图3-2
图3-1
3.2 倍频电路
3.2.1 倍频电路的作用
倍频电路实质上就是一种输出信号等于输入信号频率整数倍的电路，常用的是二倍频和三倍频器。在手持移动电话中倍频器的主要作用是为了提升载波信号的频率，使之工作于对应的信道；同时经倍频处理后，调频信号的频偏也可成倍提高，即提高了调频调制的灵敏度，这样可降低对调制信号的放大要求。采作倍频器的另一个好处是：可以使载波主振荡器与高频放大器隔离，减小高频寄生耦合，有得于减少高频自激现象的产生，提高整机工作稳定性。
微波倍频器是一种基本的微波电路。所谓倍频器，是指能完成输入信号频率倍增功能的电子设备。原则上，非线性器件都能实现倍频，而利用半导体器件的 非线性实现的倍频，即称为固态倍频器。当用一个正弦信号激励非线性器件时，便会在基频的谐波频率上产生功率。倍频电路的作用就是有效提取其中所需要 的谐波信号，而将其基频和不需的谐波加以抑制。
倍频器按其工作原理又可分为两大类：一种是非线性电阻倍频。这类倍频器是利用双结型晶体管、场效应晶体管或二极管的非线性电阻效应把大幅度正弦 倍频器的原理波变成电流脉冲，再用选频回路将所需要的谐波选出，以完成倍频作用。
另一种非线性电抗倍频，亦称为―参量倍频‖。其一是利用PN结或金属一半导体结电容的非线性变化得到输入信号的谐波，经滤波器选出需要的频率.变容二极管倍频器、阶跃二极管倍频器以及利用集电极非线性效应做成的三极管倍频器都是非线性电容构成的倍频器；其二是利用非线性电感构成的倍频器。例如利用雪崩二极管雪崩渡越效应引起的非线性电感实现的倍频。
目前，在频率较低、倍频次数不是很高的场合，人们常采用晶体管有源倍频来实现 而在频率较高时往往采用变容二极管或是阶跃恢复二极管等无源电路。随着截止 频率很高的各种场效应管的出现，人们对利用场效应管的非线性来实现次数较低的倍频电路表现出极大的兴趣。
3.2.2 基于D触发器设计的倍频电路原理图
基于D触发器的倍频电路如下图3-3所示。数据由A点输入，经过时钟CLK上升沿，触发器1输出数据B，B信号在下一个时钟的上升沿后，从触发器2输出，信号为C，再将信号B、C异或，就可以得到脉冲宽度为一个时钟周期的倍频信号D。各点输出波形如图3-4所示。
图3-3
图3-4
可见，采用此方法实现的电路输出信号的脉冲宽度可由输入时钟周期的大小随意调节，但要保证时钟的频率要大于两倍的输入信号的频率。
3.2.3 倍频电路的性能分析
在用倍频链实现高频、高稳微波振荡源的过程中，倍频电路倍频效率的高低不仅对简化电路和保持电路稳定性影响较大，而且对整个电路杂散、谐波的抑制都起着重要作用。传统的设计过程需要复杂的理论推导、大量的试验验证，或者依赖于经验进行设计，而在现实工程应用中，如频率不是很常用，倍频次数又较高，采用外协加工，成本和时间都不划算等。对于这些情况，探索一个能快速有效设计出倍频性能电路的方法就显得十分有必要了。
传统电路倍频的方法实现比较繁琐，并且工作稳定性差，本倍频电路属于全数字型实用倍频电路，采用基于CMOS设计的D触发器构成，对输入的数据没有要求，并且电路原理非常简单，便于电路调试，相比于其余复杂的设计显得十分快速简便，是一个工作可靠、可调性强、抗干扰好、成本和花费时间都很少的理想电路。除此之外，本设计还拥有CMOS电路的优点，如静态功耗小；工作电压范围大；逻辑摆幅大，充分利用了电源电压；抗干扰能力强；扇出系数大；集成度高；温度稳定性能好；速度快等。
3.3 单稳态电路
3.3.1 基于D触发器设计的单稳态电路
单稳态电路是指只有一个稳定状态，触发翻转后经过一段时间会回到原来的稳定状态的电路，一般用来产生一定时间宽度的（正或负）脉冲信号，作固定脉冲宽度整形。图3-5为用D触发器构成的单稳态电路。数据端D接高电平，因此在时间脉冲上升沿的作用下，Q端输出为1，并通过R给C充电，当C上电压超过R端转换电压时，触发器翻转，Q端变为低电平。各点波形如图3-6所示。Q端输出脉冲宽度T=0.7RC。
图3-5 图3-6
3.3.2 其他单稳态触发器
1. 用TTL门电路构成的单稳态触发器
如图3-7所示是微分型单稳态电路，它的暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。由于图示电路的RC电路接成微分电路形式，故该电路又称为微分型单稳态触发器。
图3-7
电路的工作原理如下：
① 当输入信号UI为0时，电路处于稳态。UI2=VDD，UO=UOL =0，UO1＝UOH =VDD。
② 当外加触发信号，电路翻转到暂稳态。UI产生正跳变时，UO1产生负跳变，经过电容C耦合，使UI2产生负跳变，G2输出UO产生正跳变；UO的正跳变反馈到G1输入端，从而导致如下正反馈过程：
，使电路迅速变为G1导通、G2截止的状态，此时，电
路处于UO1=UOL、UO=UO2=UOH的状态。然而这一状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。
③ 电容C充电，电路由暂稳态自动返回稳态。
在暂稳态期间，VDD经R对C充电，使UI2上升。当UI2上升达到G2的UTH时，电路会发生如下正反馈过程： ，使电路迅速由暂稳态返回稳态，UO1=UOH、UO=UO2=UOL。从暂稳态自动返回稳态之后，电容C将通过电阻R放电，使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。 单稳态触发器的工作波形如下图3-8所示。
图3-8
2.TTL集成单稳态触发器电路74121
用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小，而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单稳态触发器。74121是一种不可重复触发的单稳态触发器，它既可采用上升沿触发，又可采用下降沿触发，其内部还设有定时电阻Rint(约为2kΩ)。
74121的电路符号如图3-9所示，电路功能表如图3-1所示。
图3-9 表3-1
