1.9.1.1. Ламповые и транзисторные умножители частоты

Ламповый (транзисторный) умножитель частоты представляет собой генератор с независимым возбуждением, анодный (коллекторный) контур которого настроен на n-ю гармонику частоты напряжения возбуждения. Работа этих умножителей частоты основана на использовании нелинейных свойств электронной лампы или транзистора. Основные отличия умножителя от усилителя заключаются в том, что, во-первых, анодный (коллекторный) контур возбуждается не первой, а n-й гармоникой анодного (коллекторного) тока, и, во-вторых, высокочастотное напряжение на аноде (коллекторе) меняется с частотой в n раз большей, чем частота высокочастотного напряжения возбуждения (n - коэффициент умножения). Режим работы умножителя должен обеспечить максимальное значение той гармоники анодного (коллекторного) тока, которая соответствует степени умножения частоты n. Поэтому угол отсечки q анодного (коллекторного) тока умножителя выбирается так, чтобы амплитуда требуемой гармоники имела максимальное значение. Из рис.1.3 видно, что при косинусоидальной форме импульсов анодного тока амплитуда второй гармоники имеет максимум при q = 60°, а третьей - при q =400 (то есть qоpt@1200/n) . Энергетические показатели умножителей частоты всегда намного хуже, чем усилителей. Действительно, мощность на выходе умножителя и его электронный КПД hn равны:

P~n=0,5aniamaxxnEa ,

,

где .

Здесь - максимальное значение импульса анодного тока лампы в выбранной рабочей точке; -эквивалентное сопротивление анодного контура на n-ой гармонике; a0, an - коэффициенты разложения соответственно постоянной составляющей и n -ой гармоники косинусоидального импульса анодного тока; xn - коэффициент использования по анодному напряжению лампы умножителя. Если электронная лампа используется по току при умножении частоты так же, как при усилении (т.е. iamax не изменяется), то для того, чтобы коэффициент использования xn умножителя был таким же, как x усилителя, эквивалентное сопротивление анодного контура умножителя должно быть больше, чем Rэ усилителя в раз, что не всегда возможно осуществить, поскольку величина Rэn= , где rn - характеристическое сопротивление анодного контура наn-ой гармонике, ограничивается выходной емкостью лампы. Однако, даже в тех случаях, когда удается увеличить в требуемое число раз, мощность на выходе умножителя оказывается все-таки меньше, чем у усилителя, приблизительно в раз и при более низком электронном КПД.

Из-за низких значений электронного КПД умножение частоты производится всегда в маломощных каскадах. Обычно умножители ставят либо после буферного каскада, следующего непосредственно за задающим генератором, либо сразу после задающего генератора. В последнем случае умножитель выполняет функции буферного каскада, то есть работает без сеточных токов.

В умножителях частоты импульс анодного тока, проходящий через лампу один раз за каждый период частоты напряжения возбуждения, возбуждает анодный контур только один раз за n периодов колебаний в нем. По этой причине добротность анодного контура должна быть достаточно высокой. Колебания в анодном контуре умножителя можно считать практически синусоидальными только при выполнении условия Q ³ 5n . При удвоении и утроении частоты это условие обычно хорошо выполняется. При n > 3 его выполнение может оказаться затруднительным. Необходимо также иметь в виду, что при больших значениях n оптимальный угол отсечки анодного тока qopt=120°/n мал, и амплитуда переменного напряжения на управляющей сетке лампы, обеспечивающая удовлетворительное её использование по току, может оказаться настолько велика, что возникает опасность пробоя в пространстве катод - управляющая сетка

Форма импульсов анодного тока ламповых умножителей отличается от косинусоидальной, однако, поскольку проницаемость ламп мала, при инженерном расчете удвоителей и утроителей допустимо пользоваться соотношениями, полученными для усилителей. Еще более далеки от косинусоидальной формы импульсы коллекторного тока транзисторных умножителей, поэтому в выходной колебательный контур, настроенный на требуемую гармонику, включают шунты, настроенные на наиболее интенсивные гармоники рабочей частоты (в удвоителях - на первую, в утроителях - на первую и на вторую).

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.