5.5. К расчету элементов принципиальных схем гвв

Вне зависимости от назначения высокочастотного каскада существуют общие рекомендации по расчету используемых элементов, обеспечивающих выбранный режим работы каскада а также связь данного каскада с другими.

В результате этого расчета определяются и выбираются:

1. для резисторов

- номинальное значение сопротивления,

• пределы отклонения от номинального значения,

• тип,

• рассеиваемая мощность.

2. для конденсаторов

• номинальное значение емкости,

• пределы отклонения от номинального значения,

• тип,

• рабочее напряжение.

3. для индуктивностей

• номинальное значение индуктивности,

• пределы отклонения от номинального значения,

• тип,

• рабочий ток.

Для входной и выходной цепей транзисторного каскада могут быть использованы схемы с параллельным или последовательным питанием, автоматическим, фиксированным или комбинированным смещением. Для расчета отдельных элементов можно использовать методику расчета элементов низкочастотных транзисторных каскадов [28], и методику расчета разделительных и блокировочных элементов ГВВ [5], [6], [7], [9], [14], [15].

5.6. Умножитель частоты

В составе большинства радиопередающих устройств различного назначения используются умножители частоты (УЧ). Умножитель частоты применяется в случае, если из гармонического колебания со средней частотой требуется получить колебание с частотой N , где N - целое число.

Принципиальная необходимость применения умножителей частоты в радиопередающих устройствах вызвана следующими причинами:

-необходимость повышения устойчивости работы радиопередающих устройств (радиочастотные тракты с большим коэффициентом усиления склонны к самовозбуждению, если содержат только усилительные каскады, избежать самовозбуждения тракта можно, включив в его состав умножители частоты);

-необходимость повышения стабильности частоты радиопередающих устройств (умножитель частоты обладает ценным свойством, заключающимся в значительно более слабой зависимости входного сопротивления от величины нагрузки, чем в усилителе, поэтому его целесообразно использовать в качестве буферной ступени, ослабляющей влияние последующих каскадов на стабильность частоты задающего автогенератора);

-необходимость расширения частотного диапазона радиопередающих устройств (если нет активных элементов, позволяющих получить необходимую выходную мощность на данной несущей частоте, то применение умножителя частоты является единственным средством получения мощных колебаний на весьма высокой частоте; например, при отсутствии достаточно мощных транзисторов, рассчитанных на нужную рабочую частоту, приходится получать в усилителе мощность выше требуемой на более низкой частоте, а затем использовать варакторный умножитель частоты);

-необходимость создания сетки рабочих частот (если имеется высокостабильный задающий генератор, а необходимо получить несколько сигналов с разными частотами, то использование умножителей и смесителей позволяет решить эту задачу).

По принципу действия умножители частоты можно разделить на три типа:

-гармониковые УЧ на нелинейных элементах;

-генераторные УЧ, использующие принцип синхронизации;

-генераторные УЧ, использующие принцип фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ).

В УЧ первого типа воздействие периодического колебания с частотой на нелинейный элемент вызывает колебания, в спектре которого содержится нужная гармоника N . Эта гармоника выделяется с помощью фильтра, подавляющего все остальные гармоники. К данному типу относятся УЧ на биполярных и полевых транзисторах, лампах, диодах с накоплением заряда, варакторах и других нелинейных элементах.

Структурная схема УЧ, относящегося к первому типу, изображена на рис. 12.

N .

Рис.12. Структурная схема умножителя частоты первого типа.

Ко второму типу относятся умножители частоты на основе автогенератора (АГ) с частотой , близкой к N , синхронизируемого от источника высокостабильных колебаниями с частотой . Принцип действия такого умножителя основан на свойствах автоколебательных систем работать на частотах, равных или кратных частоте внесенного в контур дополнительного возмущающего воздействия, если выполняется условие близости частоты их собственных колебаний и одной из гармоник (N ) синхронизирующей частоты .

N .

G

Рис.13. Структурная схема умножителя частоты второго типа.

Структурная схема УЧ, относящегося к третьему типу, изображена на рис. 14. Как и в предыдущем случае, здесь есть автогенератор, собственная частота колебаний которого близка к N . К генератору подключен делитель частоты на N, выходное напряжение которого подается на фазовый детектор (ФД). К другому входу фазового детектора подключен источник колебаний, частота которого подлежит умножению. В результате сравнения на фазовом детекторе вырабатывается сигнал, корректирующий фазу колебаний АГ так, что частота колебаний в нем становится точно равной =N .

Рис.14. Структурная схема умножителя частоты третьего типа.

Умножители первого типа, в свою очередь, подразделяются по типу нелинейности. В диапазоне высоких частот (до 300 МГц) наиболее часто используются умножители частоты, выделяющие N-ю гармонику из косинусоидальных импульсов, полученных с помощью биполярных или полевых транзисторов, работающих в режиме с отсечкой. В них особенно на сравнительно невысоких частотах, главную роль играет активная нелинейность, т. е. нелинейность статической проходной характеристики, вызывающая отсечку тока. Другой способ получения N-й гармоники в умножителях частоты - применение нелинейной реактивности, например нелинейной емкости р-п перехода варактор, коллекторного перехода транзистора и т. д. Умножитель, выполненный на биполярном транзисторе с использованием в качестве главного механизма умножения частоты нелинейности коллекторной емкости, называется транзисторным параметрическим умножителем.

Основными параметрами умножителя частоты являются:

-входная частота ;

-коэффициент умножения частоты N;

-выходная мощность ;

-коэффициент усиления по мощности ;

-коэффициент полезного действия .