Генераторы, управляемые напряжением

Помимо автогенераторов, стабилизированных по частоте высокодобротными резонаторами, в радиосистемах широко применяются автогенераторы, перестраиваемые по частоте. Их называют генераторами, управляемыми напряжением (ГУН). Механизм их работы следующий.

Частота колебаний в автогенераторе, как известно, равна или близка к резонансной частоте резонатора со_рез = — ,.

где C_s — суммарная емкость контура. Если в резонатор включить варикап, г. е. диод с управляемой емкостью закрытого р-п перехода, то при изменении емкости варикапа С_в будет изменяться, а следовательно, резонансная частота.

В приложении 10 получена связь относительного изменения резонансной частоты Дсо с изменением емкости варикапа в случае, когда в качестве резонатора применен LC-колебательный контур

W

где АС_в — изменение емкости варикапа; К_и = —— коэффициент вклада варикапа в суммарную энергию электрического поля W_?, запасаемую в резонаторе; W_B — энергия, запасаемая в варикапе.

Поскольку

где U_B{ — амплитуда первой гармоники колебаний напряжения на варикапе; U_LX — амплитуда первой гармоники напряжения на контуре в точках соединения индуктивности L и суммарной емкости С_?, то Здесь

коэффициент включения варикапа в контур.

Варикап может быть включен в контур последовательно и параллельно (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Включение варикапа в 1, С-контур:

а — последовательное; б — параллельное При последовательном включении варикапа.

где С_кон — емкость контура без варикапа и.

В случае параллельного включения.

где р_в определяется с помощью выражения (4.24).

В соответствии с (4.22) полоса перестройки частоты зависит от относительного изменения емкости варикапа и коэффициента вклада К_а.

Относительное изменение емкости варикапа

Емкость варикапа зависит от напряжения в соответствии с вольт-фарадной характеристикой (ВФХ).

где С_и(0) — емкость варикапа при нулевом напряжении; ср_к — контактная разность потенциалов в диоде, ф_к = 0,5-И), 8 В; и — степень резкости р-п перехода (и = 0,5-н2).

Поскольку варикап включен в контур, то к нему, помимо управляющего напряжения U₀, приложено переменное напряжение с частотой со₀ и амплитудой (/_в1 (рис. 4.25). Если аппроксимировать ВФХ прямой линией, то.

с.

где к_с = —— — коэффициент перекрытия емкости, а.

^min.

Пренебрегая небольшим напряжением ф_к, запишем.

В случае полного использования ВФХ.

Очевидно, что для роста к_{с тах} следует увеличивать от;

^проб ношение —— и применять варикап с сверхрезкими р-п переходами, у которых и—> 2.

Коэффициент вклада варикапа в суммарную электрическую энергию, запасаемую в резонаторе

При последовательном включении варикапа в контур коэффициент его вклада к_в равен коэффициенту включения р_в, т. е.

Рис. 4.26. Электрическая схема ГУНа

В соответствии с (4.22) для увеличения полосы перестройки частоты коэффициент К_и, а следовательно, и U_Bi необходимо увеличивать. В то же время с целью повыше;

Дсо _тт

ния — за счет изменения емкости амплитуду U_Bi нужно.

®Р^ез

снижать, что очевидно из (4.25). Таким образом, сущест;

^г и Л

вует оптимальное отношение —sL_ _} при котором по;

V проб J_opt

лучается наибольший диапазон перестройки. В работе [4] показано, что при последовательном включении варикапа в контур

Аналогичная ситуация имеет место и в случае параллельного включения. При этом.

Схема ГУНа При построении ГУНов, как правило, используют схему емкостной грехточки, где варикап включается последовательно в индуктивную ветвь контура или параллельно ему. На рис. 4.26 приведена схема автогенератора с последовательным включением варикапа и коллектором, заземленным по переменному току.