20358

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ 17. Транзисторный умножитель частоты 17. Диодные умножители частоты 17. Назначение принцип действия и основные параметры Умножители частоты в структурной схеме радиопередатчика см.

Русский

2013-07-25

47.5 KB

187 чел.

4

Лекция 17. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ

17.1. Назначение, принцип действия и основные параметры

17.2. Транзисторный умножитель частоты

17.3. Диодные умножители частоты

17.4. Контрольные вопросы

17.1. Назначение, принцип действия и основные параметры

Умножители частоты в структурной схеме радиопередатчика (см. рис. 2.1) располагаются перед усилителями мощности ВЧ или СВЧ колебаний, повышая в требуемое число раз частоту сигнала возбудителя. Умножители частоты могут также входить в состав и самого возбудителя или синтезатора частот. Для входного и выходного сигнала умножителя частоты запишем:

(17.1)

где п — коэффициент умножения частоты в целое число раз.

Классификация умножителей частоты возможна по двум основным признакам: принципу действия, или способу реализации функции (17.1), и типу нелинейного элемента. По принципу действия умножители подразделяют на два вида: основанные на синхронизации частоты автогенератора внешним сигналом (см. разд. 10.3), в п раз меньшим по частоте (рис. 17.1,а), и с применением нелинейного элемента, искажающего входной синусоидальный сигнал, и выделением из полученного многочастотного спектра требуемой гармоники (рис. 17.1,б).

Рис. 17.1. Умножители частоты.

По типу используемого нелинейного элемента умножители частоты второго вида подразделяют на транзисторные и диодные.

Основными параметрами умножителя частоты являются: коэффициент умножения по частоте n; выходная мощность n-й гармоники Рn, входная мощность 1-й гармоники Р1, коэффициент преобразования Кпр=Рn/Р1; коэффициент полезного действия =Рn/Р0 (в случае транзисторного умножителя), уровень подавления побочных составляющих.

Недостаток умножителей частоты (рис. 17.1, а) первого вида состоит в сужении полосы синхронизма с увеличением номера гармоники п. У умножителей частоты второго вида уменьшается коэффициент преобразования Кпр с повышением п. Поэтому обычно ограничиваются значением n = 2 или 3 и при необходимости включают последовательно несколько умножителей частоты, чередуя их с усилителями.

17.2. Транзисторный умножитель частоты

Схема транзисторного умножителя частоты (рис. 17.2) и методика его расчета практически ничем не отличаются от усилителя.

Необходимо только выходную цепь генератора настроить на n-ю гармонику и выбрать значение угла отсечки =120/n, соответствующее максимальному значению коэффициента n(). При расчете выходной цепи коэффициент разложения косинусоидального импульса по 1-й гармонике 1() следует заменить на коэффициент по n-й гармонике n(). Контур в выходной цепи, настроенный в резонанс с n-и гармоникой сигнала, должен обладать удовлетворительными фильтрующими свойствами.

Рис. 17.2. Схема транзисторного умножителя частоты.

Коэффициент умножения схемы на рис. 17.2 обычно не превышает 3–4 раз при КПД, равном 10–20%.

17.3. Диодные умножители частоты

Работа диодных умножителей частоты основана на использовании эффекта нелинейной емкости. В качестве последней используется барьерная емкость обратно смещенного р-n-перехода. Полупроводниковые диоды, специально разработанные для умножения частоты, называются варакторами. При =0,5 и 0=0,5 В для нелинейной емкости варактора получим:

,     (17.2)

где и - обратное напряжение, приложенное к p-n-переходу.

График нелинейной функции (17.2) показан на рис. 17.3.

Рис. 17.3. График нелинейной функции (17.2).

Заряд, накапливаемый нелинейной емкостью, с напряжением и током связаны зависимостями:

,   (17.3)

Две основные схемы диодных умножителей частоты с варакторами приведены на рис. 17.4.

Рис. 17.4. Диодные умножители частоты с варакторами.

В схеме диодного умножителя параллельного вида (рис. 17.4, а) имеются два контура (или фильтра) последовательного типа, настроенные в резонанс соответственно с частотой входного и выходного n сигналов. Такие контуры имеют малое сопротивление на резонансной частоте и большое - на всех остальных (рис. 17.5).

Рис. 17.5.Зависимость сопротивления контура от частоты.

Поэтому первый контур, настроенный в резонанс с частотой входного сигнала о, пропускает только 1-ю гармонику тока, а второй контур, настроенный в резонанс с частотой выходного сигнала n, - только n-ю гармонику. В результате ток, протекающий через варактор, имеет вид:

,  (17.4)

Поскольку емкость варактора (17.2) есть нелинейная функция, то согласно (17.3) при токе (17.4) напряжение на варакторе отлично от синусоидальной формы и содержит гармоники.

Одна из этих гармоник, на которую настроен второй контур, проходит в нагрузку.

Таким образом, с помощью нелинейной емкости в устройстве происходит преобразование мощности сигнала с частотой в сигнал с частотой n, т.е. умножение частоты.

Аналогичным образом работает вторая схема умножителя частоты последовательного вида (рис. 17.4, б), в которой имеется два контура (или фильтра) параллельного типа, настроенные в резонанс соответственно с частотой входного и выходного n сигналов. Такие контуры имеют большое сопротивление на резонансной частоте и малое - на всех остальных. Поэтому напряжение на первом контуре, настроенном в резонанс с частотой входного сигнала , содержит только 1-ю гармонику, а на втором контуре, настроенном в резонанс с частотой выходного сигнала n, - только n-ю гармонику. В результате напряжение, приложенное к варактору, имеет вид:

,  (17.5)

где U0 - постоянное напряжение смещения на варакторе.

Поскольку емкость варактора (17.2) есть нелинейная функция, то согласно (17.3) при напряжении (17.5) ток, протекающий через варактор, отличен от синусоидальной формы и содержит гармоники. Одна из этих гармоник, на которую настроен второй контур, проходит в нагрузку. Таким образом, с помощью нелинейной емкости в схеме происходит преобразование мощности сигнала с частотой в сигнал с частотой n, т.е. умножение частоты.

Варакторные умножители частоты в ДЦВ диапазоне при n=2 и 3 имеют высокий коэффициент преобразования Кпр=Pn/P1=0,6…0,7. При больших величинах п в СВЧ диапазоне значение Кпр уменьшается до 0,1 и ниже.

17.4. Контрольные вопросы

1. Каким образом осуществляется умножение частоты колебаний?

2. Нарисуйте схему транзисторного умножителя частоты.

3. Поясните, почему с помощью нелинейной емкости можно производить умножение частоты колебаний.

4. Нарисуйте схемы диодного умножителя частоты последовательного и параллельного типа. В чем состоят различия между ними?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25984. Философия и жизнь Сократа 19.09 KB
  Философия и жизнь Сократа О жизни и деятельности Сократа одного из величайших философов Древней Греции можно узнать лишь по произведениям его современников и учеников в первую очередь Платона потому что сам Сократ письменных источников после себя не оставил. Платон же познакомился с Сократом за восемь лет до гибели последнего когда Сократу было уже за шестьдесят и встреча эта произвела революцию в душе будущего знаменитого философа. Платон же написал и Апологию Сократа из которой можно узнать о некоторых аспектах сократовской...
25985. Платон. Сущность философского идеализма 18.03 KB
  Выделить в творчестве Платона какойлибо аспект и систематически изложить его довольно сложно так как приходится реконструировать мысли Платона из отдельных высказываний которые настолько динамичны что в процессе эволюции мысли порой превращаются в свою противоположность.Систематическое широкое использование математического материала имеет место у Платона начиная с диалога Менон где Платон подводит к основному выводу с помощью геометрического доказательства. Значительно в большей мере чем в гносеологии влияние математики...
25986. Философия Аристотеля, ученого-энциклопедиста 38.02 KB
  Проблема человека Познание человека центральная проблема философии. Стремление человека познавать свою собственную природу является одним из главных стимулов развития философии мысли. В современной науке насчитывается более 800 дисциплин изучающих человека. неделимый соединяет в себе черты: 1 ОБЩЕЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ присущие всем людям как членам человеческого рода вида homo sapiens; 2 СОЦИАЛЬНОТИПИЧЕСКИЕ свойственные ему как представителю конкретного общества определенной культуры народа социальной группы; 3 ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ...
25987. Философия эллинизма 20.28 KB
  Жизнь и деятельность ВойноЯсенецкого. ВойноЯсенецкого Валентин Феликсович ВойноЯсенецкий родился в 1877 г. Его отец провизор Феликс Станиславович ВойноЯсенецкий происходил из известного с 16 века обедневшего дворянского рода. Отец ВойноЯсенецкого был католиком мать Мария Дмитриевна Кудрина православной.
25988. Основные принципы философии средневековья. Номинализм и реализм 16.6 KB
  Основные принципы философии средневековья. Возникновение средневековой философии очень частосвязывают с падением Западной Римской империи 476 год н. В средневековой философии напротив реальностью определяющей все сущщее есть Бог.э конкурируют между собой философские учения стоиков эпикурейцев неоплатоников и в это же время формируются очаги новой веры и мысли которые в последствии составят основу средневековой философии.
25989. Философия Фомы Аквинского, Наука в жизни общества 32.58 KB
  Платоническое представление Августина о человеческой душе как независимой от тела духовной субстанции обладающей способностью непосредственно усматривать вечные несотворенные истины Идеи в свете Божественного просвещения Фома заменяет восходящим к Аристотелю понятием души как формы тела. Воздействие объектов приводит к образованию в душе их чувственных образовподобий от которых интеллект абстрагирует умопостигаемые формы универсалии следы творения вещей с помощью Божественных Идей. разумная часть человеческой души являются...
25990. Возрождение Основные вопросы философии 24.92 KB
  Соловьёв Владимир Сергеевич [1628. Сын Соловьёв Владимир Сергеевич М. После речи против смертной казни в марте 1881 в связи с убийством Александра II народовольцами Соловьёв Владимир Сергеевич был вынужден оставить преподавательскую работу.Как мыслитель и утопист Соловьёв Владимир Сергеевич оказался на пересечении разных духовных течений.
25991. Основные принципы гуманизма. Э. Роттердамский и др 20.79 KB
  В данной работе мы не будем говорить ни о христианской догматике ни о христианской мистике. Мы будем говорить лишь о христианской морали то есть о том насколько христианство отвечает высоким моральным стремлениям человеческого духа здесь на земле. Уже одно то что из всех евангельских догматов самым главным является догмат о том что Бог именно изза любви к человеку Сам становится человеком терпит все человеческие невзгоды лишения и страдания вплоть до мучительной и позорной смерти и все это повторяем именно изза любви к...
25992. Научные открытия э похи Ренессанса Н. Коперник, Д. Бруно, Г. Галилей 20.66 KB
  Исходя из этого положения Коперник весьма просто объяснил всю кажущуюся запутанность движений планет но не зная ещё истинных путей планет и считая их окружностями он был ещё вынужден сохранить эпициклы и деференты древних для объяснения неравномерности движений. В первой части говорится о шарообразности мира и Земли а вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и обращаются вокруг Солнца. С гелиоцентрических позиций он без труда объясняет возвратное движение планет.Во второй...