Генератор, управляемый напряжением

Изобретение относится к области радиоэлектротехники и может быть использовано в приемо-передающих устройствах. Достигаемый технический результат - создание компактного генератора, управляемого напряжением, с малым токопотреблением, работающего с большим перекрытием диапазона частот, поддерживающего постоянную амплитуду сигнала в диапазоне перестройки. Генератор, управляемый напряжением, включает в себя нечетное число усилителей сигнала, замкнутых в кольцо, обеспечивающее отрицательную обратную связь по постоянному току и автоматическое установление рабочего режима и активного состояния для всех усилителей сигнала, в котором каждый усилитель сигнала снабжен активной управляемой нагрузкой в виде транзистора, причем управление всеми активными нагрузками в генераторе осуществляется одновременно, а выходной сигнал снимается с выхода любого из усилителей сигнала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиоэлектротехники, а более конкретно к устройствам и способам генерации периодического сигнала, и может использоваться при конструировании приемо-передающих устройств.

Генераторы, управляемые напряжением (ГУН), широко применяются в телекоммуникационных системах в составе источников переменного сигнала.

Известны конструкции таких генераторов с повышенной устойчивостью к колебаниям частоты и температуры источника питания (см. патент США №5544120 [1]), а также к сдвигу фазы (см. патент США №6535071 [2]).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция ГУН, описанная в патенте США №7015766 [3]. Эта конструкция выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Конструкция данной схемы (см. фиг.1) могла бы найти ей широкое применение в области радиосвязи и в системах управления, если бы не существенные недостатки, присущие ей, а именно:

- сильная неравномерность выходного напряжения в диапазоне перестройки частоты генератора, обусловленная тем, что управление частотой происходит путем изменения напряжения питания генератора;

- скорость перестройки частоты ограничивается блокировочной емкостью в цепи питания генератора.

Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании компактного и гибкого устройства генерации периодического сигнала с управляемой частотой для работы в разных диапазонах частот, имеющего большой диапазон перестройки, постоянный уровень сигнала в диапазоне перестройки, высокую скорость перестройки, низкий уровень токопотребления.

Данная задача решается путем применения другого принципа управления частотой, а именно: вместо управления частотой изменением напряжения питания, как использовано в [3], применено изменение нагрузки каскадов кольцевого генератора при неизменном напряжении питания, что приводит к постоянной во всем диапазоне перестройке генератора амплитуде сигнала и высокой скорости перестройки за счет малой инерционности элементов, регулирующих нагрузку. Кроме того, большой диапазон изменения величины нагрузки приводит к большому диапазону изменения частоты генератора. Конструктивно это решение реализовано в схеме генератора, управляемого напряжением и включающего в себя нечетное число усилителей сигнала, замкнутых в кольцо, обеспечивающее отрицательную обратную связь по постоянному току и автоматическое установление рабочего режима и активного состояния для всех усилителей сигнала, при этом каждый усилитель сигнала снабжен активной управляемой нагрузкой в виде транзистора, причем управление всеми активными нагрузками в генераторе осуществляется одновременно, а выходной сигнал генератора снимается с выхода любого из усилителей сигнала.

Для лучшего понимания сущности настоящего изобретения далее оно поясняется с привлечением графических материалов.

Фиг.1 - схема ГУН, описанного в прототипе, где 1 - управление частотой, 2 - блокировочная емкость.

Фиг.2 - схема ГУН, согласно изобретению, где 3 - выход генератора, 4 - усилитель сигнала, 5 - активная нагрузка.

Фиг.3 - примерный график зависимости частоты (по вертикали) от управляющего напряжения (по горизонтали).

Фиг.4 - пример зависимости сигнала на выходе ГУН от сигнала управления, где 6 - сигнал с выхода генератора, 7 - сигнал управления.

Фиг.5 - схема последовательных операций способа генерации и управления периодическим сигналом согласно изобретению.

Генератор, управляемый напряжением, относится к кольцевым генераторам и содержит:

1) кольцо Усилителей Сигнала (УС), состоящее из нечетного числа инвертирующих усилителей (см. фиг.2);

2) УС включены один за другим гальванически;

3) Каждый УС состоит из Усилительного Элемента (УЭ) и Активной Нагрузки (АН);

4) Активная Нагрузка регулируется с помощью управляющего сигнала, в качестве которого используется управляющее напряжение.

Генератор, управляемый напряжением, работает следующим образом.

Нечетное число гальванически включенных инвертирующих УС автоматически устанавливают режим по постоянному току за счет отрицательной обратной связи по постоянному току в кольце. По переменному току картина выглядит иначе. Поскольку в каждом из УС с увеличением частоты происходит снижение усилительных свойств УС и нарастание фазового сдвига, то, очевидно, существует критическая частота, на которой кольцо из УС потеряет стабильность и начнет генерировать переменный сигнал. Частота генерации зависит в значительной степени от нагрузки в каждом из УС. Меняя нагрузку в УС, можно менять частоту генерации. В качестве активной нагрузки предпочтительно применять комплементарные транзисторы. Транзистор Активной Нагрузки комплементарен к транзистору Усилителя Сигнала. Активная нагрузка, применяемая в УС, обладает свойством менять свое значение (сопротивление по переменному току) в очень широких пределах. В результате кольцо УС с активными нагрузками меняет частоту генерации в очень широких пределах (см. фиг.3). Кроме того, активная нагрузка обладает малой инерционностью при изменении своих параметров, что, в свою очередь, приводит к очень быстрому изменению частоты генерации (см. фиг.4).

Техническим результатом заявленного изобретения является создание компактного генератора, управляемого напряжением, с малым токопотреблением, работающего с большим перекрытием диапазона частот, поддерживающего постоянную амплитуду сигнала в диапазоне перестройки и способного быстро перестраиваться в пределах диапазона перестройки. Типичным диапазоном перестройки является 1:14. Типичная скорость перестройки 300 пСек от границы до границы диапазона.

Компактность устройства достигается за счет применения в качестве усилителей в кольцевой структуре генератора усилителей с активной нагрузкой.

Низкое токопотребление устройства определяется сильной обратной связью, облегчающей возбуждение генератора при малых токах потребления.

Постоянная амплитуда сигнала определяется постоянным напряжением питания генератора.

Высокая скорость перестройки частоты генератора определяется малой инерционностью Активной Нагрузки. Величина перестройки и скорость перестройки определяются внешним устройством, использующим генератор.

1. Генератор, управляемый напряжением, включающий в себя нечетное число усилителей сигнала, замкнутых в кольцо, обеспечивающее отрицательную обратную связь по постоянному току и автоматическое установление рабочего режима и активного состояния для всех усилителей сигнала, отличающийся тем, что каждый усилитель сигнала снабжен активной управляемой нагрузкой в виде транзистора, причем управление всеми активными нагрузками в генераторе осуществляется одновременно, а выходной сигнал генератора снимается с выхода любого из усилителей сигнала.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что транзистор активной нагрузки комплементарен к транзистору, используемому в усилителе сигнала.