Использование комбинационных генераторов в параметрических преобразователях | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 января, печатный экземпляр отправим 2 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №22 (364) май 2021 г.

Дата публикации: 26.05.2021

Статья просмотрена: 4 раза

Библиографическое описание:

Лычев, И. С. Использование комбинационных генераторов в параметрических преобразователях / И. С. Лычев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 22 (364). — С. 108-110. — URL: https://moluch.ru/archive/364/81523/ (дата обращения: 17.01.2022).



Рассмотрено использование комбинационных генераторов, в частности, трехчастотных, в параметрических преобразователях. Показаны достоинства и ограничения данной схемотехнической реализации.

Ключевые слова: комбинационный генератор, преобразователь, трехчастотный генератор, эффект повышенной чувствительности.

Рассмотрим комбинационные генераторы. Комбинационные генераторы — это автоколебательные системы, в которых генерируются колебания разных частот в разных точках. Каждый генерируемый сигнал является продуктом перемножения и последующей фильтрации выбранных двух других сигналов из всех генерируемых. Частота данного сигнала равна сумме или разности частот перемножаемых сигналов. В результате алгебраическая сумма частот всех генерируемых сигналов в петле генератора равна нулю. Баланс частот — это новое условие устойчивой генерации сигналов, которое добавляется к условиям баланса амплитуд и баланса фаз. Увеличение условий устойчивой генерации сигналов увеличивает число степеней свободы автоколебательной системы и, соответственно, число положительных свойств.

На рис. 1 приведена структурная схема трёхчастотного генератора, которая содержит три полосных усилителя 1, 3, 6 и три смесителя 2, 4, 5.

Видно, что в рассматриваемом генераторе частота сигнала на выходе усилителя 1 может быть суммой или разностью частот сигналов на выходах усилителей 3 и 6. Частота сигнала на выходе усилителя 3 может быть суммой или разностью частот сигналов на выходах усилителей 1 и 6. Частота сигнала на выходе усилителя 6 может быть суммой или разностью частот сигналов на выходах усилителей 1 и 3.

При установленном наборе частот соответственно настраиваются коэффициенты передачи и полосы пропускания полосных усилителей, в пределах которых должно выполняться условие баланса амплитуд. В области частот, где выполняется условие баланса амплитуд, должны выполняться ещё два условия:

(1.4)

где — фазовые сдвиги в полосных усилителях, считая смесители идеальными.

Структурная схема трёхчастотного генератора

Рис. 1. Структурная схема трёхчастотного генератора

Данная автоколебательная система характеризуется жёстким возбуждением из-за наличия в ней смесителей. Необходим начальный толчок для возбуждения свободных колебаний в любом полосном усилителе. После этого происходит возбуждение всей автоколебательной системы. В первый момент частоты колебаний совпадают с частотами свободных колебаний в каждом полосном усилителе. Затем начинается переходный процесс, в конце которого частоты примут значения, удовлетворяющие условиям (1.4) и имеющие минимальное отклонение от частот свободных колебаний.

Из-за этого комбинационные генераторы способны генерировать колебания, частоты которых в общем случае не совпадают с резонансными частотами полосных усилителей. Этот эффект достигается без использования амплитудного фактора, как в генераторах с многопетлевой обратной связью.

Другое достоинство комбинационного генератора — это повышенная стабильность варьируемых частот двух генерируемых сигналов, если третий полосный усилитель снабдить резонансным контуром повышенной добротности или кварцевым резонатором. В этом случае происходит компенсация уходов резонансных частот контуров полосных усилителей из-за влияния возмущающих факторов и частоты генерируемых сигналов не зависят от этих уходов.

Подобные эффекты имеются в автоколебательной системе, являющейся частным случаем структуры, приведённой на рис. 1. Смеситель 5 исключается, а вместо полосного усилителя 6 вводится стабильный генератор возбуждения. Эта схема обладает мягким возбуждением и широко используется как угловой модулятор и параметрический измерительный преобразователь.

Комбинационные генераторы способны работать в режиме кратного синхронизма, в режиме плавного управления частотами генерируемых колебаний и в режиме биений.

В режиме кратного синхронизма средние частоты полосных усилителей настраиваются в соответствии с кратными числами. В этом случае гармоники генерируемых колебаний попадают в полосы пропускания усилителей, и из-за взаимной синхронизации сигналов этими гармониками происходит затягивание их частот. Появляются зоны синхронизма, в пределах которых изменение настройки полосных усилителей не влияет на частоту генерируемых колебаний. Режим используется для деления и умножения частот.

Режим биений применяется рядом с зонами кратного синхронизма. При этом наблюдается модуляция генерируемых колебаний. В интервалах между зонами кратного синхронизма автоколебательная система работает в качестве диапазонного генератора. Частоты генерируемых сигналов изменяются согласно управляющим воздействиям. К способам управления комбинационным генератором можно отнести воздействие на средние частоты полосных усилителей и внесение дополнительного фазового сдвига. Реализация этих способов может быть достаточно разнообразная.

Чувствительность преобразователей и модуляторов на базе комбинационных генераторов принципиально не отличается от чувствительности аналогичных устройств, использующих другие автоколебательные системы.

В режиме повышенной чувствительности [1, 2] относительно небольшие изменения резонансных или средних частот фильтров автоколебательной системы, или небольшие изменения дополнительных фазовых сдвигов в петле автоколебательной системы, вызывают значительные изменения частот генерируемых сигналов.

Аналитические исследования, компьютерное моделирование и натурное макетирование позволили определить условия реализации данного эффекта в любой автоколебательной системе, включая и использование в схеме трехчастотного генератора.

Исследование автоколебательной системы с комбинационным взаимодействием трёх сигналов разных частот в режиме повышенной чувствительности привели к разработке и реализации усилителей девиации частоты и девиации фазы, а также взаимных преобразователей девиации частоты и фазы с одновременным увеличением индекса модуляции.

Эффект повышенной чувствительности, включая комбинационные схемы, позволяет реализовать параметрические измерительные преобразователи с угловой модуляцией выходного сигнала, которые будут способны регистрировать сверхмалые отклонения контролируемого параметра.

Литература:

1. Иванов, В. В. Фазочастотные преобразователи повышенной чувствительности [Текст] / В. В. Иванов, В. И. Воловач, В. К. Шакурский // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. — Пенза: ПГУ, 2003. — С. 389–390.

2. Иванов, В. В. Генераторные, фазовые и частотные преобразователи и модуляторы [Текст] / В. В. Иванов, В. К. Шакурский. — М.: Радио и связь, 2003. — 172 с.

Основные термины (генерируются автоматически): автоколебательная система, частота, генератор, кратный синхронизм, повышенная чувствительность, выход усилителей, выход усилителя, комбинационный генератор, полосной усилитель, разность частот сигналов.


Ключевые слова

преобразователь, комбинационный генератор, трехчастотный генератор, эффект повышенной чувствительности
Задать вопрос