CC BY
20
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 270 1973
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР-КАЛИБРАТОР НА ТРАНЗИСТОРАХ
Ю. М. ФОМИЧЕВ, Ю. Н. ВАРАКУТА
(Представлена научным семинаром кафедры радиотехники)
В связи с новыми разработками широкополосных преобразователей переменного тока в постоянный потребовалось расширение частотного диапазона аппаратуры для <их контроля. В настоящее время настоятельно требуется простая в обращении с высокими метрологическими свойствами аппаратура (типа ГК-Ю [1]), с расширенным до 1 Мгц частотным диапазоном. Схемные решения, использованные в ГК-Ю [1], на частотах выше 100 ч- 200 кгц оказываются непригодными из-за резкого возрастания нелинейных искажений. Поэтому в новой разработке широкополосного генератора-калибратора ГК-11 пришлось изменить как функциональную, так и электрическую схему, хотя принцип построения калибратора в виде статической системы авторегулирования с компаратором действующего значения в петле обратной связи [2] остался прежним.
ГК-П состоит из двух генераторных блоков: генератора низких частот— 10 гц-т-30 кгц и генератора высоких частот — 30 кгц — 1 Мгц, которые работают в зависимости от выбранной частоты и общей петли автостабилизации и калибровки выходного уровня (рис.1). В низкочастотной части ГК-П (до 30 кгц) используются, без особых изменений, схемные решения, принятые в ГК-Ю [1].
На частотах выше 30 кгц применена схема двухкаскадного ЬС-ав-тогенератора с индуктивной положительной обратной связью.
Из-за высокого выходного сопротивления ВЧ-геиератора*) для улучшения его нагрузочной характеристики необходим большой коэффициент передачи в петле стабилизации действующего значения выходного уровня, а это требует обеспечения запаса по устойчивости.
Для снижения порядка системы в ней регулирующее устройство выполнено на полевом транзисторе с изолированным затвором (безынерционное звено), но этого оказывается недостаточно. Рассмотрим структурную схему высокочастотного генератора совместно с петлей стабилизации действующего значения выходного уровня (рис. 2), где
Кл(р), К2 (р) — передаточная функция парного и второго каскадов усилителя автогенератора,
Кфп (р) — передаточная функция фотоэлектрического преобразователя компаратора.
*) В принятой схеме нельзя ввести отрицательную обратную связь с большой эффективностью.
№ — коэффициент передачи усилителя ошибки,
Кр (/, С/у) — коэффициент передачи регулирующего устройства,
Кп — коэффициент передачи цепи положительной обратной связи.
Рис. 1
Рис. 2
Исходя из этой эквивалентной схемы, запишем характеристическое уравнение в виде
(1+5! Яо) ^2 Я, [( М + -2) "л + ~2 (-Л + 4)1 Р3 +
+ {[(1 + 5, /?0) - К, К, Кп] хл хф + (1 + 5, /?0) [ (х1 + х3) (хл + хф) +
+ } ^ + { [(1 + Я0) - /Ч> (ХЛ + Хф) +
+ (1 + 5х /?0) (хх + 12)р + [(1 + Я0)-Кх К2КЦ + + К2 К5 К у /Сфп| = о,
где
х2 — постоянные времени первого и второго резонансных каскадов; хл, Хф — постоянные времени лампы накаливания и фоторезистора фотоэлектрического преобразователя компаратора; ¿>1 — крутизна транзистора первого каскада;
активное сопротивление регулирующего транзистора в рабочей точке.
4. ТПИ, т. 27®, 49
,, ¿Я/Я
= ~ кРУтизна регулирования.
По критерию Рауса-Гурвица система, описываемая уравнением четвертого порядка, устойчива при выполнении следующих условий [3,4]:
>0, аг > 0, а4 > 0, а3 (а, а2 — а0 а3) — а1 а\ > 0. (1)
В рассматриваемом случае а()= О + Я0) Тл ~ф>
а, = (1 + 51 Я0) + -2) "л "ф + ('л -г "ф)],
= [1 + Я0 - Кх К, Ка] Тф + (1 + /?0) [('1 + ('-л + ч) + а3 « (1 + /?0 - Кг К2 Кп) (хл + тф) + (1 +51/?0)(т1 + ■=.,),
= ( 1 + /?о) ~~ ^п + ^ ^фп.
Для реального случая (-сл + тф) > тх + т2 и 51/?и>1. С учетом этого, разрешая неравенства (1), найдем условие устойчивости и допустимый коэффициент стабилизации:
к < 1ГТ~' (2)
с -1 "л + ^ [(14-5, Я0)~К,К2Кп}2 (3)
СТ 2 ^ + т~ ' 1 г /?0
где Сст = К\ Ко К3 КУ КфП.
Из выражения (3) следует, что чем меньше /<п , тем больший коэффициент стабилизации можно получить. Уменьшать до нуля Кп нельзя, так как его величина определяется условием баланса амплитуд автогенератора. В связи с этим цепь положительной обратной связи необходимо выполнить так, чтобы О'на обеспечивала условие самовозбуждения автогенератора и в то же время имела малый коэффициент передачи по приращениям первой гармоники. Такой характеристикой обладает двусторонний ограничитель на диодах при глубоком ограничении.
Описание принципиальной схемы
Ранее уже отмечалось, что низкочастотная часть ГК-П выполнена идентично ГК-Ю. Высокочастотный генератор представляет собой двухкаскадный избирательный ЬС-усилитель, выполненный на идентичных высокочастотных транзисторах 2Т602, охваченный положительной обратной связью (С4о, Да, Дь, С41) и отрицательными обратными связями по току в каждом каскаде (Я42, Тю) и (#45, #4б) (рис. 3). Для обеспечения устойчивости положительная обратная связь сделана нелинейной (ограничитель на диодах Да, Дь). Уровень ограничения устанавли-ливается переменными резисторами (Язб, Язе). Глубина отрицательной обратной связи по току в первом каскаде изменяется с помощью полевого транзистора (Тю) при появлении сигнала рассогласования с выхода дифференциального компаратора (ЛН2/?51> ЛН3/?54, #52, #53,
Выходной каскад ВЧ-генератора собран по двухтактной схеме (Тц, Т12). Связь с нагрузкой трансформаторная.
Технические характеристики ГК-П
1. Погрешность установки действующего значения выходного напряжения (5 в) менее 0,05%.
50
2. Нестабильность выдаваемого напряжения:
менее 0,01% за 10—15 минут, не более 0,1 % за 2 часа.
3. Частотный диапазон 10 гц ч- 1 Мгц (15 фиксированных точек).
4. Нелинейные искажения:
не более 0,04% на частотах 55 гц-т-30 кгц,
0,01% на частотах 30 кгц + 1 Мгц.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю. М. Ф о м и ч е в, Ю. И. Л а то но в, А. В. Соколов. Источник калиброванного напряжения ГК-10. Настоящий сборник.
2. М. С. Р о й т м а н, Э. И. Цимбалист, Ю. М. Ф о м и ч е в. Устройство для получения стабильного, калиброванного по действующему значению напряжения. Авт. свид. № 196114. Бюл. изобретений, 1967, № П.
3А И. С. Гонор овский. Радиотехнические цепи и сигналы. _М., «Советское радио», 1971, стр. 296.
4. В. С. Андреев. Теория нелинейных электрических цепей. М., «Связь», 1972,. стр. 125.
