變?nèi)莨?階躍管倍頻器,變?nèi)莨?階躍管倍頻器是什么意思

倍頻器(frequency multiplier)是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(jī)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(jī)中，倍頻器是載波恢復(fù)電路的一個重要組成單元。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。

倍頻器工作原理框圖及各級波形如圖1所示。

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(yán)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)?a target="_blank">二極管倍頻器、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。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。倍頻器是用來擴(kuò)展信號發(fā)生器﹑頻率合成器或其它信號源的可利用頻率范圍的理想器件.

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.獲得倍頻器的方法有許多種,包括

1. 晶體管倍頻器.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。

2. 變?nèi)荻O管倍頻器. 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(fù)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(zhǔn)。

3. 階躍恢復(fù)二極管倍頻器 　它的原理框圖如圖 4。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。

4. 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。也可采用根據(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。??

在正弦信號激勵下，可通過導(dǎo)通角求得各分解系數(shù)，則電流各次諧波分量即可完全確定。為了獲及各級波形圖獲得純凈的高次諧波，最有效的方法是提高輸出回路的有載品質(zhì)因數(shù)以減少諧波分量。在此選用了推推倍頻器。所有奇次諧波被抵消，保留了偶次諧波，且二次倍頻信號值最大。

諧振網(wǎng)絡(luò)由λ/4傳輸線組成，由傳輸線理論知其為阻抗匹配線，通過Cc將信號傳送給負(fù)載。調(diào)整Cc的大小，使其有一合適的有載Q值，以形成衰減振蕩。λ波長附近的信號從階躍二極管出發(fā)至負(fù)載，返回一部分。如此往返多次，在負(fù)載上得到一個逐漸衰減的振蕩波形。選擇適當(dāng)?shù)腝值，使脈沖能量在輸入信號的一個周期內(nèi)衰減殆盡，以使在λ附近的信號得到集中。

變?nèi)莨鼙额l器是利用了變?nèi)莨艿姆蔷€性電容特性實現(xiàn)倍頻．而階躍管倍頻器是利用階躍管的電子躍遷效應(yīng)產(chǎn)生的電流脈沖實現(xiàn)倍頻。

階躍管倍頻器的分析方法有兩種：一是頻域分析法，這種方法是根據(jù)電荷、電流、倒電容的解析式進(jìn)行傅里葉分析的方法，可得到偶次倍頻的公式和表格。另一種方法是時域分析法。這種方法是將階躍管等效成一個電抗開關(guān)，只分析其導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)的電路特性。在作一些近似處理后，可以得到任意階躍管的設(shè)計公式與數(shù)據(jù)。這兩種方法各有其優(yōu)缺點，頻域法比較嚴(yán)格準(zhǔn)確，但有局限性，對D≠2和奇次倍頻情況不使用；時域法物理概念清楚，但設(shè)計誤差比較大，工程應(yīng)用時要通過實驗驗證。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。