Умножители частоты. Варакторные, на диодах с накоплением заряда, транзисторные.

В тех случаях, когда имеется источник гармонических колебаний с частотой w, а требуется получить колебание с частотой Nw, где N-целое число, используют каскад, называемый умножителем частоты (УЧ). Причины, вынуждающие применять УЧ в устройстве формирования сигналов, весьма различны.

При умножении частоты ФМ или ЧМ сигнала значение фазы или частоты увеличивается в N раз. Поэтому УЧ часто применяют в системах с ЧМ и ФМ для углубления модуляции.

Радиочастотные тракты с большим коэффициентом усиления склонны к самовозбуждению, если содержат только усилительные каскады. Развязать каскады по частоте можно применением УЧ.

Кроме того, УЧ применяются в сложных возбудителях РПДУ, создающих сетку стабильных частот, – синтезаторах частоты. УЧ обладает более слабой зависимостью входного сопротивления от нагрузки, чем в усилителе (входная и выходная часть УЧ работает на разных частотах). Поэтому его целесообразно использовать в качестве буферной ступени, ослабляющей влияние последующих каскадов на стабильность частоты задающего генератора.

Классифицируя УЧ по принципу действия, можно разделить их на три группы.

В УЧ первой группы воздействие колебания с частотой w на нелинейный элемент дает спектр токов, где содержится нужная гармоника Nw. Она выделяется с помощью фильтра, подавляющего все остальные гармоники. К этой группе относятся УЧ на биполярных, полевых транзисторах, лампах, диодах с накоплением заряда (ДНЗ), варакторах и других нелинейных элементах.

Ко второй группе относятся УЧ на основе автогенераторов (АГ) с частотой, близкой к Nw, синхронизируемых стабильными колебаниями с частотой w.

Структурная схема УЧ, относящегося к третьей группе, показана на рисунке 1.23.

Рисунок 1.23 Структурная схема УЧ с делением выходной частоты и фазовой автоподстройкой частоты

Как и в предыдущем случае, здесь есть АГ, с частотой близкой к Nw. К генератору подключён делитель частоты на N, выходное напряжение которого подаётся на фазовый детектор (ФД). На второй вход ФД подаётся сигнал, частота которого подлежит умножению. В результате сравнения на ФД вырабатывается сигнал, корректирующий фазу колебаний АГ так, что частота АГ становится точно равной Nw.

В качестве примера на рисунках 1.24 и 1.25 приведены схемы варакторного и транзисторного умножителя частоты соответственно.

Рисунок 1.24 Схема варакторного УЧ N=3.

Рисунок 1.25 Схема транзисторного УЧ N=3.

В схеме рисунка 1.24 согласование низкомных входного и выходного сопротивлений производится с помощью емкостных делителей. Смещение на варакторе VD1 автоматическое ( кОм). Дополнительный контур L₁C₁ настроен на вторую гармонику. В результате взаимодействия второй и первой гармоник увеличивается мощность третьей гармоники. Обычная область применения УКВ и ДВМ диапазоны. Мощность до десятков ватт, .

В схеме на рисунке 1.25 последовательный контур С₅L₃ настраивается в резонанс на входную частоту УЧ и создает короткое замыкание для тока первой гармоники в цепи коллектора. Контур L₃C₆ настроен на w=3w₁. резонансный фильтр C₄L₂ также настроен на w=w₁.

Если АЭ VT1 работает в режиме умножения частоты, то его КПД почти не зависит от кратности умножения, а полезная мощность P_N снижается в N раз по сравнению с P₁. Критический режим УЧ имеет место при Rн_N в N раз большей и при амплитуде возбуждения в 0,5N² раз большей, чем в режиме по первой гармонике.