倍频器变容

负偏置的变容二极管D接于输入和输出回路之间。由L1C1构成的高Q滤波器只容频率为f1的输入信号在左边回路产生电流i。由于变容二极管的非线性特性,二极管的端电压含有基频f1和2f1，…,nf1等谐波频率。在输出端由于高Q带通滤波器的作用，因而只有频率为nf1的成分能够通过右边回路,并向负载输出有用的谐波功率。变容二极管倍频器有时又称参量倍频器，它的倍频效率与倍频次数n成反比，为使输出足够大，一般以n<10为准。

这种倍频器的电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的n次谐波上。由于晶体管仅在输入电压正半周的部分时间内导通，其集电极电流为一含有输入信号基频和各次谐波的脉动电流。利用调谐于f0=nf1的回路的选频作用，倍频器即可输出所需频率。为使输出信号幅度足够大，这种倍频器的倍频次数较低，一般n=3~5。n增大输出幅度将显著减小。这种倍频器的优点具有一定功率增益。

利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率 f1的倍乘值f0=nf1上 。

倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。但是，这类倍频器线路比较复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。

微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m级N倍频器级联，总倍频次数为Nm。不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大，故倍频上限仍受到限制。

具有陡变电容特性的阶跃恢复二极管在激励电压作用下工作于导通和阶跃两种状态，并在阶跃瞬间形成一持续时间很短、幅度很大的尖峰脉冲。这个脉冲能谱呈梳状均匀分布，在几十次乃至上百次谐波频率上仍有一定的能量输出。阶跃恢复二极管倍频器适于构成倍频次数很高，但幅度不需要很大的高次倍频器和梳状谱发生器。

采用不同的非线性器件，可以构成不同类型的倍频器。

由非线性电抗器件构成的倍频器。应用最广的一种非线性电抗器件是变容二极管，利用它的非线性电容特性而产生的参量换能作用可以实现倍频功能。理论上，电容器是理想无耗元件，对输入信号进行非线性变换时不会消耗能量，因此，参量倍频器可以将输入信号能量全部转换为输出谐波能量，即它的转换效率等于1。实际上，变容二极管和滤波器总是有耗的，也不可能滤除非线性电容产生的全部无用分量。它的实际转换效率小于1，且随着倍频次数的增加而趋于减小，可见，这类参量倍频器也不可能实现高次倍频。但与三极管倍频器比较，它的转换效率已有很大改善。

在短波和超短波段，采用由晶体三极管构成的三极管倍频器。由于晶体三极管在输入信号作用下产生的集电极电流脉冲，其各次谐波电流的幅度总是随着谐波次数增加而迅速减小。因此，倍频次数越高，倍频效率就越低;为了滤除幅度大的低次谐波分量，对滤波器带外衰减的要求也越高。三极管倍频器只能实现低倍频次数(五次以下)的倍频器，较多的为二或三倍频器。为了实现高倍频，可以将几级倍频器串接，组成倍频链接。

在锁相环路中插入分频器，改变分频次数就可实现任何倍数的倍频。倍频器广泛用于发射机、频率合成器和其它信息的传输和处理系统中。在发射机中利用倍频器可以将晶体振荡器产生的较低振荡频率倍增到所需的载波频率，或者将间接调频器产生的低载频和小频偏调频波倍增到高载波和大频偏的调频波。在频率合成器中，利用倍频器可以由一个稳定振荡频率产生出众多频率的稳定振荡信号。随着数字信号处理技术的发展，倍频功能可在数字信号处理器中用软件实现。

采用由阶跃恢复二极管构成的倍频器实现高次倍频。它也是参量倍频器的一种。阶跃恢复二极管与变容二极管不同，它具有十分陡峭的电容特性。即外加正向电压时呈现很大的电容;外加反向电压时呈现很小的电容。在输入信号作用下，正向导通时二极管储存着的大量电荷，在转入反向电压时将迅速泄放，形成很大的反向冲击电流，产生出十分丰富的谐波含量。这就是阶跃二极管倍频器宜于实现高次倍频的道理。它的倍频次数可高到40以上。