|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 6 7 8 9 10 11 12 ... 43
535 1494 1495 2208 2228 4200) {Xi-X,)(Yi-Y,)nO Да XY/K Нет Xi) (У, - Y)ISF - (Z, - Z2)l Да -Xz)[Yi-Y,)/SF-{Z:-Z,)] XY/K XY/K XY/K Нет XY/K Да Ши Нет Внутренняя установка (10) Внешняя установка Внутренняя установка (10) Внешняя установка То же 0,3 Analog Devices 0,8 0,4 1,3 2 0,5 0,5 0,1 Motorola Ехаг Raytheon ) ИС типа 4200 работает с токовым входом. ЧМ-демодуляции, поскольку любая нелинейность приводит к появлению искажений в демодулированном выходном сигнале. Разд. 2.2 посвящен описанию принципов работы генераторов сигналов специальной формы, которые совместно с ИС перемножителей наиболее пригодны для построения систем автоматической подстройки частоты. В табл. 2.1 приведены основные параметры некоторых типов интегральных перемножителей. При проектировании систем на основе перемножителей наиболее важно подробно рассмотреть каждый конкретный вариант исполнения, с тем чтобы выбрать самое эффективное решение. 2.2. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ В системах связи, телеметрии и управлении технологическими процессами широко используются генераторы сигналов различной формы. Кроме того, они незаменимы в лабораторных условиях при проведении испытаний и калибровке аппаратуры. Во многих случаях интегральные функциональные генераторы дают
 Bbixod Буферный усилитель Рис. 2.17. Структурная схема генератора сигналов различной формы. выигрыш в стоимости аппаратуры при замене ими типовых дискретных узлов. Исходный генератор сигналов представляет собой устройство, которое вырабатывает стабильный, полностью определенный, периодический выходной сигнал, управление которым можно осуществлять с помощью внешних органов. На рис. 2.17 представлена структурная схема типового генератора сигналов различной формы, состоящая из трех узлов: 1) автогенератора периодических сигналов; 2) формирующей цепи, которая преобразует форму выходного сигнала генератора к требуемому виду, (обычно в треугольный или синусоидальный сигнал); 3) буферного усилителя, обеспечивающего требуемый уровень сигнала в нагрузке. Общие рабочие характеристики генератора сигналов определяются параметрами каждого из этих узлов, входящих в данное устройство. Автогенератор задает стабильность и линейность треугольного выходного сигнала, как это будет показано в дальнейшем, а формирующая цепь обычно определяет искажения формы синусоидального выходного сигнала. 2.2а. Автогенераторы Поскольку основные рабочие характеристики рассматриваемого устройства обеспечиваются автогенератором, основное внимание было уделено разработке интегрального автогенератора, который пригоден для широкого диапазона потенциально возможных применений. Для обеспечения универсальности необходимо, чтобы таким автогенератором удовлетворялись следующие требования: 1. Внешнее управление изменением частоты при обеспечении линейности характеристик преобразования напряжение - частота в широком диапазоне частот.  Рис. 2.18. Структурная схема интегрального автогенератора.  Рис. 2.19. Формы сигналов автогенератора по схеме рис. 2.18. 2. Стабильность: а) при изменении температуры окружающей среды; б) при изменении параметров источников питания; в) кратковременная (от цикла к циклу). 3. Минимальное число внешних элементов для установки требуемой частоты. Структура со стабилизированным током. В настоящее время существуют две основные структуры автогенератора, которые удовлетворяют большинству из приведенных выше требований. Первая структура представляет собой так называемый автогенератор типа I/2I, где конденсатор попеременно заряжается и разряжается постоянным током /, а вторая - это мультивибратор с эмиттерной связью. Первый тип схемы изображен на рис. 2.1S и состоит из двух компараторов, одного триггера, источника стабилизированного тока / и потребителя тока 21, который попеременно включается и выключается. Функционирование данной гхемы можно описать следующим образом. Первоначально предположим, что потребитель тока 21 выключен, при этом, следо- вательно, происходит заряд конденсатора от источника тока /; скорость изменения напряжения заряда определяется следующим образом: dv/dt = I/C. Это линейное накопление заряда продолжается до достижения верхнего порогового значения. В это время срабатывает компаратор 2 и устанавливает включенное состояние триггера, что в свою очередь обусловливает включение потребителя тока 21. При этом нейтрализуется заряжающай ток / и осуществляется разряд конденсатора со скоростью dv/dt = -I/C до тех пор, пока напряжение не достигает нижнего порогового значения; триггер устанавливается в состояние О и, таким образом, заканчивается временной цикл работы схемы, форма сигналов которой приведена на рис. 2.19. Временной же период работы схемы определяется в результате суммирования этих двух отдельных временных циклов: Г = Г, + Г2, AF = F,epx - иж... Т = AVC/I + AVC/I = 2AVC/1, а частота определяется следующим образом: /=1/Г = (2Д^С). (2.33) Предыдущие рассуждения исходили из той посылки, что ток разряда точно в два раза превышает ток заряда. Следовательно, треугольный сигнал имеет симметричную форму и коэффициент заполнения прямоугольного колебания составляет 50 %. В большинстве случаев производится регулировка симметрии схемы; это позволяет нейтрализовать любую компоненту смещения (разбаланса) в потребителе тока. Таким образом, выходной сигнал имеет треугольную форму с двойной амплитудой ДУ. Данную конкретную схему автогенератора целесообразнее использовать в диапазоне низких частот, поскольку во время-задающей цепи можно использовать полярный конденсатор. Пример 2.4. Вычисление частоты колебания выходного сигнала. Требуется вывести выражение для частоты колебания выходного сигнала автогенератора, приведенного на рис. 2.18. Предположим, что пороговые напряжения установлены соответственно 7зVcc и VsVcc, а ток заряда определяется как J - 2Vcc/{3R), где -внешний резистор. Решение. Подставив в выражение (2.33) вышеприведенное соотношение для тока заряда, находим, что / = Vcc/(3R/VC). В предположении, что = VsVcc, получаем / = 1/RC. Таким образом, заключительная передаточная функция не зависит ни от времязадаюшего тока, ни от напряжения источника питания. Функционирование этого типа автогенератора зависит от пути протекания тока заряда и разряда, что связано с необходимостью поддерживать симметричный тре-. угольный динамический диапазон, и, следовательно, данный тип автогенератора пригоден только дли диапазонов девиации приблизительно 100: 1. С этой частной проблемой не приходится сталкиваться при использовании мультивибратора с эмиттерной связью. Здесь же различие между этими двумя токами в 1 % будет приводить к изменению коэффициента заполнения выходного сиг нала на 2,4 % Вследствие необходимости обеспечения точного задания пути протекания тока между источником и потребителем данный конкретный тип автогенератора пригоден только для диапазонов девиации 100:1. Мультивибратор с эмиттерной связью. Изображенный на рис. 2.20 мультивибратор с эмиттерной связью позволяет обойти  Рис. 2.20. Мультивибратор с эмиттерной связью. необходимость в точном согласовании источника и потребителя тока. Это достигается путем использования согласованной пары потребителей тока для попеременного разряда каждой стороны времязадающего конденсатора. Поскольку в эти потребители поступают идентичные токи, то схема обладает прекрасными характеристиками по согласованию, что позволяет поддерживать симметричную треугольную форму сигнала в широком диапазоне девиации -в типовом случае 1000:1. Принцип функционирования данной схемы кратко можно описать следующим образом. Предположим первоначально, что транзистор Qi и диод Di находятся в режиме проводимости, а транзистор Q2 и диод D2 закрыты. При таких условиях, а также при пренебрежении влиянием токов базы транзисторов напряжение на эмиттере и коллекторе транзистора Qi, а также и на базе транзистора Q2 под- держивается на уровне Vcc- IVbe- Разряд через эмиттер транзистора Q2 происходит со скоростью dv/diI/Co. (2.34) Этот разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на эмиттере транзистора Q2 не достигнет Vcc - 2Vbe, при этом происходит включение транзистора Qg. Это приводит к включению диода D2, что в свою очередь обусловливает выключение транзистора Qi и диода Di, при этом напряжение на эмиттере транзистора Q2 удерживается на IVbe- Поскольку на конденсаторе  уровне Vcc-напряжениё не может измениться мгновенно, скачок напряжения IVbe передается на другой конец-времязадающего конденсатора Со; таким образом, напряже-1ше на эмиттере транзистора Qi изменяется от Vcc-IVbe до Vcc- При этом транзистор Qi и диод D2 находятся в состоянии проводимости, а транзистор Qi и диод Di выключены, и разряд через эмиттер транзистора Qi происходит со скоростью dv/dt = I/Co, завершая таким образом первую половину временного цикла. Форма сигналов этого автогенератора изображена на рис. 2.21. Следует отметить наличие нескольких форм выходного сигнала, а именно на диодах Di и D2 присутствует прямоугольное колебание с двойной амплитудой 2Vbe, а на эмиттерах транзисторов Qi и Q2 - линейное пилообразное напряжение. При сложении инвертированного напрял^ения на эмиттере транзистора Q2 с напряжением на эмиттере транзистора Qi результирующий выходной сигнал имеет симметричную треугольную .форму с двойной амплитудой 2Vbe. Из приведенного рисунка следует, что прямоугольное и треугольное колебания сдвинуты по фазе на 90°. Эта особенность данной схемы наиболее полезна при построении систем фазовой автоподстройки частоты, которые будут рассмотрены в гл. 3. Частота колебаний этого генератора определяется как величина, обратная сумме двух полуциклов: /=}/г, + г^2). Рис. 2.21. Формы сигналов мультивибратора с эмиттерной связью по схеме рис. 2.20. . . , мне-квмтнсиро- Ванная схема ВалатироВ-ни тона \1 й, Bbiwod пилообраз-\ ного сигнала 1й  Управляющее 4 напряжение внешн. Рис. 2.22. Улучшенный вариант схемы мультивибратора с эмиттерной связью. Но из равенства Ti = == и из соотношения (2.34) получаем Г == dvCo/I. Если подставить вместо dv умноженное на 2 напряжение 2Vbe и взять обратную величину, то найдем выражение для частоты выходного колебания /o = (4Fb£Co). (2.35) Приведенному на рис. 2.20 автогенератору присущи две возможные проблемы: 1) коэффициент заполнения (рабочий цикл) прямоугольного колебания и симметрия треугольного колебания зависят от пути следования токов от двух источников. Для того чтобы исключить необходимость в их согласовании, можно использовать единственный источник тока, который попеременно подключается между двумя концами времязадающего конденсатора; 2) температурная чувствительность частоты колебаний, поскольку сам период зависит от напряжения Vbe- Эту температурную чувствительность легко можно рассчитать, исходя из следующей простой формулы: {-<ве1ве) 2 мВ/[(600 мВ) К] = 3300 10~б К . Следовательно, частота колебаний этого автогенератора характеризуется положительным температурным коэффициентом ЗЗСО-10- Это влияние температуры можно'скомпенсировать путем введения в схему элемента с равным и противоположным по знаку температурным коэффициентом. Обычно это'приводит к снижению на порядок величины значения температурного коэффициента, и, следовательно, можно предположить, что температурный сдвиг составит приблизительно 300-10 К~- Для дальнейшего улучшения температурной характеристики данного типа автогенератора в схему вводятся точные опорные напряжения, которые предназначены для правильного задания удвоенной амплитуды сигнала автогенератора и управления зарядным током. Такой улучшенный вариант схемы автогенератора приведен на рис. 2.22. Его частота колебаний определяется как Температурный дрейф данной схемы составляет приблизительно 20-10- К~. Более полное описание дано в работе [3]. 2.26. Формирователи синусоидальных сигналов Поскольку мы уже спроектировали высокостабильный автогенератор, теперь необходимо определить способ преобразования выходного сигнала к синусоидальному виду. Оба рассмотренных в разд. 2.2а автогенератора вырабатывают выходной сигнал треугольной формы, что значительно упрощает реализацию этого преобразования. В настоящее время в интегральных схемах используются преимущественно два типа формирователей синусоидальных сигналов. Метод, основанный на использовании нелинейности характеристики диода. Этот метод заключается в установлении точек излома характеристики для реализации нелинейного аттенюатора, который позволяет преобразовать треугольный сигнал в синусоидальный. Выполняющая такую функцию схема представлена на рис. 2.23. При этом методе синусоидальный сигнал формируется поэлементно и, как следствие, получаемые искажения зависят от числа используемых точек излома. Проектирование такого формирователя синусоидального сигнала необходимо проводить очень тщательно, поскольку любая несимметрия в самих точках излома будет приводить к возникновению нежелательных четных гармоник. При использовании 16-точечной настроенной схемы (рис. 2.23) можно получить искажения около 0,5 % Поскольку данный формирователь синусоидальных сигналов содержит транзисторы со структурой р - п - р, он пригоден для использования только в диапазоне низких частот. Изображенный  Выход синусоид, преобразователь Рис. 2.23. Преобразователь треугольного сигнала в синусоидальный. на рис. 2.24 график иллюстрирует зависимость величины искажений от частоты формируемого сигнала. Эмиттерно-связанная пара. Другой метод выполнения преобразования треугольного сигнала в синусоидальный основан на использовании дифференциальной пары транзисторов с эмиттерной отрицательной обратной связью. Приведенная на рис. 2.25 схема пригодна для работы в диапазоне приблизительно до 10 МГц. Принцип функционирования данной схемы можно кратко описать следующим образом. Значение резистора Re эмиттерной отрицательной обратной связи отрегулировано таким обра- зом, что при достижении входным треугольным сигналом своих пиковых значений транзистор Qs или Q4 функционирует вблизи своей точки отсечки. Тогда для этих пиковых значений передаточные характеристики из линейных становятся логарифмическими, и, следовательно, происходит скругление пиков треугольного колебания, как это показано на рис. 2.25. При оптимальной  Синусоид. о Вых. сигнал Треугольный Вх. сигнал Ю 100 1н Юн ЮОк 1М частота, Гц Рис 2.24. Зависимость величины искажений от частоты для приведенного на рис. 2.23 преобразователя треугольного сигнала в синусоидальный: без регулировки {Г); с регулировкой (2).  Рис. 2.25. Использование эмиттерно-. связанной пары в качестве преобразователя треугольного сигнала в синусоидальный. регулировке источника тока, входного напряжения и эмиттерного резистора полное нелинейное искажение выходного сигнала в типовом случае составляет 0,6 %. При подключении этих формирователей синусоидального сигнала к рассмотренным в разд. 2.2а автогенераторам получаем генератор сигналов, пригодный для интегрального исполнения. Эти генераторы можно легко преобразовать в АМ-генераторы путем простого подключения его выхода к входу четырехквадрантного перемножителя. 2.2в. Рабочие характеристики Качество работы функционального генератора характеризуют следующие параметры: Частотный диапазон - диапазон частот, в котором гарантируется работоспособность. Диатон девиации - отнощение максимального значения частоты выходного сигнала к минимальному, которое можно получить при использовании качающегося входного напряжения. 1 ... 6 7 8 9 10 11 12 ... 43 |