CC BY
87
т
ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ НАСТРОИКИ РЕЗОНАНСНОГО КОНТУРА С ВАРИКАПАМИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ
Савченко Михаил Петрович,
Балтийский федеральный университет им. И. Канта,
Россия, г. Калининград,
Ключевые слова: резонансный контур, варикап, амплитудно-частотная характеристика нелинейного резонансного контура, стабилизация частоты настройки резонансного контура.
Старовойтова Ольга Владимировна,
Балтийский федеральный университет им. И. Канта,
Россия, г. Калининград,
Для ослабления нелинейности резонансного контура с варикапами широко применяется встречно-последовательное соединение (ВПС) пар варикапов [1]. ВПС идентичных варикапов позволяет ликвидировать чётные гармоники тока в контуре и существенно ослабить нелинейные эффекты, однако, даже в этом идеальном случае зависимость постоянной составляющей ёмкости ВПС от амплитуды сохраняется [2]. В результате резонансная частота контура меняется с изменением уровня сигнала [3]. С целью повышение стабильности частоты настройки резонансного контура при изменении амплитуды колебаний на варикапах предлагается ввести коррекцию напряжения смещения на такую величину, чтобы средняя за период колебания ёмкость ВПС оставалась неизменной при изменении амплитуды колебаний на контуре. Получено соотношение, устанавливающее связь между амплитудой колебаний и величиной напряжения коррекции для варикапов с резким переходом. Предложена блок-схема устройства автоматической стабилизации частоты настройки резонансного контура при изменении амплитуды колебаний.
Для цитирования:
Савченко М.П., Старовойтова О.В. Автоматическая стабилизация частоты настройки резонансного контура с варикапами при изменении амплитуды колебаний // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. Том 9. - №3. -С. 13-15.
For citation:
Savchenko M.P., Starovoitova O.V. Automatic frequency control stabilization of a resonant contour with varactors at signal amplitude changing. T-Comm. 2015. Vol. 9. No.3. Рр. 13-15. (in Russian).
T-Comm Vol.9. #3-201 5
У
ЭЛЕКТРОНИКА. РАДИОТЕХНИКА
Получим необходимые соотношения. Варикап в контуре находится под воздействием постоянного напряжения смещения Е и гармонического с амплитудой ит
н„= Е - итсоясо/. (I)
Эквивалентная ёмкость ВПС идентичных варикапов по первой гармонике может быть представлена [2] в общем случае выражением
С^и^ ЩС0Э(Е)/(Хт), (2)
где Си')(Е) - эквивалентная ёмкость ВПС варикапов при ит=0, х„=ит/(Е+<рк) - относительная амплитуда колебания на одном варикапе, (рк - контактная разность потенциалов р-п перехода варикапа, /(х,,,) - функция, определяемая вольт-фарадной характеристикой варикапов. Для хт=0 функция /(хг^=1. Увеличение амплитуды Цт при Е=со>ш вызывает рост х„, и /(хп1), Соответственно растёт эквивалентная ёмкость ВПС, что в свою очередь, приводит к уменьшению резонансной частоты контура 1
" 4Щ
Для снижения зависимости £Цр от амплитуды колебаний введём коррекцию напряжения смещения Е на такую величину ДЕ, чтобы эквивалентная ёмкость ВПС оставалась постоянной при изменении ит. Связь между ит и АЕ можно найти из уравнения
Сэ{Еъ) = Сэ(Е,иа) (3)
где Е[\— смещение на варикапах при (Уп,= 0, а £=Е„-АЕ.
Для варикапов с резким р-л переходом в работе [2] получено следующее выражение, описывающее эквивалентную ёмкость ВПС идентичных варикапов по первой гармонике
( \У
СЭ<£,У^ = С0Э(£^1-^ \ {4)
где С(п(Е)=0.5Си(Е), С„(Е) - ёмкость одного варикапа в отсутствие переменного напряжения. Согласно [4] варикапы этого типа хорошо аппроксимируется выражением
С0(£) = С;
е + Рк
/2
(5)
\Е+<рк
где С1: - ёмкость р-п перехода, измеренная при значении напряжения Е= Е0 (указывается в паспорте варикапа).
Для ит~ 0 при£=£() из (4) следует
С)(Ец)=С<>;(Ео).
Уравнение (3) с учётом (4), (6) примет вид
Г I ~лу>
Учитывая, что Е,гЕ+ Д£, из выражения (5) получим
, ч-Х ( \/2
стщ+т=-с£
е+<ру.
АЕ Е+(рК
Е+ ДЕ+ т.,
\ к /
Подставив(8) в(7)получим
АЕ _ 1 2
Принимая во внимание обозначение для хт получим
(6)
(7)
(8)
из
и
(9) (9)
(10)
На рисунке I представлена одна из возможных схем компенсации влияния амплитуды колебаний на частоту настройки контура с варикапами. Колебательный контур включает в себя катушку индуктивности 1_ и соединённые встречно-последовательно варикапы УЭI, УР2. Для управления варикапами по постоянному напряжению предусмотрены две раздельные цепи с входами в точках Е1 и Е2 с сопротивлениями подачи напряжения смещения на варикапы 21(ш) и 22(ш) соответственно. Для тока с частотой колебаний в контуре со сопротивление 21(м)=ао, '¿2(и>)-0, а для постоянного тока и модулирующих частот Ъ\ и ¿2 имеют конечную величину.
Входной сигнал и,К поступает в контур через разделительную ёмкость СI и создаёт в нём гармонические колебания и с амплитудой напряжения на контуре Ц(со), выходной сигнал г/аь1Ч с амплитудой иеых=ки (где к<\) отводится через ёмкость С2. Этот сигнал детектируется амплитудным детектором АД, на выходе которого создаётся напряжение икривых (где £д<1). Зная коэффициенты к и кл выражение (10) представим в следующем виде Цд/Ъ!
Д £ = -
[ккд}{Е^
и.
(II)
Для создания напряжения (I I) в схему введены интегральный делитель напряжения ИДН, аналоговый перемножитель АП, сумматор напряжений X и резисторы
111-416.
Вх
С1
V уш
¿1(0))
I. > "
Вых
С2 I
Е1
Л ™2
Е2 —о
АЕ
22{Ш)
1.
АД
ЛИ
КЗ
и
X
м
ИДИ
с ккпуь
К5
И2
Л4
Х.1
3-е
Кб
Рис. I, Блок-схема устройства автоматической стабилизации частоты настройки резонансною контура для варикапов с резким р-п переходом: АД — амплитудный детектор; ИДН - интегральный делитель напряжения У=[С/д'32]/[(Мд)2Х(£+^„)]; АП - аналоговый перемножитель Z=YxUд; £ - сумматор напряжении
С выхода АД напряжение подаётся на первый вход АП, выпопненного по известной схеме [5], и через делитель напряжения 1:32 на резисторах Щ,- К2 на первый вход ИДН, выполненного по схеме [5]. На второй вход
Т-Сотт Том 9. #3-2015
т
ИДН подаётся напряжение (ккя)2х(Е+<рх), полученное в сумматоре напряжений Е, выполненном по схеме [5]. На входы сумматора £ подаются ослабленные в (ккл)2 раз на резистивных делителях КЗ, КБ и К4, Кб соответственно напряжения Е и -<рК. Величина напряжения <рК для кремниевых варикапов составляет 0,6-Ю,8В [4]. С выхода ИДН напряжение величиной [(7/32]/[(ААд)2х(£+^)] подаётся на второй вход АП, где перемножается с напряжением ил. С выхода АП напряжение (I I) в полярности противоположной напряжению Е подаётся на второй вход Е2 цепи управления варикапами.
В результате, отрицательное влияние амплитуды колебаний 8 контуре с варикапами на частоту настройки колебательного контура, ослабляется. Аналогичным образом можно решить задачу для других типов варикапов [2].
ELECTRONICS. RADIO ENGINEERING
Литература
1. Лабутин В.К. Частотно-избирательные цепи с электронной настройкой. - М.-Л., Издательство «Энергия», 1966. - 208 с.
2. Кулешов В.Н., Савченко М,П. Эквивалентная ёмкость ВПС варикапов И Радиоэлектроника. - 1988. - №2. - С. 71-74. {Изв. высш. учеб. заведений).
3. Кулешов В.Н., Савченко МЛ. Неизохронность автогенератора с встречно-последова-тельно соединёнными варикапами И Радиотехника. - 1986. - №9. - С. 38-40.
4. Савченко М.П., Карпинская ТА Эквивалентная схема и параметры УКВ варикапов // Радиотехника. - 1985. - №11. -С.24-27.
5. Якубовский C.B., Барканов H.A., Кудряшов. Аналоговые и цифровые интегральные схемы и др.; Под ред. C.B. Якубовского. - М.: Сов. радио, 1979. - 336 е., ил. (Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на интегральных микросхемах).
AUTOMATIC FREQUENCY CONTROL STABILIZATION OF A RESONANT CONTOUR WITH VARACTORS AT SIGNAL AMPLITUDE CHANGING
Savchenko M.P., Kaliningrad, Russia, [email protected] Starovoitova O.V., Kaliningrad, Russia, [email protected]
Abstract
Varicap pairs connected in series opposition are widely used to reduce the nonlinearity of the varicap tuned resonant circuit. It allows eliminating even harmonics in the circuit, however, the constant capacitance of varicaps connected in series opposition still depends on signal amplitude and thus, resonant circuit tuning frequency depends on it, too. It is proposed to use bias voltage correction value, so that the average for the period of oscillation capacitance of varicaps connected in series opposition remains constant at varying amplitude of oscillation. Therefore, the frequency dependence on signal level is eliminated. The result is a ratio establishing the link between amplitude of the oscillations and the bias voltage correction value for varicaps with an abrupt junction. A flow chart of the automatic stabilizer of resonant circuit tuning frequency at varying amplitude of oscillation is represented.
Keywords: resonant circuit, varicap, amplitude-frequency characteristic of the nonlinear resonant circuit, stabilization of the tuning frequency of the resonant circuit.
References
1. Labutin V.K. The frequency-selective circuits with electronic tuning. Moscow: Publishing House "Energy", 1966. 208 p. (in Russian).
2. Kuleshov V.N., Savchenko M.P. Equivalent capacitance UPU varicaps / Radioelektronika, 1988. No 2. Pp 71-74. (Proceedings of the higher educational institutions). (in Russian).
3. Kuleshov V.N., Savchenko M.P. Nonisochronism oscillator with UPU varicaps / Radiotekhnika, 1986. No 9. Pp 38-40. (in Russian).
4. Savchenko M.P., Karpinskaya T.A. Equivalent circuit and parameters VHF varicaps / Radiotekhnika, 1985. No 11. Pp 24-27. (in Russian).
5. Jakubowski S.V., Barkanov N.A., Kudryashov B.P., etc. Analog and digital integrated circuits. Moscow: Sov.radio, 1979. 336 p. (Design of radioelectronic equipment on integrated circuits). (in Russian).
Information about authors:
Savchenko M.P., Immanuil Kant Baltic Federal University,Kaliningrad, Russia Starovoitova O.V., Immanuil Kant Baltic Federal University, Kaliningrad, Russia
For citation:
Savchenko M.P., Starovoitova O.V. Automatic frequency control stabilization of a resonant contour with varactors at signal amplitude changing. T-Comm. 2015. Vol. 9. No.3. Pp. 13-15. (in Russian).
T-Comm Vol.9. #3-20 i S
