Стабилизация частоты возбудителя. Структурная схема возбудителя.

В диапазоне метровых волн основным, а часто и единственным, видом сигнала является телефонный сигнал с частотной модуляцией, ширина спектра частот которого достигает 16¸18 кГц. При этом допустимая относительная нестабильность рабочих частот возбудителя достигается порядка d = 10^–4 (Dfнест - единицы кГц). При такой нестабильности частоты в качестве возбудителей можно использовать автогенератор, генерирующий колебания рабочих частот в заданном диапазоне и плавно перестраиваемый в этом диапазоне частот (генератор плавного диапазона). Частота такого автогенератора определяется величинами параметров задающего колебательного контура Lк и Ск

,

где f - частота генерируемого колебания; Lк - индуктивность задающего контура автогенератора; Ск - емкость задающего контура автогенератора.

Обеспечить высокую стабильность частоты задающего колебательного контура автогенератора - это, прежде всего, обеспечить стабильность его параметров Lк и Ск (отсюда - параметрическая стабилизация частоты).

Факторами, определяющими нестабильность параметров катушек
индуктивности и конденсаторов, являются изменения температуры, влажности и
давления окружающей среды и другие. Основным из них является изменение
температуры. Это объясняется тем, что все материалы имеют вполне
определённый температурный коэффициент линейного расширения, определяющий
изменение геометрических размеров деталей, в том числе катушек индуктивности
и конденсаторов. Изменение размеров приводит к изменению величин L и С. Для характеристики влияния изменений окружающей температуры на параметры колебательного контура введены понятия температурных коэффициентов индуктивности a_L (ТКИ) и ёмкости a_C (ТКЕ). Они численно равны относительным изменениям индуктивности или ёмкости при изменении температуры на 1°С :

a_L = DL / L×Dt°; a_С = DС / С×Dt°,

где DL (DС) - абсолютное изменение индуктивности (емкости) при изменении температуры на определённую величину температуры Dt°. L(С) -номинальное значение индуктивности (ёмкости) при заданной температуре.

Для повышения стабильности частоты автогенератора необходимо стремиться к уменьшению ТКИ и ТКЕ. Это достигается технологическими путями.

Однако, применение этих методов не позволяет свести к нулю ТКИ и ТКЕ, следовательно, с изменением температуры будет изменяться и частота автогенератора, что характеризуется температурным коэффициентом частоты ТКЧ

a_f = -(a_L + ac)/2.

Для того, чтобы свести ТЧК к 0, необходимо выполнить условие: a_L= - a_C. Выполнить это условие можно за счет введения в контур автогенератора конденсаторов с отрицательным ТКЕ (тикондовые конденсаторы), поскольку индуктивность с ростом температуры обычно увеличивается и ТКИ имеет положительное значение. Такой способ стабилизации частоты называется термокомпенсацией;

Рис. Примеры включения в контур тикондовых конденсаторов.

В некоторых случаях для устранения внешних влияний контуры автогенераторов или автогенераторы в целом герметизируют или помещают в термостаты, где поддерживается постоянная температура (термостабилизация).

Ослабление механических воздействий на частоту достигается жесткостью конструкции отдельных элементов и автогенератора в целом. Чем выше частота автогенератора, тем более высокие требования предъявляются к механической жесткости конструкции.

Применяются и другие способы повышения стабильности частоты автогенератора:

- применение двухконтурной схемы автогенератора с электронной связью между контурами (схема Шембеля);

- применение стабилизированных источников питания;

- меры по ослаблению влияния активного элемента автогенератора (лампы, транзистора) на режим работы каскада и других.

Весь комплекс вышеперечисленных мер параметрической стабилизации частоты позволяет получить относительную нестабильность частоты автогенератора порядка 10⁴. что является достаточным для генераторов плавного диапазона. Такие генераторы используются в качестве возбудителей в маломощных радиостанциях метрового диапазона Р-159, Р-111, Р-123, а также в качестве вспомогательных генераторов в возбудителях современных радиостанции.

Однако в возбудителях радиостанций KB - диапазона при использовании однополосной и других видов модуляции необходимо обеспечить более высокую стабильность частоты порядка 10^–6 ¸ 10^–7. Такую стабильность частоты может обеспечить кварцевая стабилизация частоты.

В кварцевых автогенераторах вместо задающего колебательного контура применяют кварцевый резонатор. Кварц - это кристаллический минерал естественного или искусственного происхождения, который характеризируется постоянством свойств, высокой упругостью и большой твердостью. Пластинку, вырезанную определенным образом из кристалла кварца, помещенную между двумя металлическими электродами и закрепленную с помощью кварцедержателя, называют кварцевым резонатором. Кварцевый резонатор имеет вполне определенную резонансную частоту, на которой он эквивалентен колебательному контуру LC. Если такой кварцевый резонатор включить в схему автогенератора в качестве задающего колебательного контура, то автогенератор будет генерировать колебания с частотой, равной резонансной частоте кварцевого резонатора. Причем стабильность частоты такого колебания будет очень высокой.

Однако кварцевый автогенератор работает только на одной фиксированной частоте, поэтому без дополнительных устройств он не может быть использован в качестве возбудителя, работающего в определенном диапазоне частот и обеспечивающего большое количество рабочих частот с заданным интервалом между частотами. Поэтому современные возбудители представляют собой сложное устройство, структурную схему которого рассмотрим в следующем вопросе.