Главная » Мануалы

1 2 3 4

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 чис^ю 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.



р

с

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.



заны с изменениями час1оты на входе, частота колебаний на выходе преобразователя в равной мере зависит от частот обоих генераторов. Это приводит, в частности, к тому, что стабильность частоты напряжения на выходе устройства будет ниже стабильности основного генератора: отклонения частот обоих генераторов могут сложиться. Поэтому в отличие от делителя частоты это устройство не позволяет получить на выходе ту же стабильность, что н на входе.

Делители частоты используются во многих областях радиотехники: в радиолокационной и телевизионной аппаратуре, в радиовещательных передатчиках с частотной модуляцией, в аппаратурегдля измерения частоты и времени, в технике высокочастотной связи по проводам и т. д.

Основные теоретические я экспериментальные исследования явлений, происходящих при делении частоты, без знания которых было бы невозможно столь широкое использование делителей, выполнены главным образом в нашей стране. Особые заслуги в разработке этих вопросов принадлежат академикам Л. И. Мандельштаму и Н. Д. Папалекси.

схемы делителей частоты

Схемы делителей частоты синусоидальнцх колебаний, нашедшие практическое применение, можно разделить на три группы.

К первой группе относятся простейшие делители, в которых получение составляющих поделенной частоты основано на искажении формы напряжения, подведенного ко входу делителя. В этих делителях единственным источником, за счет которого могут возникнуть колебания поделенной частоты, является генератор напряжения делимой частоты. Сам же делитель представляет собой устройство, которое лишь искажает форму подведенного напряжения таким образом, что на выходе появляются колебания поделенной частоты. Наличие каких бы то ни было генераторов, батарей или иных источников энергии в составе такого делителя необязательно.

Для делителей второй группы характерна возможность возбуждения в них колебаний поделенной частоты, когда ко входу устройства подведено напряжение и когда сосредоточенное в нем усиление достаточно велико. Процесс возбуждения колебаний в таких делителях имеет много общего с возбуждением колебаний в обычном ламповом гене-



раторе. Вместе с teu имеется и существенная разница, tait как возбуждение в делителе возможно лишь при наличии напряжения на входе, а частота колебаний целиком определяется частотой этого напряжения (а не величинами элементов устройства) и точно в определенное число раз меньше ее. В отличие от делителей первой группы генератор напряжения делимой частоты не является здесь источником колебаний деленной частоты. Напряжение, приложенное ко входу устройства, лишь создает условия, необходимые для возбуждения этих колебаний. Поскольку возбуждение невозможно без наличия усилителя мощности, увеличивающего мощность нарастающих колебаний, последний обязательно входит в состав делителя. Поэтому делители этой группы и называются делителями частоты с усилителями мощности. Анодные батареи этих усилителей являются теми источниками энергии, за счет которых в системе существуют колебания поделенной частоты.

В третью группу входят такие делители, в которых содержится самостоятельный генератор, генерирующий колебания и тогда, когда напряжение делимой частоты не подведено ко входу устройства. Как и во всяком генераторе, частота колебаний определяется исключительно его параметрами. Однако, дело обстоит так лишь до тех пор, пока на входе делителя нет напряжения. Если же оно имеется и выполнены некоторые дополнительные условия, то частота колебаний генератора становится равной поделенной частоте внешнего напряжения и определяется исключительно этой частотой. В таких случаях говорят о синхронизации возбужденного генератора на субгармонике частоты воздействия (субгармоникой частоты f называется частота f/n, т. е. в определенное число раз меньшая)-. Такие делители называются делителями частоты с возбуладенными генераторами.

Простейшие делители частоты

Представим себе устройство, обладающее тем свойством, что если на его вход подано синусоидальное напряжение с периодом Т^ (фиг. 2,а), то в течение времени, равного одному периоду, оно передает это колебание на выход без искажений, а в течение другого - с некоторыми искажениями. Пусть, например, в каждый четный период подаваемого напряжения форма его искажается, а в каждый нечетный остается неискаженной





(фиг. 2,6). В этом случае период выходного напряжения еых - ех- -сли искзжать каждый третий период входного напряжения, то Т,, =ЗГ .

* вых вх

Включив после такого искажающего устройства фильтр, настроенный на частоту, вдвое или втрое меньшую частоты входного напряжения, мы получим на выходе его синусои-

дальное напряжение поделенной частоты. Для увеличения амплитуды напряжения можно использовать фильтр в сочетании с усилителем (например, резонансный усилитель).

Если к тому же в этом устройстве частота колебаний на выходе совершенно не зависит в некоторых пределах от изменения величин элементов схемы, а определяется исключительно частотой напряжения на входе, то такое устройство действительно является делителем частоты синусоидальных колебаний.

Заметим еще, что совершенно несущественно, как искажается форма напряжения на входе, важно лишь, чтобы она в течение каждого второго периода отличалась от формы напряжения во время двух соседних периодов (при делении частоты на два). Поэтому можно искажать форму кривой подводимого напряжения в течение всех периодов, но только искажения эти должны быть различными для разных периодов.

К рассматриваемой группе относится в частности так называемый магнитный делитель частоты. Достоинствами его являются простота устройства, механическая прочность и высокий к. п. д.

/вих


Фиг. 2. Де.чение частоты как результат искажения формы кривой входного напряжения.

а - входное напрян^ение; б - выходное напряжение при делении частоты на два; в-то же прн делении частоты на три.

Делители частоты с усилителями мощности

Основным элементом схемы этих делителей служит преобразователь частоты, находящийся под воздействием двух напряжений различных частот (/j и /2). Напряжение



на выходе преобразователя складывается из синусоидальных колебаний с частотами mfidznfz, где т я п~ положительные целые числа. Эти образовавшиеся частоты называются комбинационными (или просто комбинациями частот fl я /2), а сумма чисел т я п - порядком комбинационной частоты. Возможны, например, такие комбинационные частоты: Ifi-Ь 1/2 и lfi~-lf2 (порядок обеих комбинаций равен двум), 2fj + 2/2 (порядок 4) и т. д. Заметим, что промежуточная частота, напряжение которой образуется в преобразователе частоты (смесителе)супергетеродинного приемника, является комбинацией второго порядка f~f, где - частота гетеродина, f -частота сигнала.

В преобразователе частоты, входящем в рассматриваемые делители, мощность -колебаний комбинационной частоты на его выходе должна превышать мощность колебаний одной из преобразуемых частот, подведенных ко входу. Такой преобразователь может быть собран на пассивных элементах (например, меднозакисных выпрямителях, вакуумных или германиевых диодах) и содержать обычный не-искажающий усилитель мощности, либо он может быть выполнен на активных элементах (например, на вакуумных или полупроводниковых триодах). В последнем случае преобразование частоты может сопровождаться увеличением мощности.

Независимо от того, какой из этих двух способов построения преобразователя применен в данном конкретном делителе, в нем обязательно должно быть сосредоточено некоторое усиление. Заметим еще раз, чгго в простейших делителях наличие или отсутствие усилителя определяло лишь величину амплитуды колебания поделенной частоты на выходе, и никак не было связано с самой возможностью поделить частоту. Наоборот, в тех схемах, о которых идет речь здесь, деление частоты было бы невозможно без усилителя мощности.

Кроме преобразователя частоты и усилителя мощности, в состав делителя должен войти еще фильтр, пропускающий лишь колебания, частоты которых близки к деленной частоте fin.

Блок-схема делителя частоты с усилителем мощности представлена на фиг. 3. Здесь усилитель /, обладающий относительно широкой полосой пропускания, фильтр 2 и



преобразователь частоты 3 образуют замкнутую цепь (цепь с обратной связью). Коэффициент усиления усилителя выбран таким, что когда напряжение на входе делителя отсутствует, колебания в нем возбудиться не могут. На преобразователь частоты воздействуют два напряжения: одно из них (синусоидалййое) с частотой /, которую нужно поделить, приложено на входе (в точке а), а другое (приложенное в точке б) имеет частоту f/д и поступает с выхода делителя.

Рассмотрим действие делителя на простейшем примере-

Выход

делении в 2 раза. В первый момент, когда делитель еще не начал работать, напряжение на его выходе обусловлено флюктуациями и представляет собой сумму бесконечного числа очень малых синусоидальных напряжений всех частот.

В частности, среди них имеется и напряжение частоты 2. В результате взаимодействия в преобразователе этого сложного напряжения с колебанием частоты / на выходе преобразователя появляются колебания самых разнообразных частот.

Допустим сначала, чго в преобразователе образуются лишь комбинационные частоты второго порядка. Тогда из-за взаимодействия колебаний с частотами / и 2 возникнут лишь колебания разностной частоты / - 2 = 2 и суммарной частоты / + 2 = 3 2. Другие частоты, комбинируясь с частотой /, также дадут суммарную и разностную комбинацию. Но одна частота занимает среди всех них совершенно особое положение - это частота f/2. Будучи подведена к преобразователю (в точке б), она совместно с частотой f вызовет появление на его выходе (в точке б) колебания с частотой, равной самой себе , так как помимо частоты 3/2/ образуется снова частота 2. Никакая другая частота этим свойством не обладает, она не повторяется при прохождении через преобразователь. Поэтому в системе могут возбудиться колебания с частотой, точно равной 2.

В самом деле, возникшее в преобразователе напряжение частоты f/2 усилится усилителем /, свободно пройдет через 10

Фиг. 3. Блок-схема делителя частоты- с усилителем мощности.

/- усилитель мощности; 2- фильтр на частоту /г; 5 - преобразователь частоты.



фильтр 2 и снова попадет на выход делителя и, следовательно, на вход преобразователя. Если усиление превосходит затухание, вносимое другими элементами замкнутой цепи, то напряжение с частотой 2 в результате прохождения через цепь обратной связи увеличится. Амплитуда колебаний частоты 2 будет нарастать, пока из-за нелинейности устройства это нарастание не прекратится (нелинейность может быть заключена в преобразователе, усилителе или в обоих этих узлах). Так происходит возбуждение колебаний половинной частоты.

Что же произойдет с колебаниями других частот? Рассмотрим, например, колебания с частотой /ь очень мало отличающейся от 2. Как бы ни было мало это отличие, разность частот / и fi не даст снова частоты /ь Поэтому колебания, имевшие частоту f\, после преобразования изменят свою частоту и, поступив через цепь обратной связи к преобразователю, уже не смогут поддержать существования колебаний частоты fi. Тем более не могут возбудиться колебания частот, далеких от 2: во-первых, для них остается в силе сказанное в отношении частоты /ь а во-вторых, фильтр 2 вносит на этих частотах значительное затухание.

Таким образом, если в рассматриваемом устройстве, находящемся под внешним воздействием напряжения с частотой /, возбуждаются колебания, то частота их может быть равной только f/2. Никакие, даже сколь угодно малые отклонения от этого соотношения невозможны. Следовательно, коэффициент деления в этом случае равен двум. Для возбуждения колебаний необходимо, чтобы усиление, заключенное в замкнутой цепи (для напряжения частоты 2), превосходило соответствующее затухание.

Но этого еще недостаточно для того, чтобы система представляла собой делитель частоты. Посмотрим, как отразится на частоте выходного напряжения изменение частоты входного (при неизменных параметрах устройства) и изменение параметров при постоянной частоте колебаний на выходе.

Изменение частоты / не скажется на самом процессе преобразования, однако, если оно станет значительным, фильтр 2 будет вносить сравнительно большое затухание, и колебания могут прекратиться. Но пока этого не случится, частота колебаний на выходе устройства будет следовать



за частотой колебаний на его входе, оставаясь в точности равной ее половине. Таким образом, частоты на входе и выходе делителя жестко связаны между собой.

Если же частота подводимых колебаний постоянна, а величины некоторых деталей устройства изменятся, то, несмотря на это, частота напряжения на выходе будет оставаться совершенно неизменной. Однако и в этом случае колебания могут исчезнуть (например, тогда, когда фильтр начнет вносить большое затухание на частоте 2).

Подведем теперь итог сказанному. В устройстве с обратной связью, состоящем из преобразователя, находящегося под воздействием напряжения делимой частоты, усилителя мощности и фильтра, настроенного на частоту, близкую к поделенной, возможно возбуждение колебаний, частота которых в 2 раза меньше частоты на входе. Поскольку колебания эти в схеме возбуждаются, источником их является усилитель, обусловливающий самую возможность нарастания колебаний. Однако это возбуждение возможно лишь при наличии внешнего напряжения. Воздействуя совместно с выходным напряжением на преобразователь частоты, оно образует напряжения комбинационных частот, одной из которых и является поделенная частота. Поэтому именно преобразователь и является тем основным узлом делителя, который позволяет произвести само изменение частоты входного напряжения.

Мы рассмотрели случай, когда в преобразователе возникают лишь комбинационные частоты второго порядка. При этом коэффициент деления равен двум. В общем виде правило для определения поделенной частоты можно сформулировать так:

Частота колебаний, возбуждающихся в устройстве и поступающих в преобразователь с выхода делителя, такова, что одна из комбинаций ее с делимой (входной) частотой дает снова частоту выходного напряжения.

Если обозначить частоту напряжения на выходе делителя через f,jj, а частоту напряжения на входе через f, то в разобранном случае это условие можно записать так:

iвых iвых

или

f~feux = f внх' f ~Ь feux f еых'



1 2 3 4

катетер молочный для козы
Яндекс.Метрика