变容管/阶跃管倍频器,倍频器工作原理

变容管/阶跃管倍频器,变容管/阶跃管倍频器是什么意思

倍频器(frequency multiplier)是使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。输入频率为f1，则输出频率为f0＝nf1，系数n为任意正整数，称倍频次数。倍频器用途广泛，如发射机采用倍频器后可使主振器振荡在较低频率，以提高频率稳定度；调频设备用倍频器来增大频率偏移；在相位键控通信机中，倍频器是载波恢复电路的一个重要组成单元。利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。

倍频器工作原理框图及各级波形如图1所示。

它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率 f1的倍乘值f0＝nf1上。倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m级N倍频器级联，总倍频次数为Nm。不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大，故倍频上限仍受到限制。倍频器是用来扩展信号发生器﹑频率合成器或其它信号源的可利用频率范围的理想器件.

利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器.获得倍频器的方法有许多种,包括

1. 晶体管倍频器.这种倍频器的电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的 n次谐波上。

2. 变容二极管倍频器. 由于变容二极管的非线性特性,二极管的端电压含有基频f1和2f1，…,nf1等谐波频率。在输出端由于高 Q带通滤波器的作用，因而只有频率为nf1的成分能够通过右边回路,并向负载输出有用的谐波功率。变容二极管倍频器有时又称参量倍频器，它的倍频效率与倍频次数 n成反比，为使输出足够大，一般以n＜10为准。

3. 阶跃恢复二极管倍频器 　它的原理框图如图 4。具有陡变电容特性的阶跃恢复二极管在激励电压作用下工作于导通和阶跃两种状态，并在阶跃瞬间形成一持续时间很短、幅度很大的尖峰脉冲。这个脉冲能谱呈梳状均匀分布，在几十次乃至上百次谐波频率上仍有一定的能量输出。阶跃恢复二极管倍频器适于构成倍频次数很高，但幅度不需要很大的高次倍频器和梳状谱发生器。

4. 其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。也可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。但是，这类倍频器线路比较复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。  

在正弦信号激励下，可通过导通角求得各分解系数，则电流各次谐波分量即可完全确定。为了获及各级波形图获得纯净的高次谐波，最有效的方法是提高输出回路的有载品质因数以减少谐波分量。在此选用了推推倍频器。所有奇次谐波被抵消，保留了偶次谐波，且二次倍频信号值最大。

谐振网络由λ/4传输线组成，由传输线理论知其为阻抗匹配线，通过Cc将信号传送给负载。调整Cc的大小，使其有一合适的有载Q值，以形成衰减振荡。λ波长附近的信号从阶跃二极管出发至负载，返回一部分。如此往返多次，在负载上得到一个逐渐衰减的振荡波形。选择适当的Q值，使脉冲能量在输入信号的一个周期内衰减殆尽，以使在λ附近的信号得到集中。

变容管倍频器是利用了变容管的非线性电容特性实现倍频．而阶跃管倍频器是利用阶跃管的电子跃迁效应产生的电流脉冲实现倍频。

阶跃管倍频器的分析方法有两种：一是频域分析法，这种方法是根据电荷、电流、倒电容的解析式进行傅里叶分析的方法，可得到偶次倍频的公式和表格。另一种方法是时域分析法。这种方法是将阶跃管等效成一个电抗开关，只分析其导通与截止两种状态的电路特性。在作一些近似处理后，可以得到任意阶跃管的设计公式与数据。这两种方法各有其优缺点，频域法比较严格准确，但有局限性，对D≠2和奇次倍频情况不使用；时域法物理概念清楚，但设计误差比较大，工程应用时要通过实验验证。另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m 级N 倍频器级联，总倍频次数为Nm。不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大, 故倍频上限仍受到限制。