晶体管倍频器

§ 7.7 晶体管倍频器       倍频器（ Frequency Doubler ）是一种输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路，用以提高频率，如图 7.7.1 所示的例子，为何要采用倍频呢？采用倍频有以下优点： 1 ）发射机主振器的频率可以降低，这对于稳定振荡器的频率是有利的。因为由振荡器一章可知振荡器的频率越高，频率稳定度就越低。一般主振器频率不宜超过 5 。因此，发射频率高于 5 的发射机，一般宜采用倍频器。 2 ）在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易振碎。一般来说，最薄的石英晶体的固有振荡频率限制在 20 以下。超过这一频率，就宜在石英振荡器后面采用倍频器。 3 ）如果中间级既可工作于放大状态，也可工作于倍频状态，那么，就可以在不扩展主振器波段的情况下，扩展发射机的波段，如图 7.7.1 示例所举的数字。这对稳频是有利的，因为振荡器波段越窄，频率稳定度就越高。 4 ）倍频器的输入与输出频率不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机的工作稳定性提高。 5 ）如果是调频或调相发射机，则可采用倍频器来加大频移或相移，亦即加深调。 6 ）在超高频段（米波以至厘米波段）难以获得足够的功率，可采用参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较大的输出信号。     晶体管倍频器有两种主要形式：一种是利用丙类放大器电流脉冲中的谐波来获得借频，叫做丙类倍频器；另一种是利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来获得倍频，这是半导体器件所特有的性质，可叫做参量倍频器。本节只对丙类倍频器进行研究。     我们已经熟知，丙类放大器的电流是脉冲状，所包含的谐波很丰富。如果使集电极回路不是谐振于基频，而是谐振于 n 次谐波，那么，回路对基频和其他谐波的阻抗很小，而对 n 次谐波的阻抗则达到最大，且呈电阻性。于是回路的输出电压和功率就是 n 次谐波。这就起到了倍频作用。     工作于二次谐波的倍频器各极电压与电流关系见图 7.7.2 （此处仍以晶体管电路为例，但所得结论同样适用于电子管电路）。由于集电极回路谐振于二次谐波，因此。 c 的频率比基极信号频率高一倍，同时，。 仍在同一点相遇。瞬时集电极电压与瞬时基极电压的示式可分别写成 ( 7.7.1 ) 和 (7.7..2)     为了比较，图中同时用虚线画出它作为放大器时的 的曲线。由图可以看出，在有 流通的时间内，倍频器的集电极瞬时电压上升速度比较快。因此，在同样的 值的情况下，倍频器的集电极耗散功率 比正常工作于基频时大得多，亦即集电极效率 要低得多。为了避免 太大，应减小倍频器的集电极电流通角 ，以减小 ，提高 。现在从相同的 这两个条件出发，来比较倍频器与放大器的输出功率与效率。由于 相同，因此二者的电压利用系数 也相同。倍频器的输出功率与效率分别为 ( 7.7.3 ） ( 7.7.4 ) 式中 由式 ( 7.7.3 ) 可见， n 次谐波倍频器的输出功率正比于 n 次谐波的分解系数 。由余弦电流分解系数可知：     因此为了使倍频器的输出功率最大，在 n ＝ 2 时， 应取 左右；在 n ＝ 3 时， 应取 左右。这时与 时的放大器输出功率相比较有     由此可见，在采用最佳通角值的情况下，二次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的 1 ／ 2 ；三次倍频器的输出功率只能约等于放大器时的 1 ／ 3 。与此同时，由式 ( 7.7.4 ）可求出它的效率也随倍频次数 n 的增加而下降。     由以上的讨论可见，随着倍频次数 n 的增高，它的输出功率与效率下降。同时， n 值越高，最佳的 值越小。为了减小 ，就必须提高倍频器的基极反向偏压 。 加大后，基极激励电压 也必须加大。对于晶体管电路来说，增加激励电压与偏压，就可能使发射结的反向偏压超过击穿电压 由于以上这些原因，这种倍频器所选用的 n 值通常不超过 3 － 4 ，一般只取 2 － 3 。