РЕГЕНЕРАТИВНОЕ ДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ

В делителях частоты типа синхронизированных генераторов деление частоты является следствием возникновения компоненты (5.47), образование которой можно рассматривать как результат последовательного выполнения двух операций: а) умножения частоты в раз: преобразования частоты с выделением составляющей Кроме того, с помощью активного элемента осуществляется усиление колебаний.

Регенеративные делители частоты можно рассматривать как усовершенствованные делители частоты типа синхронизированных автогенераторов, в которых каждая (или некоторые) из упомянутых операций выполняется отдельными каскадами, что позволяет независимо подобрать желаемые характеристики каждого. В результате

удается создать делитель частоты с лучшими характеристиками.

На рис. 5.13а приведена структурная схема регенеративного делителя частоты, состоящая из замкнутых в кольцо: избирательного усилителя с фильтром умножителя частоты в раз с фильтром и преобразователя частоты

Рис. 5.13

Входной сигнал поступает на вход преобразователя частоты. Полагаем, что здесь используется идеальный преобразователь частоты, выходное напряжение которого пропорционально произведению двух сигналов: входного поступающего с выхода умножителя частоты. Поэтому если

то напряжение на выходе преобразователя окажется

где коэффициент пропорциональности.

Механизм возникновения колебаний в схеме такой же, как в автогенераторах. За счет действия флуктуаций в схеме возникают небольшие колебания разных частот. При выполнении некоторых условий (об этом — ниже) в схеме происходит увеличение амплитуды колебаний определенной частоты до некоторого стационарного значения, определяемого имеющимися в схеме нелинейностями. Для выяснения возможных значений частот колебаний предположим, что на выходе усилителя возникло синусоидальное колебание какой-то частоты

В этом случае на выходе умножителя получится напряжение (5.48) с частотой На выходе преобразователя частоты согласно (5.49) получается напряжение с частотами

Для последующего возрастания первоначально возникшего колебания (5.50) частоты нужно, чтобы одна из компонент напряжения на выходе преобразователя обладала той же частотой

и резонансный усилитель осуществлял ее усиление. Поскольку частота должна быть меньше со, такой частотой может быть только разностная частота. Приравнивая ее частоте получаем условие баланса частот

откуда определяем ту единственную частоту, которую могут иметь колебания на выходе регенеративного делителя частоты:

Она оказывается точно в раз меньше частоты входного сигнала. Одновременно на выходе умножителя частоты существуют колебания частоты

Для определения амплитуды и фазы стационарных колебаний, воспользуемся квазилинейным методом. В качестве фильтров обычно используются колебательные контуры, настраиваемые на частоты , близкие соответственно к

Напряжение на выходе умножителя частоты при воздействии на его вход напряжения (5.50) может быть записано в виде (5.48), где Амплитуда может быть найдена по амплитудной характеристике умножителя

а сдвиг фаз определяется расстройкой и добротностью контура умножителя: Компонента разностной частоты на выходе преобразователя согласно (5.49) и (5.51) имеет вид

На выходе линейного усилителя с коэффициентом усиления и сдвигом фаз где расстройка и добротность контура, получаем напряжение

В стационарном режиме Приравнивая (5.53) и получаем:

условие баланса амплитуд

из которого может быть определена амплитуда стационарных колебаний;

условие баланса фаз

определяющее фазу выходного колебания

Поделив обе части равенства (5.54) на запишем условие баланса амплитуд в виде

где коэффициенты передачи напряжения умножителя и преобразователя определяются как

Таким образом, условие баланса амплитуд означает равенство единице коэффициента передачи по замкнутому контуру регенеративного делителя частоты. Из рассмотрения (5.56) и (5.57) вытекают следующие особенности рассматриваемой схемы:

при отсутствии входного сигнала и условие (5.56) выполнить невозможно. Следовательно, в отсутствие входного сигнала стационарные колебания в схеме существовать не могут;

поскольку и Куш ограничены, стационарные колебания в регенеративном делителе частоты могут существовать, если амплитуда входного сигнала превосходит некоторое пороговое значение которое может быть определено из (5.56);

если аппроксимировать характеристику нелинейного элемента умножителя частоты полиномом, то при малых амплитудах амплитуда гармоники тока, а значит, и амплитуда пропорциональны а коэффициент передачи умножителя частоты Кум пропорционален Поэтому если 3 (в случае умножитель частоты не нужен, ибо коэффициент умножения то при малых и мягкое самовозбуждение колебаний оказывается невозможным.

На рис. 5.136 приведена структурная схема регенеративного делителя частоты в 2 раза, отличающаяся от схемы рис. 5.13а отсутствием умножителя частоты. Считая по-прежнему, что преобразователь осуществляет перемножение входных напряжений, получаем условие баланса частот из которого следует, что частота выходного колебания Возбуждение колебаний в схеме возможно, если общий коэффициент передачи по замкнутой цепи С учетом (5.57) условие самовозбуждения делителя можно записать, как

В регенеративных делителях частоты в 2 раза в качестве преобразователя частоты большей частью применяют кольцевой модулятор, поскольку в отсутствие входного сигнала у него и самовозбуждение схемы оказывается невозможным.

В современной аппаратуре во многих случаях деление частоты осуществляется с помощью цепочки триггеров, образующих регистры сдвига или пересчетные цепочки с обратными связями. Эти устройства изучаются в курсе импульсной техники.