Лекция 18
Области применения умножителей частоты. Умножитель частоты как разновидность ГВВ. Умножитель частоты с безынерционным управлением АЭ, особенности режимов и расчёта. Параметрические транзисторные умножители частоты. Диодные умножители частоты (на варикапах, варакторах и диодах с накоплением заряда).
Применение умножителей частоты
Применение умножителей частоты (УЧ) широко распространено в радиопередающих устройствах,так как позволяет понизить частоту задающего генератора, что бывает выгодно с точки зрения получения высокой стабильности частоты рабочих колебаний.1Применение УЧ в радиопередатчиках также даёт возможность при сравнительно узком диапазоне возбудителя иметь большее перекрытие частоты передатчиком. Например, если имеется возбудитель, перекрывающий диапазон частот (3…6) МГц, то, применяя один каскад удвоения частоты, можно с помощью такого возбудителя перекрыть диапазон частот от 3 до 12 МГц. В передающих устройствах с частотной или фазовой модуляцией УЧ используются для углубления модуляции – увеличения девиации частоты.
Коэффициент полезного действия и колебательная мощность, которую можно получить с помощью АЭ в режиме умножения частоты, ниже, чем в режиме усиления, поэтому умножение частоты преимущественно производят в маломощных каскадах, энергетика которых в малой степени влияет на общие энергетические показатели радиопередатчика. В многокаскадных передатчиках каскад умножения частоты часто включают так, чтобы он делил тракт передатчика на две части. Поскольку в этом случае каскады до умножителя частоты и каскады после него будут работать на разных частотах, то существенно повышается устойчивость работы всего передатчика. Если требуется несколько УЧ, то в многокаскадных передатчиках для повышения их устойчивости УЧ обычно чередуют с усилителями. На СВЧ УЧ широко применяются в качестве выходных каскадов передатчиков, позволяя получить колебания с необходимой мощностью на частотах, усиление мощности на которых затруднено или невозможно с использованием достигнутых возможностей имеющихся АЭ. Использование УЧ в этом случае является единственной возможностью создания требуемого устройства.
УЧ строят на лампах, транзисторах и специальных диодах – варикапах, варакторах, а также диодах с накоплением заряда. Умножение частоты возможно также в специальных приборах СВЧ – пролётных клистронах. В настоящей лекции мы рассмотрим УЧ на электронных лампах, биполярных транзисторах, варикапах, варакторах и диодах с накоплением заряда (ДНЗ). Что касается умножения частоты в пролётном клистроне, то такой режим обеспечивается соответствующей настройкой выходного резонатора прибора и питающими напряжениями электродов.
УЧ на лампе или транзисторе, как указывалось в лекции 1, является разновидностью ГВВ и представляет устройство, преобразующее энергию источников питания в энергию тока высокой частоты, превышающей в целое число раз частоту внешнего высокочастотного сигнала, прикладываемого к АЭ. Непременным условием обеспечения умножения частоты в таких ГВВ является работа с отсечкой анодного или коллекторного тока. Соответственно любая из рассмотренных нами схем ламповых и транзисторных генераторов может быть поставлена в режим умножения частоты. Для этого в однотактных генераторах при работе с нижним углом отсечки анодного или коллекторного тока θ< 180° требуется настроить выходной контур на интересующую гармонику выходного тока АЭ. В двухтактном генераторе, помимо настройки выходного контура на интересующую гармонику тока, в зависимости от кратности умножения частоты, то есть номера выделяемой гармоники, может потребоваться некоторое изменение схемы со стороны подключения выходного контура.
В транзисторных генераторах, помимо умножения частоты за счёт отсечки коллекторного тока, возможно умножение частоты за счёт зависимости ёмкости коллекторного перехода транзистора от его режима, что используется в так называемых параметрических транзисторных умножителях частоты.2
Основными характеристиками УЧ являются: кратность умножения частоты n; рабочая частота или диапазон рабочих частот; выходная мощностьP~n; коэффициент передачи или коэффициент усиления по мощностиКр; коэффициент полезного действия (КПД), он же коэффициент преобразования в диодных УЧ; степень подавления в полезной нагрузке УЧ входного сигнала и ненужных гармоник (в децибелах).