Btopoe равенство выполнить, очевидно, нельзя, а иа первого следует, что fi,=fl2. Образование суммарной комбинационной частоты, в отличие от разностной, не может, таким образом, служить причиной возникновения процесса деления.

Для того чтобы поделить частоту более чем в 2 раза, нужно использовать комбинации порядка выше второго. Если, например, частота / образует с делимой частотой / комбинацию третьего порядка /-feux частота возбуждающихся колебаний должна удовлетворять условию ! - Из этого следует, что = т. е. при использовании комбинационной частоты третьего порядка удается получить деление в 3 раза. Чем в большее число раз нужно поделить частоту, тем большим должен быть порядок комбинации. Повышая порядок комбинации, можно осуществить деление в дробное число раз. Если, например, используется частота 3/ - /,, то мы получим деление частоты на /з (или умножение на l). Деление в дробное число раз, таким образом, ничем не отличается от деления в целое число раз, большее-двух.

В рассмотренных случаях мы сталкиваемся с необходимостью повысить порядок комбинационной частоты в преобразователе. Это приводит к появлению определенных трудностей, сильно затрудняющих (а иногда делающих невозможным) деление частоты в большое число раз.

Для того чтобы в делителе с усилителем мощности возникли колебания поделенной частоты, амплитуда напряжения на входе должна, как правило, лежать в определенных пределах. При повышении порядка комбинации эти пределы сближаются, причем необходимая минимальная амплитуда увеличивается. В некоторых случаях возбуждение колебаний при отсутствии специального воздействия на делитель вообще оказывается невозможным. Если при малых коэффициентах деления форма напряжения на выходе устройства может быть сделана очень близкой к синусоидальной, то при делении в большое число раз она заметно искажается. При этом уменьшается амплитуда колебаний поделенной частоты, и процесс деления срывается даже при небольших изменениях величин элементов схемы. Вследствие этого поделить частоту тем труднее, чем больше коэффициент деления. -

Выход -Ф

При необходимости получить устойчивое деление во много раз (порядка нескольких сотен) часто приходится прибегать к последовательному включению большого числа делителей, что, конечно, значительно усложняет и удорожает аппаратуру. Все это заставило искать другие пути построения схем таких устройств. Были предложены, например, делители не с одним (как в схеме фиг. 3), а с двумя преобразователями. Цель этого усложнения состоит в том, чтобы и при делении частоты более чем в 2 раза использовать комбинации второго порядка.

Блок-схема делителя с двумя преобразователями частоты приведена на фиг. 4. Здесь, помимо усилителя 1, фильтра 2, настроенного на частоту , и преобразователя 4, имеется второй преобразователь (умножитель частоты) 3 с соответствующим фильтром. Допустим, что нам нужно поделить частоту / в 3 раза. Коэффициент умножения частоты в этом случае выбирается равным двум. Колебания частоты f/3 поступают на вход умножителя и преобразуются им в колебания частоты 2 3. Таким образом, на преобразователь 4 (аналогичный преобразователю 3 в схеме фиг. 3) воздействуют напряжения двух частот: частоты / и частоты 2 3. Разностная частота второго порядка /-2f/3 дает снова частоту 3, так что при достаточном усилении колебания частоты f/3 поддерживаются цепью обратной связи и непрерывно действуют на выходе делителя.

Итак, умножение частоты всегда позволяет использовать в преобразователе комбинационную частоту второго порядка. Повышение коэффициента деления приводит лишь к необходимости увеличить коэффициент умножения в умножителе (например, при делении на четыре он должен быть равен трем).

Использование комбинационной частоты второго порядка в значительной мере устраняет те недостатки делителей с большим коэффициентом деления, о которых мы говорили

а

Фиг. 4. Блок-схема делителя частоты с усилителем мощности и двумя преобразователями.

/-усилитель мощности; 2- фильтр на частоту fjn; J -умножитель частоты с фильтром на умноженную частоту; 4 - преобразователь частоты.

выше. Поэтому схемы с умножителйми нашли широкое применение.

Практические схемы делителей с усилителями мощности. На фиг. 5 изображена схема делителя частоты, имеющего коэффициент деления, равный двум, и предназначенного для деления частот до нескольких мегагерц. Делитель состоит из резонансного усилителя с лампой 6Ж4 и преобразователя частоты с полупроводниковыми вентилями, собранного по кольцевой схеме. Замкнутая цепь здесь образуется следующим образом: сетка усилительной лампы - анодная цень лампы с контуром, настроенным на половинную частоту,- катушка обратной связи - средние точки сопротивле-

Выход

т

Фиг. 5. Схема делителя частоты с усилителем мощности и колыхе-вым преобразователем (коэффициент деления равен двум).

НИЙ кольцевого преобразователя П. К достоинствам данного делителя следует отнести наличие в нем Кольцевого преобразователя, вносящего большое затухание для напряжений входных частот, а также и то, что форма напряжения на его выходе близка к синусоидальной.

Если на вход обычного преобразователя частоты, например однолампового смесителя, подать напряжения двух частот, то в напряжении на его выходе, помимо составляющих разностной и суммарной частоты, будут содержаться еще и составляющие частот, поданных на вход преобразователя. На выходе кольцевого преобразователя составляющие входных частот отсутствуют (они подавляются благодаря особой схеме преобразователя). Поэтому на выходе кольцевого преобразователя, входящего в делитель, отсутствуют напряжения с частотой f и частотой колебаний, поступающих из цепи обратной связи. Появление же частоты f/2 на управляющей сетке лампы объясняется не непосредственным прохождением этих колебаний через

преобразователь, а взаимодействием их с колебаниями частоты /. Таким образом, в делителе не могут возбудиться колебания в отсутствие входного напряжения, так как цепь обратной связи, проходящая через преобразователь, будет в этом случае разорвана.

Отметим, что вентили и сопротивления, входящие в преобразователь, должны быть тщательно подобраны (вентили должны быть близки по своим параметрам, а Ri-P2 и

Фиг. 6. Схема делителя частоты с усилителем мощности, содержащая активный преобразователь И умножитель (коэффициент деления больше двух).

Rs-Ra). в качестве вентилей могут быть использованы германиевые диоды или купроксные элементы (последние только в случае деления низких частот).

Несмотря на указанные достоинства делителя с кольцевым преобразователем, часто применяют более простые схемы преобразователей, выполненные только на электронных лампах. в этом случае преобразование частоты сопровождается усилением, что позволяет иногда обойтись без включения в схему усилителя.

На фиг. 6 изображена схема подобного делителя частоты с коэффициентом деления, большим двух. Первый кас-16

кад с лампой Jli представляет собой преобразователь частоты. Его анодный контур LC настроен на разностную частоту

f - ( -= i .

Колебания с частотой {п - 1) подводятся к преобразователю с выхода умножителя, коэффициент умножения которого равен п - 1, а колебания с частотой fjn поступают на вход умножителя с анодного контура преобразователя.

Связь между каскадами (параметры цепей C\Ri и C2R2) и режим работы ламп подбираются так, чтобы в отсутствие напряжения на входе система не возбуждалась.

В качестве преобразовательной можно применять обычные смесительные лампы, а для умножения - лампу 6Ж4, режим работы которой подбирается таким, чтобы получить достаточную амплитуду необходимой гармоники.

Схемы, подобные изображенной на фиг. 6, часто осуществляют и с кольцевым преобразователем на полупроводниковых вентилях, заменяющем в этом случае лампу. Умножитель частоты чаще всего выполняется ламповым.

Только что рассмотренные схемы делителей являются лучшими. Основное достоинство их заключается в высокой стабильности процесса деления, который не нарушается даже при значительных изменениях питающих напряжений, параметров устройства (в том числе собственных частот контуров) и т. д. Коэффициент деления их также достаточно стабилен (в отличие ют других типов делителей, в которых он при изменении питающих напряжений или параметров устройства может скачком измениться). Форма напряжения на выходе делителя при хорошо подобранных режиме и амплитуде напряжения на входе близка к синусоидальной.

Однако такие делители довольно сложны. Поэтому Вхме-сто них часто применяются делители с более низкими качественными показателями, но зато более простые по устройству. В них один и тот же узел выполняет преобразование, которое в сложных делителях осуществляется несколькими узлами. Схема одного из них с коэффициентом деления, равным пяти, приведена на фиг. 7. Здесь на управляющую сетку лампы 6Ж4 (включенной как триод) подаются напряжения с частотой f (со входа) и частотой f/5 (с катушки

обратной связи). Благодаря нелинейности характеристики лампы в анодном контуре выделяются колебания комбинационной частоты пятого порядка (/-4 5=f/5). Таким образом, один преобразователь частоты с высоким порядком комбинации заменяет сочетание преобразователя второго порядка и умножителя. Процесс деления частоты в этом устройстве протекает так же, как и в делителе, собраннрм по схеме фиг. 4.

Использование комбинационной частоты такого высокого порядка заметно понижает стабильность работы этого делителя. Кроме того, из-за простой схемы преобразователя в нем не исключена возможность возбуждения на собствен- ной частоте, близкой к

6>н4

Вход f

-41-

У

Выход

т

резонансной частоте контура (в этом случае делитель частоты превращается в обычный генератор синусоидальных колебаний, частота которого не зависит от частоты напряжения на входе). Форма выходного напряжения может сильно отличаться от синусоиды, так как на выходе преобразователя существует большое число колебаний паразитных комбинационных частот. Вообще говоря, форма колебаний на выходе устройства тем хуже, чем больше коэффициент деления.

При конструировании делителей, в которых используются комбинационные частоты высоких порядков, следует тщательно стабилизировать питающие напряжения, амплитуду напряжения делимой частоты и позаботиться о стабильности параметров применяемых деталей. В особенности это относится к случаям деления в большое число раз.

Фиг. 7. Схема упрощенного делителя частоты с усилителем мопцюсти.

Делители частоты с возбужденными генераторами

Целители частоты с генераторами чисто синусоидальных колебаний. Процесс деления частоты в таких устройствах состоит в том, что частота колебаний возбужденного генератора, входящего в делитель, принудительно изменяется внешним напряжением делимой частоту таким образом, 4TQ

становится точно в определенное число раз меньше частоты входного напряжения. Иногда это явление называют синхронизацией генератора на субгармонике частоты воздействия.

Таким образом, такой делитель должен содержать синхронизируемый генератор и синхронизирующее устройство. Этим последним является преобразователь частоты, такой же, как и в делителе частоты, выполненном по схеме фиг. 3. Кроме того, в состав делителя входит усилитель и иногда фильтр. Все эти узлы образуют замкнутую цепь (фиг. 8).

Как видно из фиг. 8, этот делитель отличается от делителя частоты с усилителем мощности (фиг. 3) лишь наличием генератора 2. Вследствие наличия этого генератора делители рассматриваемой группы и в отсутствие напряжения частоты / дают на выходе колебания, снимаемые с выхода генератора 2.

Предположим, что генератор 2 дает чисто синусоидальные колебания частоты f, которая определяется величинами элементов схемы и выбирается близкой к поделенной частоте ( ). Когда на вход делителя (точка а) подается напряжение делимой частоты f, на выходе преобразователя частоты (точка в) возникают колебания комбинационных частот, подобно тому как это имеет место в делителях с усилителями мощности. В частности, возникнет и напряжение частоты f - f. Если необходимо поделить частоту в 2 раза, то частота должна быть близка к f/2; иначе говоря, частота колебаний генератора

отличается от f/2 на малую величину Af (т. е. f = -\-f Разностная частота на выходе преобразователя будет равна - -Af. Таким образом, к генератору 2, частота

колебаний которого равна 4f, будет подведено

внешнее напряжение близкой частоты -i- -Af. Если это

напряжение достаточно велико, то оно принудительно изменит частоту генератора таким образом, что сделает ее равной частоте этого внешнего напряжения (так называемое захватывание частоты). Однако в этом случае изменится и частота на выходе преобразователя, т. е. частота захватывающего напряжение. Устойчивый процесс

8* 19

Выход

возникнет тогда, когда частота захватывающего ншря-жения станет точно равной частоте колебаний генератора. Очевидно, это произойдет тогда, когда частота в комбинации с частотой f даст снова частоту f, т. е. f - f= f.

Следовательно, устойчивый процесс возможен лишь при f=fj2, т. е. когда частота колебаний генератора точно в 2 раза меньше частоты напряжения на входе делителя.

Таким образом, устройство с обратной связью, содержащее преобразователь частоты и генератор синусоидальных колебаний и находящееся под воздействием напряжения

делимой частоты, позволяет принудительно установить частоту колебаний генератора точно равной поделенной частоте воздействия. Если в делителе с усилителем мощности такая схема позволяет возбудить колебания поделенной частоты, то здесь она используется для синхронизации генератора на субгармонике частоты воздействия. В обоих случаях в основе процесса деления лежит образование комбинационной частоты в преобразователе, только в одном случае колебания этой частоты используются непосредственно, а в другом - захватывают синхронизируемый генератор.

Выше мы рассматривали случай, когда в преобразователе образуются комбинации второго порядка (разностная частота). При этом оказывалось возможным поделить частоту на два. Если использовать комбинационные частоты высоких порядков, то можно получить деление в большее число раз, а также в дробное число раз. Поделенную частоту можно найти, пользуясь правилом, приведенным на стр. 12.

Использование комбинационных частот высоких порядков и здесь приводит к значительным затруднениям. Так как амплитуда колебаний поделенной частоты тем меньше, 30

с

р

Фиг. 8. Блок-схема делителя частоты с возбужденным генератором и фильтром в замкнутой цепи.

/ - усилитель; 2 - возбужденный генератор; 5 - фильтр; - преобразователь частоты.

чем выше порядок комбинации, то для получения деления в большое число раз приходится увеличивать амплитуду входного напряжения и коэффициент усиления усилителя. Кроме того, в этих случаях уменьшается область допустимых расстроек частоты генератора относительно деленной частоты и т. д. Поэтому стараются всегда, когда это возможно, работать с комбинациями второго порядка. С этой целью в систему вводят умножитель частоты. Получающаяся при этом схема аналогична приведенной на фиг. 4 и отличается от нее лишь наличием генератора. Одно из прак-тич1еских устройств этого типа будет рассмотрено ниже.

Делители частоты с генераторами несинусоидальпых колебаний. Раньше мы принимали., что форма колебаний, которые создаются генератором, входящим в состав делителя, синусоидальна. Однако колебания, снимаемые с выхода любого реального генератора, никогда не бывают чисто синусоидальными. Вследствие этого напряжение на выходе генератора складывается из синусоидального колебания частоты /г и колебаний частот 2/, 3/ и т. д. Интенсивность гармоник тем меньше, чем ближе форма напряжения генератора к синусоидальной. Например, в генераторах типа LC амплитуды этих гармоник очень малы по сравнению с амплитудой колебания основной частоты, а в релаксационных генераторах (например, в мультивибраторах) даже высшие гармоники выражены очень ярко.

Как же сказывается наличие гармоник на работе делителя? Изменение частоты генератора обусловлено воздействием на него комбинационной частоты, близкой к его собственной. Именно на образование этой комбинационной частоты существенное влияние оказывают гармоники основной частоты генератора. Комбинации могут образоваться как сочетание частоты f не только с частотой f, но и с частотами 2f, 3f и т. д. Это может сильно облегчить деление в большое число раз.

Поясним это на примере деления в 5 раз. При отсутствии гармоник частота f/5, напряжение'которой подводится к генератору, могла быть получена лишь как комбинация пятого порядка (/-4 5). Но если в составе напряжения на выходе генератора имеется четвертая гармоника частоты f/5, т. е. напряжение частоты 4f/5, то ту же частоту f/5 можно получить щк комбицаци^о fcero лишь второго порядка,

в

выход

Итак, при наличии гармоник удается осуществить деление в число раз, большее двух, используя лишь ко[бинации второго порядка и не прибегая к умножению частоты.

Для того чтобы форма колебаний, поступающих к преобразователю через цепь обратной связи, была резко несинусоидальной, фильтр 5 в этой цепи должен отсутствовать. Следовательно, форма колебаний поделенной частоты будет несинуооидальной. Для устранения этого недостатка фильтр, настроенный на деленную частоту, все же вводят в устройство, но не в замкнутую цепь, а вне ее - после выходных зажимов делителя (фиг. 9). В этом случае он уже не оказывает влияния на самый процесс деления, а лишь улучшает форму кривой выходного напряжения.

Отсутствие в цепи г--I [-7- обратной связи филь-

1-1 * 1 £ )П тра, настроенного на

поделенную частоту, приводит к одному весьма серьезному недостатку: коэффициент деления в таких устройствах может скачкообразно изменяться. Возвратимся к тому же примеру с делением в 5 раз. Пусть, например, частота 20 кгц делится до частоты 4 кгц. Такая величина коэффициента деления обусловлена комбинацией входной частоты и четвертой гармоники частоты генератора, равной 4/г (20 - 4-4 = 4). Однако изменения режима работы генератора и его собственной частоты могут привести к тому, что более благоприятные условия создадутся, например, для деления в 4 раза, что соответствует комбинации /-3/г (20-3 5= = 5). Коэффициент деления таким образом скачкообразно изменится с пяти до четырех. В устройствах с умножителем и фильтром в замкнутой цепи этот перескок коэффициента деления затруднялся тем, что напряжение, поступившее к преобразователю, было чисто синусоидальным а не представляло собой смеси различных гармоник. Кроме того, для токор новой поделенной частоты фильтр

Фиг. 9. Блок-схема делителя частоты с возбужденным генератором и фильтром вне замкнутой цепи.

/ - усилитель; 2 - возбужденный генератор; 3 -фильтр; 4 - преобразователь частоты.