Емкость варикапа с резким переходом равна

, (16)

где - напряжение на варикапе;

U_к - контактная разность потенциалов.

Из-за нелинейности вольт -парадной характеристики варикапа не удается получить большой девиации частоты при приемлемых по линейным искажениям параметрам получаемых ЧМ - колебаний. Кроме того, увеличение девиации приводит к сдвигу средней частоты .

Девиацию частоты можно увеличить используя встречное включение варикапов. Вместо варикапов также используют емкости p-n переходов транзисторов. Большую девиацию частоты можно получить, если в качестве управляемой реактивности использовать переменные конденсаторы специальной конструкции. Ось конденсатора связывается с ротором микроэлектродвигателя, вращение которого осуществляется по закону модулирующей функции.

Значительно реже используются управляемые индуктивности, конструктивно выполняемые на ферритовом сердечнике. На величину индуктивности в этом случае можно влиять путем изменения подмагничивающего тока, что приводит к изменению эффективной магнитной проницаемости сердечника, а следовательно, и индуктивности.

Наиболее распространенными устройствами управления частотой генератора являются так называемые реактивные каскады. Реактивные каскады могут выполняться как на лампах, так и на транзисторах. Название каскада отражает реактивный характер сопротивления между коллектором (стоком) и эмиттером (истоком) транзистора или катодом и анодом лампы.

Реактивный каскад представляет собой элементарный каскад с реактивной обратной связью, т.е. с обратной связью, при которой фаза гармонического напряжения поворачивается на 90^О или 270^О. Реактивный характер сопротивления используется для создания эквивалентной емкости или индуктивности. Известно, что цепь носит емкостной характер, если ток в этой цепи опережает приложенное напряжение на 90^О. Если ток отстает на 90^О от напряжения, то схема носит индуктивный характер.

Рис.11 поясняет реализацию таких схем с помощью управляемого нелинейного элемента УНЭ (транзистора или лампы). Параллельно УНЭ включается фазовращатель (ФВ), состоящий из элементов и , который питается по высокой частоте w входным напряжением .

Эквивалентное (управляемое) сопротивление реактивного каскада равно

, (17)

где ;

- первая гармоника тока выходной цепи безынерционного управляемого элемента;

- ток в фазирующей цепи.

Обычно величины и выбирают столь большими, чтобы выполнялось условие I₂ << I₁.

Тогда . (18)

Первая гармоника тока выходной цепи УНЭ синфазная с входным гармоническим напряжением и может быть определена как

, (19)

где S_ср - средняя крутизна УНЭ.

Если пренебречь входным током УНЭ, то ток в фазирующей цепи равен

, (20)

 

а высокочастотное напряжение на входе УНЭ равно

. (21)

 

Подставляя (21) в выражение для сопротивления реактивного каскада (17), получаем

. (22)

 

бычно выбирают .

Тогда . (23)

 

Теперь для получения реактивного сопротивления достаточно выбрать одно из сопротивлений (или ) активным, другое - реактивным.

В зависимости от характера сопротивлений и можно получить четыре варианта схемы реактивного каскада.

1) Пусть =1/ jwC, а = R. Тогда

. (24)

В этом случае реактивный каскад ведет себя как конденсатор с эквивалентной емкостью .

2) = R, =1/ jwC. Тогда .

Реактивный каскад эквивалентен катушке индуктивности эквивалентной индуктивностью .

3) = jwL, = R. Тогда .

4) = R, = jwL. Тогда .

 

Для осуществления частотной модуляции модулирующее напряжение u _W(t) подается во входную цепь УНЭ (см. рис.11). Если УНЭ работает в нелинейном режиме, изменение смещения приведет к изменению первой гармоники тока высокой частоты, а значит, и средней крутизны S_р (см.рис.12). Это приведет к изменению во времени С_э (или L_э), а следовательно, и w_о, т.е. к частотной модуляции. Для получения неискаженной ЧМ требуется, чтобы изменения смещения происходили в пределах линейного участка статической модуляционной характеристики прибора.

При использовании рассмотренных простейших фазовращателей обычно выбирают » (10¼20) . При этом сдвиг фаз между и составляет j» (80-85^о), эквивалентное сопротивление схемы оказывается комплексным, а его изменение приводит не только к полезной ЧМ, но и к нежелательной АМ. Для ослабления этого эффекта можно, например, последовательно включить в фазовращатель две идентичные цепочки - , как это показано на рис.13, с тем, чтобы на нужных частотах общий сдвиг фаз был равен j=90^о.

Реактивные транзисторы получили широкое распространение в микроэлектронике в качестве перестраиваемых емкостей и индуктивностей. В качестве примера на рис.14 приведена схема колебательного контура, образованного двумя реактивными транзисторами: левая часть схемы эквивалентна емкости С_э, правая - индуктивности L_э. Изменение смещений во входных цепях транзисторов приводит к изменениям С_э, L_э и резонансной частоты контура.

Схема частотного модулятора с использованием реактивного каскада показана на рис.15.