10. Умножители частоты на многополюсных активных элементах

Умножение частоты возможно только в нелинейном режиме, т.е. с отсечкой выходного тока. За счет отсечки в спектре выходного тока наряду с составляющими входного сигнала _ВХ появляются составляющие с кратными частотами 2_ВХ, 3_ВХ и т.д.

Если выходную НКС настроить на одну из этих гармоник и при этом обеспечить подавление всех остальных составляющих, можно получить на выходе схемы гармоническое напряжение с частотой в n раз большей входной частоты (резонансная или узкополосная фильтровая НКС).

Коэффициенты  позволяют оптимальным образом выбрать угол отсечки для получения максимальной полезной энергии на нагрузке , где n – номер гармоники. Для удвоителей частоты , для утроителей - . Умножители с большим коэффициентом на многополюсных АЭ применять невыгодно, т.к. доля этих гармоник существенно мала и, следовательно, малой оказывается полезная выходная мощность и низок КПД. Умножители с большим коэффициентом умножения частоты обычно строят на основе варикапов.

1)

При построении фильтровых НКС наиболее важной является задача подавления выходной составляющей с частотой f_ВХ. Для этого в состав выходной НКС включают так называемые холостые фильтры. В качестве холостых фильтров могут использоваться любые цепи режекторного типа. Наиболее часто из них используются высокодобротные последовательные контура или Y-образные цепи. Контур L_XC_X настаивается на f_ВХ. Z_X(_ВХ)0, Z_X(2_ВХ)>> Z_H.

2)

Если Z_H очень маленькая, может потребоваться отрицательная емкость C₁.

В мощных схемах добавляется холостая схема на входе, которая настраивается на полезную гармонику.

8-2. ВАРАКТОРНЫЕ УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Варикап – полупроводниковый диод, емкость которого изменяется с изменением величины приложенного к нему напряжения. Емкость p-n- перехода складывается из барьерной емкости C_б и диффузионной C_д (емкость варикапа C_В = C_б + C_д). Варикапами называют маломощные диоды с нелинейной емкостью, а варакторами – мощные.

В варакторных умножителях частоты можно получить коэффициент умножения больше трех с высокой эффективностью. Это обеспечивается за счет одновременного использования двух факторов:

1) нелинейный режим работы с оптимальным углом отсечки; 2) повышение уровня высших гармоник за счет особенностей вольт-фарадной характеристики.

На практике используются две схемы: параллельная и последовательная. В параллельной схеме используются колебательные контура, в последовательной – параллельные.

1)

2)

В любой из схем важно обеспечить высокую избирательность колебательных контуров. Это можно достичь несколькими путями: 1) за счет тщательного согласования контуров с источниками и нагрузкой (более удобной является параллельная схема с последовательными контурами); 2) за счет использования многоконтурных резонансных систем, например, на связанных контурах (более удобной является последовательная схема включения варактора).

Своеобразным недостатком варакторных умножителей является постоянство частот, т.к. синхронная перестройка контуров затруднена.

6-1. СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ

При анализе автогенераторов удобно использовать следующие допущения:

1) АЭ представляется идеализированным источником тока управляемым напряжением: , , реактивности же учитываются, т.к. идеализированный АЭ считается безынерционным; 2) цепь ОС описывается четырехполюсником. Такая структура цепи ОС позволяет реактивности реального АЭ учесть при расчетах путем их добавления к элементам цепи ОС; 3) удобно считать, что входное сопротивление цепи связи намного больше входного сопротивления цепи ОС. Тогда .

; ;

Общность этих выражений относительно коэффициентов показывает, что напряжение U_ВХ и U_ВЫХ идентичны по форме (частоты входного и выходного сигналов равны).

- условие стационарного режима

; ; .

- условие баланса амплитуд.

, n = 0,1,2… - условие баланса фаз.

Условие баланса фаз определяет и позволяет найти частоту колебаний (условие своевременной подачи энергии в контур). Условие баланса амплитуд (условие поступления количества энергии от источника питания в контур, необходимой для восстановления всех потерь и поддержания колебаний незатухающими) определяет амплитуду колебаний.