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倍頻器

倍頻器(frequency multiplier)使輸出信號頻率等于輸入信號頻率整數(shù)倍的電路。輸入頻率為f1,則輸出頻率為f0=nf1,系數(shù)n為任意正整數(shù),稱倍頻次數(shù)。倍頻器用途廣泛,如發(fā)射機采用倍頻器后可使主振器振蕩在較低頻率,以提高頻率穩(wěn)定度;調(diào)頻設(shè)備用倍頻器來增大頻率偏移;在相位鍵控通信機中,倍頻器是載波恢復(fù)電路的一個重要組成單元。

1 概述

  利用非線性電路產(chǎn)生高次諧波或者利用頻率控制回路都可以構(gòu)成倍頻器。倍頻器也可由一個壓控振蕩器和控制環(huán)路構(gòu)成。它的控制電路產(chǎn)生一控制電壓,使壓控振蕩器的振蕩頻率嚴格地鎖定在輸入頻率 f1的倍乘值f0=nf1上 。

  倍頻器有晶體管倍頻器、變?nèi)荻O管倍頻器、階躍恢復(fù)二極管倍頻器等。用其他非線性電阻、電感和電容也能構(gòu)成倍頻器,如鐵氧體倍頻器等。非線性電阻構(gòu)成的倍頻器,倍頻噪聲較大。這是因為非線性變換過程中產(chǎn)生的大量諧波使輸出信號相位不穩(wěn)定而引起的。倍頻次數(shù)越高,倍頻噪聲就越大,使倍頻器的應(yīng)用受到限制。在要求倍頻噪聲較小的設(shè)備中,可采用根據(jù)鎖相環(huán)原理構(gòu)成的鎖相環(huán)倍頻器和同步倍頻器。但是,這類倍頻器線路比較復(fù)雜,倍頻次數(shù)一般不太高,而且還可能出現(xiàn)相位失鎖等問題。

  微波振蕩器的頻率穩(wěn)定度不太高,在幾十兆赫至百兆赫的晶體振蕩器后面加上一級高次倍頻器,可以獲得具有晶振頻率穩(wěn)定度的微波振蕩。另外,多級倍頻器級聯(lián)起來,可以使倍頻次數(shù)大大提高。例如,二倍頻器和三倍頻器級聯(lián)可產(chǎn)生六次倍頻,m級N倍頻器級聯(lián),總倍頻次數(shù)為Nm。不過,倍頻級數(shù)增加,倍頻噪聲也加大,故倍頻上限仍受到限制。

2 晶體管

  這種倍頻器的電路與調(diào)諧放大器相似,但晶體管工作點通常置于伏安特性的截止區(qū),輸出回路則調(diào)諧在輸入頻率的n次諧波上。由于晶體管僅在輸入電壓正半周的部分時間內(nèi)導(dǎo)通,其集電極電流為一含有輸入信號基頻和各次諧波的脈動電流。利用調(diào)諧于f0=nf1的回路的選頻作用,倍頻器即可輸出所需頻率。為使輸出信號幅度足夠大,這種倍頻器的倍頻次數(shù)較低,一般n=3~5。n增大輸出幅度將顯著減小。這種倍頻器的優(yōu)點具有一定功率增益。

3 變?nèi)?/h2>

  負偏置的變?nèi)荻O管D接于輸入和輸出回路之間。由L1C1構(gòu)成的高Q濾波器只容頻率為f1的輸入信號在左邊回路產(chǎn)生電流i。由于變?nèi)荻O管的非線性特性,二極管的端電壓含有基頻f1和2f1,…,nf1等諧波頻率。在輸出端由于高Q帶通濾波器的作用,因而只有頻率為nf1的成分能夠通過右邊回路,并向負載輸出有用的諧波功率。變?nèi)荻O管倍頻器有時又稱參量倍頻器,它的倍頻效率與倍頻次數(shù)n成反比,為使輸出足夠大,一般以n<10為準。

4 階躍恢復(fù)

  具有陡變電容特性的階躍恢復(fù)二極管在激勵電壓作用下工作于導(dǎo)通和階躍兩種狀態(tài),并在階躍瞬間形成一持續(xù)時間很短、幅度很大的尖峰脈沖。這個脈沖能譜呈梳狀均勻分布,在幾十次乃至上百次諧波頻率上仍有一定的能量輸出。階躍恢復(fù)二極管倍頻器適于構(gòu)成倍頻次數(shù)很高,但幅度不需要很大的高次倍頻器和梳狀譜發(fā)生器。


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