Возбудители и синтезаторы частоты

Лекция 12. Возбудители и синтезаторы частоты

Плавную перестройку частоты по диапазону осуществляют с помощью возбудителей частоты. Широкое распространение получила интерполяционная схема возбудителя частоты, изображенная на рис. 12.1.

Рис. 12.1. Интерполяционная схема возбудителя

В этой схеме высокостабильный сигнал  кварцевого генератора (КГ) смешивается в смесителе с нестабильным сигналом  перестраиваемого генератора (ПГ). Стабильность суммарного сигнала f определится как

.

Если наложить условие , то величиной  можно пренебречь, а затем умножив и разделив второе слагаемое на  получим

.

Например,  при стабильности 10^-3, а , при стабильности 10^-7. Тогда на выходе получим перестраиваемые частоты в диапазоне от 100,4 МГц до 100,7 МГц при стабильности

.

Интерполяционная схема широко используется в радиостанциях низового звена, позволяя получать сравнительно стабильные частоты при плавной перестройке генератора по диапазону. Следует заметить, что при полосе перестройки частоты ПГ более октавы (двух раз) фильтр на выходе схемы должен синхронно перестраиваться вместе с ПГ.

Поскольку любой генератор имеет отклонение частоты в интервале от , то при дискретной перестройке частоты с шагом приемник не различает плавную либо дискретную перестройку. Это привело к созданию дискретно перестраиваемых генераторов, получивших название синтезаторов частоты.

Известно два метода построения синтезаторов частоты:

- прямой способ, при котором выходные частоты получаются путем различных преобразований стабильной частоты опорного генератора;

- косвенный способ, основанный на применении схем фазовой автоподстройки частоты.

Синтезаторов частоты, построенных по прямому способу известно много типов. Рассмотрим синтезатор частоты с вычитанием ошибки, схема которого изображена на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Синтезатор частоты с вычитанием ошибки

Стабильный сигнал кварцевого генератора подается на генератор гармоник (ГГ) на выходе которого формируются до двухсот гармоник частоты кварцевого генератора. Фильтр Ф1 имеет узкую полосу пропускания, поэтому при перестройке нестабильного  перестраиваемого генератора (ПГ) только какая-либо одна из этих гармоник обеспечивает разностную частоту, которая может пройти фильтр Ф1. После второго смесителя, работающего на сумму частот, нестабильный сигнал ПГ пропадает и через широкополосный фильтр Ф2 проходит сигнал той гармоники, которая организовала разностную частоту, прошедшую через фильтр Ф1. При дальнейшей перестройке ПГ сигнал следующей гармоники КГ сможет попасть на выход. Поскольку сигнал нестабильного перестраиваемого генератора вносится в схему с разными знаками, то это и обеспечивает компенсацию нестабильности частоты ПГ.

Данная схема используется как для синтеза частот, так и для других практических приложений.

Рассмотрим двухуровневый метод формирования сетки частот. В этой схеме (рис. 12.3) сигнал кварцевого генератора запускает генератор импульсов (ГИ) с частотой следования, равной частоте кварцевого генератора. Эти импульсы, проходят через управляемый по шине делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и их период следования меняется в зависимости от выбранного коэффициента деления ДПКД. После деления потоке импульсов поступает на триггер (Т) на выходе которого формируется сигнал вида меандр с периодом вдвое большим, чем у запускающих триггер импульсов. Фильтром выделяется основная частота из меандра. Таким образом, меняя коэффициент деления ДПКД, получаем на выходе схемы различные субгармоники частоты опорного кварцевого генератора.

Рис. 12.3. Двухуровневый синтезатор частоты

Среди цифровых синтезаторов частоты активного типа наибольшее распространение получила схема, изображенная на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Цифровой синтезатор частоты

На правый вход импульсно-фазового дискриминатора (ИФД) поступают, преобразованный делителем (Д) в импульсный, сигнал опорного кварцевого генератора (КГ). С помощью кольца импульсно-фазовой подстройки на выходе схемы устанавливается  колебание с частотой строго кратной частоте квантования f_К, формируемой на выходе делителя Д. Для установки новой частоты на выходе схемы необходимо изменить коэффициент деления ДПКД  N и перестроить перестраиваемый генератор ПГ.

Синтезатор позволяет получать любую частоту из множества N f_К. Достоинством синтезатора является высокая чистота спектра, то есть минимум фазовых шумов в выходном сигнале. Недостатком синтезатора является затягивание времени переключения частот из-за инерционности фильтра низких частот (ФНЧ), необходимой для подавления побочных составляющих при мелком шаге квантования и высоком коэффициенте деления в ДПКД.