Умножители частоты на НРД

При умножении частоты желательно создать такие условия работы НРД, при которых:

• • обеспечивается наиболее высокий уровень Л^г-й гармоники;
• • активная мощность первой гармоники, отбираемая от источника гармонических колебаний с частотой со, полностью поступает на НРД;
• • активная мощность N-й гармоники, отбираемая от НРД, полностью поступает в нагрузку;
• • мощность побочных гармоник в нагрузке близка к нулю.

Структура схемы УЧ зависит от способа подавления побочных гармоник на выходе устройства, типа используемого источника входных колебаний (одноили многофазный источник, источник тока или напряжения), способа управления НРД (бигармоническим или полигармоническим напряжением, потокосцеплением, током, зарядом), вида нагрузки (одно-, многофазная), требований к электрическим характеристикам и показателям умножителя и ряда других факторов. В УЧ используются фильтровый, компенсационный и комбинированный способы подавления побочных гармоник в спектре выходного колебания.

Схемы УЧ с фильтровым способом подавления побочных гармоник приведены на рис. 8.19. В схеме УЧ параллельного типа (рис. 8.19, а) три последовательных LC-контура, настроенные на частоты со, /?со и Ncо, подключены параллельно к НРД (варактору VD), при этом источник гармонических колебаний с частотой со подключается к входным зажимам, а нагрузка — к выходным зажимам устройства. Напряжение смещения на варактор подано через дроссель 1_лр. Так называемый холостой контур служит для повышения эффективности умножения. Ярким примером необходимости введения холостого контура может служить УЧ на варакторе с резким р-я-переходом, имеющим квадратичную кулон-вольтную характеристику. Такой умножитель способен только удваивать частоту входного сигнала.

Введение

холостого контура, настроенного на вторую гармонику, позволяет получить кратность умножения.

Рис. 8.19. Параллельная (а) и последовательная (б) схемы варакторного КПЧ.

N = 3 и 4. В схеме УЧ последовательного типа используются параллельные колебательные контуры (рис. 8.19, б).

Компенсационный способ подавления изложен в параграфе 4.2. Для его реализации требуется многофазный источник гармонических колебаний. Создание автономного источника многофазного напряжения связано с рядом технических трудностей. Поэтому УЧ радиодиапазона имеют кратность N = 2. Компенсационный способ находит применение для повышения промышленной частоты. Особенности построения схемы ферромагнитного УЧ 50 Гц с кратностью N=8 рассмотрены в параграфе 8.5.

Особенности делителей частоты. Согласно принципу обратимости кратного преобразования частоты на НРД (см. параграф 8.1) схемы на рис. 8.19 можно использовать для деления частоты с учетом следующих особенностей. Если умножение частоты как функциональное преобразование сводится к искажению с помощью НРД гармонического колебания и выделению из отклика, представленного тригонометрическим рядом Фурье, требуемой N-й гармоники, то при делении частоты возникает иная ситуация. При воздействии на НРД гармонического колебания с входной частотой Мо спектр отклика содержит только составляющие с частотами Мо, 2iVco, ЗМо,…, т. е. составляющая с требуемой выходной частотой со в спектре отсутствует. Поэтому должны быть созданы условия для возникновения и существования гармонических колебаний на выходе ДЧ. В этом проявляется основное принципиальное отличие ДЧ от УЧ.

Для самовозбуждения выходных колебаний в ДЧ вводят холостой контур (в УЧ он может отсутствовать), настроенный на частоту ясо = (N — 1) со. Кроме того, в схемах на рис. 8.19 необходимо поменять местами входные и выходные зажимы. Процесс самовозбуждения колебаний в ДЧ протекает следующим образом. Допустим, что после подключения источника колебаний с частотой Мо к входным зажимам ДЧ в выходном контуре (в результате переходных процессов) возникли колебания с частотой со. Колебания с частотой со благодаря взаимодействию (перемножению) на нелинейном элементе с колебаниями источника (Мо) создадут в холостом контуре колебания с разностной частотой (N — 1) со. В свою очередь колебания с частотой (N- 1) со будут снова взаимодействовать с колебаниями источника на частоте Мо, создавая колебания с частотой со, и т. д. Возникает положительная обратная связь, благодаря которой устанавливается стационарный режим работы делителя частоты. При делении частоты в два раза (N = 2) холостой контур совмещается с выходным.

Другой особенностью ДЧ является то, что в них невозможна реализация компенсационного способа подавления побочных гармоник на выходе устройства в той форме, как это осуществляется в УЧ. Лишь в некоторых частных случаях на выходе ДЧ возможна компенсация четных (по отношению к частоте со) гармоник. Прежде всего это относится к балансным и мостовым схемам ДЧ в два раза. Как уже упоминалось, в ДЧ для одной и той же начальной фазы входного колебания с частотой Noo возможно N стационарных режимов, отличающихся лишь начальной фазой выходного колебания с частотой со.