5.6.1. Умножитель частоты первого типа на биполярном транзисторе

В режиме большого сигнала проходную характеристику можно аппроксимировать кусочно-линейной функцией. На входе и выходе такого УЧ обычно включены частотноизбирательные контура, вследствие чего форма напряжений на базе и коллекторе практически гармоническая. Амплитуда N-й гармоники тока коллектора определяется через коэффициенты Берга a_n(q)

= a_n(q),

Максимум КПД соответствует максимуму коэффициентов Берга и достигается при углах отсечки

q_{мах i}=120°/i,

т. е. значение угла отсечки, при котором КПД усилителя мощности максимален, составляет 120 градусов, q_мах2=60° для удвоителя, q_мах3=40° для утроителя и т.д. Ограничение по коллекторному току является обычно главным для удвоителей и для утроителей.

На практике чаще всего в одном каскаде используются кратности умножения N, равные 2, 3. Кратность умножения больше пяти на практике не используется, так как увеличение кратности умножения в одном каскаде приводит к резкому снижению выходной мощности и коэффициента передачи . Работать с маленькими мощностями (менее 1мВт) на выходе умножителя нежелательно из-за повышения относительного уровня выходных шумов. Другое ограничение кратности умножения одном каскаде связано с возрастающей трудностью фильтрации побочных гармоник, особенно ближайших к рабочей. Для решения этой задачи приходится усложнять схему, прибегая к двухтактному включению АЭ и усложнению выходного фильтра УЧ. При необходимости умножения частоты на большую величину, которая может быть представлена в виде произведения сомножителей (N= ) последовательно включают умножители на парциальные значения коэффициентов умножения ( ).

Влияние побочных составляющих спектра выражается в том, что на выходе УЧ получается паразитное амплитудно-модулированное (ПАМ) колебание. Глубина этой модуляции уменьшается с ростом добротности колебательной системы. Эта может оказывать неблагоприятное воздействие на режим последующих каскадов, особенно работающих с малыми углами отсечки, например умножителей частоты. Кроме того, возникает явление амплитудно-фазовой конверсии, т. е. появление паразитной фазовой модуляции, сопровождающей ПАМ. Это явление может быть особенно заметным на повышенных частотах, когда проявляется зависимость запаздывания максимума импульса коллекторного тока от угла отсечки. Добротность нагруженного одиночного контура обычно не превышает нескольких десятков, а требования к уровню побочных составляющих спектра выходного сигнала УЧ бывают весьма высокими. Обычно на выходе передатчика побочные составляющие спектра должны быть подавлены не менее чем на 60 дБ. При большой кратности умножения это приводит к необходимости подавления побочных составляющих спектра на выходе первого умножителя до уровня -(80...100) дБ. Поэтому высококачественные умножители обычно содержат многоконтурные колебательные системы и строятся по двухтактной схеме, подавляющей четные гармоники.

Особенностью работы транзисторного умножителя частоты по сравнению с усилителем мощности является более низкий коэффициент полезного действия. Это обусловлено большим содержанием высших гармоник в спектре импульса коллекторного тока и высокой добротностью нагрузочной системы (выходного колебательного контура).