RU225735U1

RU225735U1 - Гармонический удвоитель частоты

Info

Publication number: RU225735U1
Application number: RU2024106520U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Filing date: 2024-03-06
Publication date: 2024-05-06

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. Техническим результатом полезной модели является повышение точности удвоителя частоты. Удвоитель частоты содержит задающий генератор, амплитудный детектор, блок деления, фазовращатель с фазовым сдвигом 90°, первый и второй перемножители и усилитель. Выход задающего генератора соединен с первым входом блока деления и входом амплитудного детектора. Выход амплитудного детектора соединен со вторым входом блока деления. Выход блока деления соединен со вторым входом первого перемножителя и входом фазовращателя с фазовым сдвигом 90°. Выход фазовращателя соединен с первым входом первого перемножителя. Выход первого перемножителя через усилитель соединен с первым входом второго перемножителя. Выход второго перемножителя является выходом гармонического удвоителя частоты. Второй вход второго перемножителя соединен с выходом амплитудного детектора. 2 ил.

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.

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 №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.

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 90°, отличающийся тем, что в него дополнительно введены амплитудный детектор, блок деления, первый и второй перемножители и усилитель, причем выход задающего генератора соединен с первым входом блока деления и входом амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя и входом фазовращателя с фазовым сдвигом 90°, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого через усилитель соединен с первым входом второго перемножителя, выход которого является выходом гармонического удвоителя частоты, а второй вход второго перемножителя соединен с выходом амплитудного детектора.

Существенными отличиями предлагаемого гармонического удвоителя частоты являются введение амплитудного детектора, блока деления, первого и второго перемножителей, усилителя 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, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u₁, u₃-u₆ и u_вых.

Удвоитель частоты (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, амплитудный детектор 2, блок деления 3, фазовращатель 4 с фазовым сдвигом 90°, первый 5 и второй 7 перемножители и усилитель 6.

Удвоитель частоты работает следующим образом. Выходное напряжение u₁=U_1msinωt задающего генератора 1 переменного напряжения с частотой ω подается на первый вход блока деления 3 и вход амплитудного детектора 2. После деления напряжения u₁ на его амплитуду u₂=U_m1, формируемую амплитудным детектором 2, в блоке деления 3, на его выходе формируется напряжение u₃=sinωt с единичной амплитудой, которое поступает на вход фазовращателя 4 с фазовым сдвигом 90° (фиг. 2).

Фазовращатель 4 сдвигает фазу переменного напряжения u₃ на угол 90°, при единичном коэффициенте усиления. В результате чего на его выходе формируется напряжение u₄=cosωt с единичной амплитудой (фиг. 2)

В первом перемножителе напряжения u₄ и u₁ перемножаются, и на его выходе формируется напряжение u₅ (фиг. 2)

u₅=0,5sinωtcosωt.

Усилитель усиливает напряжение u₅ в четыре раза, т.к. имеет коэффициент передачи равный четырем, и на его выходе формируется напряжение u₆, которое согласно тригонометрическому тождеству равно (фиг. 2)

u₆=2sinωtcosωt=sin2ωt.

Во втором перемножителе 7 производится умножение напряжения u₆ на его амплитуду u₂, тем самым происходит восстановление амплитуды входного напряжения U_{m вх}, и на его выходе и на выходе умножителя частоты формируется синусоидальное напряжение u_вых (фиг. 2)

u₆=U_{m вх}sin2ωt.

Таким образом, выходное напряжение удвоителя частоты имеет амплитуду равную амплитуде входного напряжения U_{m вх} и частоту 2ω в два раза большую частоты ω входного напряжения, следовательно, имеет место удвоение частоты в два раза.

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 задающий генератор 1 представляет собой обычный генератор синусоидального напряжения. Амплитудный детектор 2 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Блок деления 3 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ), включив перемножитель сигналов на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Фазовращатель 4 можно выполнить по схеме (Патент РФ №127554, Н03В 27/00. Формирователь квадратурных сигналов, опубл. 27.04.2013 г.). Перемножители 5, 7 представляют собой перемножители напряжений на микросхеме КР525ПСЗ. Усилитель 6 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) по схеме неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления равным четырем.

Claims

Гармонический удвоитель частоты, содержащий задающий генератор и фазовращатель с фазовым сдвигом 90°, отличающийся тем, что в него дополнительно введены амплитудный детектор, блок деления, первый и второй перемножители и усилитель, причем выход задающего генератора соединен с первым входом блока деления и входом амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя и входом фазовращателя с фазовым сдвигом 90°, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого через усилитель соединен с первым входом второго перемножителя, выход которого является выходом гармонического удвоителя частоты, а второй вход второго перемножителя соединен с выходом амплитудного детектора.