Осциллятор Вацкарж - Vackář oscillator

Схема того, что обычно называют осциллятором Вацкаржа. Вацкарж приписал Radioslavia разработку этой схемы в 1945 году.[1]

А Осциллятор Вацкарж это широкий спектр генератор переменной частоты (VFO), который стремится к почти постоянной выходной амплитуде во всем диапазоне частот. Это похоже на Генератор Колпитца или Осциллятор Клаппа, но эти конструкции не имеют постоянной выходной амплитуды при настройке.

Изобретение

В 1949 г. Чешский Инженер Иржи Вацкарж опубликовал статью о разработке стабильных генераторов переменной частоты (VFO).[2] В документе обсуждались многие проблемы стабильности, такие как колебания температуры, атмосферного давления, старение компонентов и микрофона. Например, Вацкарж описывает изготовление индукторов, сначала нагревая провод, а затем наматывая его на стабильную керамическую катушку. Полученный индуктор имеет температурный коэффициент от 6 до 8 частей на миллион на градус Цельсия.[3] Вацкарж отмечает, что обычные воздушные конденсаторы переменной емкости имеют стабильность 2 части на тысячу; для создания VFO со стабильностью 50 частей на миллион требуется, чтобы переменный конденсатор составлял только 1/40 от настраиваемой емкости (0,002 / 40 = 50 частей на миллион). Требование стабильности также подразумевает, что переменный конденсатор может настраиваться только в ограниченном диапазоне 1: 1.025.[3] Большие диапазоны настройки требуют переключения стабильных конденсаторов постоянной емкости или катушек индуктивности.[4]

Вацкарж интересовался конструкциями с высокой стабильностью, поэтому он хотел Q для его схем. Можно сделать широкодиапазонный VFO со стабильной выходной амплитудой путем сильного демпфирования (нагрузки) настроенного контура, но такая тактика существенно снижает Q и стабильность частоты.[5][6]

Вацкарж также интересовался вариациями амплитуды генератора переменной частоты, когда он настраивается через свой диапазон. В идеале петлевое усиление генератора будет равно единице в соответствии с Критерий устойчивости Баркгаузена. На практике коэффициент усиления контура настраивается немного больше единицы, чтобы начать колебание; по мере увеличения амплитуды некоторое сжатие усиления приводит к тому, что усиление контура усредняется за полный цикл до единицы. Если затем отрегулировать частоту VFO, усиление может существенно увеличиться; в результате требуется большее сжатие усиления, что влияет как на выходную амплитуду VFO, так и на его стабильность частоты.

Вацкарж рассмотрел несколько существующих схем на предмет стабильности их амплитуды.[1] В своем анализе Вацкарж сделал несколько предположений.[7] Он предположил, что настроенная схема имеет постоянную добротность (Q) в частотном диапазоне VFO; это предположение означает, что эффективное сопротивление резервуара линейно увеличивается с частотой (ω). В Осциллятор Клаппа крутизна пропорциональна ω3.[8] Если крутизна Клаппа настроена так, чтобы колебаться только на самой низкой частоте, тогда генератор будет перегружен на своей самой высокой частоте. Если частота изменится в 1,5 раза, то усиление контура на верхнем конце будет в 3,375 раза выше; это более высокое усиление требует значительного сжатия. Вацкарж пришел к выводу, что осциллятор Клаппа «может использоваться только для работы на фиксированных частотах или, самое большее, в узких полосах (макс. Примерно 1: 1,2)».[9] Напротив, Зайлер (ответвленный конденсатор) и Лампкин Генераторы (индуктивность с ответвлениями) имеют требование крутизны, пропорциональное ω−1.[10]

Затем Вацкарж описывает схему генератора, созданную Radioslavia в 1945 году, которая поддерживала «сравнительно постоянную амплитуду в широком диапазоне частот».[11] Вацкарж сообщает, что схема VFO используется почтовым отделением Чехословакии с 1946 года. Вацкарж анализирует схему и объясняет, как получить примерно постоянную амплитудную характеристику. Крутизна схемы увеличивается линейно с частотой, но это увеличение компенсируется увеличением индуктивности настройки. Q.[12] Эта схема получила название VFO Vackář.[13] Вацкарж назвал схему «нашей схемой» и утверждает, что О. Ландини независимо обнаружил схему и опубликовал ее (без анализа) в Радио Ривиста в 1948 г.[14] Вацкарж описывает конструкцию VFO, использующую эту схему, которая покрывает скромный частотный диапазон 1: 1.17.[14]

Затем Вацкарж описывает вариант схемы Радиославии, которая может покрывать частотный диапазон 1: 2,5.[15] или даже 1: 3.[16] Эта схема пытается компенсировать некоторые вариации в Q в пределах полезного диапазона ГУН.[17] Вацкарж запатентовал эту новую схему и два ее варианта.[18]

Схема работы

Схема выше эквивалентна рис. 5 в его статье (дизайн Радиославии), перерисованный для использования переход FET. L1 а конденсаторы образуют резонансный контур генератора Колпитца и конденсаторы Cv и Cграмм также служат в качестве делителя напряжения сети. Схема может быть настроена с помощью C0. Примеры значений взяты из его статьи.

Он похож на более ранний Осциллятор Seiler, разница в том, что у Зайлера C0 подключен к другой стороне Cа. Вацкарж основал свой проект на анализе устойчивости Gouriet-Clapp (Вацкарж утверждает, что это для фиксированной частоты или очень узкого диапазона, максимум 1: 1,2), Seiler[19] и Лампкин[20] генераторы (у Лампкина индуктивный делитель напряжения на настроенная схема катушка используется вместо Cv, Cграмм, и Cа Зайлера; схемы в 1-м исх.).

Стабильность генератора во многом обусловлена ​​зависимостью лампы (или транзистора) от прямого направления. крутизна на резонансная частота (ω) настроенной схемы. В частности, Вацкарж обнаружил, что прямая крутизна варьируется как ω3 для осциллятора Клаппа, как 1/ω для генератора Зайлера, а как ω/Q за его дизайн, где Q фактор катушки (L1) увеличивается с ω.

Условия прямой проводимости, которая минимально изменяется по отношению к ω встречаются когда:

и

и Q резонатора увеличивается пропорционально ω,[2] что часто приближается к реальным индукторы.

Рекомендации

  1. ^ а б Вацкарж 1949 г., п. 5
  2. ^ а б Вацкарж, Иржи (декабрь 1949 г.), LC-генераторы и их стабильность частоты (PDF), Технические отчеты Tesla, Прага, Чехословакия: Национальная корпорация Tesla, УДК ​​621.396.615.12, в архиве (PDF) из оригинала от 19.02.2012, получено 2016-04-24
  3. ^ а б Вацкарж 1949 г., п. 2
  4. ^ Современные генераторы с низким уровнем фазового шума, управляемые напряжением, используют переключение банков.
  5. ^ Вацкарж 1955 г., столбец 1, строка 70: ​​«Хотя с помощью надлежащего демпфирования можно получить переменный коэффициент качества и постоянную амплитуду, это неудобно, потому что это снизило бы стабильность частоты».
  6. ^ Существует вносимая потеря вопрос, который игнорирует Вацкарж.
  7. ^ Вацкарж 1955 г., столбец 2, строки 34–60
  8. ^ Вацкарж 1949 г., п. 5, уравнение 34a
  9. ^ Вацкарж 1949 г., стр. 5–6
  10. ^ Вацкарж 1949 г., п. 6, уравнение 36a
  11. ^ Вацкарж 1949 г., п. 6
  12. ^ Вацкарж 1949 г., п. 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
  14. ^ а б Вацкарж 1949 г., п. 7 цитирование Ландини, О. (ноябрь 1948 г.), Радио Ривиста, Associazione radiotecnica italiana, 1, ISSN  0033-8036 Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  15. ^ Вацкарж 1949 г., п. 7
  16. ^ Вацкарж 1955 г., столбец 4, строка 10
  17. ^ Вацкарж 1949 г., п. 8
  18. ^ США 2706249, Vackář, Jiří, "Стабилизация резонансных цепей", опубликовано 10 февраля 1950 г., выпущено 12 апреля 1955 г. 
  19. ^ Зайлер, Э. О. (ноябрь 1941 г.), "Генератор переменной частоты", QST
  20. ^ Лампкин, Г. Ф. (март 1939 г.), "Улучшение генераторов постоянной частоты", Труды IRE, 27 (3): 199–201, Дои:10.1109 / jrproc.1939.228137

внешняя ссылка