Генератор качающейся частоты (ГКЧ) и осциллограф с успехом заменяют измерители амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) промышленного изготовления с учётом несколько меньших удобств работы и точности измерений. В [1] описан ГКЧ на диапазон частот 0.2...30 мГц, предназначенный для относительно узкополосных измерений. Однако он может показаться сложным и на его изготовление потребуется значительное время и силы. К тому же полный набор функциональных возможностей этого прибора может быть и не нужен.
На Рис. Показана схема более простого и лёгкого в изготовлении ГКЧ. В авторском исполнении этот ГКЧ предназначен для диапазона частот 5.5...15.5 мГц и позволяет производить измерения узкополосных АЧХ, в основном кварцевых фильтров и радиочастотных трактов связной аппаратуры, в том числе и трактов промежуточной частоты. Весь рабочий диапазон частот перекрывается при помощи 8 поддиапазонов (см. табл.). При этом максимальная девиация частоты составляет около 22 кГц в нижней части диапазона частот и около 330 кГц в верхней части. Частота развёртки регулируется от 5 до 100 Гц. ГКЧ имеет выход синхроимпульсов, предназначенный для синхронизации развёртки осциллографа и 4 выхода высокочастотного (ВЧ) напряжения с коэффициентами деления 1:1, 1:10, 1:100, 1:1000.
Рис. Схема электрическая принципиальная ГКЧ.
Вся схема ГКЧ состоит из двух отдельных функциональных узлов, генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), выполненного на трёх операционных усилителях (ОУ) А1-А3, полевом транзисторе (ПТ) VT1, двух диодах VD2, VD3 и управляемого генератора (УГ) радиочастоты с выходным делителем ВЧ напряжения — атеньюатором, выполненным на ПТ VT2 и биполярном транзисторе VT3. Основным блоком является ГЛИН, а ,УГ может быть выполнен в виде сменного блока, что позволяет упростить устройство, а новые диапазоны частот вводить по мере необходимости.
Задающий генератор ГЛИН собран на ОУ А1 по схеме мультивибратора на ОУ охваченном положительной обратной связью с одним времязадающим конденсатором С1 [2]. На ПТ VT1, RP1 и резисторе R2 выполнен токостабилизирующий двухполюсник, ток которого определяет ЛИН. ОУ А1 используется в качестве компаратора. Пусть на выходе ОУ положительное напряжение насыщения. Через диод D2 и токостабилизирующий двухполюсник осуществляется заряд конденсатора С1, напряжение на котором возрастает линейно в функции времени и поступает на инвертирующий вход ОУ.
Выходное напряжение ОУ, одновременно, через делитель на резисторах R6, R1 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Когда напряжение на С1 превысит напряжение на неинвертирующем входе ОУ, то выходное напряжение ОУ уменьшится до нуля и конденсатор С1 начнёт разряжаться через резистор R5, диод VD3 и выход ОУ от отрицательного источника питания. R5 имеет величину 100 Ом. Это означает, что выход ОУ сильно шунтирован разрядной цепью и напряжение на нём становится отрицательным, но близким к нулю. Поэтому импульс синхронизации имеет длительность приблизительно 0.4...0.6 мкс и вид отрицательного импульса положительной полярности, т. е. Имеет вид провала относительно положительного уровня насыщения ОУ.
На ОУ А2 выполнен повторитель напряжения, служащий для развязки ЛИН на конденсаторе С1 от последующих цепей. К выходу этого ОУ подключен потенциометр RP2, при помощи которого регулируется амплитуда ЛИН, а следовательно и величина девиации частоты ГКЧ. С движка RP2 ЛИН поступает на неинвертирующий вход А3, на котором выполнен сумматор. С движка RP3 напряжение сдвига поступает на инвертирующий вход А3. В результате выходное напряжение этого ОУ имеет линейный участок с перепадом уровней, задаваемым RP2 и этот участок может смещаться по уровню, что регулируется потенциометром RP3. В конечном итоге такое напряжение позволяет изменять пределы девиации частоты и смещать этот интервал частот по оси частот, т. е. по оси Х. Узел сдвига на ОУ А3 облегчает работу и создаёт дополнительные удобства. По этой причине он может и отсутствовать. Тогда ЛИН с движка RP2 должно поступать сразу на резистор R9 и конденсатор С12.
Второй блок — управляемый генератор высокой частоты с делителем выходного напряжения. На ПТ VT2 выполнен автогенератор ВЧ по схеме индуктивной трёхточки, а на БТ VT3 выполнен развязывающий эмиттерный повторитель, с которого ВЧ напряжение поступает на выход 1:1 и на делитель напряжения. Делитель имеет выходные сопротивления по 68 Ом.
В контур автогенератора ВЧ включены, варикап VD1, при помощи которого управляют девиацией частоты, КПЕ С2, при помощи которого устанавливают начальную рабочую частоту и три конденсатора С5, С6, С7, коммутируемых переключателями S3, S4, S5. При помощи этих конденсаторов переключаются поддиапазоны частот. ЛИН на варикап поступает через R9. Через R4 на варикап поступает напряжение начального смещения, задаваемое делителем напряжения на резисторах R3, R7.
В таблице приведены сведения о частотных поддиапазонах автогенератора ВЧ в зависимости от ёмкости колебательного контура и соответствующие им ВЧ выходные напряжения. Эти данные получаются если катушка L1 колебательного контура намотана на каркасе из текстолита диаметром 12.5 мм без подстроечного сердечника и содержит 20 витков провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0.3 мм намотанных с шагом 0.5 мм. Отвод сделан от второго витка снизу.
В качестве КПЕ использован переделанный блок КПЕ от приёмников типа «ВЭФ». В статорной секции КПЕ удалены 4 пластины, а в роторной удалено 5 пластин. В результате ёмкость получившегося КПЕ изменяется от 7.8 пФ до 46.2 пФ. Разумеется, в каждом конкретном случае будут иметь место некоторые отличия в значениях минимальной и максимальной емкостей КПЕ потому, что невозможно без точных измерений ёмкости переделанного КПЕ получить нужные взаимные расположения пластин ротора и статора. Поэтому значения частот поддиапазонов нужно измерить тем или иным способом и отградуировать шкалы. Высокой точности при этом не нужно.
УГ ВЧ может быть сменным и дополнительные блоки могут быть выполнены на частоты УКВ вплоть до ДЦВ. Но при этом нужно использовать более высокочастотные транзисторы и монтаж выполнить с учётом хорошо известных особенностей монтажа устройств диапазона ДЦВ.
В подобных ГКЧ нет никаких технических средств для измерения частоты на экране. Можно предложить для этого следующие способы.
1. Измеряется длительность развёртки ЛИН при помощи частотомера. Вход разделительного усилителя подключается к делителю ПОС ГЛИН. Потенциометр «Девиация частоты» ставится в нижнее положение. Измеряется частота. Потенциометр переводится в положение при котором будет наблюдаться характеристика. Точнее, возврат в режим АЧХ и установка желаемого изображения и снова переход в режим «стоп». Снова измеряется значение частоты. Если длительность развёртки осциллографа совпадает с временем развёртки ГЛИН, то цена деления совпадает. Если нет то, нужно разделить значение девиации частоты на время развёртки ГЛИН. Получится скорость изменения частоты . Это значение умножается на значение времени развёртки на одно деление. В результате получается значение изменения частоты на одно деление.
2. Потенциометр «Девиация частоты» устанавливается в положение «ноль». А частотой управляют вручную потенциометром «Сдвиг по Х» или «Установка частоты: точно». При этом на экране наблюдается горизонтальная линия. Управляя частотой вручную устанавливают эту линию на отмеченные заранее положения по У, соответствующие нужным уровням АЧХ. В этих точках отмечается значение частоты с помощью частотомера.
3. Отмечаются на АЧХ уровни по У соответствующие одному или нескольким делениям по Х. Способом 2 измеряются частоты. В зависимости от того, было одно деление или несколько, то получается значение изменения частоты либо сразу или делением на число делений по Х, имеющихся на экране в соответствии с характеристикой.
Источники информации
1. Скрыпник В.А. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской аппаратуры.- М.: Патриот, 1990.- с. 28-38.
2. Бондарь В.А. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. - М.: Энергоиздат, 1988.- с. 101.
|
