Формирование ЧМ сигналов в ЧМАГ

Классическим формирователем ЧМ сигналов являются автогенератор с частотной модуляцией – ЧМАГ, один из вариантов которого приведен на рис. 3.12.

Схема (рис. 3.12) – емкостная трехточка, аналогичная рис. 2.5, а. Делитель R ₁, R ₂ используют для создания обратного смещения на варикапе, L _бл – блокировочная индуктивность по радиочастоте.

Рис. 3.12. Схема ЧМАГ

Эквивалентный контур, определяющий частоту автоколебаний, представлен на рис. 3.13, вольтфарадная характеристика варикапа – на рис. 3.14.

Рис. 3.13. Эквивалентная схема Рис. 3.14. Вольтфарадная

контура ЧМАГ характеристика варикапа

,

Емкость варикапа С _д определяется тремя действующими на нем напряжениями:

(3.25)

причем E _д – напряжение смещения на варикапе, чаще составляет – 4…– 6 В; – амплитуда напряжения радиочастоты, как правило, меньше 1 В.

Для нормальной работы ЧМАГ варикап должен быть обратно смещенным, т.е. u _д < 0.

Характеристику зарядной емкости диода (рис. 3.13) определяет зависимость:

(3.26)

где – зарядная емкость варикапа при нулевом смещении (U _д = 0), n = 1/2 – для варикапов в резким переходом, n = 1 и выше – для варикапов со сверхрезким переходом.

Подставим (3.25) в (3.26):

Если , при исследовании процесса модуляции можно ввести усредненное за период радиочастоты эквивалентное смещение на варикапе , так что

(3.26')

При .

Введя получим

(3.27)

Обозначая определяем частоту ЧМАГ

Центральная частота ЧМАГ в отсутствие модуляции, когда m = 0:

.

Введя коэффициент включения варикапа в схему и заменяя разложением в ряд Тейлора , , получаем

.

(3.28)

Относительная девиация частоты ЧМАГ

.

(3.29)

Пример. Выбрать параметры схемы модуляции (p, n, m) ЧМАГ, если девиация частоты на частоте . Относительная девиация частоты .

Выберем варикап с резким переходом n = 0, 5, тогда

.

Величина , иначе шумы из-за нестабильности источника питания будут сопоставимы с модулирующим сигналом.

Напряжение смещения на варикапе обязательно стабилизируют, так что оказывается величиной порядка . Возьмем . При и j = 0, 7 В, , тогда Коэффициент включения варикапа в схему

.

Для реализации столь малого коэффициента включения целесообразно при проектировании ЧМАГ включить параллельно варикапу дополнительный конденсатор.

Очевидно, что выбирать варикап со сверхрезким переходом в данной задаче не имеет смысла, так как при этом коэффициент включения p будет еще меньше.