1. Tranzystorowe układy powielaczy częstotliwości.

Powielaczem częstotliwości nazywamy układ, który wytwarza harmoniczną nf_o z częstotliwości wejściowej f_o, gdzie n jest liczbą całkowitą większą od 1, zwaną krotnością powielania. Praktycznie wykorzystuje się w powielaczach maksymalną wartość n (n=2,3,4...), gdyż ze wzrostem n maleje amplituda harmonicznych.

Układy powielaczy możemy podzielić na:

1. powielacze rezonansowe- działające na zasadzie zniekształcenia wejściowego sygnału sterującego przez element nieliniowy.

2. powielacze synchronizacyjne- działające na zasadzie synchronizacji wejściowym sygnałem sterującym o częstotliwości f₁ generatora drgań sinusoidalnych o częstotliwości drgań własnych bliskiej f_n=nf₁.

Zależnie od zastosowanych elementów powielacze można również podzielić na:

1. lampowe.

2. z diodami prostowniczymi.

3. z tranzystorami.

4. z diodami waraktorowymi.

Potrzeba stosowania układów powielaczy wynika z następujących powodów:

1. możliwość zwiększenia częstotliwości otrzymywanej z generatorów.

2. możliwość zmniejszenia niestałości częstotliwości urządzeń nadawczych.

3. możliwości n-krotnego pomnożenia dewiacji lub przesuwu częstotliwości.

W czasie powielania następuje pomnożenie n razy częstotliwości wejściowej oraz całego widma częstotliwości dla modulowanego sygnału. Dlatego powielanie częstotliwości nie jest stosowane dla sygnału modulacją amplitudy, gdyż wówczas musi być przesłane nie zmienione widmo częstotliwości. Powielanie jest stosowane dla zmodulowanego sygnału z modulacją częstotliwości gdzie zależy na n-krotnym zwiększeniu częstotliwości. Jednocześnie ulega pomnożeniu bezwzględna niestałość i dokładność częstotliwości natomiast wartości względne pozostają bez zmian. Powielanie częstotliwości odbywa się przez zniekształcenie sinusoidalnego kształtu napięcia częstotliwości powielanej f_o na nieliniowej charakterystyce lampy lub elementu półprzewodnikowego, a następnie wyfiltrowaniu pożądanej harmonicznej nf_o za pomocą wyjściowego obwodu rezonansu równoległego. Nieliniowa charakterystyka elementu przeważnie oznacza się zmniejszeniem rezystancji przy wzroście napięcia wejściowego. Rzadziej jest wykorzystywana charakterystyka wykazująca wzrost rezystancji przy zwiększaniu napięcia. Zależnie od krzywizny charakterystyki elementu powielającego otrzymuje się różne napięcie wyjściowe harmonicznej częstotliwości nf_o. Pożądana jest największa krzywizna charakterystyki.

Obecnie są stosowane powielacze z elementami półprzewodnikowymi: tranzystorami, diodami prostowniczymi oraz waraktorowymi.

W diodach prostowniczych i tranzystorach zjawisko powielania jest uzyskiwane na nieliniowości charakterystyk, z tym że w układzie tranzystorowym następuje jednocześnie wzmocnienie powielanego sygnału.

W układach powielaczy z diodami waraktorowymi wykorzystuje się zjawisko zmiany pojemności, a więc i reaktancji w funkcji wartości przyłożonego napięcia. Podobnie jak zmiana rezystancji w poprzednich typach, tak i tu występująca zmiana reaktancji powoduje powielanie częstotliwości.

Wysoki stopień powielenia uzyskuje się na drodze kaskadowego połączenia kilku powielaczy podstawowych (x2, x3, x4, ...). Bardzo ważną sprawą jest właściwe odfiltrowanie sygnałów ubocznych po każdym stopniu powielania, gdyż odfiltrowanie tych sygnałów w stopniu końcowym, ze względu na jego ograniczoną selektywność jest mało skuteczne. Ze względu na większe wzmocnienie tranzystorów na niższych częstotliwościach poziom wielu sygnałów ubocznych poniżej sygnału właściwego może być nawet wyższy niż sygnału właściwego. Sygnały uboczne niepotrzebnie obciążają dalsze stopnie wzmacniaczy mocy i przechodzą do układów antenowych, natomiast w układach odbiorczych zwiększają poziom szumów i mogą wywołać zakłócenia intermodulacyjne, a nawet blokowanie wzmacniaczy wejściowych.

Podstawowy układ powielacza pracujący w układzie WE przedstawiono na rysunku 1.

Rys.1. Podstawowy układ powielacza częstotliwości.

Obwód bazy jest nastrojony na częstotliwość podstawową f_o, obwód kolektora natomiast na pożądaną częstotliwość harmoniczną nf_o. Wartość amplitudy napięcia harmonicznej zależy od krzywizny charakterystyki i rzędu harmonicznej n. Napięcia harmonicznych parzystych są zwykle większe niż nieparzystych, jednocześnie amplituda harmonicznych maleje ze wzrostem n. Powielanie może się odbywać w układzie pracującym w klasie A, AB, B i C.

Przykłady powielaczy parametrycznych pracujących w różnych klasach ( A, AB, B, i C) przedstawiają rysunki 2, 3, 4, 5, 6.

Rys.2. Tranzystorowy układ powielacza pracujący w klasie A i B (polaryzacja złącza B-E dzielnikiem R1/R2).

Rys.3. Tranzystorowy układ powielacza działającego w klasie C (polaryzacja złącza B-E dławikiem L3).

Rys.4. Tranzystorowy układ powielacza wykorzystujący efekt waraktorowy (polaryzacja złącza B-E R1 ograniczenie R2.

Rys.5. Tranzystorowy układ powielacza wykorzystujący efekt waraktorowy (polaryzacja złącza B-E dławikiem L3 ograniczenie R1).

Rys.6. Tranzystorowy układ powielacza (polaryzacja złącza B-E poprzez część elementu L1 ograniczenie R1).

Przykład powielacza przeciwsobnego przedstawia rysunek 7.

Rys.7. Układ powielacza przeciwsobnego (podwajacz tranzystorowy).

Układ ten działa podobnie jak powielacz diodowy. Różnica polega między nimi na tym, że w układzie tranzystorowym następuje wzmocnienie sygnału wejściowego, które jest uzależnione od parametrów tranzystora i częstotliwości.(w powielaczach diodowych sygnał zostaje stłumiony o około 3dB. W celu otrzymania dużej ilości powieleń sygnału oraz lepszego stłumienia prążków niepożądanych stosuje się układy powielaczy wielokrotnych. Przedstawia to rysunek 8.

Rys.8. Układ powielacza z tranzystorami typu FET z prostymi obwodami do strojenia.

Powielacze waraktorowo-tranzystorowe przedstawione na rysunkach 9 i 10 służą do powielania sygnału gdy żądana częstotliwość sygnału jest większa od maksymalnej częstotliwości roboczej dysponowanych tranzystorów.

Rys.9. Układ powielacza waraktorowo-tranzystorowy (układ równoległy).

Rys.10. Układ powielacza waraktorowo-tranzystorowy (układ szeregowy).

1

---