Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ RC-ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве перестраиваемого источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах.

Известен управляемый генератор синусоидальных колебаний, содержащий операционный усилитель, цепь АРУ, электрически управляемый переключатель, фильтр нижних частот, переменный резистор, два конденсатора, генератор управляющих импульсов, триггер и предназначенный для формирования синусоидальных колебаний в широком диапазоне частот с повышенной кратковременной стабильностью частоты [а.с. СССР №1501244, МКИ⁴ Н03В 5/26. - Опубл. в Б.И., №30, 1989].

Недостатками этого управляемого генератора синусоидальных колебаний являются:

1) ограниченное значение максимальной частоты формируемых колебаний, обусловленное использованием операционного усилителя в электрической схеме генератора;

2) наличие дополнительного генератора управляющих импульсов и электрически управляемого переключателя.

В качестве прототипа изобретения служит RC-генератор [пат. №2666226 РФ, МПК Н03В 5/26 (2006.01). - Опубл. в Б.И., №25, 2018], содержащий первые и вторые зажимы, первый, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий резисторы, первый и второй источники тока, первый, второй и третий конденсаторы.

Недостатком данного RC-генератора является отсутствие возможности оперативного изменения частоты формируемых синусоидальных колебаний.

Техническим результатом предлагаемого перестраиваемого RC-генератора является обеспечение возможности оперативного изменения частоты формируемых синусоидальных колебаний и расширение диапазона перестройки частоты.

Указанный технический результат достигается тем, что в RC-генератор содержащий первые и вторые зажимы, первый - третий транзисторы, первый - третий резисторы, первый и второй источники тока, первый - третий конденсаторы, с целью обеспечения возможности оперативного изменения частоты формируемых синусоидальных колебаний и расширения диапазона перестройки частоты введены первый и второй варикапы, первые выводы которых через первый и второй конденсаторы подключены к первым выводам первых и вторых зажимов соответственно, а вторые выводы первого и второго варикапов подключены к общей шине, переменный резистор, первый вывод которого подключен к первой шине питания, а второй вывод - к общей шине, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых подключены к первым выводам первого и второго варикапов соответственно, а вторые выводы - к среднему выводу переменного резистора.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого перестраиваемого RC-генератора.

Перестраиваемый RC-генератор содержит первые 1 и вторые 2 зажимы, первый 3, второй 4 и третий 5 транзисторы, первый 6 и второй 7 резисторы, первый 8 и второй 9 источники тока, первый 10 и второй 11 варикапы, первый 12, второй 13 и третий 14 конденсаторы, третий резистор 15, переменный резистор 16, четвертый 17 и пятый 18 резисторы.

Перестраиваемый RC-генератор работает следующим образом.

Первый 6, второй 7 резисторы и второй 11 варикап в схеме перестраиваемого RC-генератора образуют эквивалентную индуктивность L_э:

где R₁, R₂ - сопротивления первого 6 и второго 7 резисторов соответственно;

C_VD2 - емкость второго варикапа 11.

Первый варикап 10 образует с индуктивностью L_э параллельный колебательный контур, настроенный на частоту ω₀:

где C_VD1 - емкость первого варикапа 10.

При подключении источников питания напряжением +12 В, минус 12 В и минус 3 В соответственно к первой, второй и третьей шинам питания в колебательном контуре возникают синусоидальные колебания с частотой ω₀. Для поддержания в колебательном контуре незатухающих колебаний коэффициент передачи цепи положительной обратной связи K_ПОC, образованной последовательным включением третьего резистора 15 и третьего конденсатора 14, должен удовлетворять условию:

где S_VT3 - крутизна третьего транзистора 5;

R₃ - сопротивление третьего резистора 15;

K₀ - коэффициент усиления каскада с общей базой, выполненного на третьем транзисторе 5;

R_oe - сопротивление колебательного контура на частоте ω₀, равное

где β₁, β₂ - коэффициенты передачи токов базы первого 3 и второго 4 транзисторов соответственно.

Для выравнивания режимов первого 3, второго 4 и третьего 5 транзисторов на переменном токе целесообразно принять: R₂=R₁, С_VD2=C_VD1. Тогда выражение (2) примет вид

а сопротивление третьего резистора 15 с учетом соотношений (3) и (4) должно удовлетворять условию:

Емкость третьего конденсатора 14, обеспечивающего гальваническую развязку каскадов, выполненных на первом 3, втором 4 и третьем 5 транзисторах, должна удовлетворять условию:

С учетом выражения (2), изменять частоту ω₀ настройки параллельного колебательного контура можно одновременным изменением сопротивлений первого 6 и второго 7 резисторов и (или) емкостей первого 10 и второго 11 варикапов.

В предлагаемом перестраиваемом RС-генераторе изменение частоты синусоидальных колебаний на выходе генератора достигается изменением емкостей первого 10 и второго 11 варикапов посредством изменения уровней подводимых к ним обратных напряжений с помощью переменного резистора 16. При этом значение коэффициента перекрытия диапазона частот k_пер генерируемых синусоидальных колебаний (отношение максимальной частоты выходного сигнала к минимальной частоте выходного сигнала) зависит только от величины коэффициента перекрытия по емкости k_с применяемых варикапов и может быть значительно больше десяти. Например, при использовании варикапов КВ116А k_пер≥18.

Емкости первого 12 и второго 13 конденсаторов, обеспечивающих гальваническую развязку по постоянному току первого 10 и второго 11 варикапов с каскадами, выполненными на первом, втором и третьем транзисторах 3-5, должны удовлетворять условию:

где С₁ - емкость первого конденсатора 12;

С₂ - емкость второго конденсатора 13;

C_VDmax - наибольшее значение емкости применяемых варикапов.

Сопротивления четвертого 17 и пятого 18 резисторов, включенных для снижения влияния сопротивления переменного резистора 16 на добротность колебательного контура, выбирают из условия:

где R₄ - сопротивление четвертого резистора 17;

R₅ - сопротивление пятого резистора 18;

ρ - характеристическое сопротивление колебательного контура:

где R=R₁=R₂.

С помощью первого 8 и второго 9 источников тока задают режим работы первого 3, второго 4 и третьего 5 транзисторов на постоянном токе.