Stabilizacja częstotliwości GPA. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Stabilizacja częstotliwości GPA. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Węzły amatorskiego sprzętu radiowego. Generatory, heterodyny

Komentarze do artykułu

Być może najbardziej krytycznym węzłem w transiwerze jest VFO, które określa stabilność częstotliwości i charakterystykę szumu. Niniejszy artykuł jest próbą przedstawienia w popularnej formie tego, co pięknie opisuje podręcznik [1].

Jednocześnie pomija się cały aparat matematyczny, aby nie straszyć nieprzygotowanych czytelników wzorami i diagramami wektorowymi.

Niestabilność częstotliwości samooscylatorów ma wiele przyczyn. Warunkowo możliwe jest podzielenie wszystkich przyczyn niestabilności na dwa kierunki:

przyczyny, które wpływają na częstotliwość ustawiania obwodu sterującego;
przyczyny, które wpływają na częstotliwość ze względu na zmianę trybu aktywnego elementu.

Najprostszym powodem pierwszego kierunku jest kruchość mechaniczna konstrukcji. Kolejnym oczywistym powodem tego samego trendu jest niestabilność temperatury. Ogrzewanie części oscylatora powoduje zmiany indukcyjności i pojemności. Na przykład nagrzanie cewki nawiniętej drutem miedzianym na ramie ceramicznej powoduje rozszerzanie się miedzi, zwiększenie długości drutu i zwiększenie średnicy uzwojenia. Pociąga to za sobą wzrost indukcyjności i spadek częstotliwości. To samo nagrzewanie cewki nawiniętej na ramę z fluoroplastiku powoduje wzrost średnicy zwojów, ale ze względu na zbyt dużą rozszerzalność liniową fluoroplastiku, cewka jest tak rozciągnięta, że pokrywa z nawiązką wzrost średnicy , w wyniku czego indukcyjność nie wzrasta, ale maleje, a częstotliwość rośnie. Z tego powodu PTFE całkowicie nie nadaje się do bardzo stabilnych obwodów.

Przenikalność magnetyczna większości materiałów ferromagnetycznych wzrasta po podgrzaniu. Wzrost wraz z ogrzewaniem i pojemnością żylaków. Po podgrzaniu pojemność kondensatorów może wzrosnąć lub zmniejszyć, w zależności od materiałów płyt i dielektryka. Czasami (niestety nie zawsze) na kondensatorach zapisywana jest wartość współczynnika temperaturowego pojemności (TKE), która pokazuje, o ile części na milion zmienia się pojemność kondensatora po podgrzaniu go o 1 ° C. Znak zmiany (minus lub plus) jest oznaczony literami „M” lub „P”.

Oznaczenie M750 oznacza, że \u750b\u10bpo podgrzaniu na każdy stopień pojemność zmniejsza się o 6x33-33. Oznaczenie P10 oznacza wzrost ogrzewania na każdy stopień o 6x750-1500. Jeśli kondensator z TKE M20 miał pojemność 1500 pF w temperaturze nominalnej, to po dodatkowym podgrzaniu o 1500 ° C pojemność będzie równa 750-0x6xl20-1500x22,5 \u1477,5d 500-3,79 \uXNUMXd XNUMX pF. Gdyby oscylator pracował na przykład z częstotliwością XNUMX kHz, a jego częstotliwość była określana tylko przez ten kondensator, to odchylenie częstotliwości wyniosłoby XNUMX kHz, czyli wyraźnie dużo.

Radykalną metodą w tym przypadku jest termostatowanie. Ale prostsze i tańsze - wybór części o najmniejszych odchyleniach temperatury. Tak zwana kompensacja termiczna umożliwia ograniczenie niestabilności temperatury do pewnych granic, ale nie eliminuje jej całkowicie. Są dwa powody. Po pierwsze, obwód GPA jest przestrajalny, a procent kondensatorów stałych i zmiennych zmienia się podczas strojenia. Dlatego kompensacja osiągnięta na jednej częstotliwości jest naruszana na innej częstotliwości. Po drugie, zmiany pojemności i indukcyjności podczas ogrzewania zachodzą według różnych praw. Dlatego kompensacja uzyskana przy ogrzewaniu o 10°C zostanie naruszona, jeśli ogrzejemy generator o kolejne 10°C.

Jako części do GPA możemy polecić cewki nawinięte drutem posrebrzanym nagrzewanym podczas nawijania na żebrowanej ramie ceramicznej. Kondensatory mogą być używane KM5 (pięciowarstwowe, małe) z TKE M47 lub M75. Jeśli do strojenia GPA używane są varicapy, powinno być jeszcze więcej kondensatorów TKE, ponieważ. TKE varicaps są dodatnie i, w zależności od nastawienia (tj. od częstotliwości strojenia), wahają się od 70 ... 80x10'6 przy wysokich napięciach do 500x10 "6 przy niskich napięciach. Dlatego niedopuszczalne jest stosowanie varicapów przy napięciu polaryzacji mniejszym niż 8 ... 9 V. Jeśli pojemność varicapów jest niewystarczająca dla danego obwodu, użyj varicapów o dużej pojemności (np. KB 105) lub umieść dwa lub trzy varicapy równolegle. Autor nie nie zaleca się używania cewek ze spalonego srebra. Tak, mają dobrą stabilność temperaturową, ale ... niski współczynnik jakości, a współczynnik jakości jest ważniejszy.

Kolejnym powodem wpływającym na częstotliwość obwodu jest niestabilność pojemności pasożytniczych elementów aktywnych, które są dołączone do obwodu i służą jako składowe jego pojemności. Podczas pracy te pasożytnicze pojemności zmieniają się i bezpośrednio zmniejszają częstotliwość obwodu. Rozważane wcześniej dryfty częstotliwości temperatury następują powoli, można je korygować na skali cyfrowej lub kompensować. Wpływ niestabilności pojemności pasożytniczych następuje szybko, najczęściej w czasie z modulacją i towarzyszą mu charakterystyczne zniekształcenia sygnału. Pasożytnicze pojemności międzyelektrodowe w tranzystorach są typowymi pojemnościami barierowymi złączy pn, które są odbudowywane, gdy zmienia się przyłożone do nich napięcie. Wpływ pojemności pasożytniczych można do pewnego stopnia ograniczyć, ale nie całkowicie wyeliminować.

Aby zmniejszyć ich wpływ, konieczne jest zapewnienie, aby procent pojemności pasożytniczych w całkowitej pojemności obwodu był jak najmniejszy, tak aby na tle dużej pojemności całkowitej obwodu kilka pikofaradów pojemności pasożytniczych miało mniej efekt. Istnieją tu jednak dwa ograniczenia. Po pierwsze, zbyt duża pojemność przy niskiej indukcyjności prowadzi do obniżenia współczynnika jakości obwodu. Po drugie, zbyt duża stała pojemność wymaga proporcjonalnego zwiększenia zmiennej pojemności, w przeciwnym razie granice strojenia pętli nie zostaną spełnione. W każdym razie niemożliwe jest wykonanie GPA na prawie wyłącznie pojemnościach pasożytniczych, jak to zrobiono w [2], gdzie w obwodzie 1,8 ... 7 MHz zastosowano warikap KVS111 o małej pojemności. Aby uzyskać strojenie, autor zastosował dużą indukcyjność i małą stałą pojemność. W tym przypadku pasożytnicza pojemność wejściowa tranzystora wynosiła 20% (!!) całkowitej pojemności obwodu. Pojemności pasożytnicze miałyby niewielki wpływ na częstotliwość, gdyby napięcia zasilania i tryb pracy generatora były idealnie stabilne, co jest naprawdę nieosiągalne.

Jedną z metod, która w pewnym stopniu rozwiązuje problem, jest zastosowanie kaskad odsprzęgających pomiędzy obwodem GPA a elementem aktywnym. Rysunek 1 pokazuje najprostszy obwód indukcyjnego trójpunktu, a rysunek 2 pokazuje trójpunktowy z dodatkiem wtórnika źródła odsprzęgającego.

Stabilizacja częstotliwości GPA
Ris.1

Różnica napięć „między bramką a źródłem jest 10 razy mniejsza niż samo napięcie wejściowe. A jeśli różnica napięć jest niewielka, to przez pojemność wejściową popychacza przepływa 10 razy mniej prądu przemiennego, co jest równoznaczne ze spadkiem pojemność wejściowa o współczynnik 10.

Stabilizacja częstotliwości GPA

Ale to nie wszystko. Wzmacniacz (rys. 2) ma głębokie sprzężenie zwrotne DC. Gdy zmienia się napięcie zasilania, prąd w tranzystorze zmienia się wielokrotnie mniej niż bez rezystora źródłowego, tj. pojemności pasożytnicze są bardziej stabilne.

W pierwszym przypadku (rys. 1) tranzystor generujący pobiera prąd w celu wytworzenia automatycznego odchylenia obwodu, obniżając jego współczynnik jakości. W drugim przypadku (ryc. 2) prąd ten jest pobierany z wtórnika i nie wpływa na współczynnik jakości. Ze względu na duży zysk mocy źródło tranzystora generującego jest podłączone do mniejszej części zwojów obwodu (1/10 ... 1/20) i ma mniejszy wpływ na obwód. Najlepsze wyniki uzyskuje się, gdy jako wtórnik stosuje się lewoskrętny FET, bez polaryzacji zastosowanej do bramki. Możemy polecić KP305I. Parametry obwodu muszą być tak dobrane, aby wzmacniacz transmitował amplitudę oscylacji albo bez zniekształceń, albo z jednolitym ograniczeniem z góry iz dołu. Istnieje inny mechanizm destabilizacji częstotliwości, który nie jest tak oczywisty. Oscylator pracuje w sposób ciągły dzięki temu, że jego wysokiej jakości obwód "dzwoni" i utrzymuje oscylacje. Energia w obwodzie jest uzupełniana przez wstrząsy tylko przy szczytach dodatnich półfal na bramce.

Dla stabilnej pracy generatora konieczne jest zachowanie równowagi amplitud i równowagi faz. Pierwszy wymaga, aby w każdym okresie oscylacji w obwodzie energia była uzupełniana o tyle, o ile jest pobierana z obwodu (dla prądów bramek, strat w kondensatorach i rezystorach, promieniowania do otaczającej przestrzeni). Ta równowaga jest utrzymywana przez automatyczne odchylenie. Gdy tylko amplituda oscylacji nieznacznie spadnie, napięcie wstępne również się zmniejszy, tranzystor otworzy się nieco bardziej, a porcje energii pompowania wzrosną. I wzajemnie.

Drugie wymaga, aby impulsy prądu wzbudzającego wchodziły do obwodu ściśle w czasie z istniejącymi oscylacjami - nie wcześniej i nie później. Równowaga faz jest również utrzymywana automatycznie, ale proces ten jest trudniejszy do zrozumienia. Dla uproszczenia opiszemy to w przypadku samooscylatora opartego na triodzie próżniowej. Kiedy lampa jest otwarta, wiązka elektronów zaczyna przemieszczać się z katody na anodę. W tej chwili w obwodzie anodowym nie ma prądu. Impuls prądowy przejdzie przez obwód anodowy dopiero po dotarciu wiązki elektronów do anody. W tym, na ogół, znikomym czasie, zmieni się faza oscylacji na obwodzie, a impuls prądu popychającego będzie opóźniony w stosunku do impulsu napięcia na siatce. To opóźnienie wyraża się w kącie fazowym kilku stopni. Jest to tak zwany kąt nachylenia (nie mylić z nachyleniem charakterystyki prądowo-napięciowej!). Kąt nachylenia, który pokazuje wielkość opóźnienia sygnału, zależy od odległości między elektrodami i prędkości elektronów, która z kolei zależy od wielkości napięcia anodowego.

Tak więc impulsy wchodzą do obwodu późno. Jak generator się do tego dostosowuje? Okazuje się, że nie generuje dokładnie przy częstotliwości obwodu, ale tuż poniżej tej częstotliwości.

Jeśli prąd przemienny przepływa przez obwód oscylacyjny, wówczas napięcie w obwodzie jest dokładnie w fazie z prądem w jednym przypadku: gdy prąd jest dokładnie w rezonansie z częstotliwością obwodu. We wszystkich innych przypadkach napięcie w obwodzie wyprzedza prąd lub pozostaje w tyle za nim. Tak więc oscylator automatycznie wybiera częstotliwość, przy której napięcie w obwodzie wyprzedza impulsy prądu wzmacniającego o dokładnie taką samą wartość, jaką opóźnia lampa. Wiadomo, że obwód o wysokiej Q bardzo gwałtownie reaguje na odchylenia częstotliwości. Bardzo małe odchylenie częstotliwości powoduje duże odchylenie fazy. Odpowiednio, aby skompensować opóźnienie fazowe w lampie, generator musi tylko nieznacznie oddalić się od częstotliwości rezonansowej obwodu. Jeśli zmieniło się napięcie anodowe, zmieniło się również opóźnienie w lampie. Generator przełączy się na inną częstotliwość, przy której ponownie będzie obserwowana równowaga faz. Przesunięcie częstotliwości będzie nieistotne, jeśli współczynnik jakości obwodu jest wysoki. W przypadku obwodu o niskim Q generator musi zmieniać częstotliwość znacznie bardziej, aby zrekompensować to samo opóźnienie.

Opóźnienia sygnału występują nie tylko w lampach, ale także w tranzystorach i mikroukładach. Tylko tam ich fizyka nie jest tak oczywista. Tak więc zmieniając tryb pracy lampy lub tranzystora, możemy zmienić częstotliwość generowania, jest to nawet wykorzystywane do modulacji częstotliwości. Ale co zrobić, jeśli nie tylko nie możemy, ale nie chcemy – a częstotliwość „pływa”! Po pierwsze, jeśli to możliwe, ustabilizuj zasilanie, a po drugie zastosuj obwód oscylacyjny o najwyższym możliwym współczynniku jakości, dla którego cewka jest nawinięta wystarczająco grubym drutem posrebrzanym na żebrowanej ramie wykonanej z porcelany radiowej lub styropianu. Jeśli rama nie ma wymuszonego wycięcia, konieczne jest nawinięcie jej za pomocą podgrzewanych drutów z transformatora obniżającego napięcie. Po schłodzeniu drut kurczy się i ściśle przylega do ramy, mocując zwoje.

Pokrycie cewki w tym celu lakierami, farbami itp. całkowicie nie do przyjęcia. Jeśli oscylator działa na częstotliwościach powyżej 10 MHz, elementy obwodu nie powinny być lutowane do płytki drukowanej. Zastosowane w obwodzie kondensatory i warikapy należy przylutować bezpośrednio do końców cewki, bez dodatkowych przewodów montażowych. Jeśli częstotliwość generowania jest wysoka - a pojemności pasożytnicze tranzystora nieuchronnie stanowią znaczną część pojemności obwodu, wówczas sam tranzystor musi być przylutowany do cewki przez montaż powierzchniowy. Po trzecie, konieczne jest stosowanie tranzystorów o minimalnych pojemnościach pasożytniczych dla GPA. Często, aby zapobiec samowzbudzeniu oscylatora na VHF, w bramce lub obwodzie bazowym stosuje się rezystory przeciwpasożytnicze. Wraz z tłumieniem oscylacji pasożytniczych obniżają one współczynnik jakości obwodu głównego. Dlatego rezystory, nawet jeśli są dostarczane przez obwód, nie muszą być najpierw instalowane. Jeśli oscylacje pasożytnicze nadal występują, należy szukać innych sposobów ich wyeliminowania, a jeśli to nie daje efektu, to należy założyć tylko rezystor przeciwpasożytniczy o minimalnej wartości, zaczynając od kilku omów. Pasożytnicze wzbudzenie na VHF nie tylko tworzy dodatkowe kanały do odbioru i promieniowania pasożytniczego, ale także zaburza stabilność głównej generacji. Obwód pasożytniczy może mieć niski współczynnik jakości, podczas gdy oscylacje pasożytnicze mają niestabilną amplitudę. Tryb oscylatora nieustannie się zmienia, powodując zmiany w częstotliwości podstawowej i wprawiając w zakłopotanie jego twórców.

Niestabilność częstotliwości może być spowodowana tak zwanym „ciągnięciem”. Jeśli oscylator jest słabo ekranowany, to podczas transmisji duże przetworniki wpływają na obwód, co w połączeniu z głównymi oscylacjami prowadzi do całkowitego zaburzenia fazy na wejściu tranzystora. W związku z tym częstotliwość generowania zaczyna „chodzić”. Środki kontrolne – przesiewowe. odsprzęganie mocy i zgodność z wykresem poziomów, w którym amplituda drgań naturalnych byłaby wielokrotnie większa niż amplituda przetworników.

Można mi zarzucić, że wiele z tego, co zostało tu powiedziane, nie jest tak ważne. W końcu działają transceivery, w których GPA jest wykonany wbrew wielu wyrażonym tutaj myślom. Tak, działają. Ale jak? Weź ten lub inny GPA, zmień napięcie zasilania o 10% i spójrz na przesunięcie częstotliwości na mierniku częstotliwości. Oczywiście w prawdziwej pracy nie zmienia się o 10%, ale znacznie mniej, ale jest to wygodniejsze dla większej przejrzystości. Zobaczysz wtedy wszystkie swoje błędy - jaką niestabilność częstotliwości daje lakierowanie cewki, ile lutowanie kondensatorów i warikapów na płytce drukowanej itp.

Oscylator o wysokiej stabilności częstotliwości elektronicznej ma odpowiednio niski szum fazowy. Nie dotyczy to jednak przypadku, w którym stabilność uzyskuje się za pomocą wagi cyfrowej i CAFC, a nie dobrego projektu samego VPA.

literatura

Drobov S., Bychkov S. Urządzenie nadawcze radiowe. - M.: Radio sowieckie, 1969.
Ziryukin Y. (EU3AS). Transceiver trójzakresowy GPA. - Radioamator. KB i VHF, 1996, nr 7.

Autor: G. Gonchar (EW3LB), Baranowicze; Publikacja: N. Bolszakow, rf.atnn.ru

Zobacz inne artykuły Sekcja Węzły amatorskiego sprzętu radiowego. Generatory, heterodyny.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Uprawiane ziemniaki świecące 04.06.2021

Naukowcom z Uniwersytetu Hebrajskiego, dzięki narzędziom inżynierii genetycznej, udało się wyhodować ziemniaka, który zaczyna świecić, jeśli roślina jest chora.

Rośliny, podobnie jak ludzie, doświadczają stresu z powodu niekorzystnych warunków temperaturowych, braku wody i składników odżywczych.

Zespołowi naukowców pod kierownictwem Matanela Hipscha i Shilo Rosenwassera z Wydziału Rolnictwa, Żywności i Środowiska Uniwersytetu Hebrajskiego udało się opracować ziemniaka, który świeci, gdy coś nie jest odpowiednie dla rośliny.

Poświatę osiągnięto poprzez wprowadzenie do hodowli ziemniaka genu z białkiem fluorescencyjnym. Białko zmienia światło w zależności od poziomu wolnych rodników, cząsteczek zawierających tlen, gdy roślina jest zestresowana. W takim przypadku sygnał światła fluorescencyjnego białka zostanie przechwycony przez specjalną kamerę.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Nowy izolowany transceiver ISO 1050 CAN

▪ Czujniki dla pszczół

▪ Transceiver 60 GHz z wbudowaną autokalibracją

▪ Wytrzymały laptop Gigabyte U4

▪ Elektroniczne nosy dla gospodarstw hodowlanych

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Laboratorium naukowe dla dzieci. Wybór artykułu

▪ artykuł Północna Minerwa. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Dlaczego rośliny produkują skrobię? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Inżynier kosztorysowy działu projektowo-kosztorysowego. Opis pracy