GPA 频率稳定。方案、说明

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VPA 频率的稳定。无线电电子电气工程百科全书

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无线电电子与电气工程百科全书 / 业余无线电设备的结。发电机，外差

文章评论

也许收发器中最关键的节点是 VFO，它决定了频率稳定性和噪声特性。本文试图以流行的形式呈现教科书 [1] 中精美描述的内容。

同时，省略了整个数学装置，以免用公式和矢量图吓到没有准备的读者。

自振荡器频率不稳定有很多原因。有条件地可以将所有不稳定的原因分为两个方向：

影响驱动电路设置频率的原因；
由于有源元件的模式变化而影响频率的原因。

第一个方向的最简单原因是结构的机械脆弱性。相同趋势的下一个明显原因是温度不稳定。振荡器的加热部件会导致电感和电容发生变化。例如，在陶瓷框架上加热用铜线缠绕的线圈会导致铜膨胀，导线长度增加，绕组直径增加。这需要增加电感和降低频率。缠绕在氟塑料框架上的线圈同样加热会导致匝的直径增加，但由于氟塑料线膨胀过大，线圈的长度被拉伸得远远超过了直径的增加，因此，电感不增加，而是减少，频率上升。因此，PTFE 完全不适用于高度稳定的电路。

大多数铁磁材料的磁导率在加热时会增加。随着加热和变容二极管容量的增加而增加。加热时，电容器的电容可能会增加或减少，具体取决于极板和电介质的材料。有时（不幸的是，并非总是）电容温度系数（TKE）的值写在电容器上，它显示了当加热1°C时电容器的电容变化了百万分之几。变化的符号（减号或加号）由字母“M”或“P”表示。

M750 名称意味着每加热一度，容量就会减少 750x10-6。名称 P33 表示每度加热增加 33x10-6。如果采用 TKE M750 的电容器在标称温度下的电容为 1500 pF，则当额外加热 20°C 时，电容将变为等于 1500-1500x750xl0-6x20 = 1500-22,5 = 1477,5 pF。如果自振器工作在500kHz的频率，它的频率仅由这个电容决定，那么频率偏差将是3,79kHz，这显然是很大的。

在这种情况下，激进的方法是恒温。但更简单、更便宜 - 选择温度偏差最小的部件。所谓的热补偿可以将温度不稳定性降低到一定限度，但并不能完全消除它。有两个原因。首先，GPA电路是可调谐的，在调谐过程中恒定电容和可变电容的百分比会发生变化。因此，在一个频率处实现的补偿在另一频率处被违反。其次，加热过程中电容和电感的变化根据不同的规律发生。因此，如果我们将发电机再加热 10°C，则将违反通过加热 10°C 实现的补偿。

作为 GPA 的部件，我们可以推荐使用镀银线绕制的线圈，该镀银线在绕制过程中在有棱纹的陶瓷框架上进行加热。电容可搭配TKE M5或M47使用KM75（五层，小尺寸）。如果使用变容二极管来调整 GPA，那么应该有更多的 TKE 电容器，因为。变容二极管的 TKE 是正的，根据偏置（即，调谐频率），它们从高压下的 70 ... 80x10'6 到低压下的 500x10"6 不等。因此，使用变容二极管是不可接受的在低于 8 ... 9 V 的偏置电压下，如果变容二极管的容量不足以满足给定的电路，要么使用大容量的变容二极管（例如 KB 105），要么将两个或三个变容二极管并联。作者确实不推荐使用烧银线圈。是的，它们具有良好的温度稳定性，但是......品质因数低，品质因数更重要。

影响电路频率的下一个原因是连接到电路并充当其电容组件的有源元件的寄生电容的不稳定性。在工作过程中，这些寄生电容会发生变化，并直接驱动电路的频率。先前考虑的温度频率漂移发生缓慢，可以在数字标度上进行校正或补偿。寄生电容不稳定性的影响发生得很快，通常与调制同时发生，并且伴随着特征信号失真。晶体管中的寄生极间电容是 pn 结的常见势垒电容，当施加到它们的电压变化时，它们会重建。寄生电容的影响可以在一定程度上减少，但并不能完全消除。

为了减少它们的影响，需要保证寄生电容占电路总电容的百分比尽可能小，这样在电路总电容较大的背景下，几皮法的寄生电容就可以少一些。影响。然而，这里有两个限制。首先，过大的电容和低电感会导致电路的品质因数下降。其次，太大的恒定电容需要成比例地增加可变电容，否则将无法保证电路调节的极限。无论如何，不可能仅使用寄生电容来制作 GPA，如[2]中所做的那样，其中在 1,8...7 MHz 电路中使用了具有小电容的 KVS111 变容二极管。为了获得调谐，作者使用了大电感和小恒定电容。在这种情况下，晶体管的寄生输入电容达到总电路电容的 20% (!!)。如果电源电压和发电机工作模式理想地稳定，寄生电容对频率的影响很小，而这实际上是无法实现的。

在一定程度上解决该问题的方法之一是在 GPA 电路和有源元件之间使用去耦级联。图 1 显示了最简单的电感三点电路，图 2 显示了添加去耦源跟随器的三点电路。

GPA 频率稳定
Ris.1

栅极和源极之间的电压差“比输入电压本身小10倍。而如果电压差很小，那么通过跟随器的输入电容的交流电流就会减少10倍，这相当于减少了输入电容的 10 倍。

GPA 频率稳定

但这还不是全部。中继器（图 2）具有深度直流反馈。当电源电压变化时，晶体管中的电流变化比没有源电阻时变化小很多倍，即寄生电容更稳定。

在第一种情况（图 1）中，生成晶体管利用电流从电路中产生自动偏置，从而降低其品质因数。在第二种情况（图 2）中，该电流取自跟随器，不会影响品质因数。由于功率增益较大，发生晶体管的源极连接到电路匝数的较小部分(1/10…1/20)，对电路的影响较小。如果将具有左手特性的场效应晶体管用作中继器而不向栅极施加偏压，则可以获得最佳结果。我们可以推荐KP305I。必须选择电路参数，以便中继器传输振荡幅度时不会失真，或者从上方和下方受到统一的限制。还有另一种频率不稳定的机制，但不是那么明显。由于其高质量电路“响铃”并保持振荡，振荡器能够连续运行。电路中的能量仅在栅极处的正半波峰值处由脉冲补充。

为了稳定运行，必须保持发生器的幅度平衡和相位平衡。第一个要求对于电路中的每个振荡周期，补充的能量与电路消耗的能量一样多（对于栅极电流、电容器和电阻器的损耗、到周围空间的辐射）。这种平衡是通过自动偏置来维持的。一旦振荡幅度稍微减小，偏置也会减小，晶体管打开得更多，并且泵浦能量的部分增加。反之亦然。

第二个要求升压电流脉冲与现有振荡严格及时地进入电路 - 不早也不晚。相位平衡也是自动保持的，但是这个过程比较难理解。为简单起见，我们以基于真空三极管的自振荡器为例进行描述。当灯打开时，一束电子开始从阴极移动到阳极。此时阳极电路中没有电流。只有在电子束到达阳极后，电流脉冲才会通过阳极电路。在此期间，一般可以忽略不计的时间，电路上的振荡相位会发生变化，推动电流脉冲将滞后于电网上的电压脉冲。该滞后以几度的相位角表示。这就是所谓的斜角（不要与电流-电压特性的斜率混淆！）。显示信号延迟大小的斜角取决于电极之间的距离和电子的速度，而电子的速度又取决于阳极电压的值。

因此，脉冲较晚进入电路。生成器如何适应这种情况？事实证明，它并不完全在电路的频率下产生，而是刚好低于这个频率。

如果交流电流流过振荡电路，则在一种情况下，电路上的电压与电流完全同相：当电流与电路的频率完全谐振时。在所有其他情况下，电路上的电压要么超前于电流，要么滞后于电流。因此，自振荡器自动选择一个频率，在该频率下电路上的电压将泵浦电流脉冲提前完全相同的量，然后由灯延迟。众所周知，高 Q 值电路对频率偏差的反应非常剧烈。非常小的频率偏差会导致大的相位偏差。因此，为了补偿灯中的相位延迟，发生器仅需要稍微远离电路的谐振频率。如果阳极电压发生变化，则灯的延迟也会发生变化。发生器将切换到另一个频率，在该频率下将再次保持相位平衡。如果电路的品质因数很高，则频移可以忽略不计。对于低 Q 电路，发生器需要更多地改变频率以补偿相同的延迟。

信号延迟不仅存在于灯中，还存在于晶体管和微电路中。只有在那里他们的物理学不是那么明显。因此，通过改变灯或晶体管的工作模式，我们可以改变产生频率，这甚至可以用于频率调制。但是，如果我们不仅不能，而且我们不想这样做，该怎么办 - 并且频率“浮动”！首先，如果可能的话，稳定电源，其次，使用尽可能高品质因数的振荡电路，为此线圈用足够粗的镀银线缠绕在由无线电瓷或聚苯乙烯制成的带肋框架上。如果框架没有强制槽口，则需要使用来自降压变压器的加热线将其缠绕。冷却后，线材收缩并紧密贴合框架，固定匝。

为此目的，用清漆、油漆等涂覆线圈。完全不能接受。如果自振荡器工作频率高于 10 MHz，则不应将电路元件焊接到印刷电路板上。电路中使用的电容器和变容二极管应直接焊接到线圈的末端，无需额外的安装导线。如果生成频率很高，并且晶体管的寄生电容不可避免地占电路容量的很大一部分，则晶体管本身必须通过表面安装的方式焊接到线圈上。第三，GPA需要使用寄生电容最小的晶体管。通常，为了防止 VHF 自振荡器自激，在栅极或基极电路中使用抗寄生电阻。除了抑制寄生振动外，它们还降低了主电路的品质因数。因此，电阻器即使是由电路提供的，也不需要先安装。如果确实发生寄生振荡，则需要寻找其他方法来消除它们，如果这没有效果，则仅安装最小值的反寄生电阻，从几欧姆开始。 VHF 上的寄生激励不仅会产生额外的接收和寄生辐射通道，还会破坏主发生器的稳定性。寄生电路可能具有低品质因数，而寄生振荡具有不稳定的幅度。振荡器模式不断变化，导致基频发生变化，令其创造者感到困惑。

频率不稳定可能是由所谓的“拉动”引起的。如果振荡器屏蔽不良，则在传输过程中，大拾音器会影响电路，这与主振荡相加，会导致晶体管输入端的相位完全紊乱。因此，生成频率开始“行走”。控制措施 - 屏蔽。功率去耦和符合电平图，其中自然振荡的幅度将比拾音器的幅度大很多倍。

也许有人会反对我，因为这里所说的很多内容并不那么重要。毕竟，收发器工作时，GPA 与这里表达的许多想法相反。是的，他们确实这么做了。但如何呢？采用一个或另一个 GPA，将电源电压改变 10%，然后使用频率计查看频移。当然，在实际工作中，它不会改变10%，而是小得多，但这更方便，更清晰。然后你会看到你所有的错误——用清漆涂覆线圈会导致什么频率不稳定，印刷电路板上的电容器和变容二极管的接线会产生多少等等。

具有高电子频率稳定性的振荡器具有相应的低相位噪声。然而，这不适用于通过数字秤和 CAFC 实现稳定性的情况，而不是 VPA 本身的良好设计。

文学

Drobov S., Bychkov S. 无线电发射装置。 - M.：苏联电台，1969 年。
Ziryukin Yu。（EU3AS）。 GPA 三频收发器。 - 业余无线电爱好者。 KB 和 UKV，1996 年，第 7 期。

作者：G. Gonchar (EW3LB)，巴拉诺维奇；出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru

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