для управления частотой клистронных генераторов. Их действие основано на тепловом изменении размеров резонатора клистрона с помощью электрических нагревателей.

УЭ с варикапами. Действие УЭс ва-

ГаГи : Р использовании па (б) управляемой емкости р-п переходов,

которая зависит от приложенной разности потенциалов. Подключая такой переход к контуру автогенератора и изменяя напряжение на этом переходе, можно управлять частотой автоколебаний. Для устранения шунтирующего действия активной составляющей сопротивления перехода его смещают в обратном направлении. В этом случае используется так называемая барьерная емкость, которая связана с образованием потенциального барьера между областями ркп.Ъ качестве управляемой емкости можио использовать также р-п переходы других приборов, например, транзисторов.

Схема УЭ с варикапом приведена на рис 11.3, а. К варикапу приложено начальное запирающее напряжение Uq, управляющее напряжение Uy и переменное высокочастотное напряжение. Чтобы переход оставался в запертом состоянии, сумма амплитуды напряжения высокой частоты и управляющего напряжения должна быть меньше напряжения Ug.

Эквивалентная схема варикапа приведена на рис. 11.3,6, где --сопротивление полупроводника, Rg - обратное сопротивление р-п перехода, Cg - барьерная емкость, - индуктивность выводов. Обычно индуктивностью выводов можно пренебречь. Сопротивление Rs порядка десяти ом. В справочных данных варикапов приводятся зависимости относительной барьерной емкости Cg/Cg от запирающего напряжения и значение Cg при заданном запирающем напряжении. Добротность варикапа Q = 4>CaRll[Rg -f /?, (1 + ii-ClRl)].

Поскольку Cg зависит от напряжения, то и Q варикапа оказывается зависящим от приложенного к нему напряжения. Это может привести к изменению амплитуды колебаний автогенератора под действием управляющего напряжения.

Барьерная емкость р-п перехода зависит также и от температуры. Для повышения температурной стабильности емкости р-п перехода желательно использовать режим с большими напряжениями запирания (более 2...3 В), однако при этом емкость мала.

При значительной амплитуде высокочастотного напряжения барьерная емкость зависит от этого напряжения, поэтому вводится понятие средней емкости р-п перехода.С повышением амплитуды напряжения средняя емкость увеличивается. Чтобы повысить стабильность собственной частоты подстраиваемого генератора, желательно выбирать такой режим работы варикапа, при котором амплитуда напряжения высокой частоты минимальна.

Эквивалентная емкость, подключаемая параллельно контуру гетеродина состороны варикапа,

где Cg (U) - емкость (барьерная) варикапа при данном постоянном напряжении на нем; р - коэффициент включения варикапа в контур.

При расчете УЭ выбирают диапазон изменения емкости варикапа, определяют исходное смещение Uq, соответствующее примерно середине этого диапазона, и максимальное значение управляющего напряжения U. Затем, принимая полную емкость контура гетеродина как Cj, э = -j- и используя выражение (11.3), рассчитывают зависимость изменения частоты гетеродина Д/ от управляющего напряжения U, т. е. статическую характеристику УЭ. По этой характеристике определяют крутизну характеристики УЭ 5уэ и максимальную расстройку гетеродина Д/з^.

Эквивалентное активное сопротивление варикапа, шунтирующее контур гетеродина,

в. э = [ о + mfrRoCl miP-

11.3. Аналоговая система автоматической подстройки частоты

Характеристика регулирования. Процессы, протекающие в аналоговой системе АПЧ (рис. 11.1, а), отражает общая характеристика регулирования, представляющая собой зависимость отклонения частоты сигнала после преобразователя частоты A/jjp от вызывающего его отклонения частоты гетеродина или принимаемого сигнала. Отклонение преобразованной частоты от номинального значения ПЧ на Af вызывает действие АПЧ, приводящее к изменению частоты гетеродина на Д/. В результате подстройки отклонение преобразованной частоты уменьшается на Д/ и становится равным Af = =Д/д - Д^р, где Д/д - сумма начальных отклонений частот гетеродина и сигнала.

Величина Д/ является функцией управляющего напряжения U, поступающего от частотного дискриминатора. В свою очередь, определяется абсолютной величиной и знаком расстройки A/j,p, т. е. 6у = g (Д/пр)- Для построения характеристики регулирования можно воспользоваться уравнением

А/н = А/пр + [(Д/пр)!- (11-4)

Характеристика регулирования правильно спроектированной системы АПЧ подобна изображенной на рис. 11.4. При увеличении Af растет и Af, но вначале значительно медленнее (в несколько раз или даже в десятки раз)Гчем вызвавшее его изменение Д/. Пря некотором значении Af (точка а) начинает уменьшаться напряжение на выходе частотного дискриминатора, что приводит к подстройке гетеродина в направлении, противоположном необходимому. В результате частота на выходе преобразователя выходит далеко за пределы полосы пропускания УПЧ. Система скачкооб- -4

разно переходит в новое состояние, при ко-

тором частота на выходе преобразователя лировання системы Ant

Рис. 11.4. Характеристика регу--14

принимает значение, соответствующее отсутствию АПЧ (точка fe). При дальнейшем увеличении Д/ сохраняется равенство А/,р = Д^,, Подобным образом изменяется А/ р при увеличении А/ в области отрицательных значений. При уменьшении абсолютной величины А/ частота сигнала на выходе преобразователя приближается к номинальному значению ПЧ. При некотором значении Д/, (точка с) на выходе частотного дискриминатора появится напряжение, и система скачкообразно перейдет в новое состояние (точка rf). Область начальных расстроек между точками а и а', в которой система АПЧ удерживает частоту на выходе преобразователя близкой к номинальному значению ПЧ, называется полосой удержания системы АПЧ. Область начальных расстроек между точками с и с', в которой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания, называется полосой втягивания системы АПЧ.

Коэффициент автоподстройки. При небольших отклонениях частоты сигнала на выходе преобразователя от номинального значения соответственно невелики напряжения Uy В этом случае можно считать линейными Характеристики ЧД и УЭ, и формула (П.4) может быть представлена в виде

где Зцд и 5уэ - крутизны характеристик ЧД и УЭ соответственно; Ку - коэффициент усиления УПТ; /(ф - коэффициент передачи ФНЧ. Коэффициент автоподстройки

АПЧ = + ЧДУЭуф- (11-5)

Переходный процесс. Характер переходных процессов в системе электронной АПЧ зависит в основном от количества и параметров звеньев ФНЧ (рис. 11.2). В случае малой постоянной времени ФНЧ может сказываться также переходный процесс в ИЭ и УПЧ. При однозвенном ФНЧ (рис. П.2,а) переходный процесс апериодичен. Если начальная расстройка не выходит за пределы, соответствующие линейным участкам статических характеристик ЧД и УЭ, то постоянная времени однозвенного ФНЧ должна удовлетворять условию

< ycx/f АПч/lg 10 (<АПЧ - 1). (11-6)

где ty. - время установления процессов в системе.

Если начальная расстройка превышает значения, соответствующие экстремумам статической характеристики ЧД, должно выполняться условие [83]

lф уст

1П

(АПЧ - 1)

(К АПЧ - 1)

(11.7)

где П^ - полоса частот между экстремумами характеристики ЧД; Д/ - начальная расстройка.