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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Multiplicação de freqüência de pulso de rádio. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Nota para o aluno Ao projetar estações de rádio amador de ondas curtas e instrumentos de medição que atendem aos requisitos modernos de estabilidade, precisão de calibração e leitura de frequência em uma escala, dificuldades significativas são encontradas. A principal delas é obter frequências de referência altamente estáveis e calibradas com precisão. A maneira mais fácil de obter frequências fixas é usar um oscilador de cristal com ressonadores para as frequências apropriadas. No entanto, nem sempre é possível selecionar ressonadores de quartzo para as frequências necessárias e, além disso, os ressonadores têm uma propagação de frequência que nem sempre pode ser compensada por elementos de sintonia. Outras maneiras comuns de obter frequências fixas são a multiplicação direta de frequência do oscilador de baixa frequência e a heterodinação. O método de multiplicação direta de frequência reside no fato de que as oscilações harmônicas do gerador G são alimentadas na entrada do elemento não linear do NE (Fig. 1, a), que são convertidas em uma sequência de vídeo retangular, cosseno ou outro pulsos com período T e duração de pulso t.
O espectro de pulsos de vídeo (Fig. 1b) consiste em harmônicos que são múltiplos da frequência fundamental, cuja amplitude diminui com o aumento do número de harmônicos. Portanto, o uso de harmônicos com números grandes é impraticável devido ao seu baixo nível e à dificuldade de filtrar o harmônico desejado (utilizando o filtro F). O espectro de saída de energia do multiplicador caracteriza a eficiência de conversão
onde Рс é a potência do harmônico útil; Рtot - o poder de todos os componentes. A "pureza" do sinal na saída NE é caracterizada pelo coeficiente harmônico lateral
onde Up é a amplitude do harmônico útil, Ub é a amplitude do harmônico vizinho. Pode-se observar pela tabela que com o aumento do número de harmônicos utilizados, a eficiência conversão diminui muito rapidamente. Portanto, o uso de um multiplicador de pulso de vídeo é aconselhável quando o fator de multiplicação não for superior a algumas unidades (geralmente 3-5). Para obter grandes fatores de multiplicação, é necessário ativar vários estágios de multiplicação e amplificação em série com elementos de seleção na saída.
O espectro de pulsos de vídeo retangulares curtos é mais rico em harmônicos: pode-se ver na tabela que n diminui mais lentamente com o aumento do número de harmônicos do que no caso de pulsos de cosseno, mas ainda é um valor pequeno. O coeficiente de harmônicos laterais é grande, e dispositivos seletivos complexos são necessários para atenuar os componentes nocivos do espectro. Se a grade de frequência é formada por heterodinação, há problemas com a seleção de ressonadores de quartzo, ajustando ou ajustando sua frequência. Multiplicadores de frequência de pulso de rádio O método de multiplicação de frequência de pulso de rádio, que permite o uso de harmônicos de até 1000, foi proposto pela primeira vez em nosso país por V. I. Grigulevich em 1952. Uma propriedade notável deste método é também a possibilidade de obter um espectro quase ideal. Isto é conseguido pelo fato de que o sinal convertido é dado na forma de uma sequência de pulsos com preenchimento de alta frequência (pulsos de rádio) que satisfaz certas condições. Para pulsos de rádio, bem como para pulsos de vídeo (ver Fig. 1, b), a forma, largura e distância entre os harmônicos do espectro são determinados pela forma, duração e taxa de repetição dos pulsos. Além disso, a frequência de preenchimento de pulso determina a posição do máximo do envelope do espectro no eixo de frequência. A posição dos harmônicos no eixo de frequência depende da lei de mudança na fase inicial das oscilações de pulso a pulso. Se as fases iniciais do preenchimento de alta frequência de pulsos individuais mudam de acordo com uma lei aleatória, a posição dos harmônicos no eixo de frequência também assume valores aleatórios. O espectro de tal sequência de pulso de rádio será contínuo (ruído) dentro do envelope. Se as fases iniciais dos pulsos de rádio são coerentes, ou seja, os pulsos de rádio são, por assim dizer, “cortados” de uma oscilação senoidal contínua (Fig. 2, a), então o máximo do envelope do espectro (Fig. 2, b) coincide com a frequência de enchimento (fo) e a posição dos harmônicos no eixo de frequência é determinada pela frequência de enchimento, o que é uma desvantagem neste caso. Tais oscilações podem ser consideradas contínuas, moduladas por pulsos retangulares.
Se as fases iniciais P3 dos pulsos de rádio são as mesmas e constantes (há um deslocamento de fase constante entre o preenchimento de alta frequência dos pulsos adjacentes), então a sequência de pulsos se torna puramente periódica (Fig. 3a). O espectro de tal sequência (Fig. XNUMXb) consiste em harmônicos que são múltiplos da frequência de repetição e não dependem da frequência de preenchimento.
Portanto, neste caso, ocorre o efeito de multiplicar a frequência de repetição. A frequência do harmônico com amplitude máxima está próxima do ciclo de trabalho. A atenuação de harmônicos espúrios, em particular os dois vizinhos, pode ser obtida significativamente, como resultado, os requisitos para o filtro na saída do multiplicador podem ser significativamente reduzidos. A taxa de diminuição das amplitudes dos harmônicos adjacentes depende da duração do pulso. Quanto maior m, mais próximo de fo e mais frequentemente os zeros do envelope estão localizados, mais rápido o decaimento dos harmônicos. Isso significa que, para aumentar a eficiência e reduzir o coeficiente de harmônicos laterais, é necessário aumentar a razão m/T. Os valores máximos praticamente alcançáveis de m/T estão na faixa de 0,9-0,95. Neste caso, o coeficiente n atinge o valor de 0,9 e y=0,1. Mas mesmo com a razão m/T=0,5, a multiplicação de pulso de rádio tem uma vantagem significativa sobre a multiplicação de pulso de vídeo, fornecendo os valores n=0,5 e y=0,6. Métodos para construção de multiplicadores de frequência de pulso de rádio. Na fig. 4 mostra um diagrama de blocos de um oscilador local construído com base no princípio da multiplicação de frequência de pulso de rádio.
As oscilações do oscilador de quartzo KG são alimentadas ao elemento não linear do NO. Os pulsos de vídeo formados após o elemento não linear são alimentados ao elemento de controle do RE, o que cria as condições para a ocorrência ou quebra de oscilações do auto-oscilador G. A estabilidade de sua frequência não é essencial, pois apenas a mudança de a amplitude do harmônico de trabalho depende disso, enquanto a estabilidade da frequência harmônica é determinada pela estabilidade do gerador de quartzo. É necessário que o processo de ocorrência das oscilações de enchimento de alta frequência ocorra da mesma forma para cada pulso (Fig. 3a). Um processo semelhante pode ser realizado apenas em autogeradores. Circuitos práticos podem ser construídos de diferentes maneiras, dependendo de qual dos parâmetros é usado para interromper as auto-oscilações. Em geradores de baixa potência da faixa de ondas curtas, é aconselhável usar um circuito com alteração na resistência equivalente do circuito. O princípio de operação de tal circuito pode ser explicado com a ajuda da Fig. 5.
O circuito LC é um sistema oscilatório do auto-oscilador G. Paralelo ao circuito oscilatório, um diodo D é conectado através do capacitor de separação SB. Os pulsos de vídeo bipolares do gerador GI são alimentados ao diodo através do resistor R. Nos momentos em que os pulsos positivos chegam ao diodo, o diodo é travado e as auto-oscilações começam a ocorrer no gerador. Durante pulsos negativos, o diodo abre e desvia o circuito. As oscilações do gerador quebram. O resistor R deve ser escolhido de modo que quando o diodo estiver travado, ele não desvie demais o circuito. Em vez de um diodo, você pode usar um transistor ou uma lâmpada. Na fig. 6 mostra um circuito no qual a inclinação da característica da lâmpada é usada como parâmetro de condução.
Quando os pulsos são recebidos, a tensão do ânodo da lâmpada aumenta, a corrente do ânodo aumenta e ocorrem oscilações de alta frequência. Na ausência de um pulso, a tensão no ânodo cai e as oscilações são interrompidas. Um controle de inclinação semelhante pode ser implementado no circuito de grade da lâmpada. Na fig. 7 mostra uma variante do circuito usando transistores.
Existem circuitos nos quais o coeficiente de realimentação serve como parâmetro de excitação. Os dispositivos de modelagem de pulso devem ser bem blindados para evitar vazamento de harmônicos. É necessária uma boa filtragem dos circuitos de potência, o cumprimento das regras gerais de instalação e o uso de desacoplamento. Um dos métodos radicais de combate a interferências e radiações espúrias é a formação de sinais em níveis baixos. Portanto, o uso de circuitos de transistor é especialmente aconselhável. Ao mesmo tempo, as dimensões do equipamento, peso e consumo de energia também são reduzidos. É possível que para os projetistas de equipamentos amadores de ondas curtas e de medição, o método descrito acima para obter frequências fixas seja tentador. Então, usando os princípios acima para construir circuitos, introduzindo neles elementos de criatividade, os designers poderão encontrar seu lugar para esse método entre outras soluções técnicas. Literatura: 1. V. I. Grigulevich. Uma nova maneira de multiplicar a frequência. "Elektrosvyaz", 1956, nº 6.
Autor: T. Labutin (UA3CR); Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentários sobre o artigo: Alexey O artigo original de Labutin foi publicado na revista Radio #12/1969
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