Генераторы высокой частоты
Высокочастотные измерительные генераторы (генераторы ВЧ) пред-назначаются для испытаний и наладки радиоустройств (входных цепей, усилителей высокой и промежуточной частот радиоприемников), питания измерительных схем, снятия амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников и т. п.
Они генерируют как синусоидальные, так и модулированные по амплитуде и частоте колебания.
С целью уменьшения взаимосвязей отдельных элементов генератора, влияющих на стабильность его работы, устранения или сильного ослабления влияния внешних паразитных электромагнитных полей, а также «пролезания» генерируемых колебаний помимо
выходного устройства все узлы и блоки генератора тщательно экранируют.
На рис. 5-6 приведена структурная схема типового генератора сигналов высокой частоты.
Важнейшим узлом прибора является задающий генератор, который служит для создания синусоидальных колебаний в заданном диапа-зоне частот.
К нему предъявляют два основных требования: высокая стабиль-ность частоты и «чистота» формы генерируемых колебаний.
Для удовлетворения этих требований задающий генератор наи-более часто выполняют по схеме LC-генератора с так называемой электронной связью между анодной и сеточной цепями (по схеме Шембеля-Доу). Колебательные контуры генератора выполняют из высокодобротных деталей. В схеме применяется температурная ком-
пенсация нестабильности частоты или термостабилизация элементов контуров. Лампа задающего генератора ставится в облегченный режим. Возможно выполнение ЗГ и на транзисторе.
Перестройка частоты задающего генератора в пределах поддиа-пазона производится изменением емкости переменного конденсатора колебательного контура. Переключение поддиапазонов осуществляется сменой катушек индуктивности контуров. Обычно эти элементы колебательных контуров задающего генератора сопряжены с аналогичными элементами анодного (коллекторного) контура буфферного усилителя — модулятора.
Буферный усилитель генератора обычно строят по схеме резонанс-ного усилителя с LС-контуром. Он уменьшает реакцию задающего генератора на изменение внешней нагрузки и усиливает напряжение колебаний, поступающих от задающего генератора. Иногда буферный усилитель выполняет роль умножителя частоты (Г4-7Л).
В некоторых типах генераторов Г4 регулировка уровня напряжения, подаваемого на выходные аттенюаторы, осуществляется в буферном каскаде. Так, например, в Г4-18А этот уровень регулируется путем изменения постоянного напряжения на экранной сетке лампы усилителя-модулятора. На эту же сетку в режиме амплитудной модуляции через разделительную емкость подается переменное модулирующее напряжение низкой частоты от внутреннего или внешнего источника.
Внутренние источники модулирующего напряжения, применяемые в генераторах ВЧ, чаще всего являются генераторами синусоидальных колебании низкой частоты (400 или 1000 Гц). Однако это могут быть и импульсные генераторы (как, например, в генераторах ГЗ-8, Г4-9).
Система аттенюаторов (плавный и ступенчатый аттенюаторы и выносной делитель, рис. 5-6) служит для плавной и ступенчатой регулировки выходного сигнала.
Примечание. f — установленное по шкале генератора значение ча-стоты; НГ — непрерывная генерации; AM — амплитудная модуляции; ЧМ — частотная модуляция; ИМ — импульсная модуляция.
Контрольные приборы предназначаются для измерения параметров выходного сигнала (например, выходного уровня и коэффициента
глубины модуляции).
В настоящее время выпускаются генераторы типов Г4-18А, Г4-42,Г4-45 и др.
Основные характеристики некоторых высокочастотных генераторов даны в табл. 5-2.
Импульсные генераторы
Импульсные генераторы — источники импульсных сигналов различной формы — применяются при испытаниях, регулировках и на-стройках импульсных электронных устройств, при снятии переходных
характеристик отдельных узлов и всей схемы; используются в качестве источников, модулирующих напряжение в генераторах сверхвысоких частот, и т. д.
Наибольшее применение находят измерительные генераторы перио-дической последовательности прямоугольных импульсов, общая структурная схема которых представлена на рис. 5-7.
В этой схеме задающий генератор ЗГ вырабатывает напряжение, частота которого регулируется в заданных пределах, и определяет частоту следования импульсов выходного сигнала. Наиболее часто —это блокинг-генератор или мультивибратор, реже — генератор синусоидальных колебаний RС-типа.
Формирующее устройство вырабатывает прямоугольные импульсы различной длительности. В состав формирующего устройства могут входить ограничители, линии задержки, ждущие блокинг-генераторы и мультивибраторы, фантастроны, триггеры и т. п.
Выходное устройство необходимо для согласования генератора с нагрузкой и содержит обычно инвертирующий каскад и катодный (эмиттерный) повторитель, что позволяет на низкоомной нагрузке (50, 75, 150, 200 Ом) получать импульсы обеих полярностей. Выходное устройство содержит также делители напряжения для регулирования напряжения выходных импульсов.
Измерители параметров выходного сигнала предназначаются для измерения высоты, а иногда и для контроля формы импульсов выход-ного сигнала.
Генераторы могут иметь вспомогательные устройства — схему внешнего запуска и выход импульсов синхронизации.
Схема внешнего запуска позволяет синхронизировать частоту следования выходных импульсов напряжением внешнего генератора и, как правило, имеет усилительный и инвертирующий каскады.
Импульсы на выходе синхронизации, несколько опережающие импульсы на основном выходе генератора, часто используют для запуска внешних приборов (например, осциллографа).
Один из способов формирования периодической последователь-ности прямоугольных импульсов поясняется рис. 5-8 и 5-9.
Как уже отмечалось, формирующее устройство в измерительном генераторе выполняет две задачи: задержку фронта импульсов основного выхода относительно фронта импульсов на выходе синхронизации и формирование прямоугольных импульсов основного выхода (импульсов заданной длительности, с крытыми фронтами и срезами и плоскими вершинами). Поэтому оно включает схемы задержки и формирования импульсов.
Время задержки импульсов на основном выходе относительно импульсов синхронизации (рис. 5-8) либо плавно регулируется (переключатели В1 в положении 1), либо фиксированно (переключатели В1 в положении 2).
В первом случае импульс, выработанный задающим генератором в момент времени t0, запускает одновибратор. Последний выдает прямоугольный импульс, длительность которого (τ3 = t1 — t0) устанавливается оператором. Этот импульс дифференцируется RС-цепочкой, в результате чего образуются два остроконечных импульса: отрицательный, фронт которого соответствует времени t0, и положительный, фронт которого соответствует времени среза импульса t1. Отрицательный импульс ограничивается диодным ограничителем, а положительный поступает на ждущий блокинг-генератор, который запускается и выдает короткий импульс с крутым фронтом. Этим импульсом запускается схема формирования, выходных прямоугольных импульсов. Таким образом, фронт выходного импульса оказывается задержанным относительно фронта выходного синхронизирующего импульса на время τ3. Во втором случае импульс от задающего генератора задерживается искусственной линией задержки на время 0,2—0,5 мкс.
Схема формирования прямоугольных импульсов (рис. 5-9) рабо-тает следующим образом. Задержанный импульс со схемы задержки поступает на ждущий блокинг-генератор. Блокинг-генератор выраба-тывает короткий импульс с очень крутым фронтом. Этот импульс поступает на две цепи: на двусторонний ограничитель 1 и на катодный повторитель.
Ограничитель 1 формирует из поступившего импульса короткий
прямоугольный импульс определенной высоты. Этим импульсом запу- скается ждущий блокинг-генератор широкого импульса. Так как запуск производится импульсом с фиксированной, относительно небольшой высотой, в начале импульсов нет выбросов вершины. Крутизна фронта широкого импульса, формируемого ждущим блокинг-генератором широкого импульса, определяется крутизной запускающего импульса.
- 
Параметры этого блокинг-генератора подобраны такими, чтобы дли-тельность его импульса τш.и была больше максимальной требуемой длительности выходных импульсов (например, в приборах Г5-8 и Г5-15 при максимальной длительности выходных импульсов 10 мкс длительность τш.и = 12÷15 мкс).
Нужная длительность выходных импульсов обеспечивается срывом работы блокинг-генератора широкого импульса в момент времени t2. Срыв работы блокинг-генератора происходит потому, что в момент t2 выход блокинг-генератора широкого импульса шунтируется электрон-ным ключом. Такой метод позволяет получить импульсы нужной дли-тельности с крутым срезом. Момент срыва t2 определяется временем задержки, установленным на искусственных линиях задержки.
Сформированные таким образом импульсы с крутыми фронтами и срезами поступают на ограничитель 2, где выравниваются («срезаются»)вершины, и затем на выходное устройство.
Измерители высоты импульсов 1 многих импульсных измерительных генераторов строятся по схемам, реализующим метод сравнения измеряемой высоты импульсов с образцовым напряжением.
Рисунки 5-10 и 5-11 поясняют принцип действия одного из вариантов таких измерителей.
Измеритель высоты импульсов (рис. 5-10) содержит сравнивающее устройство (диод Д, импульсный трансформатор Тр), источник
образцового напряжения (переменный резистор R, подключенный к стабилизированному напряжению UCT) и индикатор равенства изме-ряемого и образцового напряжений. Индикатор равенства — неоно-вая лампа HЛ — для повышения чувствительности измерителя (и тем самым точности измерения) подключен к выходу сравнивающего устройства через усилитель импульсов и одновибратор — расширитель импульсов сравнения. Применение расширителя импульсов позволяет сделать чувствительность индикатора равенства практически независимой от длительности измеряемых импульсов.
Измеритель высоты импульсов работает следующим образом.
Первоначально образцовое напряжение устанавливают максимальным (Uо.макс; рис. 5-11, 2) и заведомо большим высоты импульсов, поступающих на вход измерителя (рис. 5-11, 1).
Поскольку образцовое напряжение U0.макс включено встречно и больше высоты импульсов Um, сравнивающий диод Д закрыт, через первичную обмотку трансформатора ток не проходит и на его вторичной обмотке нет напряжения. Одновибратор находится в состоянии устойчивого равновесия, которое характеризуется низким напряже-нием между точками подключения электродов неоновой лампочки HЛ1 и она не горит. Затем образцовое напряжение с помощью резистора R снижают до величины U0, несколько меньшей высоты импульсов Um (рис. 5-11).При этом на время действия импульсов диод Д открывается и через первичную обмотку трансформатора протекают импульсы тока (рис. 5-11, 3). Во вторичной обмотке трансформатора индуцируются импульсы напряжения (t2, которые после усиления в нужной полярности поступают на одновибратор и переводят его в неустойчивое состояние, характеризующееся резким повышением напряжения на неоновой лампе. Неоновая лампа загорается, что свидетельствует о примерном равенстве высоты импульсов Um и образцового напряжения U0. После возвращения одновибратора в исходное положение лампа гасится(момент t2).
В момент прихода следующего импульса (t3) лампа снова вспых-нет, затем погаснет и т.д. Поскольку минимальная частота повторения импульсов обычно превышает 10 Гц, свечение неоновой лампы воспринимается как немигающее. Значение образцового напряжения (а следовательно, и высоту импульсов) можно определить по шкале резистора R, заранее градуированного в значениях напряжения.
С помощью рассмотренного измерителя можно не только измерять высоту импульсов, но и устанавливать ее определенное значение. Для этого первоначально уменьшают высоту импульсов до нуля, устанавливают по шкале резистора R нужное напряжение и плавно повышают высоту импульсов до момента зажигания индикаторной лампы. Очевидно, что при этом установленная высота импульсов примерно равна образцовому напряжению.
Относительная погрешность измерения и установки высоты импуль-сов подобными измерителями обычно не превышает ±10%.
Таблица 5-3
Продолжение таблицы 5-3
Основные характеристики некоторых генераторов импульсов при-
ведены в табл. 5-3.