Генератор качающейся частоты Советский патент 1985 года по МПК H03B23/00 

1

Изобретение относится к радиоизмерителям и может быть использовано в панорамных измерительных приборах.

Целью изобретения является повышение стабильности начальной частоты и уменьшение паразитной амплитудной модуляции.

.На фиг,1 представлена структурная электрическая схема генератора качающейся частотыj на фиг.2 временные диаграммы его работы.

Генератор качающейся частоты (ГКЧ) содержит мультивибратор 1, генератор 2 линейно изменяющегося напряжения, фильтр 3 высоких частот, переключатель 4, интегратор 5, первый инвертор 6, одновибратор 7, триггер 8, первый сумматор 9, второй сумматор 10, источник 11 напряжения смещения, второй инвертор 12, первый генератор 13, второй генератор 14,. смеситель. 15, фильтр 16 нижних частот, ключ 17, частотный детектор 18, дифференциатор 19 и формирователь 20 импульсов.

Генератор работает следующим образом.

При включении ГКЧ мультивибратор 1 начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с скважностью Q 3 2..

На фиг.2о, представлена форма сигнала на первом выходе мультивибратора, а на фиг. на втором вьрсоде. Передним фронтом импульсов с первого выхода мультивибратора запускается генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), а задним фронтом колебания срываются (фиг.2|).

Периоды возрастания напряжения с ГЛИН () чередуются с периодами отсутствия напряжения ( Указанный сигнал поступает на фильт 3 высоких частот, где спектр сигнала освобождается от постоянной составляющей. Напряжение с его выхода проходит через открытый по первому входу переключатель 4 на интегратор 5, сигнал на выходе которого имеет вид, показанный на фиг.2г. Из эпюры следует, что напряжение указанного сигнала в период времени tj-tj плавно убьюает от положительного до отрицательного значения, переходя через нулевой уро вень.

572

Передача сигнала с выхода переключателя 4 обеспечивается следующим образом. В момент включения устройства напряжение на выходе интегратора 5 равно нулю, на выходе первого инвертора 6 - логической 1 Последнее вызывает срабатывание одновибратора 7, устанавливающего по первому входу триггер 8 в состояние

с логического О на выходе. Низкий потенциал подается на управляющий вход переключателя 4, обеспечивая передачу сигнала с его первого входа. Напряжение с выхода интегратора

5 поступает также на первый вход первого сумматора 9. На второй вход первого и первый вход второго сумматоров 9 и 10 поступает опорное напряжение с выхода источника 11 напряжения смещения. На вторрй вход первого сумматора 9 через второй инвертор 12 и на первьй вход второго сумматора 10 непосредственно подается линейно возрастающее напряжение с выхода ГЛИН 2. Таким образом, в периоды tj-tj на выходах первого сумматора 9 имеется напряжение смещения и. обеспечивающее положение рабочей точки первого генератора 13 на середине зависимости частоты генерации от управляющего напряжения и напряжения поиска (фиг.2 г) с выхода интегратора 5. Последнее обеспечивает небольшую перестройку первого генератора 13 вверх и вниз относительно

f(UcM) fc,

где fв частота первого генератора 13 при напряжении управления , равном и. На втором входе второго сумматора 10, идентичного первому, имеется напряжение смещения Uc при котором его частота генерации равна f (Utp,)

f I . о.

На первом входе второго сумматора 10 напряжение в период to-t отсутствует (фиг.2Ь), Очевидно, что вследствие практической невозможности достичь полной идентичности и термостабильности первого и второго генераторов 13 и 14

f(Ue«) (и,„).

Поэтому разностная частота fo(U) fo-fo на выходе смесителя 15, выделенная полосовым фильтром 16, недостаточно стабильна.Сигнал с частотой fo-f модулируется по частоте напряжением поиска с выхода интегратора 5.

Частотно-модулируемый сигнал поступает через открытый в период импульсом с второго выхода мультивибратора 1 ключ 17 на вход частотного детектора 18,

Центральная частота fot.a. частотного детектора 18 устанавливается, исходя из конкретных технических требований к устройству. Указанная на фиг.2t форма напряжения поиска и обеспечивает в период (), (tj-tj) и т.д. монотонное увеличение частоты fo первого генератора 13.

Поэтому частота fp разностного сигнала также повышается. Поданный на вход частотного детектора 18 частотно-модулированный сигнал приводит к появлению на выходе частотного детектора 18 импульса, форма которого подобна форме детекторной характеристики частотного детектора 18 (фиг.2а).

Этот импульс подается на вход дифференциатора 19, на выходе которого появляется сигнал, состояпщй из начального отрицательного колоколообразного выброса, положительного трапецеидального участка и второго отрицательного колоколообразного выброса (фиг.2с). Положительный трапецеидальный участок запускает формирователь 20 импульсов, импульс с выхода которого перебрасывает триггер 8 в состояние с логической 1 на выходе

Потенциал, соответствующий логической 1, с выхода триггера 8, поступает на управляющий вход переключателя 4 и переводит его в состояние передачи сигнала с второго входа. Тогда напряжение частотного детектора 18 через интегратор 5 подается на первый вход первого сумматора 9, а поисковое напряжение отключается. Поскольку в данный момент разностная частота находится в зоне захвата системы автоподстройки частоты, рассмотренная структура стабилизирует значение разностной частоты.

-° ° ° ° 9

вблизи центральной частоты fot«детекторной характеристики. Таким

образом, осуществляется захват после включения и стабилизации начальной разности частоты „ генератора.

В период t,-tj ключ 17 запирается, напряжение на частотный детектор 18 не подается. Напряжение с выхода интегратора 5 приближается к его значению в период .

Одновременно на первый вход второго сумматора 10 подается линейно возрастающее напряжение. Второй, инвертор 12 изменяет полярность указанного напряжения на обратную и подает его на второй вход первого сумматора 9. Данные сигналы вызывают снижение напряжения на управляющем входе первого генератора 13 и увеличение его на управляющем входе второго генератора 14, При этом частота первого генератора

13повьппается, а второго генератора

14понижается. Таким образом, в момент tj достигается максимальная расстройка частот: fj для первого генератора 13 и f для второго генератора 14. Тогда разностная частота на выходе смесителя 15 составляет

.

Устройство выдает сигнал с перестраиваемой частотой f, - ft в момент t , до f f -fj, для Фильтр 16 нижних частот подавляет сигнал суммарной нерабочей частоты, имеющейся на выходе смесителя 15.

Сигнал с разностной (рабочей) частотой устройства, изменяющейся в указанных пределах, подается к клемме 21 Выход. Пилообразное напряжение, синхронное с изменением частоты выходного сигнала устройства, поступает на клемму 22 Синхронизация ГКЧ и может быть использовано, например, в электронно-лучевой трубке панорамных измерительных приборов, в состав которы входит ГКЧ.

Возможны случаи срыва автоподстройки частоты fg мощными импульсами помех либо в результате кратковременного выключения устройства. Тогда напряжение на выходе интегратора 5 убывает до нуля, потенциал с первого инвертора 6 повышается, одновибратор 7 срабатывает, сбрасывая по первому входу триггер 8. На выходе триггера 8 появляется логический О, приводящий переключатель 4 в

состояние передачи сигнала с первого входа. Затем повторяется процесс автоматического поиска и автопод- . стройки.

В связи с невозможностью построения первого и второго генераторов 13 и 14 с постоянной глубиной положительной обратной связи перестройка частоты генераторов 13 и 14 сопрвождается изменением амплитуды колебаний сигнала на их выходах. При не слишком высоких коэффициентах перестройки зависимость амплитуды первого и второго генераторов 13 и 14 от частоты можно аппроксимировать прямой линией,

В предложенном ГКЧ достаточно высокая девиация частоты обеспечивается биениями по частоте первого и второго генераторов 13 и 14, которые незначительно перестраиваются

На фиг.2зк Представлены зависимости амплитуд первого и второго генераторов 13 и 14 от частоты. Повьшение частоты сопровождается снижением амплитуды колебаний.

На фиг.2 показаны зависимости нормированных амплитуд колебаний (I ,и II) первого и второго генераторов 13 и 14 от напряжения управления UY .Рост Uy, сопровождается повышением частоты и понижением амплитуды первого генератора 13, а также ростом амплитуды и понижением частоты второго генератора 14.

Амплитуда напряжения с выхода смесителя 15, как известно, пропорциональна произведению амплитуд входных сигналов. Указанное произведение амплитуд для фиксированных значений U изображено кривой III на фиг.2, (кривая получена путем перемножения ординат нормированных зависимостей I и II). Следовательно,

использование структуры, изменяющей частоты первого и второго генераторов 13 и 14 вверх и вниз соответственно, и вьщеление биений позволяют не только обеспечить значительное перекрытие по частоте, но и снизить паразитную амплитудную модуляцию выходного сигнала ГКЧ.

ГЕНЕРАТОР КАЧАЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ, содержащий последовательно соединенные первый генератор, смеситель, фильтр нижних частот и ключ, первый и второй инверторы, фильтр высоких частот,переключатель, частотный детектор и второй генератор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности начальной частоты и уменьшения паразитной амплитудной модуляции, в него введены последовательно соединенные интег-. ратор и первый сумматор, последовательно соединенные одновибратор и триггер, последовательно соединенные мультивибратор, генератор линейно изменяющегося напряжения и второй сумматор, источник напряжения смещения, последовательно соединенные дифференциатор и формирователь импульсов, при этом вход второго инвертора подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход - к второму входу первого сумматора, третий вход которого объединен с вторым входом второго сумматора и подключен к выходу источника напряжения смещения, первый вход переключателя подключен к выходу фильтра высоких частот, второй вход переключателя соединен с входом дифференциатора и подключен к выходу частотного детектора, уп- § равляющий вход переключателя подключен к выходу триггера, второй вход (Л которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход переключателя соединен с входом интегратора, второй выход мультивибратора соединен с вторым входом ключа, выход которого подключен к входу частотного детектора, выход первого сумматора подключен к управляющему входу первого генератора, выход второго сум;о ел матора подключен к управляющему входу второго генератора, выход вто рого генератора соединен с вторым входом смесителя, а вход первого инвертора соединен с выходом интегратора.

Фиг1