Гун генератор управляемый напряжением

Схемы генераторов, управляемых напряжением

Раздел содержит схемы 2-фазных и квадратурных генераторов, схему управле-ния включением генератора, схему настройки частоты генератора посредством изменения подключенного реактивного сопротивления, схему точной дистан-ционной настройки, а также другие схемы с иными способами регулировки или варьирования частотой генератора в зависимости от напряжения постоянного тока на различных участках частот в диапазоне от 5 Гц до 150 МГц.

ГУНы можно разделить на два типа в зависимости от выходного сигнала:

Гармонические осцилляторы генерируют сигнал синусоидальной формы. В их состав входят усилитель и резонансный контур (контур необходим для того, чтобы отправить сигнал обратно на вход). Колебания происходят на частоте настройки, где положительное усиление возникает вокруг петли.

Релаксационные генераторы могут генерировать сигналы пилообразной или треугольной формы. Они нередко используются в монолитных интегральных схемах (ИС), и могут обеспечить широкий диапазон частот [2] . Выделяют три метода построения ГУНов, наиболее часто использующихся для реализации в интегральном исполнении:

• Генераторы с пассивным резонатором, содержащие колебательную систему, кварцевый резонатор, устройства на ПАВ, резонаторы другого рода, определяющие номинал частоты генерируемого сигнала и его качество;
• Релаксационные генераторы, в которых происходит поочередный перезаряд задающего частоту конденсатора от источника постоянного тока между двумя пороговыми значениями;
• Кольцевые генераторы, состоящие из нечетного числа асимметричных инверторов или четного/нечетного количества дифференциальных инверторов с их соединением в кольцевую цепь. [3]

Основные параметры и характеристики ГУН

У генераторов, управляемых напряжением, принято выделять следующие параметры:

• Диапазон частот перестройки ГУН. Он определяет диапазон изменения частоты от минимальной (f_min) до максимальной (f_max) сигнала на выходе генератора;
• Крутизна перестройки ГУН по частоте. Это крутизна характеристики перестройки по частоте от напряжения перестройки (выражается в Гц/В), показывающая, насколько изменится выходная частота при изменении управляющего напряжения на единицу;
• Характеристика перестройки ГУН по частоте. Это представленная в графическом виде зависимость частоты на выходе ГУН от управляющего напряжения;
• Нелинейность перестройки по частоте. Это отклонение от линейного характера характеристики изменения частоты ГУН от напряжения перестройки;
• Мощность выходного сигнала РЧ ГУН. Зависит от частоты и определяется типом используемого генератора и элементной базы;
• Отклонение от номинальной величины мощности на выходе ГУН. Это разность между максимальным и минимальным уровнем мощности на выходе ГУН на нагрузке 50 Ом при данной температуре (выражается в дБ) от частоты;

Схема генератора, управляемого напряжением, изображённого на рисунке 1, позволяет получить частоту сигнала на выходе, лежащую в диапазоне 0,5. 4 кГц при изменении входного напряжения от 0,5 до 8,5 вольт. Зависимость частоты на выходе генератора от управляющего напряжения показана на рисунке 2.

Принцип действия этого генератора основан на том, что конденсатор C1 заряжается через резистор R1 до заданного напряжения, затем происходит его разряд через диод D1, и далее процесс повторяется. Процессом разряда управляет компаратор-одновибратор, реализованный на операционном усилителе DA1. Чем меньше напряжение, до которого заряжается конденсатор, тем больше частота на выходе генератора.

Рис. 1. Принципиальная схема генератора, управляемого напряжением.
DA1 – любой операционный усилитель общего применения, например, 741, 140УД708 и т.д.
Диод D1 – любой маломощный кремниевый типа КД503, КД509 или германиевый типа Д9.

Рис. 2. Зависимость частоты на выходе генератора от управляющего напряжения.

Применение компаратора-одновибратора позволяет увеличить диапазон управляющих напряжений, и кроме того амплитуда выходного сигнала остаётся неизменным (рисунок 3).

Рис. 3. Осциллограммы генератора при управляющем напряжении U_упр=1,5 В.
Красный цвет – напряжение на выходе ОУ DA1, синий – напряжение на конденсаторе C1.

Рассмотрим работу компаратора-одновибратора. В исходных условиях конденсатор C2 заряжен, а C1 разряжен. Поскольку напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя DA1 меньше, чем на его прямом входе, то на выходе DA1 присутствует напряжение, близкое к напряжению питания. Как только напряжение на конденсаторе C1 станет больше, чем напряжение прямом входе усилителя DA1, на выходе компаратора-одновибратора появится напряжение, близкое к нулю. Поскольку конденсатор C2 заряжен, то через этот конденсатор на прямой вход усилителя потечёт ток обратной полярности, что приведёт к появлению отрицательного напряжения на прямом входе усилителя DA1, и это продлится до тех пор, пока конденсатор C2 не перезарядится. То есть конденсатор C2 образовывает временную положительную обратную связь, которая превращает усилитель в триггер Шмитта, и за время действия этой ОС частотозадающий конденсатор C1 успевает почти полностью разрядиться через диод D1.

В схеме генератора может быть применён практически любой операционный усилитель, например, 741, 140УД708 и т.д. Диод D1 – любой кремниевый типа КД503, КД509 или германиевый типа Д9.