Беседа восьмая. Умножение и деление частоты

Заразившись ненасытным желанием деформировать сигналы, Незнайкин узнает способы умножения, а затем деления частоты, что побуждает Любознайкина рассказать ему о мультивибраторе. Рассуждения о делении на четные числа подготавливают Незнайкина к мысли о существовании схемы Экклеса-Джордана с двумя устойчивыми состояниями, которая путем «гибридизации» с мультивибратором дает схему с одним устойчивым состоянием. Незнайкин поддается соблазну заменить эту схему (при использовании ее в качестве «задержки импульсов») схемой «опережения импульсов» (разумеется, системы Незнайкина).

Умножение и деление частоты

Незнайкин — Дорогой Любознайкин, мне кажется, что, стараясь с присущей тебе изощренностью максимально деформировать сигнал, ты тем не менее проявил непонятную скромность.

Любознайкин — Я уже говорил тебе, что дело не в изощренности, а в электронике. Внеся справедливости ради эту поправку, я все же хочу знать, в чем я согрешил.

Н. — Своими преобразованиями ты настолько исказил форму сигналов, что теперь породивший их генератор не сможет узнать своих детей, но тем не менее, а может быть и вопреки своему желанию, ты сохранил частоту сигналов. Л. — О, если речь идет только об этом, то, чтс бы доставить тебе удовольствие, мы сейчас поговорим об умножении и делении частоты… Н. — Вряд ли стоит заниматься этим вопросом только ради моего удовольствия, так как предчувствую, что это должно быть дьявольски сложно.

Л. — «Сложно» не то слово, можно сказать трудно доступно для понимания и даже большее… Ты когда-нибудь слышал о системах, умножающих частоту? И. — Никогда, и я даже не вижу, где такие системы могли бы понадобиться.

Умножение частоты

Л. — Ну, хорошо, сейчас ты это увидишь. Тебе, конечно, приходилось пользоваться кварцевым генератором?

Н. — Да, и я даже сделал один такой генератор, и он до сих пор работает достаточно хорошо. Кварцевый генератор дает исключительно стабильную частоту, что в нашем мире с его непрерывными изменениями вселяет некоторую уверенность.

Л. — А какую, по-твоему, наиболее высокую частоту можно получить при кварцевой стабилизации?

Н. — О, у меня никогда не возникало потребности в частотах выше 3 или 4 Мгц.

Л. — Ты может быть при необходимости и нашел бы кварц, работающий на частоте в два десятка мегагерц, но на более высокие частоты, во всяком случае, например, для частоты 185, 25 Мгц, сделать кварц очень трудно.

Н. — Но я совершенно не вижу, какой интерес может представлять такая частота!

Л. — Из этого я могу заключить, что ты никогда не смотрел телевизионные передачи. А ведь частоту передатчика телевизионных сигналов тоже полезно стабилизировать кварцем.

Н. — Транзистор меня побери! Об этом-то я и не подумал. И ты думаешь, что заказанный специально для частоты 185, 25 Мгц кварц можно непосредственно использовать в передатчике?

Л. — Конечно, нет. Чем выше частота, на которой должен работать кварц, тем тоньше он должен быть; а на нашей частоте 185, 25 Мгц он был бы очень топкий…

Н. — Вероятно, как иллюзии…

Л. — Незнайкин, вместо измышлений, достойных астролога — предсказателя судьбы, ты бы лучше подумал, что сделать кварц толщиной в несколько микрон невозможно. Поэтому нам придется ограничиться кварцем, дающим частоту значительно ниже требующихся 185, 25 Мгц.

Импульсы
Рис. 75. Импульсы с частотой 1 Мгц через каждые десять периодов возбуждают колебания в колебательном контуре, настроенном на частоту 10 Мгц. Частота выходного напряжения колебательного коитура в 10 раз выше частоты возбуждающих импульсов.

Н. — В этом случае, мой дорогой друг, я с сожалением вынужден сказать, что раз кварц не дает нужную для передатчика частоту, я ровным счетом ничем помочь не могу.

Л. — Позволь мне возразить тебе, дорогой Незнайкин, я могу удовлетвориться кварцем со значительно меньшей частотой, если я способен умножить эту частоту в целое число раз.

Н. — Издалека же ты привел меня к этому. Предполагаю, что теперь ты объяснишь мне, как умножают частоту. Признаюсь, что эта проблема меня уже изрядно заинтриговала.

Л. —Дело значительно проще, чем ты думаешь. Ты, разумеется, слышал о колебательных контурах. Как тебе известно, в устройстве, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности, при возбуждении электрическим импульсом возникают собственные колебания, частота которых определяется по формуле Томсона

формула Томсона
Предположим, что мы сделали колебательный контур с частотой собственных колебаний 10 Мгц. Начнем возбуждать этот контур короткими электрическими импульсами с частотой повторения 1 Мгц. При каждом импульсе в нашем контуре возникают колебания с частотой 10 Мгц, которые имеют тенденцию затухать, т е. их амплитуда уменьшается. В момент конца десятого колебания приходит новый импульс, придающий колебаниям «новые силы» (рис. 75), и цикл вновь повторяется.

Н. — Но здесь нет настоящего умножения частоты.

Л. — Так что же тебе надо? Я ввожу в схему импульсы с частотой 1 Мгц и получаю колебания с частотой 10 Мгц.

Н. — Да, до сих пор я внимательно следил за твоими объяснениями, но частоту 10 Мгц дает колебательный контур, и согласись, она не связана никаким соотношением с частотой воздействующих на контур импульсов.