Основы радиоэлектроники и связи

9. Функциональные преобразования сигналов в нелинейных электронных цепях : 9.1. Воздействие гармонического и квазигармонического сигнала на НЭ с кусочно-линейной ВАХ

9.1.5 Умножитель частоты

Наряду с усилением радиосигнала с несущей частотой нелинейный режим работы усилительного элемента с кусочно-линейной аппроксимацией проходной ВАХ позволяет осуществить такую нелинейную операцию, как умножение частоты, т.е. перенос спектра входного сигнала без искажения закона модуляции на частоту . Чаще всего n=2 (удвоитель частоты).

Если мы обратим внимание на спектр тока при входном гармоническом сигнале, то увидим, что составляющие тока с частотами имеют амплитуды

.

Коэффициенты имеют максимумы при , т.е. для хорошего удвоения частоты желательно иметь q = 60° , утроения - q = 40° .

Принципиальная схема умножителя частоты не отличается от схемы усилителя мощности, лишь контур должен быть настроен на частоту .

Однако при умножении частоты АМ-колебания следует также учитывать тот факт, что при         q 90° возможно искажение огибающей тока и, следовательно, огибающей (т.е. закона модуляции) выходного сигнала. Поэтому чаще всего в этом случае используют режим q » 90° и удвоение частоты. Основной характеристикой для выбора режима работы транзистора является АХ, снятая при заданном смещении:

.

Примерный вид АХ удвоителя частоты показан на рис.16.

Рис.16.

Линейный участок АХ определяет диапазон изменения огибающей входного сигнала и максимально возможный уровень коэффициента глубины модуляции.

При кусочно-линейной идеализации имеем

.

Амплитуда выходного напряжения при будет равна

,

Здесь - приведенная к n-ой гармонике тока крутизна.

Если , то , следовательно, коэффициент передачи удвоителя по напряжению равен

.

При умножении частоты сигналов с угловой модуляцией умножению подвергается и медленно меняющаяся мгновенная фаза.

Действительно, если

,

то в результате умножения имеем

,

Таким образом, при умножении частоты в n раз, во столько же раз увеличивается индекс угловой модуляции. Закон изменения угловой модуляции при этом не искажается. Так как огибающая в этом случае постоянна, можно выбрать оптимальный угол отсечки.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004