УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА
FREQUENCY DOUBLER FOR SINUSOIDAL SIGNAL

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве умножителя частоты при создании радиопередающих устройств KB и УКВ диапазона.
Известен гармонический умножитель частоты [1], содержащий задающий генератор, сигнал с которого поступает на вход фазоинвертора с синфазным и противофазным выходами, формирующего гармонические синфазное и противофазное напряжения, первый полупроводниковый диод и второй полупроводниковый диод, при этом анод первого полупроводникового диода подключен к синфазному выходу фазоинвертора, а анод второго полупроводникового диода соединен с инвертирующим выходом фазоинвертора, нагрузочный резистор, первый вывод которого подключен к общей точке, первый транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены к соответствующим разноименным электродам первого полупроводникового диода, второй транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены к соответствующим разноименным электродам второго полупроводникового диода, первый конденсатор, первый вывод которого подключен к катоду первого полупроводникового диода, а второй его вывод соединен со вторым выводом нагрузочного резистора, второй конденсатор, первый вывод которого подключен к катоду второго полупроводникового диода, а второй его вывод соединен со вторым выводом нагрузочного резистора, первый резистор, первый вывод которого соединен с синфазным выходом фазоинвертора, а второй его вывод подключен к базе второго транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен с противофазным выходом фазоинвертора, а второй его вывод подключен к базе первого транзистора, при этом точка соединения второго вывода первого конденсатора со вторым выводом нагрузочного резистора является выходом устройства.
Но в известном устройстве уровень выходного сигнала оказывается недостаточным для применения в радиопередающих устройствах. Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является гармонический умножитель частоты [2], содержащий входной трансформатор с первичной и вторичной обмотками, к первичной обмотке которого подключен источник синусоидального сигнала, нагрузочный резистор, первый вывод которого подключен к общей точке схемы, первый и второй транзисторы, к базам которых подключены первые выводы соответственно первого и второго резисторов, источник питания, первый и второй выходные широкополосные трансформаторы, каждый из которых имеет первичную и вторичную обмотки, при этом один конец вторичной обмотки входного трансформатора подключен ко второму выводу первого резистора, второй конец вторичной обмотки входного трансформатора подключен ко второму выводу второго резистора, первичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов соединены последовательно синфазно, к точке их соединения подключен потенциальный выход источника питания, общий выход которого соединен с коллекторами первого и второго транзисторов и подключен к общей точке схемы, свободный конец первичной обмотки первого выходного трансформатора соединен с эмиттером первого транзистора и подключен к точке соединения второго резистора и базы второго транзистора, свободный конец первичной обмотки второго выходного трансформатора соединен с эмиттером второго транзистора и подключен к точке соединения первого резистора и базы первого транзистора, вторичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов соединены последовательно противофазно, свободный конец вторичной обмотки второго выходного трансформатора соединен с общей точкой схемы, а свободный конец вторичной обмотки первого выходного трансформатора подключен ко второму выводу нагрузочного резистора и является выходом умножителя.
Однако известное устройство является сложным для использования.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение устройства при одновременном увеличении выходной мощности.
Технический результат достигается тем, что в умножитель частоты синусоидального сигнала, содержащий источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке входного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, первый и второй транзисторы, коллекторы которых соединены между собой, первый и второй резисторы, первый вывод вторичной обмотки входного трансформатора соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора, второй вывод вторичной обмотки входного трансформатора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой второго транзистора и эмиттером первого транзистора, источник питания, общий выход которого соединен с общей точкой схемы, нагрузку в виде резистора, один вывод которого соединен с общей точкой схемы, дополнительно введены два дросселя, первые выводы которых соединены, к точке их соединения подключен потенциальный выход источника питания, второй вывод первого дросселя подключен к точке соединения эмиттера первого транзистора с вторым выводом второго резистора и базой второго транзистора, второй вывод второго дросселя подключен к точке соединения эмиттера второго транзистора с вторым выводом первого резистора и базой первого транзистора, а нагрузка в виде резистора подключена между общей точкой схемы и точкой соединения коллекторов обоих транзисторов, которая является выходом удвоителя частоты.
Новым качеством, не обнаруженным в патентной и научно-технической литературе, является то, что в заявленном устройстве источник питания через один дроссель подключен к точке соединения эмиттера первого транзистора и базы второго и через другой дроссель соответственно к точке соединения эмиттера второго транзистора и базы первого, что обеспечивает максимальную амплитуду коллекторных токов обоих транзисторов поочередно каждую половину периода исходного сигнала, протекающих через нагрузку от источника питания.
На фиг. 1 представлена схема удвоителя частоты синусоидального сигнала.
Удвоитель частоты содержит источник синусоидального сигнала 1, входной трансформатор 2, первый транзистор 3, второй транзистор 4, первый резистор 5, второй резистор 6, первый дроссель 7, второй дроссель 8, источник питания 9 и нагрузку в виде резистора 10.
На фиг. 2 представлены результаты моделирования работы удвоителя частоты. На фиг. 2 обозначено: а) сигнал источника 1 и напряжение на нагрузочном резисторе 10 при открытом первом транзисторе 3, б) сигнал источника 1 и напряжение на нагрузочном резисторе 10 при открытом втором транзисторе 4, в) сигнал источника 1 и выходной сигнал удвоителя.
Удвоитель частоты синусоидального сигнала работает следующим образом.
Двухполярный синусоидальный сигнал от источника 1 через выходную обмотку трансформатора 2 и резисторы 5 и 6 поступает на базы соответственно первого 3 и второго 4 транзисторов. Через подключенные к эмиттерам дроссели 7 и 8 на транзисторы 3 и 4 подается напряжение открывающей полярности от источника питания. Приложенное между базами и эмиттерами транзисторов 3 и 4 напряжение от источника исходного синусоидального сигнала 1 будет открывающей полярности для каждого транзистора через половину периода. Соответственно транзисторы 3 и 4 поочередно через половину периода исходного синусоидального сигнала открываются и их коллекторные токи каждую половину периода также поочередно протекают от источника питания через нагрузку 10. Около моментов смены полярности исходного синусоидального сигнала величина напряжения между базами и эмиттерами транзисторов оказывается недостаточной для открывания транзисторов, оба транзистора 3 и 4 одновременно запираются и в эти моменты ток от источника питания через нагрузку отсутствует. Таким образом, возникающий разрыв тока формирует на нагрузке 10 напряжение удвоенной частоты.
На фиг. 2в) показано соотношение амплитуд и частот входного и выходного сигналов предлагаемого удвоителя частоты. Для работы предлагаемого удвоителя необходимой и достаточной величиной входного сигнала является синусоидальный сигнал амплитудой 2 В. Уровень выходного сигнала зависит от напряжения питания. Путем изменения величин резисторов 5, 6, присоединенных к базам транзисторов, устанавливаются амплитуды коллекторных токов транзисторов. На фиг. 2 приведены величины сигналов при напряжении питания 28 В, величине базовых резисторов 0,5 Ом и нагрузки в виде резистора величиной 51 Ом. Величины индуктивностей обоих дросселей выбираются так, чтобы их индуктивное сопротивление на частоте входного сигнала было бы существенно меньше сопротивления нагрузки, но не шунтировало бы входные сопротивления транзисторов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. RU 2380822 С2, 09.09.2008, патент РФ. Гармонический умножитель частоты.
2. RU 2533314 С1, 02.06.2013, патент РФ. Гармонический умножитель частоты (прототип).