triplicador

Un triplicador es un multiplicador de frecuencia que toma una señal de entrada y produce una salida exactamente al triple de la frecuencia de entrada. El dispositivo explota el comportamiento no lineal, generalmente en un diodo, transistor o varactor, para generar el tercer armónico de la frecuencia fundamental. A diferencia de un simple amplificador o filtro, un triplicador remodela activamente la forma de onda de la señal para crear nuevos componentes de frecuencia que no existirían en el original.

En la práctica, un triplicador consta de un elemento no lineal (a menudo un diodo Schottky o un varactor de unión en aplicaciones de alta frecuencia) polarizado y accionado por la señal de entrada, seguido de una red de salida sintonizada que aísla y amplifica el tercer armónico mientras rechaza el fundamental y otros armónicos. El circuito sintonizado, generalmente un tanque LC o una cavidad de línea de transmisión, resuena precisamente al triple de la frecuencia de entrada. Los triplicadores de RF que operan en la banda de microondas pueden usar un diodo varactor para variar la capacitancia con el voltaje de entrada; los triplicadores de menor frecuencia pueden emplear una etapa de transistor de saturación suave. La no linealidad genera armónicos de forma natural; la carga sintonizada selecciona qué armónico domina la salida.

Los triplicadores aparecen con mayor frecuencia en cadenas de síntesis de frecuencia y equipos de prueba. Una fuente de 10 GHz puede usar un triplicador de 3.33 GHz para alcanzar su frecuencia objetivo con un ruido de fase más bajo de lo que resultaría de la multiplicación por un factor más alto. Los sistemas de radar, comunicaciones y medición militares y aeroespaciales emplean rutinariamente multiplicadores en cascada, duplicadores, triplicadores y etapas de orden superior, para construir fuentes estables y eficientes en bandas desde banda X hasta ondas milimétricas. También son comunes en el análisis de contenido armónico, donde un triplicador ayuda a suprimir armónicos no deseados que interferirían con los canales de frecuencia cercanos.

Un triplicador bien diseñado generalmente logra una eficiencia del 40 al 60 por ciento (potencia de salida en el tercer armónico dividida por la potencia de entrada), dependiendo del punto de polarización, el nivel de excitación y el factor Q del filtro de salida. El elemento no lineal desperdicia energía en forma de calor y como potencia en armónicos no deseados. La disipación aumenta bruscamente si el dispositivo se excita demasiado o se polariza incorrectamente. Muchos triplicadores requieren una potencia de entrada en el rango de 1 a 10 vatios; los diseños de mayor potencia usan diodos más grandes o múltiples dispositivos en paralelo, pero la eficiencia generalmente disminuye con la escala a menos que la refrigeración y la adaptación de impedancia sean meticulosas.

Los triplicadores se prefieren a los multiplicadores de orden superior (×5, ×7) porque son más sencillos de construir y sintonizar, ocupan menos espacio en la placa y tienen una salida espuria más baja. La desventaja es que alcanzar frecuencias muy altas requiere apilar múltiples triplicadores en serie, cada uno con sus propias pérdidas. Un triplicador también produce una menor pérdida de inserción que un multiplicador único de ×9, que exigiría un filtrado armónico mucho más nítido y es inherentemente menos estable. Por esta razón, una fuente de 27 GHz podría usar un oscilador de 3 GHz seguido de un triplicador a 9 GHz y luego otro triplicador a 27 GHz, en lugar de una sola etapa de ×9.