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

161 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

49987. ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ 337 KB
  Рассчитать основанные характеристики решетки: период d число штрихов N дисперсию D и разрешающую способность R. Если через обозначить ширину щели а через b ширину непрозрачного промежутка то величину d = b называют периодом или постоянной дифракционной решетки. Из теории колебаний известно что для тех направлений для которых в разности хода укладывается целое число длин волн  = k возникают максимумы интенсивности которые называют главными и тогда основная формула для дифракционной решетки имеет вид...
49988. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТА С РАЗЛИЧНЫМИ СОСТОЯНИЯМИ ПОЛЯРИЗАЦИИ 269.5 KB
  Краткое теоретическое введение Свет в котором в каждый момент времени векторы Е и Н будучи взаимно перпендикулярны друг другу беспорядочно меняют свое направление в плоскости Р перпендикулярной направлению распространения света рис. 4 Получение линейно поляризованного света и его анализ Линейно поляризованный свет получают из естественного света с помощью устройств которые называются поляризаторами. Действие поляризаторов основывается на использовании либо закона Брюстера для отражения и преломления света на границе раздела...
49989. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТА С РАЗЛИЧНЫМИ СОСТОЯНИЯМИ ПОЛЯРИЗАЦИИ 822.5 KB
  Приборы и принадлежности: прибор ПКС125 включающий поляроидполяризатор диаметром 125 мм анализатор находящийся во вращающейся оправе с градусными делениями и нониусом который позволяет определять угол поворота анализатора с точностью до 1 10 градуса источник света лампа накаливания мощностью 60 Вт; приемник излучения фотосопротивление источник питания для фотосопротивления микроамперметр светофильтр для выделения света с длиной волны для которой кристаллическая пластинка является пластинкой λ 4†измерительный прибор...
49990. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА НА ДВУХЛУЧЕВОМ ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА 836.5 KB
  До точки Р волна проходит в среде с показателем преломления n1 путь s1 вторая волна проходит в среде с показателем преломления n2 путь s2. Интерферометр Жамена предназначен для измерения небольших изменений показателей преломления. Для уяснения принципа действия такого рефрактометра вообразим что на пути одного из интерферирующих лучей помещен плоскопараллельный слой какоголибо вещества толщиной с показателем преломления n2.
49991. ИЗУЧЕНИЕ ФОТОЭЛЕМЕНТА С ВНЕШНИМ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ 120.5 KB
  Внешний фотоэффект используют в приборах называемых фотоэлементами . Измерение основных характеристик фотоэлемента Фотоэлемент представляет собой стеклянный баллон рис. Анод фотоэлемента 3 изготовлен в виде диска или сферы помещенного в центре баллона.
49992. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 200.5 KB
  Энергия нагретого тела E1 много больше энергии излучения E2 что и составляет сущность проблемной ситуации. Происхождение теплового излучения При нагревании любого тела повышается запас его энергии сосредоточенной на различных степенях свободы: поступательного движения атомов и молекул газа вращательного и колебательного движения атомов или ионов в молекулах и кристаллах и т. Таким образом любые нагретые тела т. тела с температурой больше 0 К испускают электромагнитное излучение микроскопические механизмы которого различны в разных...
49993. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 942 KB
  Краткое теоретическое введение Согласно квантовой теории излучение света атомами вещества связано с изменением их энергетического состояния. По теории Бора переход атома водорода из одного энергетического состояния в другое связан с переходом электрона атома с одной орбиты на другую. Орбиты электрона в атоме квантованы и поэтому энергия атома водорода не может иметь любое произвольное значение.
49994. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА СООТНОШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ДЛЯ ФОТОНОВ 130.5 KB
  Одним из фундаментальных положений квантовой механики является принцип неопределенностей сформулированный В. О том каково его значение можно судить исходя из того факта что всего одного из соотношений неопределенностей достаточно чтобы объяснить целый ряд закономерностей в атомной и ядерной физике. Обозначив канонически сопряженные величины буквами А и В можно написать B ≥ 3 Соотношение 3 называется соотношением неопределенностей для величин А и В.
49995. Стройові вправи. Загальнорозвивальні вправи 69 KB
  Стройові вправи. Шикування як вид стройових вправ. Загальнорозвивальні вправи. Прикладні вправи.