A digitális technika szerelmesei számára érdekes lehet egy frekvenciaszorzó eszköz, amelynek a kimenete impulzusok száma bizonyos egész számmal nagyobb, mint a bemenetre szolgáltatott szám. Egy ilyen eszköz diagramja az ábrán látható.
Az U„ bemeneti impulzusok a DD1 chipen készülnek a meghajtóhoz. A bemeneti impulzusok időtartamától függetlenül a nem invertáló kimeneten (a DD1 mikroáramkör 6-os érintkezője) rövid, magas szintű impulzusok keletkeznek, amelyek időtartamát a C1, R1 elemek és a beépített paraméterek határozzák meg. a mikroáramkör ellenállása (kb. 2 kOhm). Az ismétlési periódusuk megfelel a bemeneti impulzusok periódusának.
A generált rövid impulzusok a számláló két bemenetére (2. és 3. érintkező) érkeznek, amelyek a DD2 chipen vannak, és nullázzák azt. A számláló négy kimenetén (FO - F3) a szint log.0, a DD3.3 elem kimenetén pedig log. 1, függetlenül az SA1 kapcsoló állásától. Log.1 szint a DD3.4 elem egyik bemenetén (ennek a szintnek az időtartama egybeesik a bemeneti impulzusok periódusának időtartamával) lehetővé teszi egy impulzussorozat áthaladását a generátor második bemenetén a DD3 elemeken. 1 és DD3.2. A DD3.4 elem kimenetéről impulzusok jutnak a D02 mikroáramkör számláló bemenetére (14-es érintkező). A kimeneti impulzusok leállnak, amikor a logikai 1. szintet a DD3.3 elem bemenetére alkalmazzuk. Ez az SA1 kapcsoló helyzetétől függ. Az 1. pozícióban ("x2") a log.1 szint akkor jelenik meg, ha két impulzus áthalad a számláló bemeneten, azaz a készülék kétszer, a 2. pozícióban ("x4") négyszer, a 3. pozícióban pedig ( "x8") - nyolcszor.
A készülék megfelelő működéséhez teljesíteni kell azt a követelményt, hogy a saját generátorának frekvenciája legalább 10-szer nagyobb legyen, mint a bemeneti impulzusok frekvenciája. Névlegesen
a diagramon látható kondenzátorok és ellenállások értékei, a generátor frekvenciája 100 kHz, ezért a bemeneti impulzusok frekvenciája nem haladhatja meg a 10 kHz-et. A DD1 mikroáramkör működése során a bemeneti impulzusok éleinek késése miatt a kimeneti impulzusok enyhe késleltetést mutatnak a bemeneti impulzusokhoz képest. A késleltetés csökkenthető az R1 ellenállás ellenállásának csökkentésével, de ellenállása nem csökkenthető 1 kOhm alá.
Szerkesztői megjegyzés.
A készülék a K155AG1 (DD1), K155IE2 (DD2), K155LAZ (DD3), KD521A (VD1 és VD2) hazai rádiójeleket tudja használni.
Elsődleges forrás: Őszinteség szorzó. "Hobi-electronics 1",
kollekció - Sofia, "ECOPROGRESS", 1992
Forrás: RÁDIÓ N9, 1997
| Ezt a diagramot is gyakran megtekintik: |
Duplázó összetett színpadon. A készüléket (14.18. ábra) két különböző vezetőképességű tranzisztor segítségével szereljük össze. Kezdeti állapotban mindkét tranzisztor zárva van. A bemenet harmonikus jel. A bemeneti jel pozitív polaritása bekapcsolja a tranzisztort VT1és kikapcsolja a tranzisztort VT2.Áramló tranzisztor áram VT1 feszültségesést hoz létre az ellenállásokon R3És R4. Az első kimeneten a bemeneti jellel fázisban lévő jel, a második kimeneten pedig fázison kívüli jel lesz. Ha az ellenállások ellenállása egyenlő R3És R4 ezeknek a jeleknek az amplitúdója egyenlő lesz. A bemeneti jel negatív félhulláma lezárja a tranzisztort VT1és kinyitja a tranzisztort VT2. Tovább Kilépés 1 egy olyan jel jelenik meg, amely fázison kívül van a bemeneti jellel, és Kilépés 2- fázisban lesz a bemeneti jellel. Így, ha szinuszos jel kerül a bemenetre, Kilépés 1 minden félhullám pozitív lesz, és Kilépés 2- negatív. A duplázó 200 Hz és 20 kHz közötti frekvenciatartományban működik.
Rizs. 14.18 Fig. 14.19
Tranzisztor duplázó. A duplázó (14.19. ábra) két tranzisztorból áll. Az első tranzisztor kollektor-emitter terhelésű áramkörben működik, átviteli együtthatója egységgel egyenlő. A második tranzisztor OB-s áramkörben működik. A bemeneti jel az emitteren jön létre VT2áram, amely a kollektor terhelésén van R3 a bemeneti feszültséggel egyenlő amplitúdójú feszültséget hoz létre. Így a harmonikus jel pozitív félhulláma áthalad a tranzisztoron VT1És az ellenálláshoz van hozzárendelve R3val vel fáziseltolódás 180°, és a negatív félhullám áthalad a tranzisztoron VT2 fázisváltás nélkül. Ennek eredményeként a feszültség az ellenálláson R3 a bemeneti jel teljes hullámú egyenirányítása után kapott formát kapja. A duplázó széles frekvenciatartományban működik, amelyet a használt tranzisztorok típusa határoz meg.
Tranzisztoros szorzó. A bemeneti harmonikus jel frekvenciakettőző áramköre (14.20. ábra) két fokozatból áll. Minden fokozat 2-szeresére növeli a jel frekvenciáját. A bemeneti jel pozitív félhulláma 0,5 V amplitúdóval kinyitja a tranzisztort VT2. A negatív félhullám áthalad a tranzisztoron VT1. Ezt a két jelet egy ellenálláson összegzik R2. Tranzisztor VT2 megfordítja a bemeneti jelet,a VT1- nem fordítja meg. Egy ellenálláson R2 teljes hullámú egyenirányító jel keletkezik. Ez a jel egy emitter követőn keresztül a második fokozatba kerül. Az ismétlő kimeneti jelének amplitúdója 0,6 V.
Rizs. 14.20 Fig. 14.21
Dióda szorzó. A bemeneti harmonikus feszültség (14.21. ábra) a transzformátorra kerül. A transzformátor szekunder tekercse két fázisváltó láncot tartalmaz. Ezekben a harmonikus jel fázisa 120°-kal eltolódik. Ennek eredményeként fáziseltolásos jelek haladnak át a diódákon. A tranzisztor bemeneti ellenállásán összeadódnak. A teljes pulzáló jel harmadik harmonikusát az áramkör leválasztja. A fázisváltó láncok elemeinek névleges értékei 400 Hz-es frekvenciára vannak tervezve.
Rizs. 14.22
Detektor frekvencia duplázó. Ez a duplázó (14.23. ábra) két tranzisztoros teljes hullámú egyenirányításon alapul. VT1És VT2. Az op-amp kimeneti feszültségének negatív félhulláma áthalad a tranzisztoron VT1,és pozitív - tranzisztoron keresztül VT2. Ellenállások R6És R8 azonosnak választottuk, így mindkét félhullám átviteli együtthatója egyenlő. A kimeneti jel alakjában a tranzisztor jellemzőinek küszöbértékének befolyása által okozott torzulások kiküszöbölésére egy nemlineáris visszacsatolású műveleti erősítőt használnak. Potenciométerrel R2 az op-amp kimenet a kimeneti jel minimális torzításának megfelelő feszültségre van beállítva. A duplázó jól működik háromszög alakú bemeneti jellel. Legfeljebb tíz szorzóáramkör köthető sorba ehhez a bemeneti hullámformához.
Rizs. 14.23 ábra. 14.24
Rizs. 14.25
Differenciálduplázó. A frekvenciakettőző (14.24. ábra) egy tranzisztorra szerelt emitterkövetőből áll. VT1,és egy tranzisztorra épített erősítő fokozat VT2. A bemeneti jel a C1 kondenzátoron keresztül belép a tranzisztor alapjába VT1. Az emitternél ez a jel hozzáadódik a tranzisztoron áthaladó jelhez VT2. Tranzisztor VT2 nemlineáris üzemmódban működik. Átadja a bemeneti jel negatív félhullámait. A fázisinvertált bemeneti jelet levonjuk az emitter követő jeléből. A kölcsönható jelek szintje ellenállásokkal állítható R4És R5. Ellenállás R4 szabályozza a negatív félhullám amplitúdóját és az ellenállást R5 szabályozza az emitter jel és a kollektor jel arányát.
Négyzethullám frekvencia-duplázó. Eszköz (14.25. ábra, A) harmonikus bemeneti jelet alakít át kettős frekvenciájú négyszögjellé. A bemeneti jel a tranzisztorok emittereibe kerül VT1És VT2. Tranzisztor VT1 korlátozott üzemmódban működik. A második tranzisztor is korlátozza a jelet, de a C1 kondenzátor miatt a kimeneti jel 90°-kal eltolódik a bemenethez képest. Két korlátozott jel összegzése ellenállásokon keresztül történik R6És R7. Teljes bipoláris jel tranzisztorokkal VT3És VT4 kettős frekvenciájú jellé alakítjuk át. A különböző pontokon lévő jeldiagramok az ábrán láthatók. 14.25, b. A duplázó széles frekvenciatartományban működik, 20 Hz és 100 kHz között. Ez a tartomány lefedhető a C1 kondenzátor megfelelő kapacitásával. A bemeneti jel amplitúdója legalább 2 V legyen.
Kompenzációs szorzó. A kompenzációs típusú frekvenciaszorzó (14.26. ábra) egyetlen tranzisztorra épül. Az amplitúdókorlátozott jel egy ellenálláson áthaladó harmonikus bemeneti jellel összegződik R1 A Deevltában a kimeneten egy jel keletkezik, amelynek frekvenciája 3-szor nagyobb, mint a bemeneti jel frekvenciája. A kimeneti hullámforma nem tökéletesen harmonikus. Ezt a jelet egy szűrőn kell átvezetni, hogy csökkentsük a magas harmonikusok szintjét. A kimeneti jel kis vágási szögeinél a nagyfrekvenciás spektrális összetevők jelentősen csökkennek. Ugyanakkor a harmadik harmonikus amplitúdója csökken.
Rizs. 14.26 ábra. 14.27
Op-amp osztó. osztó (14.27. ábra, A) az op-amp kimenetén lévő teljes jel negyedbeli eloszlására épül. Tovább 1. bemenet 0,1 V amplitúdójú helyi oszcillátorjel jön létre, 2. bemenet -átalakított jel. A kimenő jel amplitúdójának a konvertált jeltől való függését a ábra mutatja. 14.27, b.
A frekvenciaszorzók olyan külső gerjesztésű oszcillátorok, amelyek rezgőköre olyan frekvenciára van hangolva, amely a bemeneti jel frekvenciájának többszöröse. Mivel a bemeneti jel harmonikus, spektrumának gazdagítása érdekében nemlineáris transzformáción megy keresztül (2.7. fejezet). Amikor nyugalmi pontot választunk az áram-feszültség karakterisztikán az origónál vagy az origótól balra, az áramimpulzusok sorozata következik be, amint az az ábrán látható. 3.8.
Rizs. 3.8. Egy nemlineáris elemen áthaladó áramimpulzusok sorozatának hozzávetőleges képe
Annak a fázisszögnek a felét, amelyen belül az áram átfolyik egy nemlineáris elemen, vágási szögnek nevezzük. Tehát az ábrán. 3,8 – vágási szög, amely mind a P nyugalmi pont helyzetétől, mind a bemeneti jel amplitúdójától függ. A bemeneti jel amplitúdójának növekedésével az áramimpulzusok csökkenése jelenhet meg. Ha nemlineáris elemként tranzisztorokat és elektronikus erősítőcsöveket használnak, a hibát az okozza, hogy a bemeneti jel nagy amplitúdóján fordított áram jelenik meg (lásd a „Külső gerjesztésű oszcillátor vizsgálata” című laboratóriumi munkát).
Nemlineáris elemen áthaladó áramimpulzusok sorozatának spektruma
felharmonikus amplitúdója van, amely a felharmonikusok számával csökken. Az I 0 áram közvetlen összetevője és a harmonikusok amplitúdója a vágási szögtől függ, és a Berg-együtthatókon keresztül számítható ki (A.I. Berg - szovjet rádiófizikus, a Szovjetunió Tudományos Akadémia akadémikusa):
; ; ;…, (3.10)
ahol I m és – impulzusamplitúdó (maximális impulzusérték);
, , , …, – Berg együtthatók, a vágási szögtől függően, és a következő képletekkel számítják ki:
; (3.11)
ahol n = 1, 2, 3,…
ábrán. A 3.9 Berg grafikonjait mutatja.
Rizs. 3.9. Berg diagramok
Amikor az áramkör leválasztja az n-edik harmonikust, az izolált rezgések teljesítményét P k és a generátor hatásfokát a következő képletekkel számítjuk ki:
, (3.14)
ahol E K az áramforrás feszültsége (például kollektor feszültsége);
P I – az áramforrás által fogyasztott teljesítmény;
– áramforrás feszültség kihasználási tényezője.
Ha a frekvenciát megszorozzuk, az oszcillációs áramkörbe juttatott elektromos energia a rezgés első periódusának fékezési fázisában (lásd az elektromágneses rezgések létrehozásának alapelveit) (3.10. ábra) a jel amplitúdójának állandó értékét fenntartja a rezgés időtartama alatt. az energiaellátás idejére. Ekkor az amplitúdó exponenciálisan csökken:
ahol , r az áramkör ellenállása, figyelembe véve az áramkör energiaveszteségét, L az oszcillációs áramkör induktivitása.
Rizs. 3.10: A– az áramkör hozzávetőleges feszültsége (a generátor kimenetén) frekvenciaszorzás üzemmódban n=2; a szaggatott vonal a szabad rezgések csillapításának függőségét mutatja; b- egy aktív nemlineáris elem (például tranzisztor) áramimpulzusai, amelyek területének négyzete arányos az áramkörbe belépő elektromos energiával a természetes rezgések időszakában; impulzusok érkeznek a gátló feszültség fázisába
Nyilvánvaló, hogy minél kisebb az értéke, annál stabilabb amplitúdójúak lesznek a rezgések a frekvenciaszorzó kimenetén. Az áramkör energiaveszteségét az áramkör minőségi tényezője veszi figyelembe
Ahol 
– az áramkörben tárolt energia;
– energiaveszteség az áramkörben az oszcillációs periódus alatt;
.
Az integrált részekre vesszük:
Ahol 
;
Helyettesítve (3.16)-ra és az E veszteségi energiára izzad, és figyelembe véve, hogy az áramkör Q minőségi tényezője a rezonanciafrekvencián kerül meghatározásra 
, végre megkapjuk
ahol az áramkör jellemző impedanciája.
Az áramkör karakterisztikus impedanciájának kifejezése a tekercs mágneses mezőjében és a kondenzátor elektromos mezőjében tárolt energiák egyenlőségéből származtatható:
. Ahol 
, .
A Q N terhelt áramkör minőségi tényezője, vagyis a (114) definíció szerint kiszámítva, amikor a külső gerjesztésű generátor kimenete a terheléshez van kapcsolva, egyenlő:
Q Н = 150…200, (3,18)
és az áramkör jellemző impedanciája
50…200 (3.19)
rádiófrekvenciás tartománytól függően.
Magas Q H minőségi tényezővel, azaz egy rezgési periódus alatti nagyon kis elektromos energiaveszteségekkel a csillapított rezgések amplitúdója a t időintervallumban jelentéktelen mértékben változik; és ez a frekvenciaszorzó amplitúdó stabilitását befolyásoló tényező elhanyagolható.
A frekvenciaszorzó kimenetéből származó lengési amplitúdó stabilitását befolyásoló másik jelentős tényező a vágási szög. Mivel az áramimpulzusok energiával látják el az oszcilláló áramkört, időtartamuk nem haladhatja meg a T/2-t, ahol T a rezgés periódusa az áramkörben (lásd 3.10. ábra). Csak ebben az esetben az áramkörbe belépő összes energia a feszültség fékezési fázisára (elektromos mezőre) esik, és az aktív nemlineáris elemek töltéshordozóinak kinetikus energiája az áramkörben lévő rezgések elektromos energiájává alakul. Ezért a bemeneti jel frekvenciaszorzótényezőjének növekedésével a vágási szögnek csökkennie kell. A csökkenés az I m áramimpulzus amplitúdójának csökkenéséhez vezet, és ez viszont a frekvenciaszorzó (3.10) kimenetén a harmonikus amplitúdó csökkenéséhez vezet. Ha a vágási szög nem változik, akkor az áramimpulzusok időtartama lesz 
. Ez a rezgések jelentős amplitúdó-instabilitásához vezet, mivel az áramkör nemcsak a fékezési fázisban, hanem a rezgések gyorsító fázisában is energiát kap. Kísérletileg könnyű ellenőrizni, hogy az áramkör rezgései megszakadnak (laboratóriumi munka: „Külső gerjesztésű generátor vizsgálata”).
ábrán egy kétfokozatú bemeneti jel frekvencia szorzó áramkör látható. 3.11. Az első fokozat a VT1, a második a VT2 tranzisztorra van szerelve. Az R b ellenállások lezárják az áramkört az I b bázisáram áramlásához, és negatív előfeszítéseket hoznak létre a tranzisztorok bázisán az I b0 alapáram állandó összetevője miatt.
Rizs. 3.11. Kétfokozatú frekvenciaszorzó áramkör
Példa: egy bizonyos vágási szög biztosításához a P nyugalmi pontot az origótól balra kell eltolni (lásd 3.8. ábra) 0,2 V-tal. Alapáram impulzusok én b (t) a (3.9) alakban írandó, ahol . Ekkor R b = U be0 /I b0 = 0,2/I b0. I b0 = 30 µA mellett R b = 6,8 kOhm.
A VT2 tranzisztorra szerelt erősítőt a harmonikusok frekvenciával történő erősítésére tervezték f 0 = m f AG a második szorzási fokozat normál működési szintjére. Az erősítőnek lineáris üzemmódban kell működnie. Egy olyan áramkör szerint van összeszerelve, amelynek alapja fix feszültsége és emitterstabilizálása (lásd ennek az erősítőnek a számítását).
Az R e ellenállás biztosítja a nyugalmi pont hőmérséklet-stabilizálását. A C e kondenzátor kiküszöböli a negatív visszacsatolást (NFB) a váltakozó feszültségen; Ehhez a következő feltételnek kell teljesülnie: X se<< R э.
Az R k ellenállások a számított feszültségértékeket adják a tranzisztorok kollektora és Uk emittere között.
A C f1 és C f2 szűrőkapacitásokat az oszcillációs áramkörök rezonanciafrekvenciájához közeli kompozíciós frekvenciákon történő kaszkád-lecsatolás feltételéből választjuk ki. f 01 és f 02 .
Mint már említettük, a frekvenciaszorzó tényező növeléséhez egy kaszkádban csökkenteni kell a vágási szöget, ami az I m impulzusok amplitúdójának csökkenéséhez vezet, és ennek következtében csökken a többszörös frekvenciájú felharmonikusok amplitúdója, amelyet a kaszkád bocsát ki. áramkör, és ez viszont korlátozza a szorzótényezőt. A frekvenciaszorzótényező egy fokozatban történő növeléséhez két további eszközt kell beépíteni: egy korlátozót és egy lineáris rezisztív erősítőt, amint az az ábrán látható. 3.12.
Rizs. 3.12. Frekvenciaszorzó fokozat, beleértve a VT1 tranzisztoron egy limitert, a VT2 tranzisztoron egy lineáris erősítőt és egy külső gerjesztésű generátort a VT3 tranzisztoron
A VT2-re szerelt rezisztív erősítő egy fix alapáramú erősítő, melynek részletes számítását a következő részben adjuk meg. Ez az erősítő növeli az impulzus amplitúdóját anélkül, hogy megváltoztatná a vágási szöget, amelyet a VT1-re szerelt limiter P nyugalmi pontjának kiválasztásával lehet beállítani. A nyugalmi pont helyzetét a VT1 tranzisztor bemeneti karakterisztikáján az R b1 ellenállás kiszámításával határozzuk meg. Az R b2 trimmer ellenállás lehetővé teszi a generátor kritikus üzemmódjának beállítását külső gerjesztéssel (lásd: Generátor külső gerjesztéssel).
Frekvenciaszorzás Ez az eredeti rezgés frekvenciájának többszörösének megfelelő frekvenciájú rezgések létrehozásának folyamata.
A frekvenciaszorzást akkor alkalmazzák, ha valamilyen oknál fogva lehetetlen a szükséges frekvenciájú rezgést elérni (több száz megahertzes és magasabb frekvenciákon), vagy ha egy bizonyos frekvencia többszörösének pontosságú rezgési frekvenciát kell elérni.
A frekvenciaszorzás három módszerrel hajtható végre:
Levágási szög módszer
Ezt a módszert arra használják, hogy egy másik harmonikus rezgésből a frekvencia többszörösével rendelkező harmonikus rezgést kapjanak. A kívánt frekvenciájú oszcilláció eléréséhez a bemeneti jel spektrumát kell átalakítani (új harmonikus komponenseket bevinni a spektrumba). A spektrum átalakításához nemlineáris elemet használnak, amely levágási módban működik. Ehhez a munkapont helyzetét az U 0 előfeszítő feszültség segítségével az elem áram-feszültség karakterisztikán kívülre kell beállítani (26. ábra). Ebben az esetben az elem csak abban a pillanatban nyílik ki, amikor az Uin bemeneti jel feszültsége elér egy bizonyos Un kezdeti értéket. Amikor Uin
26. ábra - Nemlineáris elem működési módjának magyarázata frekvenciaszorzáskor
A vágási szög a kifejezésből meghatározható
kötözősaláta ? = (Un— U 0 )/ Hm (36)
ahol Um a bemeneti oszcilláció amplitúdója.
A kimenő áramimpulzusok amplitúdóját a kifejezés határozza meg
Im = SHázasodik? Hm(1 — kötözősaláta q) (37)
A kapott periodikus sorozat spektruma sok olyan komponenst tartalmaz, amelyek a bemeneti jel frekvenciájának többszörösei frekvencián helyezkednek el. Ezen komponensek amplitúdóját a kifejezés határozza meg
k vagyok= ak(q) ? Im (38)
ahol Im k a válaszspektrum k-edik komponensének amplitúdója;
a k (q) a k-adik spektrumkomponens arányossági együtthatója;
Im a kimeneti áramimpulzusok amplitúdója.
Az a k (q) együtthatók a vágási szögtől függenek, és Berg-függvények határozzák meg. A konstans komponens és az első három harmonikus Berg-függvényeinek grafikonjait a 27. ábra mutatja be.
27. ábra - Berg függvények grafikonjai
Az együtthatók meghatározásához meg kell határozni a k értékét minden függvényre a kívánt q vágási szögnél. Például meg kell határozni az arányossági együtthatókat q=80° esetén. Az a 0 grafikon segítségével meghatározzuk a konstans komponens arányossági együtthatóját q=80° értéknél. Ez egyenlő egy 0 (80°)"0,28. Hasonlóképpen meghatározzuk az a 1 (80°)"0,47 (a 1 függvény szerint), a 2 (80°)"0,24 (a 2 függvény szerint) együtthatók értékét? a 3 (80°)»0,05 (a 3 függvény szerint).
A frekvencia szorzásakor a szükséges frekvenciájú, lehető legnagyobb amplitúdójú rezgést kell elérni. Ez a k (q) maximális értékeinél lehetséges. Viszont a k (q) maximuma a megfelelő Berg-függvények maximumpontjainál figyelhető meg. Minden funkciónak van maximuma egy adott vágási szögnél. Azt a vágási szöget nevezzük, amelynél a szükséges harmonikus legnagyobb amplitúdója figyelhető meg optimális vágási szög. Tehát a második harmonikus optimális vágási szöge q=60°, a harmadiké pedig q=40°. Az optimális vágási szöget az U 0 előfeszítő feszültség határozza meg.
Ez a módszer lehetővé teszi 2-es és 3-as többszörös rezgések elérését. Ez azzal magyarázható, hogy a nagy számokkal rendelkező válaszspektrum harmonikus összetevőinek amplitúdója túl kicsi. A szükséges optimális vágási szög beállítása ezeknél a komponenseknél a kimeneti áramimpulzusok amplitúdójának csökkenéséhez és ismét nagyon kis amplitúdójú rezgések kialakulásához vezet.
A vágási szög módszert megvalósító frekvenciaszorzó sematikus diagramja a 28. ábrán látható.
28. ábra - Egy tranzisztoron lévő frekvenciaszorzó sematikus diagramja
Ez a szorzó a VT1 bipoláris tranzisztort nemlineáris elemként használja, és a kollektoráram-lekapcsolási módban működik. A tranzisztor Ek tápfeszültséggel és U0 előfeszítő feszültséggel van ellátva. A bemeneti feszültséget az L1 C1 oszcilláló áramkör szolgáltatja. Egy oszcillációs áramkört használnak a bemeneti rezgési frekvencia nagyobb stabilitásának biztosítására, azaz úgy, hogy a tranzisztor bemenete csak egy harmonikust tartalmazó rezgést kapjon a kívánt frekvencián, és ezáltal kiküszöbölje a keletkező rezgés torzulását. A tranzisztor átalakítja a rezgésspektrumot. Ezután a kívánt frekvenciájú harmonikust az L2 C2 oszcilláló áramkör leválasztja, amelyet sávszűrőként használnak.
A frekvenciaszorzó jellemzője az szorzótényező, megmutatja, hogy a kimeneti oszcilláció frekvenciája hányszor haladja meg a bemeneti oszcilláció frekvenciáját
Ku=fout/uszony(39)
Amint fentebb megjegyeztük, ennek a szorzónak a szorzótényezője nem haladja meg a 3-at. A Ku>3 eléréséhez többlépcsős szorzóáramkörök használata szükséges (több szorzó soros csatlakoztatása). Például a Ku=6 eléréséhez két Ku=2 és Ku=3 szorzót kell sorba kapcsolni.
Frekvenciaszorzási módszerek PPI-vel és rádióimpulzussal
Módszer több frekvencia megszerzésére PPI használatával azon alapul, hogy egy periodikus sorozat spektruma már több jelfrekvencián tartalmaz harmonikus komponenseket, azaz az első harmonikus többszörösét (29. ábra). Ezért csak a kívánt frekvenciájú harmonikust kell elkülöníteni a spektrumtól. A nagyobb amplitúdójú rezgések eléréséhez el kell különíteni a spektrum első lebenyének harmonikus komponenseit, és a komponensek amplitúdója kevésbé csökken, ha a komponensek száma a lebenyben nagyobb. Így a 14-nél nagyobb munkaciklusú periodikus sorozatokat használják a frekvencia szorzására.
Ez a módszer lehetővé teszi az oszcillációs frekvencia tízszeres növelését.
Több frekvencia megszerzésének módszere rádióimpulzus segítségével abban áll, hogy az eredeti rezgést megszorozzuk egy másik nagyfrekvenciás harmonikus rezgéssel, azaz a harmonikus vivőt impulzus rezgéssel moduláljuk. Ebben az esetben az impulzus rezgés spektruma átkerül a harmonikus rezgés frekvenciatartományába, ami rádióimpulzus képződését eredményezi. Ezután a vett rádióimpulzus spektrumából a kívánt frekvenciájú harmonikust leválasztják. Ez a módszer lehetővé teszi az eredeti rezgés frekvenciájánál több százszor nagyobb frekvenciájú oszcilláció elérését.
29. ábra - Frekvenciaszorzás PPI-vel: a) eredeti PPI fs frekvenciával és 17. munkaciklussal; b) SPI spektrum; c) az eredő oszcilláció 10fs frekvenciával
FÉLVEZETŐ FREKVENCIASZORZÓK
Kommunikáció, kommunikáció, rádióelektronika és digitális eszközök
FÉLVEZETŐ FREKVENCIASZORZATOK 17. Tranzisztor frekvencia szorzó 17. Dióda frekvencia szorzók 17. Cél működési elve és főbb paraméterek Frekvencia szorzók a rádióadó blokkvázlatában ld.
17. előadás . FÉLVEZETŐ FREKVENCIASZORZÓK
1 7 .2. Tranzisztor frekvencia szorzó
1 7 . 4 . Ellenőrző kérdések
17.1. Cél, működési elv és főbb paraméterek
A rádióadó blokkvázlatában (lásd a 2.1. ábrát) a frekvenciaszorzók az RF vagy mikrohullámú rezgések teljesítményerősítői előtt helyezkednek el, megnövelve a gerjesztő jel frekvenciáját a szükséges számú alkalommal. A frekvenciaszorzók részei lehetnek magának a gerjesztőnek vagy frekvenciaszintetizátornak is. A frekvenciaszorzó be- és kimeneti jelére a következőket írjuk:
(17.1)
ahol n gyakorisági szorzótényező egész számú alkalommal.
A frekvenciaszorzók osztályozása két fő kritérium szerint lehetséges: a működési elv, vagy a függvény megvalósítási módja (17.1), valamint a nemlineáris elem típusa. A szorzók működési elve szerint két típusra oszthatók: az oszcillátor frekvenciájának külső jellel való szinkronizálása alapján (lásd 10.3. fejezet), P alkalommal kisebb frekvenciájú (17.1. ábra, a), és a bemenő szinuszos jelet torzító nemlineáris elem felhasználásával, valamint a szükséges harmonikus leválasztásával a kapott többfrekvenciás spektrumból (17.1. ábra, b).
Rizs. 17.1. Frekvencia szorzók.
A használt nemlineáris elem típusa alapján a második típusú frekvenciaszorzót tranzisztorra és diódára osztják.
A frekvenciaszorzó fő paraméterei: frekvenciaszorzó együttható n ; kimeneti teljesítmény n-edik harmonikus Р n, 1. harmonikus bemeneti teljesítmény R 1, konverziós tényező K pr = P n / P 1 ; hatékonyság = Р n / Р 0 (tranzisztoros szorzó esetén) a hamis komponensek elnyomásának mértéke.
Frekvenciaszorzók hiánya (17.1. ábra, A ) Az első típus a szinkronizálási sáv szűkítését jelenti növekvő harmonikus számmal P. A második típusú frekvenciaszorzók esetében a konverziós együttható csökken A pr növelésével p. Ezért általában az értékre korlátozódnak n = 2 vagy 3, és ha szükséges, kapcsoljon be több frekvenciaszorzót sorba, váltakozva erősítőkkel.
17.2. Tranzisztor frekvencia szorzó
A tranzisztoros frekvenciaszorzó áramköre (17.2. ábra) és számítási módja gyakorlatilag nem különbözik az erősítőtől.
Csak a generátor kimeneti áramkörét kell konfigurálni n th harmonikus, és válassza ki a vágási szög értékét =120 / n , amely megfelel az együttható maximális értékének n ( ). A kimeneti áramkör kiszámításakor a koszinusz impulzus tágulási együtthatója az 1. harmonikusban 1 ( ) helyébe a for együttható lép n-edik harmonikus n ( ). A kimeneti áramkörben rezonancia hangolt áramkör n - és jelharmonikusok, kielégítő szűrési tulajdonságokkal kell rendelkezniük.
Rizs. 17.2. Tranzisztor frekvencia szorzó áramkör.
ábra szerinti áramkör szorzótényezője. A 17,2 általában nem haladja meg a 34-szeres értéket 1020%-os hatásfokkal.
17.3. Dióda frekvencia szorzók
A dióda frekvenciaszorzók működése a nemlineáris kapacitás effektus felhasználásán alapul. Ez utóbbi fordított torzítású gátkapacitást használ p - n -átmenet. A kifejezetten frekvenciaszorzásra tervezett félvezető diódákat varaktoroknak nevezzük. Nál nél =0,5 és 0 =0,5 V a varaktor nemlineáris kapacitására a következőt kapjuk:
, (17.2)
hol és - fordított feszültség rákapcsolva p - n csomópont.
A nemlineáris függvény (17.2) grafikonja az ábrán látható. 17.3.
Rizs. 17.3. A nemlineáris függvény grafikonja (17.2).
A nemlineáris kapacitás által felhalmozott töltés a feszültséghez és az áramerősséghez kapcsolódik a következő függőségek alapján:
, (17.3)
ábrán látható a varaktoros dióda-frekvencia-szorzók két fő áramköre. 17.4.
A párhuzamos dióda szorzókörben (17.4. ábra, A ) két soros áramkör (vagy szűrő) van, amelyek a bemenet frekvenciájának megfelelően rezonanciát hangolnak. és kimenet n jeleket. Az ilyen áramkörök rezonanciafrekvenciáján alacsony ellenállásúak, míg az összes többinél nagy ellenállásúak (17.5. ábra).
Rizs. 17.5. Az áramkör ellenállásának függése a frekvenciától.
Ezért az o bemeneti jel frekvenciájára rezonanciára hangolt első áramkör csak az áram 1. felharmonikusát, a második pedig a kimeneti jel frekvenciájával rezonanciára hangolt áramkört engedi át. n , - csak n th harmonikus. Ennek eredményeként a varaktoron átfolyó áram a következőképpen alakul:
, (17.4)
Mivel a varaktor kapacitása (17.2) nemlineáris függvény, ezért a (17.3) szerint a (17.4) áramnál a varaktor feszültsége eltér a szinuszos alaktól és harmonikusokat tartalmaz.
Ezen harmonikusok egyike, amelyre a második áramkör be van hangolva, átmegy a terhelésbe.
Így a készülék egy nemlineáris kapacitás segítségével frekvenciával alakítja át a jelteljesítményt frekvenciájú jelbe n , azaz frekvencia szorzás.
A második szekvenciális frekvenciaszorzó áramkör is hasonló módon működik (17.4. ábra, b), amelyben két párhuzamos típusú áramkör (vagy szűrő) van, amelyek a bemenet frekvenciájának megfelelően rezonanciát hangolnak. és kimenet n jeleket. Az ilyen áramkörök nagy ellenállással rendelkeznek a rezonanciafrekvencián és alacsony ellenállással az összes többinél. Ezért a primer áramkör feszültsége a bemeneti jel frekvenciájával rezonanciára hangolt , csak az 1. harmonikust tartalmazza, a második áramkörön pedig a kimenőjel frekvenciájával rezonanciára hangolva n , - csak n th harmonikus. Ennek eredményeként a varaktorra adott feszültség a következőképpen alakul:
, (17.5)
ahol U 0 - állandó előfeszítő feszültség a varaktoron.
Mivel a varaktor kapacitása (17.2) nemlineáris függvény, ezért a (17.3) szerint a (17.5) feszültségen a varaktoron átfolyó áram eltér a szinuszos alaktól és harmonikusokat tartalmaz. Ezen harmonikusok egyike, amelyre a második áramkör be van hangolva, átmegy a terhelésbe. Így az áramkörben lévő nemlineáris kapacitás segítségével a jelteljesítményt frekvenciával alakítják át frekvenciájú jelbe n , azaz frekvencia szorzás.
Varactor frekvenciaszorzók a DCV tartományban at n =2 és 3 magas konverziós tényezővel rendelkezik K pr = P n / P 1 = 0,6…0,7. Nagy értékekhez P a mikrohullámú tartomány értékében K pr 0,1-re és az alá csökken.
17.4. Ellenőrző kérdések
1. Hogyan szorozzuk meg a rezgések frekvenciáját?
2. Rajzolja meg a tranzisztoros frekvenciaszorzó áramkörét!
3. Magyarázza meg, miért lehetséges nemlineáris kapacitással megszorozni az oszcillációs frekvenciát!
4. Rajzolja meg a soros és párhuzamos típusú dióda frekvenciaszorzó áramköreit. Mi a különbség köztük?
