Насколько стабилен ГУН на варикапе

22 сентября 2021

В рамках статьи Настолько стабилен аналоговый VFO мы узнали, что на основе LC-контура можно сделать неплохой генератор переменной частоты. Возникает вопрос — а что будет, если вместо КПЕ воспользоваться варикапом? Давайте выясним.

Схема была модифицирована таким образом:

Схема генератора управляемого напряжением на варикапе

Это называется генератор управляемый напряжением или ГУН (voltage-controlled oscillator, VCO). Схема качественно та же, что использовалась в прошлый раз, только номиналы компонентов подогнаны под диапазон возможных емкостей варикапа MV104. Напомню, что все конденсаторы здесь являются NP0, кроме конденсаторов на 0.1 мкФ, которые являются X7R. Все транзисторы — 2N3904. Катушка намотана на кольце из 6-ой смеси, потому что эта смесь обладает высокой температурной стабильностью.

Физически генератор был исполнен максимально похоже на предыдущий:

Самодельный генератор управляемый напряжением

Здесь применен многооборотный потенциометр. Генератор перестраивается плавно, примерно с 5.150 МГц до 5.300 МГц. «Примерно», потому что интервал смещается на ±20 кГц в зависимости от напряжения питания. Если вы планируете питать схему от аккумулятора, понадобится регулятор напряжения на 9 В. После 10-и минутного прогрева частота плавает на ±55 Гц в течение часа. Резким охлаждением частоту генератора можно сдвинуть на 1.5 кГц.

Отдельного внимания заслуживает фазовый шум генератора:

Фазовый шум генератора на основе варикапа

Желтый трейс соответствует генератору на варикапе, а пурпурный — генератору на КПЕ. При детальном рассмотрении оказывается, что генератор на варикапе имеет более высокий уровень фазового шума. Лишний шум возникает по той причине, что ВЧ сигнал в генераторе складывается с управляющим напряжением на варикапе, тем самым немного меняя его емкость.

Фактически, генератор самопроизвольно создает ЧМ-сигнал, чей спектр мы здесь и наблюдаем. Нежелательный сигнал хоть и имеет сравнительно низкий уровень, но пойдет на смесители, усилители и фильтры точно так же, как и полезный. На практике это, возможно, и не создаст заметных проблем, но следует помнить о данной особенности.

Предыдущий генератор с КПЕ был более стабилен. При этом он покрывал в 2+ раз больший интервал частот, обладал меньшим фазовым шумом и его работа мало зависела от напряжения питания.

Однако ГУН на варикапах имеет и свои преимущества. Варикапы дешевле КПЕ и их проще найти, что делает конструкцию более повторяемой. Варикапы легче, компактнее и не подвержены механическому износу. КПЕ накладывает ограничения на возможное размещение компонентов, тогда как потенциометр и управляемый им ГУН можно разместить хоть в противоположных углах корпуса. Потенциометру безразлична паразитная емкость, вносимая при поднесении к нему руки.

Наконец, зависимость от напряжения питания тоже может быть преимуществом. Если воспользоваться регулируемым стабилизатором напряжения вроде LM317, это обеспечит лишнию степень свободы в подстройке генератора.

Метки: , , .