Генератори, керовані напругою

Перебудовувані генератори (інакше - генератори, керовані напругою, ГУН) виконують по схемі ємкісної трикрапки з контуром між колектором і базою (мал. 6.16).

мал. 6.16

Для перебудови частоти використовується варікап, ємкість якого залежить від прикладеної до нього зворотної напруги зсуву

,

де А = const, γ - показник ступеня, залежний від типу р - n -переходу. Для різких переходів γ = 0,5, для надрізких - від 1 до 2.

Часто потрібна лінійна залежність частоти від напруги зсуву. Для цього, згідно формули Томсона ω = (LС)^-0,5, потрібний варікап, у якого С_в = Аu ^-2, тобто варікап з надрізким переходом. Проте такі залежності вдається отримати лише в порівняно вузькому діапазоні напруги - від 6 до 8 вольт. Тому варікапи з надрізкими переходами застосовують не так широко, як звичайні варікапи з різкими переходами [11].

Мал. 6.17 Мал. 6.18

Основними характеристиками ПГ є діапазон перебудови частоти, крутизна і лінійність модуляційної характеристики (залежності частоти від модулюючої напруги), стабільність середньої частоти при зміні живлячої напруги і температури, вихідна потужність, глибина паразитної амплітудної модуляції. Вимоги до характеристик ПГ багато в чому є суперечливими. Наприклад, чим більше необхідна перебудова частоти, тим важче забезпечити високу лінійність модуляційної характеристики. Тому у кожному конкретному випадку доводиться забезпечувати виконання найбільш важливих вимог. Наприклад, в ПГ, призначеному для пристрою з ФАПЧ, висока лінійність модуляційної характеристики не потрібна; при використанні їх в синтезаторах бажано мати широкий діапазон перебудови частоти.

Статична модуляційна характеристика (СМХ) - залежність частоти генератора від напруги, що управляє (напруга на варікапі). У відносних змінних вона може бути представлена у вигляді ряду:

,

де у = Δƒ/ƒ - відносна зміна частоти, ε = Δ U / U - відносна зміна напруги, що управляє, S ₁ - крутизна статичної модуляційної характеристики, коефіцієнти S ₂, S ₃ і так далі характеризують нелінійні спотворення при модуляції.

Коефіцієнт перекриття по частоті K _ƒ=ƒ_max/ƒ_min максимальний при повному включенні варікапа в контур. Обмеження перебудови обумовлене відомими межами зміни ємкості варікапа, включеного в коливальну систему автогенератора, при заданій зміні зсуву на нім. Ці межі виявляються насправді ще меншими через наявності значної високочастотної напруги на варікапі. Доводиться звужувати допустимий діапазон зміни напруги зсуву, щоб уникнути пробою або відмикання p-n -переходу.

Недолік повного включення - висока чутливість до змін напруги живлення. Тому практично часто використовують часткове включення варікапа в контур автогенератора (мал. 6.19).

Мал. 6.19

Коефіцієнти включення:

- коефіцієнт включення гілки, що управляє, в контур автогенератора;

- коефіцієнт включення варікапа в гілку, що управляє.

При неповному включенні крутизна СМХ S ₁ = -0,25 р ₁ р ₂.

При цьому нелінійні спотворення другого порядку пропорційні величині S ₂ = p ₁ p ₂(3 р ₁ р ₂ - 4 р ₂+2).

Звідси витікає, що при частотній модуляції для зменшення нелінійних спотворень треба використовувати невеликі значення коефіцієнтів включення варікапа в контур автогенератора.

Варікап зменшує добротність контура, що є додатковою причиною погіршення стабільності частоти коливань автогенератора. Тому, як правило, при використанні прямих методів частотної модуляції необхідні додаткові заходи для стабілізації середньої частоти, наприклад - ФАПЧ.

ГУН з двома варікапами. При роботі варікапа з перебудовуваним генератором на постійну напругу накладається високочастотна напруга від автогенератора, яка також впливає на результуюче значення ємкості. Величина відповідного приросту ємкості рівна [22]:

,

де С_{в 0} - ємкість варікапа за відсутності змінної напруги, m_c = U_вч /(Е ₀+φ _к) - відношення амплітуди високочастотної напруги на варікапі U_вч до суми прикладеної до нього постійної напруги Е ₀ і контактній різниці потенціалів φ _к.

Мал. 6.20

Це нелінійний приріст ємкості залежить від ряду дестабілізуючих чинників і погіршує параметри ГУН. Для зменшення цього приросту застосовують два варікапи, включені назустріч один одному.

Монолітні ГУН [17]

До 1995 дослідники провідних університетів в технічній літературі опублікували роботи по монолітних інтегральних схемах ГУН. У цих звітах розкриті деякі з перших прикладів сучасних монолітних LC-резонаторов ІС ГУН. У 1996-1997 рр. з’явилася велика кількість статей, що описують роботу монолітних ІС ГУН в різних застосуваннях. Монолітні ГУН були розроблені як по ВЧ біполярній технології, так і на основі кремнієвих КМОП-технологій. Приклади таких схем приведені в додатках до даного розділу.

Дата добавления: 2015-09-06