Умножитель частоты с фапч. Что значит "умножитель частоты" Умножитель частоты на 2 на логике

1. Введение

2. Обзор методов решения аналогичных задач

3. Выбор обоснования и предварительный расчёт структурной схемы

4. Описание принципа работы структурной схемы

5. Описание схемы электрической и электрический расчёт

6. Расчёт на ЭВМ

7. Заключение

8. Список литературы

9. Перечень элементов к электрической схеме

1. Введение

Умножители частоты, или как их называют в более развернутом виде, системы формирования дискретного множества частот, в настоящее время получили очень широкое распространение в самых разнообразных видах радиоэлектронной аппаратуры.

Индукционные печи с токами высокой частоты, радиосвязные, радионавигационные и радиолокационные системы, схемы подавления помех, системы управления скоростью двигателя – вот далеко не полный перечень областей применения умножителей частоты.

Появление первых разработок умножителей частоты относится к 30-м и 40-м годам XX века.

В электротехнике и электронике умножителем частоты называется радиоэлектронное устройство, предназначенное для увеличения в целое число раз N частоты подводимых к нему периодических электрических колебаний в заданном диапазоне частот с требуемой стабильностью и качеством выходного сигнала.

Основной параметр – коэффициент умножения частоты N , определяемый как отношение частоты выходного сигнала к частоте входного:

(1.1)

Характерной особенностью умножителей частоты является постоянство N при изменении (в некоторой конечной области) частоты входного сигнала, а также параметров самого умножителя (например, резонансных частот колебательных контуров или резонаторов, входящих в состав умножителя частоты), т.е. в умножителе частоты относительная нестабильность частоты колебаний при умножении остается постоянной. Это важное свойство позволяет использовать умножители частоты для повышения частоты стабильных колебаний в различных радиопередающих, радиолокационных, измерительных и других установках; при этом N может достигать 10 и более.

Основная проблема при конструировании умножителей частоты – это уменьшение фазовой нестабильности входных колебаний (обусловленной случайным характером изменения их фазы), которая приводит к увеличению относительной нестабильности частоты на выходе по сравнению с соответствующей величиной на входе.

Наиболее распространены умножители частоты, состоящие из нелинейного устройства (например, транзистора, варикапа, катушки с ферритовым сердечником) и одного или нескольких электрических фильтров. Нелинейное устройство изменяет форму входных колебаний, вследствие чего в спектре колебаний на его выходе появляются составляющие с частотами, кратными входной частоте. Эти сложные колебания поступают на вход фильтра, который выделяет составляющую с заданной частотой

, подавляя (не пропуская) остальные. Такие устройства применяются для умножения частоты гармонических колебаний.

Находят применение также умножители частоты, действие которых основано на синхронизации колебаний автогенератора. В таких приборах возбуждаются колебания с частотой

, которая становится в точности равной под действием поступающих на вход колебаний с частотой . Недостатком этих умножителей частоты является сравнительно узкая полоса значений , при которых возможна синхронизация.

Также, в отличие от обычных умножителей частоты умножители на фазовращателях могут обеспечить спектрально чистый, не требующий фильтрации выходной сигнал. Используя для расщепления фазы широкополосные фазово-разностные цепи, можно реализовать частотно-независимые умножители, работающие в диапазоне, который перекрывает множество октав.

В настоящее время выявились следующие основные методы построения умножителей частоты:

– косвенный на базе систем импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ);

– прямой с использованием фильтрующих элементов на поверхностно-акустических волнах;

– цифровой на основе вычислительных процедур.

Необходимо отметить, что умножители частоты с ИФАПЧ относятся к числу чрезвычайно динамичных, развивающихся систем формирования дискретного множества частот. Решающую роль при этом играют такие важнейшие преимущества умножителей частоты и ИФАПЧ, как возможность реализации высококачественных спектральных и приемлемых динамических характеристик при хороших габаритных, энергетических и других показателях.

2. Обзор методов решения аналогичных задач

Рассмотрим некоторые схемы и методы построения умножителей частоты. Процесс умножения частоты на нелинейном элементе сводится к следующему: входной сигнал воздействует на нелинейный элемент или на нелинейный резонатор, в результате чего синусоидальное колебание превращается в периодическое несинусоидальное, которому соответствует бесконечный ряд синусоидальных составляющих. Затем резонатор выделяет ту составляющую, на которую он настроен, в результате чего на выходе выделенная гармоника преобладает над всеми остальными.

Величины побочных гармоник определяется добротностью резонатора, и для того, чтобы их уменьшить, необходимо увеличивать добротность резонаторов. Однако величина добротности резонаторов особенно на длинных и коротких волнах ограничена, и в этом случае для ослабления побочных гармоник применяют специальные фильтры или различные буферные каскады.

Основным показателем умножителя частоты на пассивном нелинейном элементе является коэффициент полезного действия η, под которым понимается отношение мощности N-ой гармоники в нагрузке

к мощности, потребляемой от возбудителя:

Столь малые значения к.п.д. обусловлены тем, что из-за выпрямительных свойств нелинейного активного сопротивления большая часть мощности возбудителя преобразуется в мощность постоянного тока и выделяется в цепи смещения.

Если для цепей умножения частоты применять нелинейное реактивное сопротивление, то из-за отсутствия в таком нелинейном элементе потерь мощности при идеальной фильтрации во входной и выходной цепях к.п.д. умножителя будет равен.

В качестве нелинейного реактивного сопротивления в умножителях частоты обычно используют нелинейную ёмкость p -n перехода.

Рисунок 2.1 . Структурная схема умножителя частоты на нелинейном элементе. 1 – фильтр, настроенный на гармонику, близкую к первой; n – фильтр, настроенный на n-ую гармонику.

Принцип работы умножителей на фазовращателях показан на рис.2.2. Частота синусоидального сигнала умножается на N путем разделения входного напряжения на N различных фаз, равноудаленных друг от друга в диапазоне 360°. N сигналов с различными фазами управляют N транзисторами, работающими в режиме класса С, выходные сигналы которых объединяются для формирования импульса через каждые 360°/N градусов. Благодаря использованию N транзисторов мощность входного сигнала может быть в N раз выше мощности, необходимой для насыщения транзистора.

Рисунок 2.2 . Структурная схема умножителя частоты на фазовращателях.

Схема простого умножителя частоты с переменным коэффициентом умножения и жесткой синхронизацией выходных сигналов по отношению к входным приведена на рис. 2.3. Он состоит из генератора импульсов на трех инверторах DD1.1-DD1.3 и синхронизирующего каскада на транзисторе VT1.

Когда входные синхроимпульсы отсутствуют, мультивибратор на DD1.1-DD1.3 работает в обычном режиме. Если в генераторе использована микросхема с двумя защитными диодами на входе, длительность перезарядки конденсатора C1 для любой полярности одинакова и период импульсов составит 1,4 R3 C1, а частота f - 0,7/(R3 C1).

При поступлении на вход VT1 положительных импульсов частоты F вх (рис. 2.3) транзистор в моменты t 1 ,t 3 открывается, что приводит к срыву процесса периодической перезарядки. После закрывания его с момента t 2 , t 4 процесс генерации возобновляется.Генератор формирует импульсы, синхронные по отношению к входным с частотой

F вых = kF вх, (2.3)

Рисунок 2.3 . Принципиальная схема умножителя частоты с жёсткой синхронизацией.

где k - переменный коэффициент умножения,определяемый элементами R3, C1, а F вх - частота входных импульсов.

В качестве элементов DD1 можно использовать любые инверторы микросхем серий К176, К561, КР1561. Кроме того, элементы DD1.1, DD1.2 могут быть без инверсии (буферы) или с гистерезисом (триггеры Шмитта).Транзистор серии КТ315 допустимо заменить другим аналогичным.

Это устройство при подаче на вход импульсов строчной частоты телевизионной развертки позволяет выделять строго определенные участки строки растра для формирования или считывания информации.

Так же умножитель частоты можно спроектировать на резонансном усилительном каскаде. Резонансным называется усилитель, нагрузкой которого служит резонансный контур, настроенный на частоту усиливае­мого сигнала. Для настройки в контуре используется переменное реактивное сопротивление. Резонансные усилители являются из­бирательными высокочастотными усилителями. В радиотехнике они предназначаются для выделения из действующих на входе сигналов с разными частотами лишь группы сигналов с близкими частотами, которые несут нужную информацию. К резонансным усилителям предъявляются требования возможно большего уси­ления, высокой избирательности и стабильности, малого уровня шумов, удобства управления и др.

Умножители частоты представляют собой генератор с внешним возбуждением, колебательный контур которого настроен на частоту, кратную частоте входного сигнала. Так как входной сигнал гармонический, то для обогащения его спектра он испытывает нелинейные преобразования (п.2.7.). При выборе точки покоя на ВАХ в начале координат или левее начала имеет место последовательность импульсов тока, как показано на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Примерный вид последовательности импульсов тока через нелинейный элемент

Половина фазового угла, в пределах которого протекает ток через нелинейный элемент, называется углом отсечки. Итак, на рис. 3.8 – угол отсечки, который зависит как от положения точки покоя П, так и от амплитуды входного сигнала. С увеличением амплитуды входного сигнала в импульсах тока может появиться провал. При использовании в качестве нелинейных элементов транзисторов и электронных усилительных ламп провал вызван появлением обратного тока при больших амплитудах входного сигнала (см. лабораторную работу «Исследование генератора с внешним возбуждением»).

Спектр последовательности импульсов тока через нелинейный элемент

имеет амплитуды гармоник, убывающие с номером гармоник. Постоянная составляющая тока I 0 и амплитуды гармоник зависят от угла отсечки и могут быть вычислены через коэффициенты Берга (А.И.Берг – советский радиофизик, академик АН СССР):

; ; ;…, (3.10)

где I m и – амплитуда импульса (максимальное значение импульса);

, , , …, – коэффициенты Берга, зависящие от угла отсечки и вычисляемые по следующим формулам:

; (3.11)

где n = 1, 2, 3,…

На рис. 3.9 приведены графики Берга.

Рис. 3.9. Графики Берга

При выделении контуром n-ой гармоники мощность выделенных колебаний Р к и коэффициент полезного действия генератора вычисляются по следующим формулам:

, (3.14)

где Е К – напряжение источника питания (например, коллекторное напряжение);

Р И – мощность, затрачиваемая источником питания;

– коэффициент использования напряжения источника питания.

При умножении частоты электрическая энергия, поступаемая в колебательный контур в тормозящую фазу (см. принципы генерирования электромагнитных колебаний) первого периода колебания (рис. 3.10), поддерживает постоянное значение амплитуды сигнала на отрезке времени подачи этой энергии. Затем амплитуда убывает по экспоненциальному закону:

где , r – сопротивление контура, учитывающее потери энергии в контуре, L – индуктивность колебательного контура.

Рис. 3.10: а – примерный вид напряжения на контуре (на выходе генератора) в режиме умножения частоты n =2; пунктиром показана зависимость затуханий свободных колебаний; б – импульсы тока активного нелинейного элемента (например, транзистора), квадрат площади которых пропорционален электрической энергии, поступающей в контур через период собственных колебаний; импульсы поступают в тормозящую фазу напряжения

Очевидно, что чем меньше значение величины , тем стабильнее по амплитуде будут колебания на выходе умножителя частоты. Потери энергии в контуре учитываются добротностью контура

где – энергия, запасенная в контуре;

– энергия потерь в контуре за период колебания;

.

Интеграл берется по частям:

где ;

Подставляя в (3.16) и энергию потерь Е пот , и учитывая, что добротность контура Q определяется на резонансной частоте , окончательно получаем

где – волновое сопротивление контура.

Вывода выражения для волнового сопротивления контура можно произвести из равенства энергий запасенных в магнитном поле катушки и электрическом поле конденсатора:

. Откуда , .

Добротность нагруженного контура Q Н, то есть вычисляемая по определению (114), когда выход генератора с внешним возбуждением подключен к нагрузке, равна:

Q Н = 150…200, (3.18)

а волновое сопротивление контура

50…200 (3.19)

в зависимости от диапазона радиочастот.

При высокой добротности Q Н, то есть очень малых потерях электрической энергии за один период колебания, амплитуда затухающих колебаний на интервале времени t меняется несущественно; и этим фактором, влияющим на амплитудную стабильность умножителя частоты, можно пренебречь.

Другим, существенным фактором, влияющим на стабильность амплитуды колебаний с выхода умножителя частоты, является угол отсечки . Так как импульсы тока поставляют энергию в колебательный контур, то их длительность не должна превышать Т/2, где Т – период колебаний в контуре (см. рис. 3.10). Только в этом случае вся поступающая в контур энергия приходится на тормозящую фазу напряжения (электрического поля) и кинетическая энергия носителей зарядов в активных нелинейных элементах переходит в электрическую энергию колебаний в контуре. Следовательно, с увеличением кратности умножения частоты входного сигнала угол отсечки должен уменьшаться. Уменьшение приведет к уменьшению амплитуды импульса тока I m и, а это, в свою очередь, приведет к уменьшению амплитуды гармоники на выходе умножителя частоты (3.10). Если угол отсечки не изменять, то импульсы тока будут иметь длительность . Это приведет к существенной амплитудной нестабильности колебаний, так как энергия будет поставляться в контур не только в тормозящую фазу, но и в ускоряющую фазу колебаний. Легко экспериментально убедиться в том, что при происходит срыв колебаний в контуре (лабораторная работа: «Исследование генератора с внешним возбуждением»).

Двухкаскадная схема умножителя частоты входного сигнала показана на рис. 3.11. Первый каскад собран на транзисторе VT1, а второй на транзисторе VT2. Резисторы R б обеспечивают замыкание контура для протекания тока базы I б и создают отрицательные смещения на базах своих транзисторов за счет постоянной составляющей тока базы I б0 .

Рис. 3.11. Двухкаскадная схема умножителя частоты

Пример: для обеспечения некоторого угла отсечки необходимо точку покоя П сместить влево от начала координат (см. рис. 3.8) на 0,2 В. Импульсы тока базы i б (t) следует написать в форме (3.9), где . Тогда R б = U бэ0 /I б0 = 0,2/I б0 . При I б0 = 30 мкА, R б = 6,8 кОм.

Усилитель,собранный на транзисторе VT2, предназначен для усиления гармоники частотой f 0 = mf АГ до уровня нормальной работы второго каскада умножения. Усилитель должен работать в линейном режиме. Он собран по схеме с фиксированным напряжением на базе и эмиттерной стабилизацией (см. расчет данного усилителя).

Резистор R э обеспечивает температурную стабилизацию точки покоя. Конденсатор С э исключает отрицательную обратную связь (ООС) по переменному напряжению; для этого необходимо выполнение следующего условия: Х сэ << R э.

Резисторы R к обеспечивают расчетные значения напряжений между коллектором и эмиттером U кэ транзисторов.

Емкости фильтров С ф1 и С ф2 выбираются из условия развязки каскадов по композиционным частотам, близким к резонансным частотам колебательных контуров f 01 и f 02 .

Как уже отмечалось, для увеличения кратности умножения частоты одним каскадом необходимо уменьшать угол отсечки , что приводит к уменьшению амплитуды импульсов I m и и, следовательно, амплитуды выделяемой контуром гармоники кратной частоты, а это, в свою очередь, ограничивает кратность умножения. Для повышения кратности умножения частоты одним каскадом необходимо в него включить дополнительно два устройства: ограничитель и линейный резистивный усилитель, как показано на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Каскад умножителя частоты, включающий ограничитель на транзисторе VT1, линейный усилитель на транзисторе VT2 и генератор с внешним возбуждением на транзисторе VT3

Резистивный усилитель, собранный на VT2, является усилителем с фиксированным током базы, подробный расчет которого дан в следующем разделе. Этот усилитель увеличивает амплитуду импульса, не изменяя угла отсечки , который задается выбором точки покоя П ограничителя, собранного на VT1. Положение точки покоя на входной характеристике транзистора VT1 определяется расчетом резистора R б1 . Подстроечный резистор R б2 позволяет установить критический режим работы генератора с внешним возбуждением (см. Генератор с внешним возбуждением).

Для работы любительских радиостанций на высокочастотных участках УКВ и СВЧ диапазонов гетеродины приемников и передатчиков становятся многокаскадными. Задающий генератор, который является первым каскадом гетеродина, обычно работает на довольно низкой частоте.

Делается это по разным причинам.

На низких частотах проще подобрать необходимый кварцевый резонатор или создать более благоприятные условия для стабилизации частоты в генераторах с параметрической стабилизацией.
На низких частотах легче организовывать управление частотой генератора.
Отсутствие у радиолюбителей высокочастотных кварцевых резонаторов.

Многокаскадный гетеродин состоит из генератора и последующих нескольких каскадов умножения частоты до необходимой рабочей величины. Так, например, если нам необходимо для КВ радиоприемника, имеющего любительский диапазон 21 МГц разработать конвертер для приема сигналов в диапазоне 145 МГц, - нужно создать гетеродин с рабочей частотой 123 МГц.

Получить такую рабочую частоту можно несколькими способами, с использованием самых разнообразных кварцевых резонаторов. Одним из вариантов может быть применение КР на частоту 13,66 МГц.

В этом случае собственно генератор должен генерировать частоту 13,66 МГц, а следующие два каскада должны выполнить умножение этой частоты в 9 раз, т.е. каждый из каскадов должен умножать частоту на 3, или, как говорят, каждый из этих каскадов должен работать в режиме утроителя частоты.

Как правило, умножительные каскады в большее число раз в любительской практике используются редко.

Схемы простых умножителей частоты

Фактически умножитель частоты не является каким-то необычным, специальным каскадом, а представляет собой обычный усилительный каскад высокой частоты. На рис.1 приведены две схемы простых умножителей частоты.

Схема на рис.1 представляет собой обычный каскад УВЧ. Резисторами R1, R2 и R3 устанавливается режим работы транзистора VT1. Контур L1C3 должен быть настроен на частоту нужной гармоники электромагнитных колебаний, поступающих на этот каскад через С1 от каскада предыдущего.

Выделенный в контуре L1C3 сигнал нужной частоты подается к следующему каскаду через конденсатор С5. Резистор R4 и конденсатор С2 предотвращают попадание ВЧ энергии в цепи питания (являются блокировочными элементами).

Схема на рис.2 уже имеет значительные отличия от предыдущей схемы. Главное отличие в том, что транзистор VT1 в этой схеме работает в ключевом режиме, т.е. ток через транзистор протекает только во время прохождения через базу транзистора импульса положительного полупериода колебаний, которые поступают через С1.

Контур L1C3 является параллельной нагрузкой, настроенной на частоту нужной гармоники. Выделенный в этом контуре сигнал нужной частота подается к следующему каскаду через С4.

Схемы двухтактных удвоителей

Требование о необходимости содержания в сигнале гетеродина минимальных шумов, которые зависят от наличия в сигнале большого числа гармоник, поставило задачу уменьшить число этих гармоник.

Выполнить поставленную задачу удается с помощью специальных двухтранзисторных умножителей, в которых эти два транзистора включены по двухтактной схеме. На рис.3 приведена принципиальная схема двухтактного удвоителя частоты.

Рис.3

Транзисторы на схеме рис.3 включены по так называемой двухтактной схеме. Дело в том, что на базы этих транзисторов поступают противофазные сигналы и в течение одного из полу-периодов поступающего сигнала работает транзистор VT1, а в течение второго полупериода работает транзистор VT2.

Поскольку эти два транзистора работают на общую для них нагрузку, то в этой нагрузке, за один период частоты поступающего на каскад сигнала, возникают два периода уже новой, удвоенной частоты.

Если поступающий на такой каскад сигнал достаточно сильный, то точно таким же образом на выходе можно выделить и четвертую гармонику поступающего на вход сигнала.

Как вы уже заметили, двухтактный удвоительный каскад выделяет в своей нагрузке только четные гармоники. Все нечетные гармоники подавляются и в последующем сигнале уже не присутствуют.

Сигнал, который должен быть удвоен, выделяется в контуре L1C. Поверх катушки L1 наматывается катушка L2, выполненная из двух отдельных проводов. Делается катушка L2 следующим образом. Нужно отмерить и отрезать два одинаковых куска изолированного тонкого провода, длина которых должна быть достаточной для намотки поверх катушки L1 3...5 витков, из которых будет состоять катушка L2.

Затем два конца обоих проводов зажимаются и эти два провода свиваются в единый жгут. После намотки катушки L2 получившимся жгутом и закреплении её витков, начало одного из проводов соединяется с концом другого провода. Таким путем образуется средняя точка катушки L2, которая соединяется с корпусом (заземляется). Оставшиеся конец первого провода и начало провода второго подключаются, через конденсаторы С1 и С2, к базам транзисторов VT1 и VT2.

Таким путем организуется противофазная подача сигналов к базам VT1 и VT2.

Рис.4

На рис.4 приведена принципиальная схема второго варианта двухтактного удвоителя частоты. Схема этого варианта несколько проще и содержит меньшее количество деталей, но работает так же эффективно. Как вы уже заметили, нагрузка удвоительного каскада, роль которой выполняет контур L3C3, включена в этом варианте последовательно.

В таком случае нужно всегда помнить, что выходные емкости транзисторов складывается и отвод для подключения катушки должен располагаться ближе к заземленному по ВЧ концу катушки.

Ток через транзисторы, и вместе с ним, усиление удвоенного сигнала регулируется подбором величины сопротивления R1. Емкость С1 обычно берется в пределах 120...200 пФ.

Удвоитель на составном каскаде. Устройство (рис. 14.18) собрано на двух транзисторах разной проводимости. В исходном состоянии оба транзистора закрыты. На входе действует сигнал гармонической формы. Положительная полярность входного сигна­ла открывает транзисторVT1 и закрывает транзисторVT2. Проте­кающий ток транзистораVT1 создает падение напряжения на ре­зисторахR3 иR4. На первом выходе будет сигнал, совпадающий по фазе с входным сигналом, а на втором выходе сигнал будет находиться в противофазе. При равенстве сопротивлений резисто­ровR3 иR4 амплитуды этих сигналов будут равны. Отрицательная полуволна входного сигнала закроет транзисторVT1 и откроет транзисторVT2. НаВыходе 1 появится сигнал, находящийся в про­тивофазе с входным сигналом, а наВыходе 2 - будет совпадать по фазе с входным сигналом. Таким образом, при подаче на вход си­нусоидального сигнала наВыходе 1 все полуволны будут положи­тельными, а наВыходе 2 - отрицательными. Удвоитель работает в диапазоне частот от 200 Гц до 20 кГц.

Рис. 14.18 Рис. 14.19

Транзисторный удвоитель. Удвоитель (рис. 14.19) состоит из двух транзисторов. Первый транзистор работает в схеме с коллекторно-эмиттерной нагрузкой, и коэффициент передачи его равен единице. Второй транзистор работает в схеме с ОБ. Входной сигнал создает в эмиттереVT2 ток, который на коллекторной нагрузкеR3 создает напряжение, равное по амплитуде входному напряжению. Таким образом, положительная полуволна гармонического сигнала проходит через транзисторVT1 и выделяется на резистореR3 со сдвигом по фазе 180°, а отрицательная полуволна проходит через транзисторVT2 без изменения фазы. В результате напряжение на резистореR3 будет иметь вид, получаемый после двухполупериод-ного выпрямления входного сигнала. Удвоитель работает в широ­ком диапазоне частот, который определяется типом примененных транзисторов.

Умножитель на транзисторах. Схема удвоения частоты входно­го гармонического сигнала (рис. 14.20) состоит из двух каскадов. Каждый каскад увеличивает частоту сигнала в 2 раза. Положи­тельная полуволна входного сигнала с амплитудой 0,5 В открывает транзисторVT2. Отрицательная полуволна проходит через транзи­сторVT1. Эти два сигнала суммируются на резистореR2. Транзи­сторVT2 инвертирует входной сигнал,a VT1 - не инвертирует. На резистореR2 формируется сигнал двухполупериодного выпрямле­ния. Этот сигнал через эмиттерный повторитель подается на второй каскад. Амплитуда выходного сигнала повторителя равна 0,6 В.

Рис. 14.20 Рис. 14.21

Диодный умножитель. Входное гармоническое напряжение (рис. 14.21) подается на трансформатор. Во вторичной обмотке трансформатора включены две фазосдвигающие цепочки. В них про­исходит сдвиг фазы гармонического сигнала на 120°. В результате этого через диоды проходят сигналы, сдвинутые по фазе. На вход­ном сопротивлении транзистора они суммируются. Третья гармони­ка суммарного пульсирующего сигнала выделяется контуром. Но­миналы элементов фазосдвигающих цепочек рассчитаны на частоту 400 Гц.

Рис. 14.22

Детекторный удвоитель частоты. В основу такого удвоителя (рис. 14.23) положено двухполупериодное выпрямление на двух транзисторахVT1 иVT2. Отрицательная полуволна выходного на­пряжения ОУ проходит через транзисторVT1, а положительная - через транзисторVT2. РезисторыR6 иR8 выбраны одинаковыми, поэтому коэффициенты передачи обеих полуволн равны. Для устра­нения искажений формы выходного сигнала, вызванных влиянием порогового начального участка характеристик транзисторов, ис­пользуется ОУ с нелинейной ООС. С помощью потенциометраR2 на выходе ОУ устанавливается напряжение, соответствующее минимальным искажениям выходного сигнала. Удвоитель хорошо ра­ботает при треугольной форме входного сигнала. Для этой формы входного сигнала можно последовательно включать до десяти схем умножения.

Рис. 14.23 Рис. 14.24

Рис. 14.25

Дифференциальный удвоитель. Удвоитель частоты (рис. 14.24) состоит из эмиттерного повторителя, собранного на транзистореVT1, и усилительного каскада, построенного на транзистореVT2. Входной сигнал через конденсатор С1 поступает в базу транзисто­раVT1. В эмиттере этот сигнал складывается с сигналом, который проходит через транзисторVT2. ТранзисторVT2 работает в нели­нейном режиме. Он пропускает отрицательные полуволны входного сигнала. Перевернутый по фазе входной сигнал будет вычитаться из сигнала эмиттерного повторителя. Уровень взаимодействующих сигналов можно регулировать резисторамиR4 иR5. РезисторR4 управляет амплитудой отрицательной полуволны, а резисторR5 регулирует отношение эмиттерного сигнала к коллекторному.

Удвоитель частоты прямоугольного сигнала. Устройство (рис. 14.25,а) осуществляет преобразование входного сигнала гар­монической формы в прямоугольный сигнал с удвоенной частотой. Входной сигнал поступает в эмиттеры транзисторовVT1 иVT2. ТранзисторVT1 работает в режиме ограничения. Второй транзи­стор также ограничивает сигнал, но за счет конденсатора С1 про­исходит сдвиг выходного сигнала на 90° относительно входного. Два ограниченных сигнала суммируются через резисторыR6 иR7. Суммарный двухполярный сигнал с помощью транзисторовVT3 иVT4 преобразуется в сигнал с удвоенной частотой. Эпюры сигналов в различных точках показаны на рис. 14.25,б. Удвоитель работает в широком диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц. Такой диапазон можно перекрыть, если применить со­ответствующую емкость конденсато­ра С1. Входной сигнал должен иметь амплитуду не менее 2 В.

Компенсационный умножитель. Умножитель частоты компенсацион­ного типа (рис. 14.26) построен на одном транзисторе. Ограниченный по амплитуде сигнал суммируется с входным сигналом гармонического вида на резистореR1 В Deэvль тате на выходе формируется сигнал, частота которого в 3 раза вы ше частоты входного сигнала. Форма выходного сигнала не являет­ся идеально гармонической. Этот сигнал необходимо пропустить через фильтр, чтобы уменьшить уровень высоких гармоник На Фор­му сигнала в большой степени влияет уровень ограничения транзи­стора. При малых углах отсечки выходного сигнала значительно уменьшаются высокочастотные спектральные составляющие. Умень­шается при этом и амплитуда третьей гармоники.

Рис. 14.26 Рис. 14.27

Делитель на ОУ. Делитель (рис. 14.27,а) построен на четектн-ропании суммарного сигнала на выходе ОУ. НаВход 1 полается сигнал гетеродина с амплитудой 0,1 В, наВход 2 - преобразуемый сигнал. Зависимость амплитуды выходного сигнала от преобразуе­мого сигнала показана на рис. 14.27,б.

Умножители на фазовращателях могут обеспечить спектрально чистый, не требующий фильтрации выходной сигнал. Используя для расщепления фазы широкополосные фазово-разностные цепи, можно реализовать частотно-независимые умножители, работающие в диапазоне, который перекрывает множество октав.Принцип работы умножителей такого типа показан на рис.1,а. Частота синусоидального сигнала умножается на N путем разделения входного напряжения на N различных фаз, равноудаленных приятель от друга в диапазоне 360°. N сигналов с различными фазами управляют N транзисторами, работающими в режиме класса С, выходные сигналы которых объединяются для формирования импульса через каждые 360°/N градусов. Схемы конвертера радиолюбителя Благодаря использованию N транзисторов мощность входного сигнала может быть в N раз выше мощности, необходимой для насыщения транзистора.рис.1,аОписываемый умножитель звуковой частоты на 4 (рис.1,б) содержит частотно-зависимые 90°-ные фазовращатели R1C1 и R2C2. Транзисторы Q1 и Q4 формируют импульсы, сдвинутые на выходе по фазе на 0 и 90°. Фазовая инверсия импульсов осуществляется транзисторами Q5 и Q6, которые управляют транзисторами Q2 и Q3, в результате чего на выходе последних образуются импульсы с фазовым сдвигом 180 и 270°. Сдвинутые по фазе на 90° выходные импульсы объединяются для формирования учетверенной частоты. Умножитель звукового диапазона учетверяет частоты от 625 до 2500 Гц....

Для схемы "УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ"

Для схемы "Две схемы простых генераторов качающейся частоты"

Для схемы "ГЕНЕРАТОР ПЛАВНОЙ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ Р134"

Узлы радиолюбительской техникиГЕНЕРАТОР ПЛАВНОЙ ПОДСТРОЙКИ ДЛЯ Р134Дискретная установка частоты с шагом 1 кГц в радиорадиостанции Р134 затрудняет ее использование в радиолюбительских целях. Получить вероятность плавной перестройки частоты до ±4 кГц относительно частоты настройки по цифровой шкале радиостанции довольно просто. Для этого довольно сменить сигнал частотой 10 МГц, подаваемый от синтезатора частоты радиостанции (блок 2-1) через умножитель блока 3-3 на смеситель блока 3-1, сигналом перестраиваемого до ±500 Гц кварцевого генератора частотой 10 МГц по схеме, приведенной на рис.1.Puc.1Так как в смесителе блока 3-1 используется восьмая гармоника генератора, рабочая частота радиостанции будет изменяться в пределах ±4 кГц, чего полностью довольно. Резистор R7 в схеме выбирается в пределах 0,5...2 кОм, в зависимости от активности примененного кварца, до получения номинального уровня сигнала на выходе радиостанции при нажатом ключе в режиме АТ-Т. Схема терморегулятора на симисторе Катушка L выполнена на кольцевом магнитопроводе марки 50ВЧ2 типоразмера К7х4х2 проводом ПЭЛШО 0,1 мм и содержит 15 витков. Используя хорошо откалиб-рованный приемник, желательно подобрать число витков катушки с точностью до одного до получения частоты генератора 10 МГц±50 Гц в среднем положении регулятора R4, при этом рабочая частота радиостанции будет соответствовать частоте по цифровой шкале. Кварцевый резонатор желательно применить в вакуумном исполнении. Питание генератора напряжением +12,6 В можно осуществить от конденсаторов С2...С6 фильтра развязки в цепи питания блока 2, доступ к которым возможен при снятии верхнего блока N9 радиостанции.Печатная плата устройства показана на рис.2, расположение деталей на ней - на рис.3. Плату удобно разместить в экранирова...

Для схемы "ГЕНЕРАТОР СИГНАЛА ДМВ"

Измерительная техникаГЕНЕРАТОР СИГНАЛА ДМВ При налаживании радиолюбительских конструкций, работающих на частотах выше 1 ГГц (например, в любительском диапазоне 23 см), необходим генератор высокостабильного сигнала. Его нетрудно изготовить, если в распоряжении радиолюбителя имеется кварцевый резонатор на частоту 27...50 МГц. Принципиальная схема генератора изображена на рис.1. Задающий генератор собран на транзисторе VT1, умножитель частоты - на диоде VD1. Необходимую гармонику исходного сигнала (например, 29-ю для любительского диапазона 23 см при использовании резонатора на частоту 45 МГц) выделяет контур L3C6. Напряжение смещения на диоде VD1 создается автоматически. Его оптимальное роль (по максимальному сигналу требуемой гармоники) устанавливают подстроечным резистором R4. По этому же критерию подбирают (подстроечным резистором R3) уровень высокочастотного напряжения, поступающего на умножитель с задающего генератора. При необходимости выходной сигнал генератора можно промодулировать. Каталок схема печатни плата золотаискателязе Требуемый уровень модулирующего напряжения устанавливают переменным резистором R5. Puc.1В генераторе применен обычный высокочастотный диод (не предназначенный для работы в диапазоне ДМВ). Если его заместить на диод Шоттки, уровень выходного сигнала видно возрастет. Колебательный контур L1C2 настраивают на частоту кварцевого резонатора. Конструкция катушек L1 и L2 некритична (отношение их чисел витков - приблизительно 10). Дроссель 15 представляет собой бескаркасную катушку (10 витков) диаметром 13 мм. Элементы VD1, С4, С5, L3- L5 монтируют на плате из одностороннего фольгированного материала, располагая все детали со стороны фольги. Контур L3C6 представляет собой подстраиваемую конденсатором полуволновую линию. Ее размеры для любительского диапазона 23 см показаны на рис.2. Изготавливают линию из медной полосы, изгибают и припаивают оба ее конца к фольге. Петлю связи L4 сгибают из пр...

Для схемы "ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ"

Цифровая техникаЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Описываемый узел (см. рисунок), реализующий функцию f1-f2, разрешает использовать в качестве цифровой шкалы частотомер, не позволяющий при измерении вычитать частоту одного сигнала из частоты другого. На транзисторах VT1, VT2 и инверторах микросхемы DD1 собраны формирователи сигналов гетеродина и ПЧ. Их частоту понижают в два раза триггерами DD2.1 и DD3.1.Сигналы половинной поступают соответственно на информационные входы D триггеров DD2.2, DD3.2, а гетеродина (с формирователя через инвертор) - на входы синхронизации С. На элементах 2И-НЕ микросхемы DD4 выполнен компонент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выхода которого снимается фазо-модулированная последовательность импульсов. Из нее и сигнала гетеродина триггер DD5.1 формирует импульсы с частотой следования fгет/2-fпч/2, поступающие на делитель на 50, выполненный на двоичных счетчиках DD6, DD7. Импульсы со скважностью 2 и частотой (fгет-fпч)/100 с выхода 1 счетчика DD7 подают на частотомер. Если не требуется, чтобы скважность была равна 2, счетчик DD7 можно исключить. При этом частота следования выходных импульсов равна (fгет-fпч)/10.С. ЗЕРНИН г. Уссурийск Приморского края(Радио 4/90)...

Для схемы "Узкополосный источник качающейся частоты"

Измерительная техникаУзкополосный источник качающейся J. Isbell. Отдел радиоастрономии Техасского университета (Остин, шт. Техас)Схема, содержащая низкочастотный генератор и балансный модулятор, может вырабатывать качающуюся частоту 10,7 МГц±20 кГц, что удобно при наладке каскадов промежуточной частоты в стандартном ЧМ-приемнике. Узкополосный источник качающейся частоты предпочтителен в тех случаях, когда частотную характеристику проверяемого каскада наблюдают на экране осциллографа: изображение получается устойчивым, что невозможно при использовании широкополосного генератора качающейся частоты. Диапазон частотной развертки у описываемой схемы в 2,5 раза уже, чем у имеющегося в продаже генератора качающейся частоты. Благодаря этому побочная частотная модуляция снижается до уровня, при котором она не оказывает заметного влияния.Как видно из рис. 1, сигнал 10,05 МГц, получаемой от кварцевого генератора, смешивается с сигналом средней 650 кГц, получаемой от низкочастотного генератора качающейся частоты. Т160 схема регулятора тока На выходе смесителя получается сигнал со средней частотой 10,7 МГц, которую можно изменять в пределах ±20 кГц путем перестройки 650-кГц генератора. Этот метод качания предпочтительней, чем перестройка высокочастотного генератора, так как. дает лучшую стабильность частоты.Pис. 1Для перестройки генератора качающейся используется вара...

Для схемы "ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЙ ДВУХТОЧЕЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР"

Узлы радиолюбительской техникиВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЙ ДВУХТОЧЕЧНЫЙ ГЕНЕРАТОРГ.ПЕТИН, 344015, Ростов-на-Дону, ул.Еременко, 60/6 - 247, тел.25-42-87.Для генерирования высокочастотных гармонических колебаний чаще всего используются трехточечные генераторы. В ряде случаев (по конструктивным соображениям) может оказаться полезным двухточечный генератор. Такой генератор требует применения двух транзисторов. Однако в правильно сконструированном двухточечном генераторе (см. рисунок) общее количество элементов может быть более того меньше, чем в трехточечном. Благодаря тому что сигнал с колебательного контура LI, C2 генератора подается на затвор VT2, имеющего большое входное сопротивление, а сигнал обратной связи снимается с коллектора VT1, имеющего большое выходное сопротивление, колебательный контур очень слабо шунтируется электронной схемой и сохраняет свою высокую добротность. Кроме того, для увеличения входного сопротивления полевого транзистора VT2 в цепи его истока включен резистор R2, для увеличения выходного сопротивления биполярного транзистора VT1 в цепи его эмиттера стоит резистор R1Для данной схемы экспериментально определено, что уход частоты за 1 с не превышает 1...2 Гц на частоте 10 МГц, т.е. частоты вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей с системой электрооборудования, у которой минус аккумуляторной батареи соединен с корпусом. Основой является формирователь одиночных импульсов, собранный на микросхеме CD4007 (отечественный аналог - К176ЛП1). Формирователь запускается положительными импульсами, возникающими в момент размыкания контактов прерывателя. Прибор РА1, подключенный к выходу формирователя через ограничивающий резистор R5, измеряет напряжение на измерительном конденсаторе С1, которое пропорционально частоте входных импульсов с точностью не хуже 1...2% - Частота следования импульсов в 30 раз меньше вращения коленчатого вала четырехтактного двигателя.Т.Тихомиров, г.Чита...

Для схемы "ИМС К174УР7"

Справочные материалыИМС К174УР7ИМС К174УР7 представляет собой специализированную ИМС для радиоприемников, содержащую усилитель-ограничитель промежуточной частоты ЧМ-тракта А1, балансный ЧМ-детектор U1 и предварительный усилитель низкой частоты А2. Типовая схема включения показана на рис.3. Рис.1. Функциональная схема ИМС К174УР7Рис.2. Назначение выводов ИМС К174УР7Рис.3. Типовая схема включения ИМС К174УР7Входной сигнал поступает на вход усилителя-ограничителя А1, с выхода которого ограниченный сигнал поступает на вход частотного детектора U1. Выход частотного детектора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя А2, который осуществляет предварительное усиление звуковой частоты. Зависимости основных электрических параметров ИМС от режимов эксплуатации приведены на рис. 4-10.Электрические параметры ИМС К174УР7 при 25±10°С и Uи.п.ном=6 ВТок потребления I мА, не более 0.6Входное напряжение ограничения Uвх.огр, мкВ, при fвх=0,25 МГц, fмод=1 кГц, не более 70 Выходное напряжение низкой UвыхНЧ, мВ, при Uвх=10 мВ, fвх=0.25 мГц, fмод=1 кГц, не менее 90 Коэффициент подавления амплитудной модуляции КпАМ, дБ, при Uвх=10 мВ, fвх=0,25 МГц fмод=1 кГц, не менее 30 Предельные эксплуатационные параметры ИМС К174УР7 Напряжение питания Uи.п, В: минимальное. 5.4 максимальное 6.6 Напряжение входного сигнала Uвх, мВ, не более 100 Выходной ток / , мА, не более 0.1Рис.4. Как сделать схему ждущий сторож с малым потреблением Рис.4. Зависимость входного напряжения ограничения от напряжения питания микросхемы при частоте входного сигнала 250 к Гц. частоте модуляции ЧМ режима 1 кГц, девиации...