УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ.
Само понятие, как умножение не совсем соответствует нашему процессу умножения. Да, наверняка существует аппаратное обеспечение, выполняющее принцип математического умножения. Но у нас это несколько другое, — умножение без умножения. Как это понять? У Вас в кармане несколько купюр с достоинством скажем условно: 100, 200, 300. И Вы достаёте по очереди сначала 100, потом 200, 300. И говорите, что Вы умножили 100 на... Правильно, на 2, на 3. Правильно с точки зрения математики. Но Вы же ничего не умножали? Вы только достали, что Вам нужно?! Вот такой процесс и у нас. Осталось только положить всё это в «карман». Как это работает?
Вернёмся в каменный век, в век ламповых усилителей. Существует для каждой лампы-усилителя семейство анодно-сеточных характеристик. Нам же хватит только одной из всего семейства. Это зависимость тока анода от напряжения на управляющей сетке. Да той самой, что и управляет этим самым током. Это типа водопроводного крана. Лёгким движением... Короче управляете большим потоком воды. Характеристика такого управления и есть анодно-сеточная. Так-как лампа по своей природе элемент нелинейный, то и характеристика имеет вид загогулины. Скажем график пути подъёма на крутую и высокую гору. Сначала путь по ровной дороге (обычно это слева-направо) к подножию, а затем непродолжительный, плавный подъём до определённой высоты. А потом круто вверх и наконец также плавно окончание подъёма и всё, — Вы на высоте. Но нам такой график не нужен и мы его аппроксимируем отрезками прямых! Вместо плавного подъёма, резкий переход для крутого подъёма. То есть выглядит как на рис1, красные отрезки.
Ниже располагается синусоида и как бы наш сигнал для усиления. Если бы наша красная, наклонная сдвинулась влево и приняла положение [А], то в этом случае наш усилитель работал бы в режиме А! То есть без искажений усилил нашу синусоиду. Но на рисунке это не режим А, а режим В.Горизонтальная линия это напряжение на сетке лампы Ug. А Еg, напряжение смещения на этой же сетке. Благодаря которому нулевая линия синусоиды находится в таком вот положении. И как видите ток анода имеет вид откусанных половинок усиленной синусоиды. А они и есть суммарный результат гармоник: 1-1-первая гармоника; 1-2-вторая и 1-3-третья... И далее до бесконечности... Для обычного усилителя это хуже не бывает (за исключением двухтактных?! Для них это их рабочий режим.) Но совсем другое дело когда в нагрузке стоит не резистор (сопротивление), а избирательная цепь (контур LC рис2) и мы можем выделить любую гармонику! Тот самый «карман» из которого и достаём умноженную частоту в 2, 3, 4... раза! Хотя никакого умножения и не происходило?! Так вот, получается, что наш усилитель работает умножителем. То, что нам и нужно! Хотя любой усилитель не является идеально-линейным и тоже даёт гармоники. Но в том случае это нам не нужно и даже может вредно?! А вот в умножителе мы наоборот добиваемся получения гармоник наибольшей величины.
Посмотрите на рис1. В левом, верхнем углу огрызок синусоиды типа как на рис1и. Внизу показан угол 2[тэта]. Тэта — угол так называемой отсечки. Ведь огрызок это положительная половина периода синусоиды. В тригонометрическом исполнении график синусоиды будет функцией от угла поворота вектора, рисующего ту самую синусоиду. Весь период составляет 360°, а тот огрызок стало быть — 180°. В таком случае угол отсечки [тэта] равен 90° (режим В). Режим при угле [тэта] меньше 90° называют режимом С. В таком режиме усилитель работает как умножитель. Причём этот угол для разных гармоник разный и рассчитывается по формуле 120°/n, где n — номер гармоники.
По такому же принципу работает и умножитель на варикапе рис3. Там немного муторное объяснение, но всё идёт к сильному искажению синусоиды и больших амплитуд гармоник. Естественно гармоники выделяются аналогично контуром LC (правый). А собственно на кой нам это умножение? Причин несколько... И одна (особенно для радиолюбителей?!) это расширение диапазона частот малой «кровью»! На рис1 в зелёном прямоугольнике магические числа! Что это такое? Это начальные частоты (в мГц) радиолюбительских диапазонов. Вы ничего не заметили? Правильно, каждый последующий диапазон (если исходный 3,5 мГц) является как бы второй, четвёртой или восьмой гармоникой. Вот только из ряда выпадает 21 мГц. Но он является третьей гармоникой от 7мГц! Вся эта хитрая зависимость позволяет нам, имея один генератор работать на всех диапазонах и плюс, использовать универсальную многодиапазонную антенну! Здесь как бы в стронке находится самый начальный диапазон 1,8 мГц?! Но это не совсем так. Да, его вторая гармоника не совпадает с 3,5 мГц, но всё же попадает в диапазон 3,5 мГц! Так-как он простирается до 3,7 мГц, а вторая гармоника от 1,8мГц равна 3,6 мГц. Так, что для тех у кого голова на месте и руки оттуда, откуда надо, проблем не будет?! В служебных станциях свои заморочки и тоже, как оказалось решаемые умножением...
ДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ.
Если умножение ещё как-то применялось где-то, то деление в классическом виде, нигде. Но с появлением всяких счётчиков, цифровой технологии применение стало повсеместно! Но здесь надо отличать цифру и аналог на котором держалась связь... Классический способ деления я Вам не буду описывать, слишком уж там всё закручено... И, чтобы всё понять, честно, мне столько не выпить (непьющий я-я-я-я!)! И так бы я не коснулся темы, если бы не приспичило?! Понадобился генератор на 500 кГц, а кварцев на такую частоту не было? А, как оказалось (в кустах) был на 1мГц. И вдобавок эти 500 кГц ещё и нужно было манипулировать раз и чтобы в паузе он не гудел (не мешал!), два. Так бы вопрос и повис бы в воздухе, если бы я случайно не наткнулся на маленькую статью из журнала «РАДИО» №11 за 1968 год, стр64. Автор М. Ливанский (UA1BG) г. Ленинград. Либо он не знал принцип работы такого делителя, либо не захотел объяснять?! Ведь это тот же (почти) умножитель?! И если с умножителям всё понятно, то здесь???
Здесь схема (исключая генератор и усилитель) двухконтурного, параметрического делителя, в нашем случае на 2. Как бы-то не было но он работает у меня с 1976-78-х годов. Используется в телеграфном режиме. Для интересующихся, на анод диода подаются (в СW) импульсы управления (0; -70В).
Совсем другая история с делением частот импульсов и с той самой цифровой технологией. Там используются так называемые триггеры и не только. На рис4 Вы видите внутреннее устройство триггерной ячейки, а классическое обозначение на рис5. Вся система строится из небольших кирпичиков логических элементов [И] [ИЛИ] [НЕ]... Глубоко не вдаваясь в процесс рассмотрим всё это рис4,5. В смысле как работает делитель, или Вы забыли о чём мы тут судачим?! Всё отражено на рис5a,b,c. Но до этого немного нужно разъяснить с обозначением...
R — вход reset-сброс.
S — set-установка.
С — тактовый вход clock, а С с полочкой (знак инверсии) тот же тактовый но с реакцией наоборот! Надо же, какой противный?! Всё-то у него наоборот?!.
Q и Q с полочкой — выходы прямой и с инверсией. Если скажем на выходе Q высокое напряжение [1], то Q с знаком инверсии, низкое [0].
Итак, начали. В отрезок времени от 0 до t1 (время прихода первого тактового импульса) на выходе Q ноль, а на Q инверсионном — 1. И процесс начнёт двигаться только после окончанию тактового импульса, отрицательного сброса ( правый край импульса, помеченного знаком минус). Как только тактовый заканчивается так всё приходит в движение... На Q появится 1, а на Q инверсионном 0! Такое устойчивое состояние будет сохраняться вплоть до окончания второго тактового импульса. Общая картинка поменяется с точностью до наоборот! В итоге получается, чтобы родить один период на выходе Q нужно воздействие двух тактовых импульсов. А это и значит, что частота тактовых будет поделена ровно на 2! Делитель на 10 сложнее и состоит из четырёх таких кубиков-рубиков! Такой вот делитель нам пригодится в теме следующего раздела.
СИНТЕЗ. СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ
Что такое синтез? Умная книга говорит, что синтез от греческого synthesis — соединение, сочетание, составление. Для простых людей?.. Каждому — своё! Для химиков это пицца из химической гадости. Для домохозяек — одежда, синтетика прилипающая к носителям 90-60-90! Отлично показывающая все выпуклости и особенно сооблазнительные вогнутости чего-нибудь?! Для музыкантов же это синтезатор, куды ж без него?! Для нашего же случая синтез, это синтезатор. Это частота, созданная синтезатором из кучи других частот. И в конечном счёте получение сетки частот от и до, с определённым шагом! Дело это относительно сложное, долгое и не очень интересное?! Вот на рис7 Вы и видите структурную схему такого вот синтезатора. Но подобная схема только лишь один наиболее понятный нам вариант из других вариантов.
В общем виде вроде бы ничего сложного?! Да, если всё это из кубиков составлено, а коснись внутренности каждого?.. Итак, очень красный кубик. Это высокостабилизированный кварцевый генератор с высокоточной частотой 1мГц. Далее, эта частота поступает в два адреса: непосредственно на голубой кубик-генератор импульсов. Второй адрес делитель 1:10, на выходе которого мы и получаем частоту 100кГц. И далее опять делители до 10кГц и 1кГц. Каждая из этих частот поступает на свой генератор тех самых импульсов. Генераторы устроены так, что на выходе получается целый спектр частот с шагом равным основной для данного генератора частотой. Излишки всяких нехороших комбинаций отрезаются фильтрами Ф1-Ф4. Каждый фильтр выделяет из всего спектра лишь одну частоту. Затем для получения нужной нам, суммарной все выбранные фильтрами частоты поочерёдно проходят через смесители С1-С3.
Начнём собирать пиццу из полученных частот. Все составляющие частоты мы выбираем вручную, переключая фильтры Ф1-Ф4. Ведь каждый фильтр можно переключить на выделение любой из спектра рис7a. Две частоты f3 и f4, выбранные фильтрами Ф3 и Ф4 посылаем в смеситель С3. В смесителе образуются частоты как f3+f4, так и f3-f4, а также всякие разные комбинации. Все архитектурные излишества удаляются полосовым фильтром ПФ3. f3+f4 поступает на смеситель С2. Туда же и частота f2 с фильтра Ф2. В итоге после смесителя получаем f3+f4+f2 после фильтрации ПФ2 эта сумма поступает на смеситель С1 и туда же f1 с фильтра Ф1. И наконец-то получим на выходе конечный результат f1+f2+f3+f4. Варьируя настройкой этих четырёх фильтров Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 мы можем получить сетку частот в диапазоне 10-20мГц с шагом в 1кГц. Для наглядности я показал всё это на рис7b. А, что потом с ней делать? А, что хотите?! Синтезатор сделал своё дело!!!
Для служебного пользование это вроде бы очень даже хорошо, но? Но для любительского и бытового это далеко не так?!!