RU189067U1

RU189067U1 - HARMONIC FREQUENCY DOUBLE

Info

Publication number: RU189067U1
Application number: RU2019107650U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-05-07

Abstract

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. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности удвоителя частоты. Удвоитель частоты содержит задающий генератор, фазовращатель с фазовым сдвигом 180°, 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. 2 ил.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio transmitting and receiving devices, measuring equipment and phase systems as a source of high-frequency harmonic oscillations. The technical result of the claimed utility model is to improve the accuracy of the frequency doubler. The frequency doubler contains a master oscillator, a phase shifter with a phase shift of 180 °, a quad, a subtractor, an adder, a square root extractor and a division unit, and the output of the master oscillator is connected to the first inputs of the subtractor and adder and the phase shifter with a 180 shift phase whose output is connected to the second inputs of the subtractor and the adder, the output of which is connected to the second input of the division unit through the square root extraction unit, the first input of which is yield subtractor and the output is the output of division block frequency doubler. 2 Il.

Description

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.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio transmitting and receiving devices, measuring equipment and phase systems as a source of high-frequency harmonic oscillations.

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.Known harmonic doubler voltage [Makhov M.E. Frequency multiplier on field-effect transistors // Radiotekhnika, 1974, №9. Pp. 96-97, fig. 1.], containing a master oscillator, push-pull cascade, including a paraphase amplifier, performing the function of a phase splitter with the first and second anti-phase outputs, a load resistor, the first and second active elements, the output electrodes of which are interconnected and connected to the load resistor, while the source the electrodes of these active elements are connected to a common point, and their control electrodes are connected via capacitors to the outputs of a paraphase amplifier, the first and second sources of bias voltage, the first and Ora resistors.

Недостатком этого известного устройства является высокий уровень побочных гармоник на его выходе.The disadvantage of this known device is the high level of side harmonics at its output.

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.The closest analogue to the proposed utility model is a harmonic frequency doubler [Patent for invention №2411632 of the Russian Federation, IPC Н03В 7/12, Н03В 19/00, publ. 10.02.2011,] containing a master oscillator, push-pull cascade, including a phase splitter with the first and second anti-phase outputs, a load resistor, the first and second active elements, the output electrodes of which are interconnected and connected to the first output of the load resistor, the first capacitor, The first terminal of which is connected to the first output of the phase splitter, and its second output is connected to the control electrode of the first active element and, through a series-connected first resistor and first voltage source displacement, to a common point, the second capacitor, the first output of which is connected to the second output of the phase splitter, and its second output is connected to the control electrode of the second active element and through the second resistor and the second bias source connected in series to the common point, while the source electrode the first active element and the source electrode of the second active element are connected to a common point, the power supply voltage source and the third capacitor, the first terminal of which is connected to the potential output the second source of the load resistor is connected to the potential output of the power supply source, a phase shifter with a phase shift of 180 °, the input of which is connected to the connection point of the output electrodes of the first and second active elements, the output matching circuit with the first and the second antiphase inputs, the first input of which is connected to the connection point of the output electrodes of the first and second active elements, and its second input is connected to the output of the phase shifter. The output of the device is the output of the output matching circuit.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.

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.This doubler can significantly reduce the level of side harmonics, but does not eliminate them completely. This leads to a distortion of the shape of the output voltage and reduce the accuracy of frequency conversion.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности удвоителя частоты.The technical result of the claimed utility model is to improve the accuracy of the frequency doubler.

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.This technical result is achieved in that a known harmonic frequency doubler containing a master oscillator and a phase shifter with a phase shift of 180 ° is additionally introduced a quad, subtractor, adder, square root extractor and division unit, the output of the master oscillator through the quad is connected to the first the inputs of the subtractor and the adder and the input of the phase shifter with a phase shift of 180 °, the output of which is connected to the second inputs of the subtractor and the adder, the output of which is black of the square root unit connected to the second input of divider having a first input connected to the output of the subtractor and the output is the output of division block frequency doubler.

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.The essential differences of the proposed harmonic frequency doubler are the introduction of a quad, subtractor, adder, square root extraction block and division block. The combination of elements and relations between them ensures the achievement of a positive effect - improving the accuracy of the frequency doubler.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема удвоителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u₁-u₆ и u_вых.The essence of the utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 is a functional diagram of a frequency doubler; FIG. 2 - time diagrams of voltages u ₁ -u ₆ and u _o .

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.The frequency doubler (Fig. 1) contains a master oscillator 1, a quad 2, a phase shifter 3 with a phase shift of 180 °, a subtractive device 4, an adder 5, a square root extraction unit 6 and a division unit 7.

Удвоитель частоты работает следующим образом. Выходное напряжение u₁=U_1msinωt задающего генератора 1 переменного напряжения с частотой ω подается на вход квадратора 2, на выходе которого формируется напряжение u₂, полученное после возведения в квадрат напряжения u₁ (фиг. 2):Frequency doubler works as follows. The output voltage u ₁ = U _1m sinωt of the master alternating voltage generator 1 with frequency ω is fed to the input of the quad 2, the output of which produces the voltage u ₂ obtained after squaring the voltage u ₁ (Fig. 2):

Фазовращатель 3 сдвигает фазу переменной составляющей напряжения u₂ 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):The phase shifter 3 shifts the phase of the variable component of the voltage u ₂ through an angle of 180 °, leaving the value and polarity of the constant component unchanged, with a single gain factor. As a result, the voltage from (Fig. 2) is formed at its output:

После вычитания напряжения u₂ из напряжения u₃ в вычитающем устройстве 4 и преобразований, на его выходе формируется напряжение u₄ (фиг. 2):After subtracting the voltage u ₂ from the voltage u ₃ in the subtractive device 4 and conversions, the voltage u ₄ is formed at its output (Fig. 2):

После суммирования напряжения u₃ и напряжения u₂ в сумматоре 5 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u₅ (фиг. 2), равное квадрату амплитуды напряжения u₁ задающего генератора 1:After summing the voltage u ₃ and the voltage u ₂ in the adder 5 and conversions, at its output we have a constant voltage u ₅ (Fig. 2), equal to the square of the amplitude of the voltage u _{1 of the} master oscillator 1:

После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 6 на его выходе формируется постоянное напряжение u₆:After the operation of extracting the square root in the block extracting the square root 6, a constant voltage u ₆ is formed at its output:

После операции деления напряжения u₄ на напряжение u₆ 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 u₁ (фиг. 2):After the operation of dividing the voltage u ₄ by the voltage u ₆ in the division unit 7, a sinusoidal voltage is formed at the output and at the output of the frequency doubler, the frequency 2ω of which is twice the frequency ω of the voltage u ₁ (Fig. 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.Due to the fact that the proposed frequency doubler does not have non-linear elements that require consistent characteristics, its output voltage of the device does not contain side harmonics and shape distortion, therefore, there is an increase in the accuracy of the doubler.

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.In the practical implementation of the proposed frequency doubler as a quadr 2, you can use the signal multiplier on the K525PS3 chip, combining its information inputs x and y. Phaser 3 can be made according to the phase filter scheme based on impedance converters (A. J. Peyton, V. Volsh. Analog electronics on operational amplifiers. - M .: BINOM, 1994, p. 138, fig. 6.33). Subtractive device 4 is a parallel adder on an operational amplifier (op-amp). Adder 5 is a two-input adder at the OS. As a unit for extracting the square root 6, you can use the scheme at the OS, including a quad in the circuit of its negative feedback. The division unit 7 can be performed at the OS by switching on the multiplier on the K525PS3 chip in its negative feedback circuit.

Claims

A harmonic frequency doubler containing a master oscillator and a phase shifter with a phase shift of 180 °, characterized in that it additionally introduces a quad, subtractor, adder, square root extraction unit and division unit, the output of the master oscillator is connected to the first inputs of the subtractor device via a quadrator and the adder and the input of the phase shifter with a phase shift of 180 °, the output of which is connected to the second inputs of the subtractor and the adder, the output of which is through the square root extraction unit oedinen the second input of divider having a first input connected to the output of the subtractor and the output is the output of division block frequency doubler.