RU206321U1

RU206321U1 - Гармонический удвоитель частоты

Info

Publication number: RU206321U1
Application number: RU2021114842U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2021-09-06

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 Удвоитель частоты содержит задающий генератор, управляемый фазовращатель, компаратор, одновибратор, интегратор со сбросом, преобразователь частота-напряжение, источник напряжения смещения и сумматор, причем фазовращатель выполнен управляемым с фазовым сдвигом 360°, выход задающего генератора соединен с входом управляемого фазовращателя и входом компаратора, выход которого через преобразователь частота-напряжение соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом компаратора, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход сумматора соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен с выходом удвоителя частоты.Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности удвоителя частоты. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использовано 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, фазовращатель и источник напряжения смещения, дополнительно введены компаратор, одновибратор, интегратор со сбросом, преобразователь частота-напряжение и сумматор, причем фазовращатель выполнен управляемым с фазовым сдвигом 360°, выход задающего генератора соединен с входом управляемого фазовращателя и входом компаратора, выход которого через преобразователь частота-напряжение соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом компаратора, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход сумматора соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен с выходом удвоителя частоты.

Существенными отличиями предлагаемого гармонического удвоителя частоты являются введение компаратора, одновибратора, интегратора со сбросом, преобразователя частота-напряжение, сумматора и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности удвоителя частоты.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема удвоителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u₁-u₃, u₅, u₇ и u_вых.

Гармонический удвоитель частоты (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, управляемый фазовращатель 2, компаратор 3, одновибратор 4, интегратор со сбросом 5, преобразователь частота-напряжение 6, источник напряжения смещения 7 и сумматор 8.

Удвоитель частоты работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение u_вх=U_msinωt с частотой ω=2πf с выхода задающего генератора 1 подается на входы управляемого фазовращателя 2 и компаратора напряжения 3. Компаратор 3 преобразует входное синусоидальное напряжение u_вх=U_msinωt в напряжение u₂ прямоугольной формы (фиг. 2). Одновибратор 3 формирует узкие импульсы по фронту напряжения u₂, которые подаются на вход сброса интегратора со сбросом 5. При этом на вход интегратора со сбросом 5 подается напряжение u₃ отрицательной полярности с выхода преобразователя частота-напряжение 6. Преобразователь частота-напряжение 6 исключает влияние частоты входного сигнала u_вх утроителя на амплитуду выходного напряжения интегратора со сбросом 5 путем изменения величины его входного напряжения u₄ в зависимости от частоты f задающего генератора 1. Коэффициент передачи K_n=-U₄/f преобразователя частота-напряжение 6 выбирается таким образом, чтобы при максимальной рабочей частоте f_max удвоителя, размах входного напряжение интегратора со сбросом 5 не превышал 10 В, т.е. K_n=10/f_max.

На выходе интегратора со сбросом 5 формируется пилообразное напряжение u₅ положительной полярности с частотой f задающего генератора 1, амплитуда которого определяется по формуле:

где U_4m - амплитуда выходного напряжения интегратора со сбросом 5;

T - период входного напряжения u₄;

f - частота входного напряжения u₄;

R - сопротивление резистора интегратора 5;

С - емкость конденсатора интегратора 5.

Для выбора параметров времязадающих элементов схемы интегратора R и С необходимо выдержать следующее соотношение:

Таким образом, амплитуда выходного пилообразного напряжения интегратора со сбросом 5 всегда постоянна U_5m=10 В и не зависит от частоты f задающего генератора 1.

Выходное напряжение u₅ интегратора со сбросом 5 суммируется в сумматоре 8 с напряжением смещения u₆=U_см=-5 В от источника напряжения смещения 7, в результате чего на выходе сумматора 8 формируется переменное пилообразное напряжение u₇ амплитудой 5 В. Это напряжение подается на управляющий вход управляемого фазовращателя 1.

В устройстве применен управляемый фазовращатель 1, который позволяет линейно изменять фазу ϕ входного сигнала от -180° до +180° при изменении величины управляющего напряжения от -5 В до +5 В (фиг. 2). Это пилообразное управляющее напряжение, воздействуя на управляемый фазовращатель 1, изменяет фазу ϕ его входного сигнала от -180° до +180° с частотой f задающего генератора 1.

В результате на выходе управляемого фазовращателя 1 и на выходе удвоителя частоты, в соответствии с известными тригонометрическими тождествами, формируется выходное напряжение u_вых:

Из полученного выражения и временных диаграмм (фиг. 2) видно, что частота выходного напряжения удвоителя частоты равна 2ω, то есть имеет место удвоение частоты со задающего генератора 1. При этом амплитуда выходного напряжения u_вых умножителя частоты равна амплитуде выходного напряжения задающего генератора 1 U_1m.

Таким образом, применение в удвоителе частоты компаратора 3, одновибратора 4, интегратора со сбросом 5, преобразователя частота-напряжение 6 и сумматора 8 позволяет добиться требуемого технического результата - повышение точности утроителя частоты.

При практической реализации предлагаемого утроителя частоты управляемый фазовращатель 2 можно выполнить по схеме (Патент на изобретение №2303326 РФ. Широкополосный фазовращатель с управляемым углом фазы, МПК Н03В 7/12, Н03Н 11/16, опубл. 10.09.2006 г.). Компаратор 3 можно выполнить на микросхеме К554СА3. Одновибратор 4 можно выполнить на микросхеме К561АГ1. Интегратор со сбросом 5 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) по схеме (В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высш. шк., 2005. - стр. 459, рис. 6.18, в). В качестве преобразователя частота-напряжение 6 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1. Источник напряжения смещения 7 представляет собой обычный источник стабильного напряжения. Сумматор 8 представляет собой неинвертирующий сумматор на ОУ.

Claims

Гармонический удвоитель частоты, содержащий задающий генератор, фазовращатель и источник напряжения смещения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены компаратор, одновибратор, интегратор со сбросом, преобразователь частота-напряжение и сумматор, причем фазовращатель выполнен управляемым с фазовым сдвигом 360°, выход задающего генератора соединен с входом управляемого фазовращателя и входом компаратора, выход которого через преобразователь частота-напряжение соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом компаратора, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход сумматора соединен с управляющим входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен с выходом удвоителя частоты.