деление частоты

Частоты колебаний, используемых современной радиотехникой, занимают очень широкую полосу. Она начинается с частот порядка долей герца и достигает частот, измеряемых десятками тысяч миллионов герц.

Радиотехника немыслима без возможности преобразовать частоту, т. е. перенести частоту (или полосу частот), соответствуюш;ую определенному сигналу (речи, музыке, изображению и т. д.) из одной области частотного диапазона в другую. Именно <; таким преобразованием частоты мы имеем дело в процессах модуляции и детектирования.

Однако в ряде случаев появляется необходимость в несколько другом преобразовании частоты. Иногда частоту необходимо увеличить или уменьшить точно в определенное число раз. Тогда говорят соответственно об умножении или делении частоты.

Данная брошюра посвящена делителям частоты синусоидальных колебаний, т. е. устройствам, позволяющим точно в определенное число раз уменьшать частоту синусоидального колебания. Делители частоты импульсных колебаний здесь не рассматриваются.

Что такое делитель частоты. Делитель частоты - это устройство, позволяющее поделить частоту, т. е. уменьшить ее в определенное число раз. Можно осуществить деление частоты не только на целое, но и на дробное число. Например, частоту можно поделить на 2, 3 или 5, и на /з, и т. д. В последнем случае можно говорить, конечно, и об умножении в дробное чисю раз (на 4, и т. д.), однако это умножение не имеет ничего общего с умножением частоты в целое число раз, осуществляемым в обычных умножителях частоты. В то же время оно ничем принципиально

не отличается, как будет разъяснено дальше, от деления на целое число.

Однако не всякое устройство, позволяющее получить поделенную частоту, т. е. преобразовать частоту / в частоту fjn (число я называется коэффициентом деления частоты), может быть названо делителем частоты. Для этого оно должно отвечать, по крайней мере, еще двум требованиям. Во-первых, при изменении частоты подводимого напряжения частота напряжения на выходе устройства должна тоже измениться, и притом так, чтобы отношение частоты колебаний на входе к частоте колебаний на выходе попрежнему было бы абсолютно точно равно коэффициенту деления. Во-вторых, частота на выходе делителя совершенно не должна отклоняться при изменениях величин элементов делителя (индуктивностей, сопротивлений, емкостей и т. :а,.), если только частота подводимого напряжения остается постоянной. Иначе говоря, коэффициент деления не должен зависеть от параметров устройства.

Практически оба эти требования, действительно, выполняются, однако лишь до тех пор, пока соответствующие изменения не слишком значительны, т. е. пока невелико отклонение частоты входного напряжения или не очень сильно изменились параметры элементов устройства.

Замечательной особенностью делителей частоты является то обстоятельство, что стабильность поделенной частоты (т. е. частоты напряжения, снимаемого с выхода делителя) равна стабильности делимой частоты. В самом деле, пусть делимая частота f увеличилась на величину Af и стала равной f-+-Af. Если частоте / на входе соответствовала частота fin на выходе, то теперь частота

на выходе стала равна J - -\-Ц-. Иначе говоря,

изменение частоты подводимых колебаний А/ на входе вызвало в п раз меньшее изменение частоты на выходе. Но и исходная частота на выходе в п раз меньше, чем на входе. Поэтому стабильности делимой частоты (Af/f) и поделенной частоты {Afln:fjn = fjf) оказываются равными.

Таким образом, делитель уменьшает отклонение частоты от исходного значения, но отношение этого отклонения к исходной частоте (т. е. стабильность частоты) остается неизменным.

fg-f Выход

To обстоятельство, что делитель позволяет понизить частоту, не изменяя ее стабильности, и свойство делителя уменьпхать при делении отклонения частоты широко используются в радиотехнике.

Отличие делителя частоты от обычного преобразователя частоты можно показать на следующем примере. Частоту f можно преобразовать в частоту f/2 (в качестве примера рассмотрим деление на два) с помощью устройства, схема которого изображена на фиг. 1. Здесь на входе смесителя 2 действуют два напряжения, одно из которых с частотой / подается с выхода основного генератора 7, а другое с частотой от вспомогательного генератора 5. На выходе смесителя возникают колебания с часто- ffxod

тами f-f и f + f. Если \г\-у

выбрать ча-стоту равной 3f/2, то разностная частота - \ как раз и даст частоту f/2, т. е. мы получим напряжение поделенной частоты.

Однако, это устройство, состоящее из смесителя и вспомогательного генератора, представляет собой не делитель, а обычный преобразователь частоты, поскольку оно не удовлетворяет тем двум требованиям, о которых было сказано выше. В отличие от делителя частоты здесь и при неизменной частоте основного генератора разностная частота может измениться и стать неравной f/2, если только частота вспомогательного генератора отклонится вследствие нестабильности от значения 3f/2. По этой же причине при изменении частоты основного генератора частота на выходе устройства может измениться совершенно произвольно, так как вспомогательный генератор полностью независим от основного генератора. Более того, можно себе представить и такой случай, когда, несмотря на изменение частоты собственных колебаний основного генератора, частота колебаний на выходе смесителя вообще не изменится из-за соответствующего ухода частоты вспомогательного генератора.

Следовательно, в отличие от делителя частоты, в котором изменения частоты колебаний на выходе «жестко» свя-

I I

Фиг. 1. Преобразователь частоты, позволяющий получить половинную частоту.

/ - основной генератор; г -смеситель; S - вспомогательный генератор.