Diskussion:Frequenzverdopplung (Elektronik)

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ein Vielfaches ist nicht unbedingt das Doppelte

Tatsächlich gab es Frequenzvervielfacher. So wurden die Normalfrequenzen des ASMW vervielfacht, um genauer Messen zu können. Insbesondere der Faktor 10 war häufig. Die Filter waren in der Regel LC-Filter. -- wefo 12:05, 6. Mai 2009 (CEST)

Die Frequenzverdopplung ist ein Speziafall der Frequenzvervielfachung

Eigentlich geht es um Zeitpunkte. Bei der Frequenzvervielfachung allgemein werden die zwischen den Referenzpunkten des zu vervielfachenden Signals zusätzlich benötigten Zeitpunkte eigentlich „geschätzt“.

Bei der Frequenzverdopplung besteht die Besonderheit, dass die Oberschwingungen des Signals vor der Verdopplung unterdrückt werden können, und dass auch ein eventueller Gleichanteil unterdrückt werden kann. In diesem Fall können beide Nulldurchgänge des Signals als Referenzpunkte genutzt werden.

Ein anschauliches Beispiel für diese Verfahrensweise ist die Verwendung eines XOR-Gliedes, das aus jedem „Nulldurchgang“ einen (kurzen) Impuls ableitet. Wenn diesem Glied ein weiteres nachgeschaltet wird, dann entstehen Gruppen von Impulsen, die zwar die gewünschte Anzahl von Flanken pro Zeiteinheit haben, die aber über die Zeit nicht gleichmäßig verteilt sind. Wenn man die Frequenz des steuernden Signals kennt, dann kann man die im Zusammenhang mit dem XOR-Glied verwendete (feste) Verzögerungszeit so wählen, dass der zusätzliche Umschaltzeitpunkt (das Rückkippen) zeitlich etwa in die Mitte fällt. In diesem Fall liegt der Gleichanteil des Signals bei der Hälfte des Aussteuerungsbereichs.

Bei dem im Fall der Zweiweggleichrichtung von Sinussignalen entstehenden Signal liegen die neuen Referenzzeitpunkte je nach Abschneidepunkt etwa dort, wo dass steuernde Signal die Phasenlage von 45° durchläuft und dann jeweils 90° später (optimale Symmetrie).

Je nach Anwendung muss die entsprechende Verzögerungszeit beim Vergleich der Zeiten genutzt werden. Die Filterung z. B. mit LC-Schwingkreisen bedeutet nichts weiter, als eine Mittelung über einen größeren Zeitraum. Wenn die Resonanzfrequenz des Filters von dem gewünschten Vielfachen zu sehr abweicht, dann wird ein anderes Vielfaches abgegeben. Bei kleineren Abweichungen entsteht eine (unerwünschte) Phasenmodulation. Auch die zeitliche Lage der Rückflanke beim XOR-Glied kann als Phasenmodulation interpretiert werden.

Bei der Frequenzvervielfachung wird aus dem Signal oft ein kurzer Impuls abgeleitet, aus dessen Oberschwingungen dann die gewünschte Frequenz herausgefiltert wird. Dabei ist die Dauer des Impulses wesentlich, weil die gewünschte Oberschwingung bei ungeeigneter Dauer in dem Frequenzgemisch nicht oder fast nicht vorkommt. Die Rückflanke des Impulses hat dabei die gleiche Bedeutung wie die Vorderflanke, die vom Nulldurchgang abgeleitet ist, und die somit der eigentliche Referenzzeitpunkt der Normalfrequenz ist.

Literaturstellen sind mir so gut wie nicht bekannt, einiges stand in der Zeitschrift rfe, die auch regelmäßig den Zeitpunkt einer genau definierten Flanke im Fernsehsignal veröffentlichte. -- wefo 05:42, 8. Mai 2009 (CEST)

Also dass es bei der Ausnutzung von nichtlinearen Kennlinien eigentlich erstmal eine Frequenzvervielfachung mit allgemeinem Faktor n ist (beim Zweiweggleichrichter aber nicht), ist auch mir schon kritisch aufgestoßen. Nur in der Praxis ist es anschließend so, dass man in der überwiegenden Mehrzahl der Anwendungsfälle auf den Faktor 2 hinauswill. - Das mit dem XOR-Glied ist ja eigentlich ein übler Hack: So, wie die Schaltung dargestellt wird, wird eine undokumentierte Schmitt-Trigger-Funktionalität des Logikeingangs beschaltet mit analogem Eingangssignal (aus dem RC-Glied) ausgenutzt, und die Timing-Probleme hast Du schon angesprochen. Vor allem ändert sich ja die Phase und das erzeugte Frequenzspektrum (Fourier) total mit der Eingangsfrequenz. Letztere darf also nicht zu viel variieren. --PeterFrankfurt 01:22, 9. Mai 2009 (CEST)

„Das mit dem XOR-Glied ist ja eigentlich ein übler Hack.“ Nein, da muss ich Dir widersprechen. Das Modell setzt eine große Verstärkung im Bereich der größten Steilheit des Signals (Nulldurchgang) voraus und geht von einer Begrenzung auf den Aussteuerbereich aus. Somit wird das Signal so gut wie irgend möglich zu einem Rechtecksignal umgeformt. Die Verzögerung des Signals kann durch eine Laufzeit(-leitung) erreicht sein. Und wenn wir nicht mehr an eine halbwegs konstante Laufzeit glauben würden, dann müssten wir einige Messungen glatt aufgeben.

Das Problem liegt mehr darin, den Nulldurchgang zu treffen, also den Gleichanteil zu kompensieren. Dieser Gleichanteil ist eine theoretische Fiktion, wir schätzen ihn nur, indem wir annehmen, dass er dem über ein RC-Glied gewichteten Integral über den zurückliegenden Signalverlauf entspricht. Und er wird durch Asymmetrien (Bias-Ströme oder -Spannungen) verfälscht. Die Verfälschung kann bei wirklich üblen Hacks (Billigvarianten) so groß sein, dass das gewünschte Vielfache der Grundfrequenz im Spektrum nach dem guten alten Fourier wegen Auslöschung nicht vorkommt. Und das allein wegen des Gleichanteils und nicht unbedingt wegen der Impulsdauer.

Natürlich bleibt die Impulsdauer wesentlich. So enthält das ideale Rechtecksignal mit dem Tastverhältnis 1:1 die geraden Vielfachen der Grundfrequenz nicht, also insbesondere auch nicht die zehnfache, die oft gewünscht wird.

Bei der XOR-Variante könnte die Impulsdauer gerade so gewählt sein, dass die fünffache Grundfrequenz des durch das XOR in der Frequenz verdoppelten Signals nicht vorkommt. Aber die Laufzeit liegt in der Hand des Entwicklers, und wenn er sich so dämlich anstellt, dann ist er selber schuld.

In der Zeit, an die ich denke, wurde nur der steigende oder nur der fallende Nulldurchgang als Impulsauslöser benutzt. Und natürlich hat dabei der Zeitpunkt der Rückflanke eine gleichgewichtige Bedeutung wie der der Vorderflanke. Die Rückflanken können die zehnfache Grundfrequenz im Spektrum der Vorderflanken kompensieren, also auslöschen. Ein Entwickler weiß das.

Und natürlich kann das durch Filterung gewonnene Signal keine aktuellen Phasensprünge des steuernden Signals mitmachen. Seine Nulldurchgänge bleiben genau in dem Sinne eine Schätzung, wie es auch der oben erwähnte Gleichanteil ist.

Ganz allgemein: Nicht jede beliebige Art der nichtlinearen Verzerrung enthält die gewünschte Oberschwingung. -- wefo 08:20, 9. Mai 2009 (CEST)

Die Verwendung nur der Flanken einer Richtung vermeidet übrigens eine Phasenmodulation des gefilterten Signals. Es ist also nicht immer von Vorteil, nur in Begriffen der modernen Digitaltechnik zu denken. Die durchaus unterschiedlichen Fehlerquellen müssen bewertet werden. Erst danach kann die Entscheidung über die zweckmäßige technische Lösung getroffen werden. -- wefo 10:31, 9. Mai 2009 (CEST)

Die Frequenzverdopplung mit dem XOR ist extrem betriebssicher und besitzt den wohl größten Frequenzumfang von allen möglichen Schaltungen: von 0,001 Hz bis 100 Mhz (je nach Logikbaustein) ohne irgend eine Schaltungsänderung und ohne Abstimmprobleme. --Herbertweidner 22:52, 8. Jun. 2009 (CEST)