¿Qué es un multiplicador de frecuencia?

Un multiplicador de frecuencia es un dispositivo que produce una salida con una frecuencia que es un múltiplo impar o par de su frecuencia de entrada. Por ejemplo, para una señal con una frecuencia de 100,000 ciclos por segundo (cps) o 100 kilohercios (kHz), un multiplicador de frecuencia puede producir una señal de 200 o 300 kHz. El multiplicador de frecuencia se usa comúnmente en los circuitos de comunicación para producir la frecuencia de señal deseada dada una frecuencia de referencia.

El mecanismo principal para un multiplicador de frecuencia se llama transferencia de señal no lineal. Cuando se ve una salida del generador de frecuencia en un analizador de espectro, hay una sola línea vertical con un extremo superior alineado con la amplitud de la señal. El nivel puede ser de 1 voltio (V). El eje horizontal indica la frecuencia de esta señal. Por ejemplo, la frecuencia de una señal de 500 millones de hercios (Hz) o 500 megahercios (MHz) se indicará en el eje horizontal del analizador de espectro.

Cuando la frecuencia de referencia se alimenta a un dispositivo no lineal como un amplificador de clase C o un detector de diodos, el resultado es un espectro de frecuencia con armónicos, o múltiplos, de la frecuencia original. Usando un filtro de paso de banda con la capacidad de pasar solo las salidas deseadas, el resultado es el armónico deseado. En el ejemplo anterior de 500 MHz, se puede derivar un segundo armónico a 1,000 MHz.

El enfoque del multiplicador de frecuencia se usa en casos especiales donde solo se requiere una frecuencia de salida, debido a las diversas combinaciones de filtros de paso de banda necesarios para producir señales sinusoidales limpias. Por ejemplo, una señal de 10 mil millones de ciclos por segundo o 10 gigahercios (GHz) puede no ser posible generar directamente. Es posible utilizar un oscilador de 5 GHz o un generador de frecuencia, seguido de un multiplicador y un filtro de paso de banda sintonizado a 10 GHz.

También conocido como mezclador, el multiplicador de señal se utiliza en sistemas de modulación de frecuencia (FM) para producir una portadora de FM que se desplaza en frecuencia a la frecuencia de transmisión deseada. El mezclador, a diferencia del multiplicador de frecuencia, requiere dos entradas. Aunque designado como un multiplicador analógico, la salida del mezclador en realidad genera suma y diferencias de las señales de entrada.

El varactor de barrera de heteroestructura (HBV) es una disposición especial de diodos consecutivos que tiene una capacitancia que varía con el voltaje a través del diodo. Un varactor de un solo diodo usa un solo diodo con una capacitancia que cambia con el nivel de polarización inversa en el diodo. La capacitancia alcanza su punto máximo cuando el voltaje es cero, mientras que la capacitancia cae en la oscilación positiva o negativa del voltaje a través del VHB. Esta característica hace que el VHB sea útil para la multiplicación de frecuencia.