Удвоитель частоты
Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, например удвоителям, и может быть использовано для питания высокоскоростных электроприводов деревообрабатывающей промышленности, безредукторных центрифуг, для индукционного нагрева больших металлических заготовок и т.д. Технический результат состоит в улучшении коэффициента мощности за счет использования начальной части синусоиды питающего напряжения в процессе формирования ЭДС удвоенной частоты в обмотках трансформатора. Удвоитель частоты содержит трансформатор, на каждом стержне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары. Каждая пара первичных обмоток замкнута на пару согласно включенных транзисторов, работающих таким образом, что используется начальная часть синусоиды питающего напряжения. Общие точки соединения транзисторов первой и второй пар и обмоток второй пары подключены в соответствии с прямой последовательностью чередования фаз к входным фазным зажимам. Общая точка соединения обмоток первой пары подключена к нулевом входному зажиму. 2 ил.
Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, например удвоителям, и может быть использовано для питания высокоскоростных электроприводов деревообрабатывающей промышленности, безредукторных центрифуг, для индукционного нагрева больших металлических заготовок и т.д.
Известен умножитель частоты, содержащий трехфазный трансформатор и управляемые мостовые выпрямители [1], однако такой преобразователь имеет большой вес активных материалов и низкие энергетические показатели.
Известен трехфазный умножитель частоты [2], в котором с целью улучшения энергетических показателей используется начальная часть синусоиды питающего напряжения, однако данное устройство имеет большие массогабаритные показатели, содержит дополнительно в своей конструкции выпрямительный блок, за счет чего снижается общий КПД устройства в целом.
Прототипом предлагаемого устройства является трехфазный умножитель частоты [3], содержащий трансформатор, тиристоры и фазосдвигающий блок, в котором на каждом стержне трансформатора расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары, каждая из которых замкнута на пару согласно включенных тиристоров.
Недостаток данного устройства следующий.
Использование конечной части синусоиды питающего напряжения для формирования результирующей ЭДС в обмотках трансформатора ухудшает коэффициент мощности устройства в целом, поскольку центр тяжести кривой тока смещается в сторону отставания по отношению к центру тяжести кривой питающего напряжения и, как результат, имеем низкий коэффициент мощности умножителя частоты [4].
Целью данного изобретения является улучшение коэффициента мощности удвоителя частоты.
Указанная цель достигается тем, на стержне трансформатора 1 (фиг.1) расположены четыре первичные обмотки 2-5, объединенные в две пары, каждая из которых замкнута на пару согласно включенных транзисторов 7-10, причем общие точки соединения транзисторов первой и второй пар и обмоток второй пары подключены в соответствии с прямой последовательностью чередования фаз к входным фазным зажимам, а общая точка соединения обмоток первой пары подключена к нулевому входному зажиму.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: силовых транзисторов, работающих в ключевом режиме.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известно применение силовых транзисторов в качестве ключевых элементов [5].
Однако использование силового транзистора в ключевом режиме, включенного последовательно с первичными обмотками трансформатора, позволяет формировать в выходной обмотке трансформатора ЭДС удвоенной частоты, используя начальную часть синусоиды питающего напряжения, в результате чего центр тяжести кривой тока первичных обмоток смещается в сторону опережения по отношению к центру тяжести кривой питающего напряжения и в результате этого имеем емкостной характер cosϕ и общий коэффициент мощности устройства в целом повышается [4]. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг.1 приведена принципиальная схема одной фазы умножителя частоты. На фиг.2. приведены временные диаграммы напряжений для одной фазы трансформатора.
Удвоитель частоты (фиг.1) состоит из сердечника трансформатора 1 с намотанными на его стержнях обмотками 2-5, вторичной обмотки 6, транзисторов 6-10, управление которыми осуществляется от системы управления (не показана).
Принцип работы умножителя частоты поясняет диаграмма кривых, приведенная на фиг.2.
Рассмотрим работу удвоителя частоты. На первичные обмотки трансформатора (фиг.1) подаются фазное UAN и линейное UBC напряжения, сдвинутые относительно друг друга на угол π/2. Кривые изменения этих напряжений во времени показаны на фиг.2. В момент времени t1 включается транзистор 7 и по обмотке 2 начинает протекать ток. В момент времени t2 транзистор 7 выключается, и включается транзистор 9, и по обмотке 4 начинает протекать ток. Поскольку полярность подключения к напряжению источника питания обмотки 4 противоположна полярности подключения к напряжению источника питания обмотки 2, ток и, соответственно, наведенное напряжение, формируемое на выходной обмотке 6, имеют противоположный знак по отношению к току, протекающему по обмотке 2. Соответственно в момент времени tз включается транзистор 8 и по обмотке 3 начинает протекать ток, но поскольку полярность подключения данной обмотки к источнику питания противоположна полярности подключения обмотки 2, то в данном случае напряжение, наведенное в выходной обмотке 6, имеет противоположный знак, по отношению к питающему напряжению U AN, и в момент времени t4, транзистор 8 выключается и включается транзистор 10. В дальнейшем процесс повторяется. В результате данной последовательности работы транзисторов в выходной обмотке трансформатора формируется ЭДС удвоенной частоты по отношению к частоте питающего напряжения.
Поскольку в процессе формирования ЭДС в обмотках трансформатора используется начальная часть синусоиды питающего напряжения, то центр тяжести кривой тока смещается в сторону опережения по отношению к центру тяжести кривой питающего напряжения и, как результат, имеем высокий коэффициент мощности устройства в целом [4].
Удвоитель частоты с трехфазным выходом состоит из трех удвоителей с однофазным выходом, при этом выходные обмотки удвоителя с трехфазным выходом могут быть соединены либо в звезду, либо в треугольник.
Экспериментальные исследования заявляемого удвоителя частоты показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) данное устройство имеет лучшие показатели коэффициента мощности.
Источники информации
1. А.с. СССР №1104624, кл. Н 02 М 5/16, 1984.
2. А.с. СССР №1513587, кл. Н 02 М 5/16, 1989.
3. А.с. СССР №549868, кл. Н 02 М 5/16, 1977.
4. Супронович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок. Пер. с польск. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — С.60-71,
5. Патент RU №2240595, Н 02 Н 5/27, 2004.
Удвоитель частоты, содержащий транзисторы и трансформатор, на стержнях которого расположены четыре первичные и вторичные обмотки, отличающийся тем, что на каждом стержне трансформатора расположены четыре первичных обмотки, объединенные в две пары, каждая из которых замкнута на пару согласно включенных транзисторов, работающих таким образом, что используется начальная часть синусоиды питающего напряжения, причем общие точки соединения транзисторов первой и второй пар и обмоток второй пары подключены в соответствии с прямой последовательностью чередования фаз к входным фазным зажимам, а общая точка соединения обмоток первой пары подключена к нулевому входному зажиму.
findpatent.ru
Удвоитель частоты | Техника и Программы
April 23, 2010 by admin Комментировать »Усилители класса С, рассмотренные в гл. 3, можно также применять для удвоения частоты высокочастотных колебаний. Для получения более высокого коэффициента умножения частоты можно использовать несколько таких каскадов удвоения, соединив их последовательно один за другим. В схеме удвоения транзистор может быть включен по схеме с общим эмиттером, общей базой, общим истоком, общим затвором и т.д. На рис. 13.3 показана схема удвоителя частоты, в которой транзистор включен по схеме с общей базой.
Входной сигнал от генератора несущей (или от предыдущего усилителя класса С) подается на резонансный контур в цепи базы Предположим, что частота, которую необходимо удвоить, равна 1000 кГц. Входной контур L2Cj настроен на эту частоту, а контур L3C3 в цепи коллектора настроен на частоту 2000 кГц. Так как контуры в цепях коллектора и эмиттера настроены на разные частоты, то условия самовозбуждения в схеме не выполняются и не требуется производить нейтрализации в схеме удвоителя даже в случае схемы с общим эмиттером. Вообще говоря, контур в цепи коллектора может быть настроен на частоту в три раза выше входной частоты, но следует иметь в виду, что к. п. д. схемы резко понижается с увеличением коэффициента умножения.
Так как рабочая точка усилителя класса С выходит за пределы линейной части характеристики транзистора, то ток транзистора содержит гармонические составляющие высоких частот. При обычной работе усилителя класса С эти гармонические составляющие сильно ослабляются входным и выходным контурами благодаря их высокой избирательности на резонансной частоте. Однако в схеме удвоителя частоты коллекторный контур настроен на вторую гармонику, ток которой оказывается довольно значительным в составе тока коллектора. В схеме на рис. 13.3 элементы имеют те же значения, что и в схеме на рис. 3.8. Обратное напряжение смещения, подводимое к контуру C1L2, создает нужные условия для работы в режиме класса С.
Рис. 13.3. Схема удвоителя частоты на транзисторе.
nauchebe.net
Разное
Разное
Miscellaneous circuits — English version
1.Преобразователь скважность-напряжение.
2.Делитель частоты(Fвх<200мГц).
3.Аналог лямбда-диода.
4.Ограничитель напряжения.
5.Удвоитель частоты импульсов.
6.Формирователь треугольного сигнала.
7.Детектор частоты.
8.Аналог динистора
9.Двухпороговый компаратор.
10.Делитель частоты.
11.Повторитель/инвертор из триггера.
12.Устройство для получения разности частот и фазовый детектор.
13.Подавитель дребезга контактов.
14.Полосовой фильтр.
15.Стабилизатор тока стабилитрона.
16.Восстановление сигнала по постоянному току.
17.Фазовращатель с постоянной амплитудой.
18.Фазовый фильтр.
19.Детектор фронтов сигнала.
20.Компаратор частот.
21.Компаратор-одновибратор.
22.Одновибратор с диапазоном от 0 до полного периода.
23.Одновибратор с удвоением числа импульсов.
24.Одновибратор на индуктивности.
25.Одновибратор на индуктивности.
26.Одновибратор на индуктивности и триггере.
27.В этом устройстве напряжения на выходах будут одинаковые,если скваженносить = 0.5 .
28.Аналог низковольтного стабилитрона.
29.Синхронный детектор.
30.Выходная цепь фазового детектора.
31.Гиратор.
32.Детектор частоты.
33.Регенеративный фильтр.
34.Компаратор-одновибратор.
35.Фильтр для выделения переменной составляющей.
36.Удвоитель частоты голоса.
37.Режекторный фильтр с умножением добротности.
38.Бегущие огни на неоновых лампах.
39.Ключевой каскад преобразователя напряжения.
40.АЦП с делителями потенциалов.
41.АЦП с суммированием токов.
42.Получение 3-хмерного изображения на экране осциллографа.
zpostbox.ru
УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве умножителя частоты при создании радиопередающих устройств KB и УКВ диапазона.
Известен гармонический умножитель частоты [1], содержащий задающий генератор, сигнал с которого поступает на вход фазоинвертора с синфазным и противофазным выходами, формирующего гармонические синфазное и противофазное напряжения, первый полупроводниковый диод и второй полупроводниковый диод, при этом анод первого полупроводникового диода подключен к синфазному выходу фазоинвертора, а анод второго полупроводникового диода соединен с инвертирующим выходом фазоинвертора, нагрузочный резистор, первый вывод которого подключен к общей точке, первый транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены к соответствующим разноименным электродам первого полупроводникового диода, второй транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены к соответствующим разноименным электродам второго полупроводникового диода, первый конденсатор, первый вывод которого подключен к катоду первого полупроводникового диода, а второй его вывод соединен со вторым выводом нагрузочного резистора, второй конденсатор, первый вывод которого подключен к катоду второго полупроводникового диода, а второй его вывод соединен со вторым выводом нагрузочного резистора, первый резистор, первый вывод которого соединен с синфазным выходом фазоинвертора, а второй его вывод подключен к базе второго транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен с противофазным выходом фазоинвертора, а второй его вывод подключен к базе первого транзистора, при этом точка соединения второго вывода первого конденсатора со вторым выводом нагрузочного резистора является выходом устройства.
Но в известном устройстве уровень выходного сигнала оказывается недостаточным для применения в радиопередающих устройствах. Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является гармонический умножитель частоты [2], содержащий входной трансформатор с первичной и вторичной обмотками, к первичной обмотке которого подключен источник синусоидального сигнала, нагрузочный резистор, первый вывод которого подключен к общей точке схемы, первый и второй транзисторы, к базам которых подключены первые выводы соответственно первого и второго резисторов, источник питания, первый и второй выходные широкополосные трансформаторы, каждый из которых имеет первичную и вторичную обмотки, при этом один конец вторичной обмотки входного трансформатора подключен ко второму выводу первого резистора, второй конец вторичной обмотки входного трансформатора подключен ко второму выводу второго резистора, первичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов соединены последовательно синфазно, к точке их соединения подключен потенциальный выход источника питания, общий выход которого соединен с коллекторами первого и второго транзисторов и подключен к общей точке схемы, свободный конец первичной обмотки первого выходного трансформатора соединен с эмиттером первого транзистора и подключен к точке соединения второго резистора и базы второго транзистора, свободный конец первичной обмотки второго выходного трансформатора соединен с эмиттером второго транзистора и подключен к точке соединения первого резистора и базы первого транзистора, вторичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов соединены последовательно противофазно, свободный конец вторичной обмотки второго выходного трансформатора соединен с общей точкой схемы, а свободный конец вторичной обмотки первого выходного трансформатора подключен ко второму выводу нагрузочного резистора и является выходом умножителя.
Однако известное устройство является сложным для использования.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение устройства при одновременном увеличении выходной мощности.
Технический результат достигается тем, что в умножитель частоты синусоидального сигнала, содержащий источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке входного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, первый и второй транзисторы, коллекторы которых соединены между собой, первый и второй резисторы, первый вывод вторичной обмотки входного трансформатора соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора, второй вывод вторичной обмотки входного трансформатора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой второго транзистора и эмиттером первого транзистора, источник питания, общий выход которого соединен с общей точкой схемы, нагрузку в виде резистора, один вывод которого соединен с общей точкой схемы, дополнительно введены два дросселя, первые выводы которых соединены, к точке их соединения подключен потенциальный выход источника питания, второй вывод первого дросселя подключен к точке соединения эмиттера первого транзистора с вторым выводом второго резистора и базой второго транзистора, второй вывод второго дросселя подключен к точке соединения эмиттера второго транзистора с вторым выводом первого резистора и базой первого транзистора, а нагрузка в виде резистора подключена между общей точкой схемы и точкой соединения коллекторов обоих транзисторов, которая является выходом удвоителя частоты.
Новым качеством, не обнаруженным в патентной и научно-технической литературе, является то, что в заявленном устройстве источник питания через один дроссель подключен к точке соединения эмиттера первого транзистора и базы второго и через другой дроссель соответственно к точке соединения эмиттера второго транзистора и базы первого, что обеспечивает максимальную амплитуду коллекторных токов обоих транзисторов поочередно каждую половину периода исходного сигнала, протекающих через нагрузку от источника питания.
На фиг. 1 представлена схема удвоителя частоты синусоидального сигнала.
Удвоитель частоты содержит источник синусоидального сигнала 1, входной трансформатор 2, первый транзистор 3, второй транзистор 4, первый резистор 5, второй резистор 6, первый дроссель 7, второй дроссель 8, источник питания 9 и нагрузку в виде резистора 10.
На фиг. 2 представлены результаты моделирования работы удвоителя частоты. На фиг. 2 обозначено: а) сигнал источника 1 и напряжение на нагрузочном резисторе 10 при открытом первом транзисторе 3, б) сигнал источника 1 и напряжение на нагрузочном резисторе 10 при открытом втором транзисторе 4, в) сигнал источника 1 и выходной сигнал удвоителя.
Удвоитель частоты синусоидального сигнала работает следующим образом.
Двухполярный синусоидальный сигнал от источника 1 через выходную обмотку трансформатора 2 и резисторы 5 и 6 поступает на базы соответственно первого 3 и второго 4 транзисторов. Через подключенные к эмиттерам дроссели 7 и 8 на транзисторы 3 и 4 подается напряжение открывающей полярности от источника питания. Приложенное между базами и эмиттерами транзисторов 3 и 4 напряжение от источника исходного синусоидального сигнала 1 будет открывающей полярности для каждого транзистора через половину периода. Соответственно транзисторы 3 и 4 поочередно через половину периода исходного синусоидального сигнала открываются и их коллекторные токи каждую половину периода также поочередно протекают от источника питания через нагрузку 10. Около моментов смены полярности исходного синусоидального сигнала величина напряжения между базами и эмиттерами транзисторов оказывается недостаточной для открывания транзисторов, оба транзистора 3 и 4 одновременно запираются и в эти моменты ток от источника питания через нагрузку отсутствует. Таким образом, возникающий разрыв тока формирует на нагрузке 10 напряжение удвоенной частоты.
На фиг. 2в) показано соотношение амплитуд и частот входного и выходного сигналов предлагаемого удвоителя частоты. Для работы предлагаемого удвоителя необходимой и достаточной величиной входного сигнала является синусоидальный сигнал амплитудой 2 В. Уровень выходного сигнала зависит от напряжения питания. Путем изменения величин резисторов 5, 6, присоединенных к базам транзисторов, устанавливаются амплитуды коллекторных токов транзисторов. На фиг. 2 приведены величины сигналов при напряжении питания 28 В, величине базовых резисторов 0,5 Ом и нагрузки в виде резистора величиной 51 Ом. Величины индуктивностей обоих дросселей выбираются так, чтобы их индуктивное сопротивление на частоте входного сигнала было бы существенно меньше сопротивления нагрузки, но не шунтировало бы входные сопротивления транзисторов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. RU 2380822 С2, 09.09.2008, патент РФ. Гармонический умножитель частоты.
2. RU 2533314 С1, 02.06.2013, патент РФ. Гармонический умножитель частоты (прототип).
Удвоитель частоты синусоидального сигнала, содержащий источник синусоидального сигнала, подключенный к первичной обмотке входного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, первый и второй транзисторы, коллекторы которых соединены между собой, первый и второй резисторы, первый вывод вторичной обмотки входного трансформатора соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и эмиттером второго транзистора, второй вывод вторичной обмотки входного трансформатора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой второго транзистора и эмиттером первого транзистора, источник питания, общий выход которого соединен с общей точкой схемы, нагрузку в виде резистора, один вывод которого соединен с общей точкой схемы, отличающийся тем,что в него дополнительно введены два дросселя, первые выводы которых соединены, к точке их соединения подключен потенциальный выход источника питания, второй вывод первого дросселя подключен к точке соединения эмиттера первого транзистора с вторым выводом второго резистора и базой второго транзистора, второй вывод второго дросселя подключен к точке соединения эмиттера второго транзистора с вторым выводом первого резистора и базой первого транзистора, а нагрузка в виде резистора подключена между общей точкой схемы и точкой соединения коллекторов обоих транзисторов, которая является выходом удвоителя частоты.edrid.ru
Удвоитель частоты сверхвысокочастотного диапазона
Изобретение относится к удвоителям частоты на полупроводниковых диодах, параметры которых зависят от величины приложенного к ним напряжения. Технический результат заключается в уменьшении уровня нечетных гармоник и исключении подбора диодов с идентичными характеристиками. Для этого устройство содержит входной и выходной коаксиальные разъемы, входную цепь, выходной контур, цепи смещения диодов, состоящие из высокочастотных дросселей, блокировочных конденсаторов и резисторов, при этом входная цепь выполнена в виде регулируемого конденсатора связи, симметричного резонансного контура, образованного отрезком линии, разомкнутой с двух сторон, и двух переменных конденсаторов, включенных на разомкнутых концах этой линии, причем диоды отделены друг от друга двумя последовательно включенными конденсаторами постоянной емкости. 1 ил. 
Изобретение относится к удвоителям частоты на полупроводниковых диодах, параметры которых зависят от величины приложенного к ним напряжения.
Замена электровакуумных генераторных приборов, таких как трехэлектродные лампы, клистроны, ЛБВ и т.д., разного рода полупроводниковыми приборами, позволяет значительно уменьшить вес и габариты, увеличить надежность и экономичность радио-электронной аппаратуры. Наиболее широко в качестве полупроводниковых генераторов используются транзисторы. Однако уровень генерируемой ими мощности с повышением рабочей частоты резко падает. Поэтому в настоящее время для повышения частоты колебаний, генерируемых транзисторами, широко используются устройства на полупроводниковых диодах, параметры которых зависят от приложенного к ним напряжения. Они известны также под названием варакторных генераторов гармоник или варакторных умножителей частоты. Такие устройства описаны в научно-технической (см., например, Penfield and Rafuse, Varactor Applications, M.I.T.Press, 1962) и патентной литературе.
С целью увеличения выходной мощности варакторных умножителей частоты в них применяют несколько диодов, включенных параллельно, последовательно или по смешанной последовательно-параллельной схеме. Применяют также балансные и мостовые схемы включения.
При работе варакторных умножителей частоты, из-за нелинейной зависимости параметров варакторов от приложенного к ним напряжения, возникает значительное число гармоник входной частоты. Для эффективной работы умножителя необходимо, чтобы все гармоники, кроме той, которая является рабочей, не попадали во внешние цепи. С этой целью используют специальные селективные цепи, входящие в схему умножителя (так называемые холостые контуры), или используют фильтры, включенные на входе и выходе. Использование холостых контуров и фильтров усложняет схему умножителя частоты, затрудняет его регулировку и в большинстве случаев сужает полосу пропускаемых частот. Балансные и мостовые схемы позволяют, не вводя дополнительных цепей, подавить некоторые гармоники. Однако при работе в диапазоне СВЧ мостовые схемы получаются слишком громоздкими и поэтому они не получили широкого распространения. Наиболее предпочтительной с точки зрения повышения выходной мощности, расширения полосы, подавления нежелательных гармоник и простоты регулировки является балансная или двухтактная схема.
В патентной литературе (см. патент США №3307099, кл.521-69) описан умножитель частоты на полупроводниковых диодах. Умножитель работает следующим образом. Колебания на частоте f через входную цепь, состоящую из петли связи и двух конденсаторов переменной емкости, поступают во входной резонатор, в который включены два диода по балансной схеме. За счет нелинейных характеристик диодов в резонаторе возбуждаются колебания на частотах 2f, 3f, 4f и т.д. Балансное включение диодов позволяет подавить все нечетные (3f, 5f, 7f и т.д.) гармоники. Колебания с частотой 2f выделяются с помощью выходного контура, который через емкость связи соединен с диодами. Этот же контур отфильтровывает гармоники с частотами 4f, 6f и т.д.
Для подбора оптимального рабочего режима диодов на них через блокировочную цепочку подается постоянное смещение.
Этот умножитель имеет следующие недостатки. Колебания на частоте f поступают в умножитель через несимметричную цепь, нарушая симметрию работы диодов, что приводит к ухудшению подавления нечетных гармоник. Другой недостаток умножителя заключается в необходимости подбора диодов с идентичными характеристиками, так как на них подается одинаковое постоянное смещение. Различие в характеристиках диодов приводит к перегрузке одного из диодов и к дальнейшему ухудшению симметрии схемы.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. создание балансного удвоителя частоты с улучшенной симметрией и уменьшенным уровнем нечетных гармоник на выходе, который не требует подбора диодов с идентичными характеристиками.
Поставленная цель достигается применением симметричной входной цепи, образованной отрезком разомкнутой с двух сторон линии, к которой подключены конденсаторы переменной емкости, а также отделением по постоянному току одного диода от другого, что позволяет производить раздельную регулировку постоянного смещения, подключаемого к каждому диоду.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схематическая конструкция удвоителя частоты и введены следующие обозначения. Через входной разъем 1 и конденсатор переменной емкости 2 колебания с частотой f поступают на симметричный входной контур, образованный отрезком линии 3 и конденсаторами 4, 5. За счет магнитной связи между линией 3 и линией 6 напряжение с частотой f будет приложено к диодам 7, 8. Варакторные диоды 7,8 отделены друг от друга по постоянному току конденсаторами постоянной емкости 9, 10. Постоянное смещение на диоды подается через раздельные цепочки, состоящие из высокочастотных дросселей 11, 12, блокировочных конденсаторов 13, 14, 15, 16 и сопротивлений 17, 18. Напряжения смещения подключаются к клеммам 19, 20.
Колебания с частотой 2f через конденсатор связи 21 поступают в выходной контур, образованный отрезком линии 22 и конденсатором переменной емкости 23. Выходной контур связан с нагрузкой через конденсатор связи 24 и выходной коаксиальный разъем 25.
Удвоитель частоты работает следующим образом. Входной сигнал с частотой f подключается к разъему 1 и через конденсатор связи 2 поступает во входной контур, образованный отрезком разомкнутой с двух сторон линии 3 и двумя конденсаторами переменной емкости 4,5. Оптимальное согласование входа умножителя с источником сигнала осуществляется изменением величины конденсатора связи 2. Настройка входного контура в резонанс с входным сигналом производится с помощью конденсаторов 4, 5. Во входном контуре возникает симметричное распределение электрического и магнитного полей, причем пучность магнитного поля устанавливается в центральной точке линии, а пучности электрического поля устанавливаются на концах линии 3. Так как направление силовых линий магнитного поля и их пространственное распределение во входном контуре и в контуре, образованном отрезком линии 6 и варакторами 7, 8 совпадают, эти два контура будут эффективно связаны друг с другом и напряжение с частотой f будет приложено к диодам 7, 8. В силу симметричности входного контура напряжения, приложенные к диодам 7, 8, будут равны по величине. В случае, если параметры диодов 7, 8 неодинаковы, с помощью раздельной регулировки смещения, подаваемого на клеммы 19, 20 производится дополнительное симметрирование схемы. Признаком удовлетворительной симметрии может быть равенство постоянных составляющих тока, протекающих через диоды 7,8 и измеряемых с помощью миллиамперметров (на чертеже не показаны), включенных последовательно с источником смещения. Конденсаторы постоянной емкости 9, 10 разделяют диоды 7, 8 друг от друга по постоянному току. Указанные обстоятельства улучшают балансировку схемы и исключают необходимость подбора диодов 7, 8 с идентичными характеристиками.
За счет нелинейности характеристик диодов 7, 8 ток, протекающий через них, будет иметь резко несинусоидальный характер и содержать составляющие с частотами 2f, 3f, 4f, 5f и т.д. При полной симметрии схемы колебания с частотами 3f, 5f, 7f и т.д. будут подавляться. Колебания с четными частотами, т.е. 2f, 4f, 6f и т.д., через конденсатор связи 21 попадают в выходной контур 22, 23, где нежелательные составляющие отфильтровываются. Выходной контур 22, 23 связан с нагрузкой через конденсатор переменной емкости 25, с помощью которого производится оптимальная регулировка связи с нагрузкой.
Описанный удвоитель частоты, изготовленный с применением серийных отечественных диодов 2B106Б, имел выходную мощность 9 Вт на частоте 850 мГц при КПД, равном 65-70%. При этом подавление гармоник на выходе умножителя было лучше 25 дБ.
Формула изобретения
Удвоитель частоты сверхвысокочастотного диапазона, выполненный на двух варакторных диодах, включенных по балансной схеме, содержащий входной и выходной коаксиальные разъемы, входную цепь, выходной контур и цепи смещения диодов, состоящие из высокочастотных дросселей, блокировочных конденсаторов и резисторов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня нечетных гармоник и исключения подбора диодов с идентичными характеристиками, его входная цепь выполнена в виде регулируемого конденсатора связи, симметричного резонансного контура, образованного отрезком линии, разомкнутой с двух сторон, и двух переменных конденсаторов, включенных на разомкнутых концах этой линии, причем диоды отделены друг от друга двумя последовательно включенными конденсаторами постоянной емкости.
РИСУНКИ
findpatent.ru
