RU190822U1

RU190822U1 - HARMONIC FREQUENCY DOUBLE

Info

Publication number: RU190822U1
Application number: RU2019107648U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-07-15

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 90°, вход которого подключен к выходу задающего генератора, 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. 1 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 90 °, the input of which is connected to the output of the master oscillator, a first and second quadrator, a subtractor, an adder, a square root extractor and a division block, the output of the master oscillator being connected through the first quadrator to the first inputs subtractive device and adder, the output of the phase shifter with a phase shift of 90 ° is connected to the input of the second quadr, the output of which is connected to the second inputs of the subtractive device and adder, the output of which via a square root extraction unit, it is connected to the second input of the division unit, the first input of which is connected to the output of the subtractor, and the output of the division unit is the output of the frequency doubler. 1 ill.

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 №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.The closest analogue to the proposed utility model is a harmonic frequency doubler [Patent for invention No. 2405242 of the Russian Federation, IPC H03B 9/10, publ. 10.20.2010]], containing a master oscillator, two phase-inverted cascades with two anti-phase outputs, a phase shifter with a phase shift of 90 °, four active elements, six capacitors, ten resistors, a power supply source, four bias voltage sources and an output matching circuit with two antiphase inputs.

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 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.This technical result is achieved by the fact that the well-known harmonic frequency doubler containing a master oscillator and a phase shifter with a phase shift of 90 °, whose input is connected to the output of the master oscillator, is additionally introduced the first and second quadrants, the subtractive device, the adder, the square root extraction unit and the block division, and the output of the master oscillator through the first quad is connected to the first inputs of the subtractor and the adder, the output of the phase shifter with a phase shift of 90 ° is connected to the input of the second quadrtor, the output of which is connected to the second inputs of the subtractor and the adder, the output of which through the square root extraction unit is connected to the second input of the division unit, the first input of which is connected to the output of the subtractor device, and the output of the division unit is the frequency doubler output.

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.The essential differences of the proposed harmonic frequency doubler are the introduction of a subtractor, the first and second quadrants, an adder, a square root extraction unit and a division unit. 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 приведена функциональная схема удвоителя, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u₁-u₇ и u_вых.The essence of the utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 is a functional diagram of a doubler; FIG. 2 - time diagrams of voltages u ₁ -u ₇ and u _o .

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.The frequency doubler (Fig. 1) contains a master oscillator 1, a phase shifter 2 with a phase shift of 90 °, the first 3 and second 4 quadrs, a subtractor 5, an adder 6, a square root extraction unit 7 and a division unit 8.

Удвоитель частоты работает следующим образом. Выходное напряжение u₁=U_1msinωt задающего генератора 1 переменного напряжения с частотой ω подается на вход фазовращателя 2, который сдвигает фазу переменного напряжения u₁ на угол 90°, при единичном коэффициенте усиления. В результате чего на его выходе формируется напряжение u₂ (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 phase shifter 2, which shifts the phase of the alternating voltage u ₁ by an angle of 90 °, with a single gain factor. As a result, the voltage u ₂ is formed at its output (Fig. 2):

u₂=U_m1cosωt.u ₂ = U _m1 cosωt.

В квадраторе 3 выходное напряжение u₁=U_1msinωt задающего генератора 1 переменного напряжения возводится в квадрат, и на его выходе формируется напряжение u₃ (фиг. 2):In Quad 3, the output voltage u ₁ = U _1m sinωt of the master oscillator 1 of the alternating voltage is squared, and a voltage u ₃ is formed at its output (Fig. 2):

В квадраторе 4 выходное напряжение u₂ фазовращателя 2 с фазовым сдвигом 90° возводится в квадрат, и на его выходе формируется напряжение u₄ (фиг. 2):In the quad 4, the output voltage u _{2 of the} phase shifter 2 with a phase shift of 90 ° is squared, and a voltage u ₄ is formed at its output (Fig. 2):

После вычитания напряжения u₃ из напряжения u₄ в вычитающем устройстве 5 и преобразований, на его выходе формируется напряжение u₅ (фиг. 2):After subtracting the voltage u ₃ from the voltage u ₄ in the subtractive device 5 and conversions, the voltage u ₅ is formed at its output (Fig. 2):

После суммирования напряжения u₃ и напряжения u₄ в сумматоре 6 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u₆ (фиг. 2), равное квадрату амплитуды напряжения u₁:After summing up the voltage u ₃ and the voltage u ₄ in the adder 6 and conversions, at its output we have a constant voltage u ₆ (Fig. 2), equal to the square of the amplitude of the voltage u ₁ :

После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 7 на его выходе формируется постоянное напряжение u₇:After the operation of extracting the square root in the block for extracting the square root 7, a constant voltage u ₇ is formed at its output:

После операции деления напряжения u₅ на напряжение u₄ 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 u₁ задающего генератора 1 (фиг. 2):After the operation of dividing the voltage u ₅ by the voltage u ₄ in the division unit 8, a sinusoidal voltage is generated 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 of the} master oscillator 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 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.In the practical implementation of the proposed frequency doubler, phase shifter 2 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). As quadrants 3, 4, you can use signal multipliers on a K525PS3 microcircuit, combining its information inputs x and y. Subtractive device 5 is a conventional parallel adder on an operational amplifier (op-amp). Adder 6 is a two-input adder at the OS. As a block for extracting the square root of 7, you can use the scheme at the OS, including a quad in the circuit of its negative feedback. The division unit 8 can be performed at the OS by turning 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 90 °, the input of which is connected to the output of the master oscillator, characterized in that it additionally introduces the first and second quadrants, a subtractor, an adder, a square root extraction unit, and a division unit the output of the master oscillator through the first quad is connected to the first inputs of the subtractor and the adder, the output of the phase shifter with a phase shift of 90 ° is connected to the input of the second quad, the output of which is n with 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 connected to the output of the subtractive device, and the output of the division unit is the output of the frequency doubler.