
• Дата: 29.11.2020
• Размер: 0.59 Mb.
• Имя файла: Задающие генераторы.docx
• Тип: Реферат; #154860

Реферат

Тема: «Задающие генераторы»

			Подпись		Дата		Тема:		Группа		Оценка
Выполнил	Дроздовский М.В.					Отпугиватели насекомых и грызунов.		Р-41, 42
Проверил	Пономарев Г.Ф

Введение

Совершенствование современных систем связи, радиолокации, проектирование передовых электронных компонентов (АЦП, ЦАП), а также развитие метрологического обеспечения радиоэлектронной промышленности в целом невозможно без качественных задающих генераторов. В течение длительного времени потребности отрасли удовлетворялись качественными кварцевыми и ПАВ‑генераторами, а также СВЧ генераторами, построенными на их умножении. Фазовый шум лучших кварцевых генераторов с частотой 100 МГц составляет около –180 дБн/Гц в одиночной боковой полосе при отстройке на 10 кГц от несущей. Для частоты 10 ГГц это соответствует –140 дБн/Гц при отстройке 10 кГц в случае идеального умножения кварцевого генератора. Использование ПАВ‑генераторов с частотами 400–1000 МГц позволяет при идеальном умножении рассчитывать на цифру в –144 дБн/Гц на частоте 10 ГГц (отстрой‑ ка 10 кГц). Для СВЧ-систем, где требуется уровень СПМ ФШ задающего генератора ниже указанных значений, использование кварцевого генератора или генератора на ПАВ становится системным ограничением.

Классификация:

• 
  По режиму работы автогенератора: мягкий и жесткий режимы:
  

Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора.

Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия (накачки).

• 
  Автогенераторы с внешней и внутренней обратной связью
  

Внешняя обратная связь создается специально включенными четырехполюсниками обратной связи вне автогенератора, следовательно, с внутренней в автогенераторе.

• 
  По выработке сигналов делятся на:
  

Стационарные и хаотичные.

Технические характеристики:

Основными техническими характеристиками задающего генератора является диапазон рабочих частот, стабильность частоты, мощность на выходе. Из них наиболее важной является допустимая нестабильность частоты автоколебаний. Для целей радиопередачи относительная нестабильность частоты может лежать в интервале.{\displaystyle 10^{-6}...10^{-15}}

Определение и назначение

Задающий генератор – это генератор любой мощности с самовозбуждением. В задающем генераторе возбуждаются электрические колебания высокой стабильности. Задающий генератор раньше использовался в электронных лампах, на данный момент он активно применяется в полупроводниковых приборах.

Задающий генератор является составной частью возбудителя в радиопередатчике. Он задает частоту колебаний в передатчике. На СВЧ он используется в качестве выходного каскада. Основным критерием оценки генератора является высокая стабильность частоты. Задающий генератор должен выполнять функцию усилителя мощности, т. е. вырабатывать высокую выходную мощность.

Конструируется задающий генератор с таким расчетом, чтобы в нем гармонические колебания возбуждались без внешних воздействий. В этом процессе основным элементом считается резонатор с колебательным характером переходного процесса. По сути своей резонатор является колебательным контуром, в котором, при поступлении в него энергии, возникают затухающие со временем колебания тока. Резонатор должен обладать высокой добротностью, чтобы происходила компенсация потерь. Источник энергии – электрическое поле, энергия которого с помощью активного элемента преобразуется в энергию колебаний. На СВЧ резонаторами могут быть ферритовые сферы, диэлектрические шайбы, в диапазоне высоких частот – кварцевые пластины. Активными элементами выступают полевые либо биполярные транзисторы, туннельные и лавиннопролетные диоды.

Самая распространенная стабилизация частоты задающего генератора – кварцевая. Задающий генератор генерирует колебания на выходе радиопередатчика, усиливающиеся за счет генератора с внешним возбуждением.

В радиопередатчике с высокой стабильностью частоты каскад, как правило, выполняет функции и задающего генератора, и усилителя.

При небольшой стабильности колебаний высокой частоты и малой выходной мощности в задающем генераторе частота выравнивается с помощью кварцевого резонатора. Для частоты генератора выделяется отдельный усилитель мощности.

Первичный задающий генератор использует эталонные стандарты частоты и формирует выходные синхронные сигналы.

Вторичный задающий генератор, благодаря резервированию блоков генераторного оборудования, обладает высокими показателями надежности. Он выбирает логически входной сигнал синхронизации и отличает его от других источников. Генератор обрабатывает и фильтрует сигнал, после этого распределяет его между другими элементами узла.

Задающий генератор, встроенный в сетевой мультиплексор, носит название генератора сетевого элемента. Он принимает входные сигналы синхронизации, которые поставляют ему внешние источники. Генератор выбирает один из источников и производит его минимальную фильтрацию. Генератор сетевого элемента использует свой внутренний задающий генератор при повреждении входных сигналов синхронизации. Задающий генератор, работая в таком запоминающем режиме частоты, фиксирует приблизительную частоту входного синхронного сигнала.

В телекоммуникационных системах при принудительной синхронизации используется задающий генератор, называемый в данном контексте ведущим. С помощью промежуточных генераторов он обеспечивает сигналами синхронизации остальные задающие генераторы, называемые ведомыми. В случае, если все задающие генераторы управляют друг другом, такой способ синхронизации называется взаимным. При смешанной синхронизации задающий генератор передает сигналы ведомым генераторам и обменивается синхронными сигналами с другими ведущими генераторами. При низкой стабильности частот задающих генераторов взаимная синхронизация допускается в том случае, если генераторы уравновешивают частоты всех задающих генераторов. Стабильность частоты повышается, чувствительная синхронизация продолжается.

Структурная схема:



Принцип работы по структурной схеме:

Про­стей­ший автогенератор, вы­ра­ба­ты­ваю­щий гар­мо­ничные ко­ле­ба­ния, со­дер­жит ко­ле­ба­тель­ный кон­тур, об­ла­даю­щий ма­лым ак­тив­ным со­про­тив­ле­ни­ем, ис­точ­ник пи­та­ния (вы­пря­ми­тель или ба­та­рея) и ак­тив­ный (уси­ли­тель­ный) эле­мент (напр., элек­трон­ная лам­па, тран­зи­стор) в со­че­та­нии с це­пью об­рат­ной свя­зи. Ста­биль­ность час­то­ты А. оп­ре­де­ля­ет­ся гл. обр. тем­пе­ра­тур­ной ста­биль­но­стью эле­мен­тов ко­ле­ба­тель­ной сис­темы и её доб­рот­но­стью. А. ши­ро­ко при­ме­ня­ют в ра­дио­пе­ре­дат­чи­ках (в ка­че­ст­ве за­даю­ще­го ге­не­ра­то­ра), в стан­дар­тах вре­ме­ни и час­то­ты, син­те­за­то­рах час­тот и др.

Принципиальная схема:



Принцип работы по принципиальной схеме:

Причиной возникновения колебаний в автогенераторе являются флуктуации (случайные возмущения) тока в элементах реальной схемы (за счет теплового движения электронов в активных элементах и резисторах, дробового эффекта и т. д.), а также за счет внешних помех. Флуктуации тока i_К, протекающего через контур, вызывают флуктуации напряжения на контуре и_к. Спектр этих случайных возмущений весьма широк и содержит составляющие всех частот.

Составляющие напряжения и_к с частотами, близкими к резонансной частоте контура w ₀, имеют наибольшую амплитуду, так как модуль комплексного эквивалентного сопротивления контура является наибольшим и равным R_0э именно на резонансной частоте w ₀. Выделенное на контуре гармоническое с частотой w ₀ напряжение через цепь ОС, образованную вторичной обмоткой трансформатора, передается на вход транзистора, создавая напряжение и_к. Это напряжение вызовет увеличение коллекторного тока i_К, что, в свою очередь, приведет к увеличению напряжения на контуре и_к. Как следствие этого увеличатся напряжение обратной связи u_oc и напряжение и_к и, значит, вновь увеличатся коллекторный ток и напряжение на контуре и_к и т. д. Таким образом, в замкнутой системе автогенератора самовозбуждаются колебания частоты, близкой к резонансной частоте контура w ₀.

Очевидно, важным условием возникновения колебаний является то, что фаза напряжения u_БЭ должна быть такой, при которой увеличение напряжения и_к вызывает увеличение коллекторного тока i_К и, тем самым, порождает новое увеличение и_к. Данное условие и есть условие баланса фаз. Баланс фаз достигается правильным включением вторичной обмотки трансформатора. При другом ее включении возрастание напряжения на контуре и_к приведет к уменьшению коллекторного тока, т. е. баланс фаз нарушится и самовозбуждения не произойдет.

Обратная связь, при которой выполняется баланс фаз, является положительной ОС. В противном случае ОС отрицательная. Самовозбуждение автогенератора возможно только при наличии положительной ОС.

Процесс самовозбуждения колебаний в контуре с энергетической точки зрения объясняется тем, что от источника питания с помощью транзистора в контур за один период колебания поступает энергии больше, чем расходуется ее в резистивном сопротивлении контура. Это эквивалентно, как уже отмечалось ранее, внесению в контур отрицательной проводимости G_вн, превышающей по величине эквивалентную проводимость контура G, что приводит к отрицательному значению коэффициента затухания контура a и, следовательно, к возникновению в контуре нарастающих колебаний.

Пока амплитуда напряжения u_БЭ была мала, работа происходила на линейном участке ВАХ транзистора. С увеличением амплитуды колебаний в контуре возрастает напряжение ОС u_ос и, следовательно, входное напряжение транзистора u_БЭ. При этом все сильнее сказывается нелинейность ВАХ транзистора. Наконец, при достаточно больших амплитудах колебаний ток коллектора i_К перестает увеличиваться, значения напряжения на контуре u_к, обратной связи u_ос и входное u_БЭ стабилизируются, в автогенераторе установится стационарный динамический режим с постоянной амплитудой колебаний и частотой генерации, близкой к резонансной частоте колебательного контура w ₀. Таким образом, стационарные колебания в автогенераторе устанавливаются только благодаря наличию нелинейности ВАХ транзистора.

В стационарном режиме энергия, поступающая в контур, вся рассеивается в эквивалентной резистивной проводимости контура, т. е. вносимая в контур отрицательная проводимость G_вн оказывается равной эквивалентной проводимости G и полностью компенсируют ее; коэффициент затухания контура a обращается

Заключение

Задающих генераторов в наше время существует большое количество, но из всех выделяется современный задающий генератор X‑диапазона со сверхнизким уровнем СПМ ФШ, который спроектирован и освоен в серийном производстве компактный задающий генератор СВЧ (рис. 8) на частоты 9,95 ГГц и 10,145 ГГц, работающий при комнатной температуре. Достигнут сверхнизкий уровень СПМ ФШ: –110 дБн/Гц, отстройка 100 Гц; –140 дБн/Гц, отстройка 1 кГц; –164 дБн/Гц, отстройка 10 кГц от несущей. Предложенная модель оценки фазовых шумов подобных генераторов демонстрирует адекватную сходимость с практическими измерениями. Генератор может быть использован в перспективных системах радиолокации и метрологического обеспечения Х‑диапазона, где критическим параметром является спектральная чистота генерируемого сигнала.