ПОДВІЙНИК ЧАСТОТИ ІМПУЛЬСІВ

У радіоаматорській практиці нерідкі випадки, коли потрібен помножувач вхідної частоти імпульсної послідовності на постійний коефіцієнт, зокрема подвоювач частоти. Твк, в автомобільному тиристорному блоці електронного запалювання з імпульсним накопиченням енергії подвоювач частоти дозволяє використовувати трансформатор менших габаритів, цифровому тахометрі при низькій частоті обертання валу двигуна він дозволяє зменшити час рахунку і т.п.

Такі подвоювачі, які спрацьовують по фронту і спаду вхідних імпульсів, реалізують зазвичай із застосуванням логічних елементів ВИКЛЮЧАЮЧЕ АБО. Описуваний нижче подвоювач зібраний більш поширених елементах ІЛИ- НЕ і И-НЕ. У ньому передбачена можливість роздільного регулювання тривалості вихідних імпульсів при спрацьовуванні як у фронті, і по сладу вхідного імпульсу високого рівня. Форма вхідних імпульсів може бути будь-якою, проте краще прямокутна, з крутими фронтом і спадом. Амплітуда імпульсів повинна відповідати логічним рівням застосовуваних мікросхем (зазвичай у межах допуску на напругу живлення).

На рис. 1 показана схема подвоювача на двох елементах АБО-HE, а на рис. 2 - графіки напруги у його характерних точках. У початковий момент конденсатор С1 розряджений, а С2 - заряджений майже до З появою вхідного імпульсу високого рівня конденсатор С1 заряджається через резистор R1, а С2 - швидко розряджається через діод VD2 і вихід елемента DD1.1.

При зменшенні напруги UC2 до граничного рівня U на виході елемента D01.2 з'являється імпульс високого рівня, що закінчується в момент збільшення напруги Ucl до граничного. Таким чином, тривалість вихідного імпульсу визначається різницею між часом зарядки t конденсатора С1 і часом розрядки С2 (час затримки tj* елемента можна не враховувати через його відносну малість).

Прямий опір діода та опір відкритого входу елемента малі, тому в більшості випадків ними можна теж знехтувати. В результаті тривалість т ^ при спрацьовуванні по фронту вхідного імпульсу дорівнює приблизно 0,7 R1C1 "Р"<*= 0,5U^.

При спаді вхідного імпульсу конденсатор С1 розряджається через діод VD1 і вихід вхідного формувача (або контакти S1 перемикача показані на рис. 1 штриховими лініями), а конденсатор С2 заряджається через резистор R2. Тривалість т при спрацьовуванні по спаду вхідного імпульсу дорівнює 0.7R2C2.

Подвоювач на двох елементах І-НЕ (К561ЛА7) відрізняється від описаного тим, що діоди в ньому включені у зворотному напрямку. Тривалість вихідних ім-

ВВ1 К17БЛЕ5

I tiOP fTT"^ " Спрацьовуй

не фронту

I. -ГП 3 I | Спрацювання зі спаду

J?

d то_ _ і//./ (5) про_ _ ШЛ К155ЛАЗ; VB2 Д9К

пульсів при спрацьовуванні по фронту і спаду вхідного імпульсу високого рівня визначається відповідно постійними часу ланцюгів R2C2 і R1C1. При R1=R2=680 кОм та С1=С2=1000 пф тривалість вихідних імпульсів низького рівня дорівнює 500 мкс.

Працюючи подвоювача від механічних контактів тривалість вихідного імпульсу має перевищувати тривалість їх «брязкоту», інакше можливі збої. З різниці значень часу зарядки і розрядки конденсаторів (можуть відрізнятися в 10 ... 1000 разів) після першого ж перемикання логічний елемент залишиться в цьому стані до кінця вихідного імпульсу.

Часові конденсатори можна підключати не до мінусового, а до плюсового проводу живлення. При цьому фази зарядки та розрядки конденсаторів змінюються місцями, а графіки напруги залишаються без змін.

Подвоювачі можна з'єднувати послідовно, тоді вихідна частота буде в 2" разів більша за вхідний (п - число подвоювачів). Постійна часу кожного наступного подвоювача повинна бути вдвічі меншою, ніж попереднього.

Подвоювачі можуть бути реалізовані на мікросхемах структури КМОП серій К176, К561, 564. Діоди - малопотужні імпульсні кремнієві з малим зворотним струмом, наприклад, серій КД520-КД522. Часові конденсатори - керамічні КМ6 або аналогічні.

Описаний подвоювач можна реалізувати і мікросхемах ТТЛ. При використанні елементів АБО-HE часзадаючі резистори слід виключити. Конденсатори заряджатимуться через вхідний опір R^ логічного елемента, що дорівнює 2,8...40 кОм в залежності від серії мікросхеми, а розряджаються - через діод і відкритий вихід елемента. Тривалість вихідних імпульсів високого рівня визначає ємність відповідного конденсатора - приблизно 0 ЗЗІ^С. Діоди слід застосовувати германієві, з малою прямою напругою і зворотним струмом, наприклад, серій Д9, Д310, ГД402.

Подовжувач на елементах І-НЕ (рис. 3) за схемою та роботою не відрізняється від його прототипу на елементах структури КМОП. Однак цьому варіанту притаманні недоліки. Так, конденсатор заряджається через вихід елемента, вихідний опір якого в стані 1 в кілька разів більше, ніж у складі 0. Опір часзадаючого резистора має бути більше вихідного опору елемента, але не повинен перевищувати 0,2Rro. В результаті знижується інтервал зміни тривалості тви>1 підвищується час затримки і, як наслідок, погіршуються чіткість перемикання елемента та захист від «брязкоту» контактів.

Тривалість вихідних імпульсів низького рівня подвоювача – (1,1...1,2) RC. Графіки напруги у характерних точках подвоювача на елементах І-НЕ показані на рис. 4.

Б. РОВКОВ

м. Харків, Україна

Для любителів цифрової техніки може зацікавити пристрій множення частоти, на виході якого число імпульсів в кілька разів більше, ніж подано на вхід. Схема такого пристрою наведена малюнку.

Вхідні імпульси U подають на формувач, виконаний на мікросхемі DD1. Незалежно від тривалості вхідних імпульсів, на неінвертуючому виході (висновок 6 мікросхеми DD1) формуються короткі імпульси високого рівня, тривалість яких визначається параметрами елементів С1, R1 та вбудованого опору мікросхеми (близько 2 кОм). Період їхнього прямування відповідає періоду вхідних імпульсів.

Сформовані короткі імпульси надходять на два входи (висновки 2 та 3) лічильника, виконаного на мікросхемі DD2, та обнулюють його. На чотирьох виходах лічильника (FO - F3) встановлюється рівень лог.0, але в виході елемента DD3.3 - рівень лог. 1 незалежно від положення перемикача SA1. Рівень лог.1 одному з входів елемента DD3.4 (тривалість дії цього рівня збігається з тривалістю періоду вхідних імпульсів) дозволяє проходження серії імпульсів другого входу від генератора на елементах DD3.1 і DD3.2. З виходу елемента DD3.4 імпульси подаються на лічильний вхід мікросхеми D02 (висновок 14). Вихідні імпульси припиняться, коли вхід елемента DD3.3 буде подано рівень лог.1. Це залежить від положення перемикача SA1. У положенні 1 ("х2") рівень лог.1 з'являється після проходження двох імпульсів по рахунковому входу, тобто пристрій множить вхідні імпульси в два рази, в положенні 2 ("х4") - вчетверо і в положенні 3 ( "х8") - у вісім разів.

Для правильної роботи пристрою необхідно виконання вимоги, щоб частота власного генератора хоча б у 10 разів була вищою за частоту вхідних імпульсів. При номінальних

значення конденсаторів і резисторів, показаних на схемі, частота генератора становить 100 кГц, а тому частота вхідних імпульсів не повинна перевищувати 10 кГц. Через затримки фронтів вхідних імпульсів під час роботи мікросхеми DD1 відбувається деяке запізнення вихідних імпульсів проти вхідними. Затримка може бути зменшена зниженням опору резистора R1, але його опір не можна зменшувати значення менше 1 кОм.

Примітка для редакції.
У пристрої можна використовувати вітчизняні радіоепемети К155АГ1 (DD1), К155ІЕ2 (DD2), К155ЛАЗ (DD3), КД521А (VD1 та VD2).

Першоджерело: Умножитель на честота. "Хобі-електроніка 1",
збірник -Софія, "ЕКОПРОГРЕС", 1992

Джерело: РАДІО N9, 1997 р

Лекція 1 7 . НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИМНОЖУВАЧІ ЧАСТОТИ

1 7 .2. Транзисторний помножувач частоти

1 7 . 4 . Контрольні питання

17.1. Призначення, принцип дії та основні параметри

Помножувачі частоти в структурній схемі радіопередавача (див. рис. 2.1) розташовуються перед підсилювачами потужності ВЧ або НВЧ коливань, підвищуючи частоту сигналу збудника в необхідне число разів. Помножувачі частоти можуть входити до складу і самого збудника або синтезатора частот. Для вхідного та вихідного сигналу помножувача частоти запишемо:

(17.1)

де п коефіцієнт множення частоти ціле число раз.

Класифікація помножувачів частоти можлива за двома основними ознаками: принципом дії, або способом реалізації функції (17.1), та типом нелінійного елемента. За принципом дії помножувачі поділяють на два види: засновані на синхронізації частоти автогенератора зовнішнім сигналом (див. Розд. 10.3),п разів меншим за частотою (рис. 17.1,а), і із застосуванням нелінійного елемента, що спотворює вхідний синусоїдальний сигнал, та виділенням з отриманого багаточастотного спектра необхідної гармоніки (рис. 17.1,б).

Мал. 17.1. Помножувачі частоти.

За типом використовуваного нелінійного елемента помножувачі частоти другого виду поділяють на транзисторні та діодні.

Основними параметрами помножувача частоти є: коефіцієнт множення за частотою n ; Вихідна потужність n-ї гармоніки Р n , вхідна потужність 1-ї гармонікиР 1 , коефіцієнт перетворення Допр = Р n / Р 1 ; коефіцієнт корисної дії = Р n / Р 0 (у разі транзисторного помножувача) рівень пригнічення побічних складових.

Нестача помножувачів частоти (рис. 17.1,а) першого виду полягає у звуженні смуги синхронізму зі збільшенням номера гармонікип. У помножувачів частоти другого виду зменшується коефіцієнт перетворенняДо пр з підвищенням п. Тому зазвичай обмежуються значенням n = 2 або 3 і при необхідності послідовно включають кілька помножувачів частоти, чергуючи їх з підсилювачами.

17.2. Транзисторний помножувач частоти

Схема транзисторного помножувача частоти (рис. 17.2) та методика його розрахунку практично нічим не відрізняються від підсилювача.

Необхідно лише вихідний ланцюг генератора налаштувати на n -ю гармоніку і вибрати значення кута відсічення =120  / n , що відповідає максимальному значенню коефіцієнта n ( ). При розрахунку вихідного ланцюга коефіцієнт розкладання косінусоїдального імпульсу по 1-й гармоніці 1 ( ) слід замінити на коефіцієнт по n-й гармоніці  n ( ). Контур у вихідний ланцюга, налаштований у резонанс з n -і гармонікою сигналу, повинен володіти задовільними фільтруючими властивостями.

Мал. 17.2. Схема транзисторного помножувача частоти.

Коефіцієнт множення схеми на рис. 17.2 зазвичай не перевищує 34 рази при ККД, що дорівнює 1020%.

17.3. Діодні помножувачі частоти

Робота діодних помножувачів частоти ґрунтується на використанні ефекту нелінійної ємності. Як остання використовується бар'єрна ємність назад зміщеногор - n -переходу. Напівпровідникові діоди, спеціально розроблені для множення частоти, називаються варакторами. При =0,5 та  0 =0,5 для нелінійної ємності варактора отримаємо:

, (17.2)

де і - зворотна напруга, додана до p - n-переходу.

Графік нелінійної функції (17.2) показано на рис. 17.3.

Мал. 17.3. Графік нелінійної функції (17.2).

Заряд, що накопичується нелінійною ємністю, з напругою та струмом пов'язані залежностями:

, (17.3)

Дві основні схеми діодних помножувачів частоти з варакторами наведено на рис. 17.4.

Мал. 17.4. Діодні помножувачі частоти із варакторами.

У схемі діодного помножувача паралельного виду (рис. 17.4,а) є два контури (або фільтри) послідовного типу, налаштовані в резонанс відповідно до частоти вхідного та вихідного n  сигналів. Такі контури мають малий опір на резонансній частоті і велике - на всіх інших (рис. 17.5).

Мал. 17.5.Залежність опору контуру від частоти.

Тому перший контур, налаштований в резонанс з частотою вхідного сигналу, пропускає тільки 1-ю гармоніку струму, а другий контур, налаштований в резонанс з частотою вихідного сигналу n  , - тільки n -ю гармоніку. В результаті струм, що протікає через варактор, має вигляд:

, (17.4)

Оскільки ємність варактора (17.2) є нелінійна функція, то згідно з (17.3) при струмі (17.4) напруга на варакторі відрізняється від синусоїдальної форми і містить гармоніки.

Одна з цих гармонік, на яку налаштований другий контур, проходить у навантаження.

Таким чином, за допомогою нелінійної ємності у пристрої відбувається перетворення потужності сигналу з частотою у сигнал із частотою n  , тобто. множення частоти.

Аналогічно працює друга схема помножувача частоти послідовного виду (рис. 17.4,б), в якій є два контури (або фільтри) паралельного типу, налаштовані в резонанс відповідно до частоти вхідного та вихідного n  сигналів. Такі контури мають великий опір на резонансній частоті і малий – на решті. Тому напруга на першому контурі, налаштованому в резонанс із частотою вхідного сигналу містить тільки 1-ю гармоніку, а на другому контурі, налаштованому в резонанс з частотою вихідного сигналу n  , - тільки n -ю гармоніку. В результаті напруга, прикладена до варактора, має вигляд:

, (17.5)

де U 0 - Постійна напруга зміщення на варакторі.

Оскільки ємність варактора (17.2) є нелінійною функцією, то згідно (17.3) при напрузі (17.5) струм, що протікає через варактор, відмінний від синусоїдальної форми і містить гармоніки. Одна з цих гармонік, на яку налаштований другий контур, проходить у навантаження. Таким чином, за допомогою нелінійної ємності у схемі відбувається перетворення потужності сигналу з частотою у сигнал із частотою n  , тобто. множення частоти.

Варакторні помножувачі частоти в ДЦВ діапазоні при n =2 та 3 мають високий коефіцієнт перетворенняДо пр = P n / P 1 = 0,6 ... 0,7. За великих величинп у НВЧ діапазоні значенняДо пр зменшується до 0,1 та нижче.

17.4. Контрольні питання

1. Як здійснюється множення частоти коливань?

2. Намалюйте схему транзисторного помножувача частоти.

3. Поясніть, чому за допомогою нелінійної ємності можна множити частоту коливань.

4. Намалюйте схеми діодного помножувача частоти послідовного та паралельного типу. У чому різниця між ними?

помножувач частоти

радіоелектронний пристрій для збільшення в ціле число разів частоти періодичних електричних коливань, що підводяться до нього. Використовується переважно для підвищення частоти стабільних коливань у радіопередаючих, радіолокаційних, вимірювальних та інших пристроях.

Помножувач частоти

електронний (рідше електромагнітний) пристрій, призначений для збільшення в ціле число разів частоти періодичних електричних коливань, що підводяться до нього. Відношення fвих/fвх (fвх і fвих √ частоти коливань відповідно на вході та виході У. ч.) називається коефіцієнта множення частоти m (m ³ 2; може досягати кількох десятків). Характерна риса У. ч. √ сталість т при зміні (у деякій кінцевій області) fвх, а також параметрів У. ч. (наприклад, резонансних частот коливальних контурів або резонаторів, що входять до складу У. ч.). Звідси випливає, що якщо fвх з якихось причин отримала збільшення Dfвх (досить мале), то приріст Dfвих частоти fвих таке, що Dfвх/fвх = Dfвих/fвих, тобто відносна нестабільність частоти коливань при множенні залишається незмінною. Ця важлива властивість У. ч. дозволяє використовувати їх для підвищення частоти стабільних коливань (зазвичай одержуваних від кварцового генератора, що задає) в різних радіопередаючих, радіолокаційних, вимірювальних та ін. установках.

Найбільш поширені У. ч., що складаються з нелінійного пристрою (наприклад, транзистора, варактора, або варикапа, котушки з феритовим сердечником; електронної лампи) та електричного фільтра (одного або кількох). Нелінійний пристрій змінює форму вхідних коливань, унаслідок чого спектрі коливань з його виході з'являються складові з частотами, кратними fвх. Ці складні коливання надходять на вхід фільтра, який виділяє складову із заданою частотою mfвх, пригнічуючи (не пропускаючи) інші. Оскільки таке придушення у реальних фільтрах не є повним, на виході У. ч. залишаються небажані (т. зв. побічні) складові, тобто гармоніки з номерами, відмінними від m. Завдання полегшується, якщо нелінійний пристрій породжує практично тільки m-ю гармоніку fвх, - у цьому випадку іноді обходяться без фільтра (відомі подібні У. ч. на тунельних діодах і спеціальних електроннопроменевих приладах). При m > 5 буває енергетично вигідніше використовувати багатокаскадні У. год. (у яких вихідні коливання одного каскаду служать вхідними іншого).

Знаходять застосування також У. ч., дія яких ґрунтується на синхронізації автогенератора (див. Генерування електричних коливань). В останніх збуджуються коливання з частотою f0 = mfвх, яка стає в точності рівною mfвх під дією коливань, що надходять на його вхід, з частотою fвх. Недолік таких У. ч. порівняно вузька смуга значень fвх, при яких можлива синхронізація. Крім зазначених, деяке поширення набули радіоімпульсні У. ч., в яких на вхід електричного фільтра подаються радіоімпульси певної форми, що виробляються під дією вхідних коливань частотою fвх.

Основна проблема при створенні У. ч. зменшення фазової нестабільності вихідних коливань (обумовленої випадковим характером зміни їх фази), що призводить до збільшення відносної нестабільності частоти на виході в порівнянні з відповідною величиною на вході. Суворий розрахунок У. ч. пов'язаний з інтегруванням нелінійних диференціальних рівнянь.

Літ.: Жаботинський М. Є., Свердлов Ю. Л., Основи теорії та техніки множення частоти, М., 1964; Різкін І. Х., Помножувачі та дільники частоти, М., 1966; Бруєвич А. Н., Помножувачі частоти, М., 1970; Радіопередавальні пристрої на напівпровідникових приладах, М., 1973.

І. Х. Різкін.

Вікіпедія

Помножувач частоти

Помножувач частоти- електричний чи електронний пристрій, у якому при подачі на вхід коливань із періодом 2 ⋅ π /ω на виході формуються коливання із періодом 2 ⋅ π /N ⋅ ω .

Помножувачі застосовуються для:

1. Перенесення кварцованих частот (НВЧ-діапазон;
2. Синтезування сітки частот;
3. Вимірювання стабільності частоти.

У радіопередавальних пристроях, застосовуючи помножувачі, вдається:

1. Зменшити частоту генератора, що задає, що підвищує стабільність;
2. Розширити діапазон перебудови радіопередаючого пристрою при меншому діапазоні перебудови генератора, що задає;
3. Підвищити стійкість роботи радіопередаючого пристрою за рахунок ослаблення зворотного зв'язку, тому що в помножувачі частоти вхідні та вихідні ланцюги налаштовані різні частоти;
4. Збільшити абсолютну девіацію частоти чи фази при частотній чи фазовій модуляції.