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 №2411632 РФ, МПК Н03В 7/12, Н03В 19/00, опубл. 10.02.2011 г.], содержащий задающий генератор, двухтактный каскад, включающий расщепитель фазы с первым и вторым противофазными выходами, нагрузочный резистор, первый и второй активные элементы, выходные электроды которых соединены между собой и подключены к первому выводу нагрузочного резистора, первый конденсатор, первый вывод которого подсоединен к первому выходу расщепителя фазы, а второй его вывод соединен с управляющим электродом первого активного элемента и, через последовательно соединенный первый резистор и первый источник напряжения смещения, к общей точке, второй конденсатор, первый вывод которого подключен ко второму выходу расщепителя фазы, а второй его вывод соединен с управляющим электродом второго активного элемента и через последовательно соединенные второй резистор и второй источник напряжения смещения к общей точке, при этом истоковый электрод первого активного элемента и истоковый электрод второго активного элемента подсоединены к общей точке, источник напряжения питания и третий конденсатор, первый вывод которого подсоединен к потенциальному выводу источника питания, а второй к общей точке, при этом второй вывод нагрузочного резистора подключен к потенциальному выводу источника напряжения питания, фазовращатель с фазовым сдвигом 180°, вход которого подключен к точке соединения выходных электродов первого и второго активных элементов, выходная согласующая цепь с первым и вторым противофазными входами, первый вход которой подключен к точке соединения выходных электродов первого и второго активных элементов, а второй ее вход подсоединен к выходу фазовращателя. При этом выходом устройства является выход выходной согласующей цепи.
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 180°, дополнительно введены квадратор, вычитающее устройство, сумматор, блок извлечения квадратного корня и блок деления, причем выход задающего генератора через квадратор соединен с первыми входами вычитающего устройства и сумматора и входом фазовращателя с фазовым сдвигом 180°, 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 квадратора, вычитающего устройства, сумматора, блока извлечения квадратного корня и блока деления. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности удвоителя частоты.
1
6
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема удвоителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u-u и u.
Удвоитель частоты (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, квадратор 2, фазовращатель 3 с фазовым сдвигом 180°, вычитающее устройство 4, сумматор 5, блок извлечения квадратного корня 6 и блок деления 7.
1
1m
2
1
Удвоитель частоты работает следующим образом. Выходное напряжение u=Usinωt задающего генератора 1 переменного напряжения с частотой ω подается на вход квадратора 2, на выходе которого формируется напряжение u, полученное после возведения в квадрат напряжения u (фиг. 2):
2
Фазовращатель 3 сдвигает фазу переменной составляющей напряжения u на угол 180°, оставляя неизменными величину и полярность постоянной составляющей, при единичном коэффициенте усиления. В результате чего на его выходе формируется напряжение из (фиг. 2):
2
3
4
После вычитания напряжения u из напряжения u в вычитающем устройстве 4 и преобразований, на его выходе формируется напряжение u (фиг. 2):
3
2
5
1
После суммирования напряжения u и напряжения u в сумматоре 5 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u (фиг. 2), равное квадрату амплитуды напряжения u задающего генератора 1:
6
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 6 на его выходе формируется постоянное напряжение u:
4
6
1
После операции деления напряжения u на напряжение u в блоке деления 7 на его выходе и на выходе удвоителя частоты формируется синусоидальное напряжение, частота 2ω которого в два раза больше частоты ω напряжения u (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 в качестве квадратора 2 можно использовать перемножитель сигналов на микросхеме К525ПС3, объединив при этом ее информационные входы х и у. Фазовращатель 3 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). Вычитающее устройство 4 представляет собой параллельный сумматор на операционном усилителе (ОУ). Сумматор 5 представляет собой двухвходовой сумматор на ОУ. В качестве блока извлечения квадратного корня 6 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи. Блок деления 7 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи.