Расчет частного модулятора на варикапе

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 12Следующая ⇒

Схемы частных модуляторов различают главным образом способом связи варикапа с резонатором автогенератора. Наиболее типовые схемы – это транзисторный АГ по схеме Клаппа (рис. 3) и АГ с кварцем в контуре (рис.4).

Рис.3. Схема управляемого по частоте автогенератора по схеме Клаппа (а) и эквивалентная схема его контура(б).

Рис.4. Схема управляемого по частоте автогенератора с кварцем в контуре (а) и эквивалентная схема его контура (б).

Рис.5. Частотный модулятор (а) и его эквивалентная схема (б).

Расчет частного модулятора проведем для наиболее простой реализации схемы с емкостной связью (рис.5) на биполярном транзисторе по схеме Клаппа.

Варикап связан с колебательным контуром с помощью емкости Постоянное напряжение на варикап поступает от источника питания через делитель модулирующее напряжение – через разделительную емкость Схема успешно применяется, если где граничная частота транзистора. Если 0, 5 то используются корректирующую цепочку.

Рассмотрим порядок расчета частного модулятора.

1. Сначала рассчитывается автогенератор по методике, известной из расчета задающих генераторов. Определяются следующие параметры схемы:

· Амплитуда первой гармоники напряжения на базе

· Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе

· Коэффициент включения контура к выходу эмиттера транзистора p;

· Параметры контура L где суммарная емкость Б и Э; С- полная емкость контура, пересчитанная к индуктивности.

2. Потом следует выбрать варикап с возможно большей средней емкостью для уменьшения нелинейных искажений. Тогда и Максимальное значение ограничено двумя факторами:

· С ростом спадает граничная частота и, следовательно, его добротность для уменьшения влияния варика на стабильность необходимо, чтобы Q> 50…100;

· С ростом становиться нелинейной ДМХ модулятора.

3. Далее рассчитывается режим варикапа в следующей последовательности:

· Рабочий диапазон на варикапе – это диапазон напряжений, при которых p-nпереход закрыт: , где максимально допустимое напряжение. Напряжение выбирается произвольно при выполнении условий:

· Амплитуду модулирующих колебаний определяют из выражения по заданному и выбранному . Если U задано, то находят

· Полезное изменение емкости варикапа

· Коэффициент и рассчитывают, используя следующие зависимости: , .

· Амплитуда первой гармоники ВЧ напряжения на варикапе , где Значения и p(коэффициент связи контура с коллектором транзистора) известны из расчета автогенератора.

4. Затем определяется емкость и В соответствии с рис.5, (б)

, откуда ;

Порядок использования уравнений для расчета ЧМ на варикапе следующий: 1) ; 2) 3) 4) 5) 6) 7) / 8)

Пример. Рассчитать частотный модулятор со следующими параметрами: несущая частота относительная девиация частоты коэфицент гармоники диапазон модулирующих частот 300…3400 Гц. Схема ЧМ изображена на рис.5.

Из расчета автогенератора известны следующие его параметры: .

Выбираем варикап КВ104Е, емкость которого при и добротность на частоте 10 МГц (т.е. на частоте Предельные параметры варикапа: Степень нелинейности вольт-фарадной характеристики Чтобы смещение на варикап можно было подавать от источника коллекторного питания транзистора выбираем постоянное смещение на варикапе, близкое этому значению. Пусть тогда ;

Рассчитаем делитель в цепи смещения варикапа, учитывая следующие условия: 1) 2) Второе условие вводится для того, чтобы нагрузка источника модулирующего сигнала была постоянной в полосе частот Пусть тогда

Нелинейные искажения в ЧМ на варикапе характеризуются коэффициентом гармоник, определяемым выражением

где и - амплитуды первой и n-й гармоник.

Значение не должно превышать заданное (допустимое). Определим выражение для расчета его значения. Используя ВФХ варикапа Cδ (u п)= Cδ ( ) / , получаем

где - емкость варикапа при напряжении; - номинированная амплитуда модулирующих колебаний; – нормированная амплитуда ВЧ колебаний; - контактная разница потенциалов; v = 0, 2 … 1, 0 (обычно v = 1/3).

Учитывая, что обычно , представив функцию в виде степенного ряда, ограничившись первыми членами разложения и отбросив ВЧ составляющие, получим

;

Как видим, емкость варикапа изменяется во времени около среднего значения . Полезные изменения происходят с амплитудой . Нелинейные искажения определяются третьим слагаемым . Тогда

где ; ; .

Отсюда следует, что для получения минимального значения необходимо:

· Применять варикапы с возможно большими значениями степени нелинейности ВФХ v, т.е. с резкими и сверхрезкими переходами, где v =1;

· Увеличивать коэффициент вклада варикапа в суммарную емкость резонатора;

· Уменьшить девиацию частоты;

Основные достоинства модуляторов на варикапах: малые габаритные размеры, ничтожная мощность источника управляющего напряжения.

Недостатки таких модуляторов:

· При > 0 дифференциальное сопротивление R мало и шунтирует барьерную емкость, что затрудняет использование варикапа для управления частотой;

· Большой уровень нелинейных искажений и паразитной АМ связан с изменением добротности варикапа в процессе ЧМ.

Для уменьшения нелинейных искажений в ЧМ необходимо:

· Применять варикапы с возможно большим значением v (резкие и сверхрезкиеp-nпереходы);

· Применять высокодобротные контура;

· Уменьшить индекс модуляции M;

· Увеличивать коэффициент вклада варикапа в суммарную емкость контура.

На практике для получения малых выбирают = 1 и М = 15 … 20.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒