Tilbake til tidslinjen
skole okt 2024

Doble en frekvens, analogt

Første forsøk på en analog frekvensdobler. Inn med x₁(t) = cos(2πft), og ut med en ren x₂(t) = k·cos(2π·2f·t + φ), bygget kun av den typen passive komponenter en student har liggende. Topologien er en diode for ulineariteten, pluss to kaskadekoblede båndpassfiltre med en op-amp-buffer mellom.

Ideen

  • Ulinearitet. Send signalet gjennom en diode. Diodens ulineære V-I-kurve produserer harmoniske, blant annet den vi vil ha på 2f.
  • Båndpass 1. Plukk ut 2f-komponenten fra den harmoniske suppa.
  • Buffer. En op-amp-følger så de to filtrene ikke laster hverandre.
  • Båndpass 2. En ny runde strammer spekteret enda mer.
Blokkskjema: diode, båndpassfilter, op-amp-buffer, båndpassfilter.
Topologi. Diode for ulineariteten, to kaskadekoblede LC-båndpasstrinn, op-amp-følger mellom dem.

Tallene

  • Inngang: 2525 Hz, ønsket utgang: 5050 Hz.
  • Tilgjengelige spoler ble innmålt til omtrent 70 mH, som låste kondensatormålet. For 2π·5050·√(LC) = 1 med L = 70 mH: C ≈ 14 nF. Jeg brukte par av 10 nF.
  • Motstandene ble innstilt med potmeter, og deretter låst.
  • Målt SDR etter innstilling: omtrent 21,4 dB. Annenhver halvperiode kom ut 12–13 % kortere enn de andre, synlig på oscilloskopet og hørbart i spekteret.
Fullt kretsskjema med komponentverdier: 70 mH spoler, 10 nF kondensatorer, 1 kΩ / 0,7 kΩ / 1,5 kΩ motstander.
Endelige verdier. 70 mH spoler parret med 10 nF, motstander stilt inn og deretter låst.
Bredderbrett med den analoge frekvensdobleren koblet opp. To håndviklede spoler på et 3D-printet feste, potmeter for å justere motstandene.
Byggebilde. Håndviklede 70 mH-spoler montert på 3D-printet jigg, potmeter til finjustering.

Resultat

En tydelig, gjenkjennelig 2f-sinusoide. Synlig ujevn på halvperiode-nivå, men umiskjennelig doblet. Å snevre inn gapet opp til 25 dB SDR ville kreve å få halvperiode-amplitudefeilen ned under omtrent 7 %, som sannsynligvis trenger bedre matchede komponenter og en mer symmetrisk ulinearitet enn én enkelt diode. Det er det Frekvensdobler v2 tok tak i.

Oscilloskop-spor: oransje inngang-sinusoide ved 2,5 kHz, blå utgang-sinusoide ved dobbel frekvens.
Oscilloskop-spor. Oransje: 2,5 kHz inngang. Blå: doblet utgang på 5 kHz, mindre i amplitude som forventet.
Innzoomet oscilloskop-bilde: annenhver halvperiode er synlig kortere, asymmetrien som begrenser SDR.
Feilen. Annenhver halvperiode kommer ut 12–13 % for kort. Enkeltdiode-likeretting er årsaken.
Spektrumanalysator: dominant topp ved 5 kHz, rest-topp på grunntonen, mindre harmoniske.
Utgangsspekter. Ren 2f-topp med en rest av grunntonen og oddetallsharmoniske. SDR ≈ 21,4 dB.

Rapport

Last ned: Fordobling av frekvens.pdf
Tilbake til tidslinjen