Генератор Ваккара

Схема так называемого генератора Вакаржа. Вакарж приписал Радиославии разработку этой схемы в 1945 году. ^{[ 1 ]}

Генератор Вакаржа широкого диапазона — это генератор переменной частоты (VFO), который имеет почти постоянную выходную амплитуду во всем диапазоне частот. Он похож на генератор Колпитца или генератор Клаппа , но эти конструкции не имеют постоянной выходной амплитуды при настройке.

Изобретение

В 1949 году чешский инженер Иржи Вакарж опубликовал статью о конструкции стабильных генераторов переменной частоты (VFO). ^{[ 2 ]} В документе обсуждались многие проблемы стабильности, такие как изменения в зависимости от температуры, атмосферного давления, старения компонентов и микрофонных характеристик . Например, Вакарж описывает изготовление индукторов путем сначала нагревания проволоки, а затем ее намотки на устойчивую керамическую катушку. Полученный индуктор имеет температурный коэффициент от 6 до 8 частей на миллион на градус Цельсия. ^{[ 3 ]} Вакарж указывает, что обычные воздушные конденсаторы переменной емкости имеют стабильность 2 части на тысячу; Для создания VFO со стабильностью 50 частей на миллион требуется, чтобы емкость переменного конденсатора составляла всего 1/40 емкости настройки (0,002/40 = 50 ppm). Требование стабильности также подразумевает, что переменный конденсатор может настраивать только ограниченный диапазон 1:1,025. ^{[ 3 ]} Большие диапазоны настройки требуют переключения стабильных постоянных конденсаторов или катушек индуктивности. ^{[ 4 ]}

Вакарж был заинтересован в конструкциях с высокой стабильностью, поэтому он хотел получить самую высокую $добротность$ для своих схем. Можно создать широкодиапазонный VFO со стабильной выходной амплитудой за счет сильного демпфирования (нагрузки) настроенной схемы, но такая тактика существенно снижает добротность $и$ стабильность частоты. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Вакаржа также интересовали изменения амплитуды генератора переменной частоты при его настройке в пределах своего диапазона. В идеале коэффициент усиления контура генератора будет равен единице согласно критерию устойчивости Баркгаузена . На практике коэффициент усиления контура регулируется так, чтобы он был немного больше единицы, чтобы начать колебание; по мере увеличения амплитуды некоторое сжатие коэффициента усиления приводит к тому, что коэффициент усиления контура усредняется за полный цикл до единицы. Если затем отрегулировать частоту VFO, усиление может существенно увеличиться; в результате требуется большее сжатие усиления, а это влияет как на выходную амплитуду VFO, так и на стабильность его частоты.

Вакарж проанализировал несколько существующих схем на предмет их стабильности амплитуды. ^{[ 1 ]} В своем анализе Вакарж сделал несколько предположений. ^{[ 7 ]} Он предположил, что настроенная схема имеет постоянный коэффициент качества ( $Q$ ) во всем диапазоне частот VFO; это предположение подразумевает, что эффективное сопротивление резервуара увеличивается линейно с частотой ( $ω$ ). пропорциональна Крутизна генератора Клаппа ω $. 3$ . ^{[ 8 ]} Если крутизна Клаппа настроена так, чтобы колебаться только на самой низкой частоте, то генератор будет перегружен на самой высокой частоте. Если бы частота изменилась в 1,5 раза, то усиление контура на верхнем конце было бы в 3,375 раза выше; этот более высокий коэффициент усиления требует значительного сжатия. Вакарж пришел к выводу, что генератор Клаппа «может использоваться только для работы на фиксированных частотах или, самое большее, в узких диапазонах (максимум около 1:1,2)». ^{[ 9 ]} Напротив, генераторы Зейлера (конденсатор с ответвлением) и Лампкина (индуктор с ответвлением) имеют требования к крутизне, пропорциональные ω. ⁻¹. ^{[ 10 ]}

Затем Вакарж описывает схему генератора, созданную Радиославией в 1945 году, которая поддерживала «сравнительно постоянную амплитуду в широком диапазоне частот». ^{[ 11 ]} Вакарж сообщает, что схема VFO используется чехословацким почтовым отделением с 1946 года. Вакарж анализирует схему и объясняет, как получить приблизительно постоянную амплитудную характеристику. Крутизна схемы увеличивается линейно с частотой, но это увеличение компенсируется увеличением $Q$ настроечного дросселя . ^{[ 12 ]} Эта схема стала известна как Vackář VFO. ^{[ 13 ]} Вакарж назвал схему «нашей схемой» и заявил, что О. Ландини независимо обнаружил схему и опубликовал ее (без анализа) на Radio Rivista в 1948 году. ^{[ 14 ]} Вакарж описывает конструкцию VFO, использующую эту схему, которая охватывает скромный диапазон частот 1:1,17. ^{[ 14 ]}

Затем Вакарж описывает вариант схемы «Радиославия», которая может охватывать диапазон частот 1:2,5. ^{[ 15 ]} или даже 1:3. ^{[ 16 ]} Эта схема пытается компенсировать некоторые изменения $добротности$ в полезном диапазоне ГУН. ^{[ 17 ]} Вакарж запатентовал эту новую схему и две ее вариации. ^{[ 18 ]}

Работа схемы

Приведенная выше схема эквивалентна рис. 5 в его статье (проект «Радиославия»), перерисованной для использования переходного полевого транзистора . $L 1$ и конденсаторы образуют резонансный контур генератора Колпитца, а конденсаторы $C v$ и $C g$ также служат делителем напряжения сетки. Схема может быть настроена с помощью $C 0$ . Примеры значений взяты из его статьи. Резистор $R L$ является частью моделирования, а не частью схемы. $L 2$ — радиочастотный дроссель .

Он похож на более ранний осциллятор Зейлера , разница в том, что в генераторе Зейлера $C 0$ подключен к другой стороне $C a$ . Вакарж основывал свой проект на анализе стабильности Гурье-Клаппа (Вакарж утверждает, что это для фиксированной частоты или очень узкого диапазона, максимум 1:1,2), Зайлера ^{[ 19 ]} иЛэмпкин ^{[ 20 ]} генераторы (в лампкинах индуктивный делитель напряжения на катушке настроенной цепи используется вместо $C v$ , $C g$ и $Ca у Зейлера$ ; схемы в 1-й ссылке).

Стабильность генератора во многом обусловлена зависимостью прямой крутизны лампы (или транзистора) от резонансной частоты ( $ω$ ) настроенного контура. В частности, Вакарж обнаружил, что прямая крутизна изменяется как $ω 3$ для генератора Клаппа - как $1/ ω$ для генератора Зейлера и как $ω / Q$ для его конструкции, где $добротность$ увеличением катушки ( $L 1$ ) увеличивается с $ω$ .

Условия прямой крутизны, минимально меняющейся по отношению к ω, выполняются, когда:

C_{a}\gg C_{0}\gg C_{v},

и

C_{g}\gg C_{v}

и $добротность$ резонатора увеличивается пропорционально $ω$ , ^{[ 2 ]} что часто аппроксимируется реальными индукторами .

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Вакарж 1949 , стр. 5.
^ Перейти обратно: ^а ^б Вакарж, Иржи (декабрь 1949 г.), LC-генераторы и их стабильность частоты (PDF) , Технические отчеты Tesla, Прага, Чехословакия: Национальная корпорация Tesla, УДК 621.396.615.12, заархивировано (PDF) из оригинала 19 февраля 2012 г. , получено 24 апреля 2016 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Вакарж 1949 , с. 2
^ Современные генераторы, управляемые напряжением с низким фазовым шумом, используют переключение банков.
^ Вакарж 1955 , столбец 1, строка 70: «Хотя с помощью правильного демпфирования можно получить переменную добротность и постоянную амплитуду, это неудобно, поскольку это уменьшит стабильность частоты».
^ Существует проблема вносимых потерь , которую Вакарж игнорирует.
^ Вакарж 1955 , столбец 2, строки 34–60.
^ Вакарж 1949 , с. 5, уравнение 34а
^ Вакарж 1949 , стр. 5–6
^ Вакарж 1949 , с. 6, уравнение 36а
^ Вакарж 1949 , стр. 6.
^ Вакарж 1949 , с. 7, уравнение 40
^ Шетген, Роберт, изд. (1996), "G3PDM Vackar VFO", Справочник ARRL для радиолюбителей (семьдесят третье изд.), стр. 14.17–14.18 , ISBN 0-87259-173-5
^ Перейти обратно: ^а ^б Вакарж 1949 , с. 7 цитат Ландини, О. (ноябрь 1948 г.), Radio Rivista , 1 , Итальянская радиотехническая ассоциация, ISSN 0033-8036 {{citation}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ Вакарж 1949 , с. 7
^ Вакарж 1955 , столбец 4, строка 10.
^ Вакарж 1949 , с. 8
^ США 2706249 , Вакарж, Иржи, «Стабилизация резонансных цепей», опубликовано 10 февраля 1950 г., выдано 12 апреля 1955 г.
^ Зайлер, Э.О. (ноябрь 1941 г.), «Генератор с низкой температурой углерода и электронной связью» (PDF) , QST
^ Лэмпкин, Г. Ф. (март 1939 г.), «Усовершенствование генераторов постоянной частоты», Proceedings of the IRE , 27 (3): 199–201, doi : 10.1109/jrproc.1939.228137 , S2CID 51648361

Внешние ссылки

Вакуумная трубка Ваккар
Транзистор Ваккар
Очень низкий фазовый шум Vackar VFO для КВ трансиверов . (Небольшое отличие от конструкции G3PDM. Заявление об очень низком фазовом шуме сомнительно; NF = 20 дБ?)
КМОП-реализация генератора, управляемого напряжением. Цитата: «...[pdf-стр. 30]... И вот победитель. Если вы хотите создать очень стабильный, низкий фазовый шум и низкий уровень паразитных ГУН, Vackar VCO определенно является лучшим выбором. выбор... Он отличается тем, что выходной уровень более стабилен по частоте и имеет более широкую полосу пропускания по сравнению с конструкциями Колпитта или Клаппа..."
Высокочастотный LC-генератор без смещения
Улыбка VFO Красивая
Хаусон, Луи (декабрь 1955 г.). «Проектирование VFO». QST (12): 35–??.
Фиск, Джим (июнь 1968 г.). «Стабильный транзисторный VFO: обсуждение генераторных схем Вакара и Зейлера». Любительское радио : 14–21.

[Vackář_1949_5-1] Перейти обратно: ^а ^б Вакарж 1949 , стр. 5.

[Vackář-2] Перейти обратно: ^а ^б Вакарж, Иржи (декабрь 1949 г.), LC-генераторы и их стабильность частоты (PDF) , Технические отчеты Tesla, Прага, Чехословакия: Национальная корпорация Tesla, УДК 621.396.615.12, заархивировано (PDF) из оригинала 19 февраля 2012 г. , получено 24 апреля 2016 г.

[Vp2-3] Перейти обратно: ^а ^б Вакарж 1949 , с. 2

[4] Современные генераторы, управляемые напряжением с низким фазовым шумом, используют переключение банков.

[5] Вакарж 1955 , столбец 1, строка 70: «Хотя с помощью правильного демпфирования можно получить переменную добротность и постоянную амплитуду, это неудобно, поскольку это уменьшит стабильность частоты».

[6] Существует проблема вносимых потерь , которую Вакарж игнорирует.

[7] Вакарж 1955 , столбец 2, строки 34–60.

[8] Вакарж 1949 , с. 5, уравнение 34а

[9] Вакарж 1949 , стр. 5–6

[10] Вакарж 1949 , с. 6, уравнение 36а

[11] Вакарж 1949 , стр. 6.

[12] Вакарж 1949 , с. 7, уравнение 40

[13] Шетген, Роберт, изд. (1996), "G3PDM Vackar VFO", Справочник ARRL для радиолюбителей (семьдесят третье изд.), стр. 14.17–14.18 , ISBN 0-87259-173-5

[Vp7-14] Перейти обратно: ^а ^б Вакарж 1949 , с. 7 цитат Ландини, О. (ноябрь 1948 г.), Radio Rivista , 1 , Итальянская радиотехническая ассоциация, ISSN 0033-8036 {{citation}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[15] Вакарж 1949 , с. 7

[16] Вакарж 1955 , столбец 4, строка 10.

[17] Вакарж 1949 , с. 8

[18] США 2706249 , Вакарж, Иржи, «Стабилизация резонансных цепей», опубликовано 10 февраля 1950 г., выдано 12 апреля 1955 г.

[19] Зайлер, Э.О. (ноябрь 1941 г.), «Генератор с низкой температурой углерода и электронной связью» (PDF) , QST

[20] Лэмпкин, Г. Ф. (март 1939 г.), «Усовершенствование генераторов постоянной частоты», Proceedings of the IRE , 27 (3): 199–201, doi : 10.1109/jrproc.1939.228137 , S2CID 51648361

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

v т и Электронные генераторы
Теория	Критерий устойчивости Баркгаузена Гармонический осциллятор Уравнение Лисона Критерий устойчивости Найквиста Фазовый шум генератора Фазовый шум
LC генераторы	Осциллятор Армстронга или Мейснера. Осциллятор Клаппа Осциллятор Колпитца Осциллятор Хартли Осциллятор Лэмпкина Генератор моста Мичема Осциллятор Зейлера Генератор Ваккара резонансный Ройер
RC-генераторы	Генератор фазового сдвига Твин-Т генератор Генератор моста Вина
Кварцевые генераторы	Генератор Батлера Осциллятор Пирса Тритет генератор
Релаксационные осцилляторы	Блокирующий генератор Мультивибратор Осциллятор Пирсона – Энсона базовый Ройер
Другой	Резонаторный генератор Генератор линии задержки Оптоэлектронный генератор кольцевой генератор Осциллятор Робинсона Генератор линии передачи Клистронный генератор Резонаторный магнетрон Генератор Ганна