Электроника?.. Нет ничего проще! - Жан-Поль Эймишен

Н. — Хорошо, я согласен, что это действительно умножение частоты. Но одно в твоей системе меня шокирует: если для получения исходной частоты мне придется использовать стабилизированный кварцем генератор, то я сделаю все, чтобы он давал синусоидальное напряжение. Тогда он не сможет дать импульсы, способные возбудить колебательный контур.

Л. — Незнайкин, а разве ты забыл, о чем мы говорили прошлый раз? Неужели ты думаешь, что триггер Шмитта, дифференцирующая и другие схемы были изобретены только для того, чтобы доставлять неприятности Незнайкину? Ими также можно воспользоваться.

Н. — Должен признаться, что сейчас я о них как-то забыл. Но все эти устройства представляются мне относительно сложными.

Л. — Ты действительно считаешь сложными устройства, состоящие из двух в высшей степени рядовых транзисторов и четырех резисторов и требующие для настройки одну или две минуты, если только вообще здесь можно говорить о настройке? Если ты, Незнайкин, останавливаешься на этом, то я предпочитаю немедленно отправиться спать.

Н. — Ну хорошо, предположим, что я этого не говорил. Но… прости мою ужасную привычку всегда выискивать возражения… Я все же нахожу довольно прискорбным, что система умножения частоты требует на входе такой высокой стабильности. Не можешь ли ты показать умножающую систему, допускающую значительные изменения входной частоты?

Л. — Незнайкин, найди мне одну такую систему, и я гарантирую, что на этот раз ты сможешь получить столь желанный патент и несомненно заработаешь на нем кучу денег (вернее, дашь возможность заработать деньги фирмам, которые будут выпускать по этому патенту аппаратуру). Но чтобы тебя несколько утешить, я могу познакомить тебя с более простыми способами умножения частоты. Результаты, правда, не сенсационные, но способы позволяют осуществлять умножение при больших изменениях входной частоты. Я даже уверен, что ты уже производил удвоение частоты.

Н. — Э! Конечно, нет! Ведь я-то бы знал.

Л. — И ты несомненно это знаешь. Тебе, конечно, доводилось собирать на двух вентилях выпрямитель для получения постоянного напряжения от сети?

Н. — О, разумеется, но этот случай очень далек от удвоения частоты. Я использую ток с частотой 50 гц и получаю ток с частотой 0 гц… Если ты называешь это удвоением, то мне остается только склониться перед твоей мудростью.

Л. — Я имел в виду не то, что ты получаешь после фильтра, а то, что можно наблюдать до фильтра. Так как вентили работают поочередно, каждый в течение своего пол у периода, то на выходе фильтра ты обнаружишь напряжение с частотой, равной удвоенной частоте сети (рис. 76), иначе говоря 100 гц.

Рис. 76. Двухполупериодное выпрямление переменного напряжения 50 гц удваивает основную частоту, так как частота импульсов выпрямленного напряжения (тока) равна 100 гц.

Н. — Но это напряжение незначительно; сглаживающий фильтр и установлен там, чтобы убрать эту составляющую.

Л. — Да, но если ты не поставишь никакого фильтра, то получишь выпрямленное напряжение, состоящее из импульсов, соответствующих двум полупериодам, которые в основном содержат переменное напряжение частоты 100 гц% наложенное на постоянную составляющую.

Н. — Согласен, что частота этих импульсов напряжения равна 100 гц, но форма напряжения чрезвычайно далека от синусоиды.

Л. — Но я никогда и не говорил, что это синусоида. Если внимательно проанализировать полученное напряжение, то кроме постоянной составляющей и переменной составляющей с частотой 100 гц можно обнаружить гармоники, которые и придают кривой такую странную форму. Впрочем, с помощью фильтра очень легко устранить гармоники и оставить одну переменную составляющую с частотой 100 гц.

Н. — Хорошо, но если там имеется фильтр, система не годится для применения на всех частотах.

Л. — Полностью согласен, но я никогда не претендовал, что показываю тебе абсолютно универсальный удвоитель частоты.

Н. — Но тогда твое отфильтрованное напряжение 100 гц можно было бы подать на другую аналогичную систему, полученные 200 гц вновь отфильтровать и в свою очередь…

Л. — Браво, Незнайкин, ты прекрасно понял, что часто целесообразно производить несколько последовательных умножений частоты. Так, например, для получения колебании с частотой 185,25 Мгц, о которых я тебе уже говорил, лучше всего воспользоваться кварцевым генератором с частотой 10,29 Мгц.

Утроив частоту методом, использующим колебательный контур, настроенный на третью гармонику кварца, с которым я тебя уже познакомил, получим 30,87 Мгц. Подадим колебание с полученной частотой на вход усилителя, работающего в режиме насыщения и имеющего тенденцию выдавать не столько импульсы, сколько гармоники. Колебательный контур, настроенный на его третью гармонику, позволит выделить колебание с частотой 92,62 Мгц. Удвоив ее, получим требующуюся нам частоту 185,25 Мгц (рис. 77).

Рис. 77. Кварцевый генератор, работающий на частоте 10,29 Мгц, в сочетании с двумя утраивающими и одним удваивающим частоту каскадами дает частоту 185,25 Мгц с такой же стабильностью, что и кварцевый генератор, хотя кварцев на такую частоту нет.

Н. — Если частоту сигнала можно умножить, то вполне законно предположить, что ее можно и разделить. Это правильно, Любознайкин?

Л. — Ты сделал правильный вывод. Я бы даже сказал, что разделить частоту легче, чем умножить. Для этого существует несколько способов, и мы последовательно рассмотрим основные из них. Если частота изменяется относительно мало, можно взять импульсный генератор и синхронизировать его подлежащей делению частотой.

Н. — Что ты называешь импульсным генератором?

Л. — Например, мультивибратор. Принцип работы этого устройства проще, чем ты думаешь. Его схему я подготовил для тебя на рис. 78.

Рис. 78. Мультивибратор на двух транзисторах. Транзисторы поочередно запираются и отпираются: когда один из них заперт, другой находится в состоянии насыщения и наоборот.

Н. — Действительно, при рассмотрении схема не производит впечатления сложной. Но теперь я не очень доверяю твоим подобным заявлениям. Можно сказать, что это двухкаскадный усилитель, выход которого замкнули на вход.

Л. — Абсолютно верно, и именно по этой причине устройство начинает генерировать. Вспомни, что я рассказывал тебе о дифференцирующих схемах, и ты довольно легко поймешь, как работает новая. Предположим, что вначале ток проводит транзистор Т1 и что он находится даже в состоянии насыщения. Схема между его коллектором, эмиттером и базой оказывается как бы замкнутой накоротко. Мы должны предположить, что в этот момент транзистор Т2 заперт, так как напряжение на его базе отрицательное. В этих условиях протекающий по резистору R4 ток, разряжая конденсатор С2, стремится снизить отрицательный потенциал базы этого транзистора (и даже сделать его положительным). В один прекрасный момент база Т2 становится положительной…

Н. — Тогда этот транзистор тоже начинает пропускать ток и также достигает состояния насыщения, и на этом все останавливается.

Л. — He торопись, Незнайкин. Если транзистор Т2 начнет проводить ток, то потенциал его коллектора, который был равен +E, резко упадет до нуля. Это резкое изменение через конденсатор С1 будет полностью передано на базу транзистора Т1. База резко станет отрицательной, и транзистор Т1 окажется запертым. Одновременно с этим повышение потенциала коллектора транзистора Т1 приводит к заряду конденсатора С2 и тем самым поможет транзистору Т2 достичь состояния насыщения.

Так как база транзистора Т1 имеет отрицательный потенциал, протекающий по резистору R3 ток разряжает конденсатор С1 и повышает потенциал базы Т1 до тех пор, пока он достигнет небольшого положительного значения. В этот момент транзистор Т1 начнет пропускать ток, что вызовет запирание транзистора Т2, и все начнется сначала. На рис. 79 я нарисовал тебе изменения напряжений на коллекторах и на базах обоих транзисторов.