ГАРМОНИЧЕСКИЙ УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в радиопередающих и радиоприемных устройствах, измерительной технике и фазометрических системах в качестве источника гармонических колебаний повышенной частоты.
Известен гармонический удвоитель напряжения [Махов М.Е. Умножитель частоты на полевых транзисторах // Радиотехника, 1974, №9. С. 96-97, рис. 1.], содержащий задающий генератор, двухтактный каскад, включающий парафазный усилитель, выполняющий функцию расщепителя фазы с первым и вторым противофазными выходами, нагрузочный резистор, первый и второй активные элементы, выходные электроды которых соединены между собой и подключены к нагрузочному резистору, при этом истоковые электроды этих активных элементов соединены с общей точкой, а их управляющие электроды через конденсаторы соединены с выходами парафазного усилителя, первый и второй источники напряжения смещения, первый и второй резисторы.
Недостатком этого известного устройства является высокий уровень побочных гармоник на его выходе.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является гармонический удвоитель частоты [Патент на изобретение №2405242 РФ, МПК Н03В 9/10, опубл. 20.10.2010 г.], содержащий задающий генератор, два фазоинверсных каскада с двумя противофазными выходами, фазовращатель с фазовым сдвигом 90°, четыре активных элемента, шесть конденсаторов, десять резисторов, источник напряжения питания, четыре источника напряжения смещения и выходную согласующую цепь с двумя противофазными входами.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Данный удвоитель позволяет существенно снизить уровень побочных гармоник, но не устраняет их полностью. Это приводит к искажению формы выходного напряжения и снижению точности преобразования частоты.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности удвоителя частоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный гармонический удвоитель частоты, содержащий задающий генератор и фазовращатель с фазовым сдвигом 90°, вход которого подключен к выходу задающего генератора, дополнительно введены первый и второй квадраторы, вычитающее устройство, сумматор, блок извлечения квадратного корня и блок деления, причем выход задающего генератора через первый квадратор соединен с первыми входами вычитающего устройства и сумматора, выход фазовращателя с фазовым сдвигом 90° соединен с входом второго квадратора, выход которого соединен со вторыми входами вычитающего устройства и сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен со вторым входом блока деления, первый вход которого соединен с выходом вычитающего устройства, а выход блока деления является выходом удвоителя частоты.
Существенными отличиями предлагаемого гармонического удвоителя частоты являются введение вычитающего устройства, первого и второго квадраторов, сумматора, блока извлечения квадратного корня и блока деления. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности удвоителя частоты.
1
7
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема удвоителя, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u-u и u.
Удвоителя частоты (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, фазовращатель 2 с фазовым сдвигом 90°, первый 3 и второй 4 квадраторы, вычитающее устройство 5, сумматор 6, блок извлечения квадратного корня 7 и блок деления 8.
1
1m
1
2
Удвоитель частоты работает следующим образом. Выходное напряжение u=Usinωt задающего генератора 1 переменного напряжения с частотой ω подается на вход фазовращателя 2, который сдвигает фазу переменного напряжения u на угол 90°, при единичном коэффициенте усиления. В результате чего на его выходе формируется напряжение u (фиг. 2):
2
m1
u=Ucosωt.
1
1m
3
В квадраторе 3 выходное напряжение u=Usinωt задающего генератора 1 переменного напряжения возводится в квадрат, и на его выходе формируется напряжение u (фиг. 2):
2
4
В квадраторе 4 выходное напряжение u фазовращателя 2 с фазовым сдвигом 90° возводится в квадрат, и на его выходе формируется напряжение u (фиг. 2):
3
4
5
После вычитания напряжения u из напряжения u в вычитающем устройстве 5 и преобразований, на его выходе формируется напряжение u (фиг. 2):
3
4
6
1
После суммирования напряжения u и напряжения u в сумматоре 6 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u (фиг. 2), равное квадрату амплитуды напряжения u:
7
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 7 на его выходе формируется постоянное напряжение u:
5
4
1
После операции деления напряжения u на напряжение u в блоке деления 8 на его выходе и на выходе удвоителя частоты формируется синусоидальное напряжение, частота 2ω которого в два раза больше частоты ω напряжения u задающего генератора 1 (фиг. 2):
В связи с тем, что предлагаемый удвоитель частоты не имеет нелинейных элементов, требующих согласованных характеристик, его выходное напряжение устройства не содержит побочных гармоник и искажения формы, следовательно, имеет место повышение точности удвоителя.
При практической реализации предлагаемого удвоителя частоты фазовращатель 2 может быть выполнен по схеме фазового фильтра на основе конверторов полного сопротивления (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 138, рис. 6.33). В качестве квадраторов 3, 4 можно использовать перемножители сигналов на микросхеме К525ПС3, объединив при этом ее информационные входы х и у. Вычитающее устройство 5 представляет собой обычный параллельный сумматор на операционном усилителе (ОУ). Сумматор 6 представляет собой двухвходовой сумматор на ОУ. В качестве блока извлечения квадратного корня 7 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи. Блок деления 8 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи.