рис.1,а
В отличие от обычных умножителей частоты умножители на фазовращателях могут обеспечить спектрально чистый, не требующий фильтрации выходной сигнал. Используя для расщепления фазы широкополосные фазово-разностные цепи, можно реализовать частотно-независимые умножители, работающие в диапазоне, который перекрывает множество октав.
Принцип работы умножителей такого типа показан на рис.1,а. Частота синусоидального сигнала умножается на N путем разделения входного напряжения на N различных фаз, равноудаленных друг от друга в диапазоне 360°. N сигналов с различными фазами управляют N транзисторами, работающими в режиме класса С, выходные сигналы которых объединяются для формирования импульса через каждые 360°/N градусов. Благодаря использованию N транзисторов мощность входного сигнала может быть в N раз выше мощности, необходимой для насыщения транзистора.
Описываемый умножитель звуковой частоты на 4 (рис.1,б) содержит частотно-зависимые 90°-ные фазовращатели R1C1 и R2C2. Транзисторы Q1 и Q4 формируют импульсы, сдвинутые на выходе по фазе на 0 и 90°. Фазовая инверсия импульсов осуществляется транзисторами Q5 и Q6, которые управляют транзисторами Q2 и Q3, в результате чего на выходе последних образуются импульсы с фазовым сдвигом 180 и 270°. Сдвинутые по фазе на 90° выходные импульсы объединяются для формирования учетверенной частоты. Умножитель звукового диапазона учетверяет частоты от 625 до 2500 Гц.
Амплитуда входного сигнала устанавливается до требуемого значения на базе транзистора Q4. Кроме того, резисторами R3, R4 и R5 можно регулировать амплитуду сигнала для транзисторов Q1, Q2 и Q3. Осциллограмма показывает высокое качество выходного сигнала при умножении на 4 входной частоты 2500 Гц.
По сравнению с обычными устройствами, умножители частоты на фазовращателях на высоких частотах обладают меньшим уровнем субгармоник. На рис.2,а показан высокочастотный вариант такого умножителя (также на 4), в котором для сдвига фазы на 90° используется простой фазовращатель в виде LCR-цепи (рис. 2,б). Интересным свойством такой цепи является то, что при равных значениях реактивных сопротивлений фазовый сдвиг между входом и выходом равен 90° независимо от сопротивления R. Это позволяет регулировать как амплитуду (изменением R), так и фазу (изменением L или С) сигнала.
Индуктивность L образована первичной обмоткой трансформатора T1; с вторичной обмотки на транзисторы Q1 и Q2 поступают сигналы, сдвинутые соответственно на 90 и 270°. Фазовые сдвиги 0 и 180° осуществляются трансформатором Т2, который подключен к транзисторам Q3 и Q4.
П-образная индуктивная цепь на выходе обеспечивает оптимальное согласование с 50-Ом нагрузкой и небольшое подавление субгармоник. В отличие от обычных устройств данный умножитель подавляет субгармоники и не требует фильтрации на выходе.
Как показывают измерения при помощи анализатора спектра, вторую и третью гармоники можно легко подавить более чем на 50 дБ относительно уровня полезной четвертой гармоники.