Контур ВЧ генератора и цепь частотной модуляции
Эквивалентная схема ВЧ генератора приведена на рис. 2.4. Это генератор по схеме Колпитца с емкостной обратной связью с эмиттера на базу. Исходя из эквивалентной схемы получаем следующие внутренние параметры для вывода:
- сопротивление Rвн = 25 кОм * 40 кОм /(25 кОм + 40 кОм) = 15 кОм;
- емкость Cвн = 30 пФ * 18 пФ /(30 пФ + 18 пФ) + 2 пФ = 13 пФ.
Рис. 2.4. Эквивалентная схема ВЧ генератора
Схема контура показана на рис. 2.5. Контур состоит из индуктивности L2, емкостей С18 и C17 и варикапа VD1. Емкость С17 отделяет низкочастотное напряжение смещения варикапа от катушки L2. Совместная емкость C17 и варикапа изменяется от
82 пФ * 7 пФ /(82 пФ + 7 пФ) = 6,4 пФ
до
82 пФ * 35 пФ /(82 пФ + 35 пФ) = 25 пФ,
что дает перекрытие по частоте
(25/6,4)1/2 = 2.
Рис. 2.5. Контур ВЧ генератора
Емкость С18 дополнительно снижает перекрытие по частоте и позволяет снизить требуемую индуктивность, что упрощает ее конструкцию. Входная емкость 13 пФ и разделительный конденсатор 10 пФ добавляют еще
13 пФ * 10 пФ /(13 пФ + 10 пФ) = 6 пФ,
С учетом С18 и входной емкости общая емкость изменяется от
28 пФ + 6,4 пФ = 34 пФ
до
28 пФ + 25 пФ = 53 пФ.
Это дает перекрытие по частоте
(53/34)1/2 = 1,25.
Индуктивность контура L2 должна быть
L2 = 1/(4p2f2C) = 1/(4 * 3,142 * 872 * 1012 * 53 * 10-12) Гн = 63 нГн.
Получается добротность контура
Q = Rвн/(L/C)1/2 = 15 * 103/(63 * 10-9/(34 * 10-12))1/2 = 350,
что достаточно для устойчивого возбуждения генерации (>10).
На выходе 5 COUT (COMPOSITE SIGNAL OUTPUT) микросхемы (рис. 2.6) формируется комплексный стереосигнал в полосе частот от 20 Гц до 53 кГц. Этот сигнал должен модулировать несущую, изменяя напряжение на варикапе. Номинальное среднеквадратичное напряжение на этом выходе составляет 100 мВ, а максимальное 300 мВ.
Рис. 2.6. Подключение цепи частотной модуляции к контуру ВЧ генератора
При изменении напряжения на варикапе от 1 до 4,5 В частота изменяется от 87 до 108 МГц, что соответствует коэффициенту
(108 - 87) МГц/(4,5 - 1) В = 6 МГц/В.
Максимальная девиация частоты по стандарту должна быть 75 кГц. Это дает при сигнале 300 мВ другой коэффициент:
0,075 МГц/0,3 В = 0,25 МГц/В.
Отсюда можно сделать вывод, что цепь частотной модуляции должна ослаблять сигнал в (6/0,25) = 24 раза.
Реальный коэффициент ослабления подбирается при настройке. Для этого служит резистор R5. Постоянное напряжение не должно подаваться на варикап, так как оно будет сбивать настройку несущей. Поэтому цепь частотной модуляции содержит разделительные емкости C13 и С16. Их значение рассчитывается так, чтобы цепь пропускала все звуковые частоты выше 20 Гц.
C = 1/(6,28 * 20 Гц * 10 кОм) = 0,8 мкФ,
принято с запасом C13 = C16 = 10 мкФ.
Цепь автоподстройки частоты
Цепь фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) воздействует на варикап так, чтобы подстроить частоту контура точно кратной частоте 100 кГц. Коэффициент кратности задается программируемым делителем частоты в микросхеме. Петля обратной связи образована внешними элементами
Внешняя часть петли ФАПЧ показана на рис. 2.7. Она работает следующим образом. Если из-за увеличения частоты ВЧ генератора возникла положительная разность фаз, фазовый детектор сформирует высокий уровень напряжения на выводе 7 PLLOUT (PLL PHASE DETECTOR OUTPUT). Это напряжение будет стремиться открывать транзистор VT1, включенный по схеме интегратора. Напряжение на коллекторе транзистора начнет падать, что приведет к снижению напряжения на варикапе, и к увеличению емкости варикапа. В результате резонансная частота контура ВЧ уменьшится, что скомпенсирует ее предыдущее увеличение.
Для качественной работы системы ФАПЧ нужно большое усиление в петле обратной связи. Это обеспечивается применением составного транзистора 2SD2142K с большим коэффициентом усиления по току (более 5000).
Чтобы не ухудшать девиацию частоты на частотах, входящих в звуковой диапазон и выше, петля ФАПЧ уже не должна подстраивать частоту.
Поэтому частоту единичного усиления интегратора нужно взять f0 = 1 Гц. Ниже этой частоты цепь ФАПЧ будет работать как интегратор, а выше - не будет оказывать влияния на частотную модуляцию.
Чтобы не требовалась большая емкость интегратора, выберем сопротивление базовой цепи R11 20 кОм. Тогда нужна емкость интегратора:
C = 1/(2pR11f0) = 1/(6,28 * 1 Гц * 20 кОм) = 7,8 мкФ,
выбираем C25 = 10 мкФ.
Рис. 2.7. Подключение цепи ФАПЧ к контуру ВЧ генератора
Электролитические конденсаторы с такой емкостью имеют значительную паразитную индуктивность, которая на частотах выше 10 кГц приводит к вредным эффектам. Во-первых, она ограничивает снижение емкостного сопротивления с ростом частоты, поэтому на частотах выше 10 кГц C25 фактически не будет работать и это может привести к росту усиления в цепи ФАПЧ. Конденсатор C24 предотвращает этот эффект.
Во-вторых, паразитная индуктивность может привести к самовозбуждению (генерации). Резистор R15 снижает добротность возможного паразитного контура и предотвращает самовозбуждение.
Минимальное напряжение на варикапе не может быть меньше, чем напряжение на коллекторе полностью открытого транзистора (напряжение насыщения).
Чтобы не снижать перекрытие по частоте, нужно, чтобы это напряжение не превышало 0,8 В (с запасом). По характеристикам транзистора можно найти, что это достигается при коллекторном токе менее 1 мА. Для задания такого коллекторного тока нужен резистор R17 с сопротивлением
R17 = VCC / 1 мА = 5 В/ 1 мА = 5 кОм.
Фильтр низких частот R16 C23 дополнительно подавляет любые колебания с частотой выше звуковой, которые могут привести к нежелательному расширению полосы частот радиосигнала. При выбранных параметрах частота среза фильтра
1/(2pR16C23) = 1/(2 * 3,14 * 3300 * 2,2 * 10-9) Гц = 21 кГц.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 306; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!