7.2 Использование гвв для умножения частоты

Умножение частоты – получение из гармонического колебания с частотой другого гармонического колебания с частотой , где - целое положительное число.

Умножение частоты необходимо, когда непосредственное генерирование колебаний требуемой частоты затруднительно.

Пример: Высокостабильные кварцевые генераторы устойчиво работают на частотах до 30 МГц. Умножением частоты можно получить кварцевую стабилизацию и на более высоких частотах.

Умножение частоты включает две операции:

1) Формирование из исходного гармонического колебания колебания сложной формы. Выполняется при помощи НЭ.

2) Выделение из спектра частот полученного колебания нужной гармоники. Выполняется с помощью фильтра.

Умножение частоты технически реализуется тремя способами: методом отсечки, импульсным методом и радиоимпульсным методом.

7.3 Метод отсечки

Рисунок 7.1 – Электрическая принципиальная схема умножителя частоты на транзисторе:

- высокодобротные колебательные контуры, настроенные на частоту входного гармонического колебания и частоту выделяемой гармоники . При уверенности, что на входе – гармоническое колебание, контур может отсутствовать;

- НЭ;

- источник коллекторного питания;

- источник напряжения смещения. Обеспечивает требуемое положение рабочей точки (РТ) на проходной характеристике .

Гармоническое колебание приложено к переходу база-эмиттер и управляет током коллектора в выходной цепи. Транзистор работает в режиме с отсечкой (в режиме класса С). Это обеспечивается выбором РТ в нижней части ВАХ. В результате формируются косинусоидальные импульсы коллекторного тока. Это означает, что в спектре такого тока содержатся гармоники с частотами, кратными частоте :

,

где - постоянная составляющая выходного тока;

- амплитуда -ой гармоники выходного тока;

- амплитуда импульсов выходного тока;

- крутизна ВАХ;

- угол отсечки;

- оптимальный угол отсечки – угол, при котором нужная ( -ая) гармоника выходного тока имеет максимальную амплитуду.

Резонансный контур выделяет требуемую гармонику .

Рисунок 7.2 – Метод отсечки: - гармоническое воздействие; - ВАХ и ее аппроксимация (пунктирная линия); - отклик на гармоническое воздействие; - спектр выходного тока.

Коэффициент умножения при таком методе не превышает четырех. Для получения большего (10³…10⁵) применяют многокаскадные схемы. Для умножения в большее число раз используют другие методы.

7.4 Импульсный метод

Рисунок 7.3 – Структурная схема умножителя частоты:

Г – генератор гармонических колебаний;

Ф – формирователь коротких прямоугольных импульсов ( );

ПФ – полосовой фильтр. Из спектра частот полученной последовательности импульсов выделяет составляющую нужной частоты.

7.5 Радиоимпульсный метод

Рисунок 7.4 – Структурная схема умножителя частоты:

Г1 – импульсный генератор. Управляет (манипулирует) Г2;

Г2 – генератор, формирующий радиоимпульсы с прямоугольной огибающей.

Чтобы гармоника нужной частоты имела наибольшую амплитуду, нужно выполнить условие:

,

где - частота заполнения радиоимпульсов;

и - частота и период повторения манипулирующих импульсов.

Рисунок 7.5 – Временная и спектральная диаграммы радиоимпульсов:

- длительность радиоимпульса.

8 LC-АВТОГЕНЕРАТОРЫ