В настоящее время для решения ряда задач требуются низкочастотные автогенераторы гармонических колебаний, работающие в диапазоне частот от долей герца до сотен кялогерц. Генерация таких колебаний с помощью обычных LC-автогенераторов принципиально возможна, но связана с серьезными конструктивными трудностями. водит к возрастаниюсобственных потерь r. Поэтому реальные LC — автогенераторы имрют минимальную частоту генерации порядка десятков килогерц, а в диапазоне более низких частот используются специальные автогенераторы низкочастотных гармонических колебаний. Наиболее распространенными автогенераторами такого вида являются генераторы на биениях и LС-генераторы.
Рис. 4.14. Структурная схема низкочастотного генератора на биениях
Структурная схема низкочастотного генератора на биениях приведена на рис. 4.14.
Выходной низкочастотный сигнал в нем возникает в результате биений двух высокочастотных колебаний, создаваемых маломощными высокочастотными LС-автогенераторами — гетеродинами. Один из них работает на фиксированной частоте f1, а другой может перестраиваться в небольших пределах около частоты f2~f1. Выходное напряжение гетеродинов через усилители подается на преобразователь частоты. На выходе преобразователя частоты имеется сложный спектр частот, среди которых находится полезный низкочастотный сигнал Р=f1—f2. Этот сигнал выделяется с помощью фильтра низких частот и усиливается выходным усилителем.
Так как частота гетеродинов может быть выбрана достаточно высокой, т. е.
‘ и
‘, относительно небольшое изменение частоты f2 позволяет изменять частоту Fв широких пределах. Благодаря этому в низкочастотных генераторах на биениях можно легко получить широкий диапазон выходных частот без коммутации элементов колебательных контуров гетеродинов, что является первым существенным преимуществом этих генераторов.
Второе важнейшее преимущество генераторов на биенийх состоит в том, что форма их выходного низкочастотного напряжения очень близка к гармонической.
Основной недостаток генераторов на биениях связан с низкой стабильностью выходной частоты F. Очевидно, изменение частоты любого гетеродина приводит к такому же изменению выходной частоты, а поскольку
относительная нестабильность выходной частоты получается во много раз больше нестабильности частоты гетеродинов. Если,
например,
;
, то в общем случае нестабильность вы-
ходной частоты
(4.26)
Поэтому при разработке схем и конструкций низкочастотных генераторов на биениях основное внимание уделяют вопросам выбора опг гимальных частот гетеродинов и методам повышения стабильности из частоты. При этом обычно достаточно увеличить кратковременную стабильность частоты гетеродинов, что достигается специальной подстройкой гетеродина фиксированной частоты и правильным выбором конструкции элементов контуров обоих гетеродинов.
При выборе частоты гетеродинов необходимо учитывать ряд обстоятельств. С одной стороны, для повышения стабильности выходной
частоты гетеродина на биениях, как следует из выражения (4.26) *, целесообразно уменьшать частоту гетеродинов. С другой стороны, при уменьшении частоты возрастают требования к фильтру низких частот и ухудшается амплитудно-частотная характеристика всего генератора. Возрастание требований к фильтру низких частот связано с тем, что при уменьшении частоты гетеродинов спектр на выходе преобразователя частоты сдвигается в область более низких частот от 0 до Ртах. Ухудшение амплитудно-частотной характеристики генератора на биениях происходит потому, что при уменьшении частоты гетеродинов, когда величина Ртах остается постоянной, нужно увеличивать перестройку частоты второго гетеродина, а это приводит к заметному изменению его выходного напряжения, а значит, и к изменению амплитуды напряжения низкой частоты Р. Поэтому идут на компромисс и
Основной причиной нестабильности частоты гетеродинов так же, как и всех LC-автогенераторов, являются изменения параметров их колебательных контуров,, связанные с температурными воздействиями. Однако в генераторах на биениях не всякое изменение частоты гетеродинов приводит к нестабильности выходной частоты. Даже при больших, но одинаковых уходах частоты обоих гетеродинов стабильность выходной частоты может оказаться очень высокой. Поэтому в колебательных контурах обоих гетеродинов не только применяют делали, имеющие высокую добротность и малые температурные коэффициенты, но и стараются сделать эти контуры совершенно одинаковыми.
Для увеличения стабильности выходной частоты перед началом работы проводят так называемую установку нулевых биений, в процессе которой подстраивают начальную частоту первого гетеродина (добиваются равенства частот обоих гетеродинов). В зависимости от требований к точности установки выходной частоты Р интервал времени между двумя установками нулевых биений может меняться.
Кроме тщательного подхода к конструированию гетеродинов необходимо также правильно конструировать и остальные узлы генератора на биениях.
Усилители, включенные между гетеродинами и преобразователем частоты, играют роль буферных каскадов, основным назначением которых является устранение связи между гетеродинами. Поэтому при конструировании усилителей необходимо обращать особое внимание на паразитные связи между входом и выходом. Преобразователи частоты, используемые для получения низкочастотных сигналов, являются обычными. Фильтр низкой частоты должен без искажения пропускать спектр частот от 0 до Ртах и надежно подавлять все высокочастотные составляющие. Требования, предъявляемые к частотной характеристике такого фильтра, оказываются очень жесткими. Неравномерность частотной характеристики должна быть не более 0,5 дБ, а высокочастотные помехи, в частности частоты /1 и /2, должны ослабляться фильтром не менее чем на 60 дБ. Указанные характеристики фильтра удается. Выражение (4.26) принимает особенно наглядный вид, если изменяется частота
только одного гетеродина, например первого. Тогда 62=0, а йр=$1-4р- •
Генератор гармонических колебаний на ОУ
