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Introducción a la frecuencia activa duplicando con los amplificadores de opciones
El duplicado de frecuencias es una técnica fundamental en la ingeniería de frecuencias radiofónicas, permitiendo a la generación de señales exactamente dos veces la frecuencia de una fuente de entrada. Este proceso es crítico en aplicaciones como la síntesis de frecuencias, modulación y la conversión de señales, donde se requiere una generación armónica precisa.
Comprensión de la frecuencia duplicación en sistemas RF
El doble de la velocidad de la transmisión de la señalización es un nuevo generador de frecuencias, que permite una producción rica en contenido en 2f. La salida ideal sería una onda de sinetación pura a la frecuencia doble, pero los circuitos prácticos simplifican inevitablemente otros elementos de núcleo y la intermodulación.
Multiplicadores de frecuencias pasivos de Versus activos
Los duplicadores de frecuencias pasivas dependen de la característica de corriente no lineal de diodos (por ejemplo, diodos Schotky) o transistores sesgados en conducción. Son simples y pueden operar a frecuencias muy altas (en el rango de gigahercios), pero generalmente sufren de pérdida de conversión (el potencia de salida de 2)
Técnicas de Op-Amp para duplicación de frecuencias
Varias topologías de circuito pueden realizar duplicación de frecuencias con los amplificadores de op. Los métodos más comunes se basan en el escaneo de la señal de entrada, utilizando un rectificador de onda completa seguido de un filtro, o empleando un multiplicador analógico IC. Cada enfoque tiene compensaciones en términos de complejidad, ancho de banda y pureza armónica.
Amplificador de la clasificación
[LT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT] [FLT]] [FLT2]]
Rectificador de agua completa con filtro
Un rectificador de onda completa construido con amplificadores de op (por ejemplo, usando dos diodos y una configuración de resumición) produce una salida cuyo valor promedio es proporcional al valor absoluto de la entrada.Para una entrada sinusoidal, la serie Fourier de la forma de onda rectificada de onda completa contiene un componente fuerte en 2f
ICs multiplicadores analógicos
[LT] [LT] [FLT] [4]] [4]]
Principios de diseño para doble frecuencias basados en el Amp
Independientemente de la técnica de escuadra elegida, deben seguirse varios principios de diseño para garantizar un rendimiento robusto y repetible.
Op Amp Selection
Para la frecuencia de producción de hasta unos pocos megahercios, el producto de ganancia de op amp (GBW) debe ser al menos 10 veces la frecuencia de salida de destino para proporcionar suficiente ganancia de bucle para la linealidad. El bajo ruido (por ejemplo, 1 nV/√Hz o menos) es importante para evitar degradar el ruido de fase de la señal de doble onda.
Gestión de los activos y desactivados en DC
Los circuitos de montaje de forma inherente producen un offset DC que varía con la amplitud de entrada. Este offset debe ser eliminado antes de que se utilice la salida, normalmente a través de un condensador de serie o un filtro de alta velocidad. Además, el voltaje de compensación de entrada de op puede causar distorsión de orden uniforme en el bloque de fijación.
Diseño de filtro
El filtro de la fase de separación no sólo es el elemento 2f, sino también un término DC, la frecuencia fundamental (f) y los armónicos de mayor orden (3)]f
Consideraciones sobre el elemento no lineal
Si se utiliza un circuito de escaneo basado en diodos o transistores, los elementos no lineales deben ser compatibles con la estabilidad de temperatura y la baja compensación. Los rangos de transistor emparejados (como los transistores duales LM3046 o discretos) proporcionan características consistentes. Para los multiplicadores de diodo de Schotky, la caída de tensión delantera y la condensación de unión debe ser considerada para la operación de alta frecuencia de retroalimentación de alta frecuencia.
Ejemplo de diseño práctico: Doble de cuadrícula de banda ancha
[LT] El componente de la salida de la serie 2 [LT] es un filtro de la serie 2 [FLT].
Desafíos y estrategias de mitigación
La linealidad y la distorsión
Todos los circuitos de escuadra son inherentemente no lineales, que pueden generar productos de intermodulación cuando la entrada contiene múltiples frecuencias. Para duplicar una sola tonelada, la preocupación principal es la relación del componente 2f al elemento de alteración indeseable fundamental y tercer armónico. Usando un multiplicador analógico con buena linealidad sobre el rango de dioptaciones de tensión de entrada minimiza esto.
Noise y Fase Noise
El proceso de escaneo multiplica la amplitud de entrada, que también puede multiplicar el ruido. El ruido de la fase de salida de un duplicador de frecuencia es teóricamente 6 dB peor que el ruido de la fase de entrada (ya que las desviaciones de fase se duplican). Sin embargo, el suelo de ruido del amplificador y cualquier filtro añadido pueden introducir degradación adicional.
Limitaciones de ancho de banda
Op amp GBW y la tarifa de la manga limitan la frecuencia máxima de entrada. Para frecuencias superiores a 10 MHz, circuitos transistores discretos o multiplicadores RFIC (por ejemplo, HMC188) son más adecuados. Sin embargo, para muchas aplicaciones de la banda base y IF (por ejemplo, 1–50 MHz), los modernos op op amps de alta velocidad pueden realizar bien.
Estabilidad de la temperatura
Componentes activos (op amp offset, voltajes de avance de diodo, escalado multiplicador) deriva con temperatura. Para duplicadores de precisión, utilice un amplificador de op con un coeficiente de baja temperatura (por ejemplo, ⁇ 1 μV/°C) y, si es posible, un multiplicador compensado por temperatura. Un sencillo recorrido es operar el circuito en un ambiente controlado o proporcionar un ajuste de calibración periódicamente.
Aplicaciones de doble frecuencia de Op Amp
La combinación de ganancia activa, filtración integral y facilidad de interfacing hace que los duplicadores de op-amp sean atractivos en varios contextos de RF e instrumentación:
- Multiplicación de Oscilador Local: Los osciladores de cristal de baja fase en frecuencias como 5 MHz pueden duplicarse a 10 MHz para su uso en transceptores RF o generación de reloj. Usando un duplicador de op-amp preserva el ruido de baja fase si se diseñó cuidadosamente.
- Modulación y conversión: En moduladores de banda única, la duplicación de un submarino se puede combinar con un multiplicador analógico para producir un portador RF limpio. La impedancia de entrada de alta potencia permite la conexión directa a los mezcladores sin carga.
- Equipos de búsqueda: Los generadores de señales y contadores de frecuencia suelen incluir un doble para ampliar su rango de salida. Una solución de op-amp permite una ganancia ajustable y un filtrado incorporado para producir una señal de prueba limpia.
- Phase-Locked Loop (PLL) Frequency Synthesis:] PLL Las rutas de retroalimentación a veces requieren un doble de frecuencia para generar una referencia más alta para la comparación de fase. Los duplicadores activos ofrecen menor rendimiento espurioso que los multiplicadores de diodo pasivo.
- Doppler Radar and Spread Spectrum: En algunos sistemas de radar, se duplica una frecuencia fija para crear un formato de onda compuesto para la detección de objetivos. Los duplicadores de óptica pueden integrarse con otros bloques de procesamiento de señales analógicos en la misma tabla.
Al aprovechar la precisión y la programabilidad de los modernos amplificadores de operaciones, los ingenieros pueden diseñar duplicadores de frecuencias que sean compactos y de alto rendimiento, especialmente en la región de bajo nivel de Gigahertz, donde los componentes activos discretos todavía ofrecen ventaja.
Conclusión
Diseño de circuitos activos para duplicar frecuencias con los amplificadores de ondas, ofrece un camino flexible y eficaz para generar señales armónicas en sistemas RF. Si se utiliza un amplificador de escalada, un rectificador de onda completa con filtrado, o un multiplicador analógico, la clave para el éxito radica en una selección cuidadosa de los elementos op y no lineales, sesgo adecuado para gestionar los megaproyectos de detección.
Referencias externas: