- •VII. Преобразователи частоты
- •1.1. Основные качественные показатели преобразователей
- •7.2 Общая теория преобразователей частоты
- •7.3. Преобразователи частоты на полевых и биполярных транзисторах
- •7.4 Диодные преобразователи частоты
- •7.5 Балансные преобразователи частоты
- •7.6 Кольцевые преобразователи
- •7.7 Преобразователи без зеркального канала
- •VIII. Детекторы радиосигналов
- •8.1 Классификация детекторов
- •8.2 Амплитудные детекторы
- •8.3 Синхронные детекторы
- •8.4 Диодные детекторы
- •8.5 Амплитудные детекторы в режиме детектирования сильных сигналов
- •8.6 Искажения сигнала при детектировании
- •8.7 Особенности ад на биполярных транзисторах
- •8.8 Импульсный детектор
- •8.9 Фазовые детекторы
- •8.9.1 Фазовые детекторы коммуникационного типа
- •8.9.2 Фазовые детекторы перемножительного типа
- •8.10 Частотные детекторы
- •8.10.1 Частотные детекторы с амплитудным преобразованием
- •8.10.2 Частотные детекторы с фазовым преобразованием
- •8.11 Детекторная характеристика чд на линиях задержки
- •8.12 Дробный частотный детектор
- •8.13 Частотные детекторы с преобразованием частотной модуляции
- •IX. Ограничители амплитуды сигналов
- •9.1 Транзисторные ограничители амплитуды сигналов
- •9.2 Диодные ограничители амплитуды сигналов
- •X. Регулироки в радиоприемниках
- •10.1 Назначение и виды регулировок
- •10.2 Автоматическая регулировка усиления (ару)
- •10.2.1 Обратная система ару
- •10.3 Переходные процессы при автоматической
- •10.4 Автоматическая подстройка частоты (апч)
- •10.4.1 Принципы апч. Разновидности системы апч
- •4.4.2 Системы апч при импульсных сигналах
- •10.4.3 Элементы системы апч
- •10.4.4 Регулировочные характеристики
- •10.4.5 Переходные процессы в системах апч
- •XI.Помехоусойчивость приемника и оптимальные методы приема. Особенности приемников различного назначения.
- •11.1 Помехоустойчивость чм-приема при гармонической помехи
- •11.2 Помехозащищенность при флуктуационной помехе
- •11.3 Радиоприем одной боковой полосы частот
- •11.4 Радиоприемники синхронного приема
- •XII. Расчет и проектирование нелинейных каскадов.
- •12.1. Транзисторный преобразователь частоты для диапазона умерено высоких частот.
- •12.2. Диодный балансный смеситель свч диапазона
- •12.3. Расчет детектора радиоимпульсов
- •XIII. Методические указания к выполнению курсовой работы
- •13.1. Цели и задачи курсовой работы.
- •Содержание и объем курсовой работы
- •Требования к оформлению отчета
- •13.2 Последовательность расчета радиоприемного устройства
- •13.3. Анализ задания и подбор литературы
- •13.4. Расчет структурной схемы
- •Рекомендованная литература
- •VII. Преобразователи частоты ……………………………………..92
VII. Преобразователи частоты
В преобразователе частоты происходит изменение несущей частоты колебания сигнала. По отношению к колебаниям гетеродина нелинейность преобразовательного элемента должна проявлять себя возможно сильнее. В подавляющем большинстве случаев выполняется условие, что . Роль нелинейных или параметрических элементов в современных преобразователях частоты обычно выполняют транзисторы – биполярные или полевые, а также диоды – вакуумные и полупроводниковые.
В общем случае преобразователи частоты включают в себя преобразующий элемент (смеситель), гетеродин, фильтр, выделяющий колебания промежуточной частоты (рис.7.1).
Рис.7.1. Структурная схема преобразователя частоты
В основу классификации преобразователей частоты обычно кладут тип преобразовательного элемента и особенности схемотехники.
Так различают преобразователи частоты
- транзисторные,
-диодные,
-перемножительные,
по схемотехнике
- однотактные,
- двухтактные (балансные),
- кольцевые.
1.1. Основные качественные показатели преобразователей
частоты
1. Коэффициент преобразования
или ,
где Eс -эдс источника сигнала.
2. Входное сопротивление , или входная проводимость .
3. Выходное сопротивление , или выходная проводимость .
7.2 Общая теория преобразователей частоты
Считаем, что преобразовательный элемент является безынерционным. Тогда входной и выходной токи в каждый момент времени определяются мгновенными значениями uс, uп, uг согласно данной системе уравнений:
-
(7.1)
Учитывая, что обычно выполняется условие uс, uп << uг, выражение для выходного тока можно представить в виде разложения в ряд Тейлора в точке, задаваемой мгновенными значениями напряжения сигнала, и сигнала на промежуточной частоте (ввиду малости напряжений сигнала и сигнала на промежуточной частоте можно ограничиться лишь первыми членами разложения):
. |
(7.2) |
По своему смыслу есть некоторая проводимость, которая может быть названа обобщенной крутизной преобразующего элемента, а функция – его обобщенной выходной проводимостью.
Индекс "0" указывает, что соответствующие функции даны для рабочей точке, задаваемой совместным действием напряжения гетеродина и постоянных напряжений. Обычно напряжение гетеродина является гармоническим колебанием . Поэтому функции являются периодическими функциями относительно частоты гетеродина и могут быть разложены в ряд Фурье.
Выбрав начало отсчета так, чтобы соответствующие функции разложения были четными, можно записать:
|
(7.3) |
где I0, S0, Gi0 – постоянные составляющие выходного тока, крутизны и выходной проводимости; Ik, Sk, Gik – амплитуды k-х гармоник указанных величин.
Сигнал на выходе преобразовательного элемента может быть представлен в следующем виде:
|
(7.4) |
Примем в качестве промежуточной частоты комбинационную частоту .
Выделим из спектра выходного колебания составляющую сигнала и соответствующую ей составляющую на промежуточной частоте , где fс, fп – начальные фазы, отсчитываемые относительно фазы напряжения гетеродина, принятой за нулевую. Тогда выходной ток можно представить в следующем виде:
. |
(7.5) |
Учитывая, что произведение косинусов может быть преобразовано по формуле , получим окончательное выражение для выходного тока преобразователя частоты:
. |
(7.6) |
Таким образом, мгновенное значение тока промежуточной частоты образуется векторным сложением двух слагаемых, первое из которых обусловлено собственно процессом преобразования, а второе – реакцией цепи нагрузки.
Выражение (1.6) в комплексном виде может быть представлено в следующем виде:
, |
(7.7) |
где – комплексно-сопряженная амплитуда сигнала.
Аналогично можно получить выражение для входного тока преобразовательного элемента. Выражение для тока сигнала на входе преобразовательного элемента представляется следующим образом:
|
(7.8) |
где Gобр k – амплитуда k-й гармоники обобщенной проводимости обратной связи преобразовательного элемента, – комплексно-сопряженная амплитуда напряжения промежуточной частоты; G0 – постоянная составляющая обобщенной входной проводимости преобразовательного элемента.
Система указанных уравнений полностью описывает поведение преобразователя частоты, как линейного 4-полюсника
|
(7.9) |
Таким образом, свойства преобразователя описываются в системе Y-параметров. Соответственно можно определить и Y-параметры для преобразователя частоты:
– крутизна преобразования; – входная проводимость преобразователя; – внутренняя проводимость преобразователя; – крутизна обратного преобразования. |
(71.10) |
С учетом предыдущих замечаний система уравнений, описывающих поведение преобразователя частоты, может быть представлена в виде
|
(7.11) |
Из системы уравнений (7.11) можно получить коэффициенты преобразования и обратного преобразования , а также определить входную и выходную проводимости преобразователя при реальной нагрузке Zн и внутреннем сопротивлении источника сигнала.
Из второго уравнения системы (7.11), учитывая, что , получаем:
|
(7.12) |
Откуда путем последовательных преобразований находим
или
|
(7.13) |
где – внутренний коэффициент передачи преобразователя, – его внутреннее сопротивление.
Таким образом, как следует из системы уравнений (7.11), преобразователь можно представить эквивалентными схемами, которые аналогичны эквивалентным схемам усилителей радиосигналов (рис.7.2.), но с заменой m на п, R на Riп, S на Sп.
Рис.7.2. Эквивалентные схемы усилителей радиосигналов
Коэффициент передачи преобразователя можно определить из второго уравнения системы (7.11). Для этого заменяем и делаем простые преобразования:
|
(7.14) |
или
|
(7.15) |
Из выражения (7.15) легко получается выражение для коэффициента передачи преобразователя в следующем виде:
|
(7.16) |
Коэффициент обратного преобразования легко найти из первого уравнения системы (7.11) с учетом того, что (при рассмотрении обратного преобразования полагаем что и поэтому
|
(7.17) |
Отсюда имеем:
или |
(7.18) |
Далее коэффициент обратного преобразования определяется следующим образом:
|
(7.19) |
где обр. п – внутренний обратный коэффициент передачи.
Входная проводимость преобразователя может быть получена из первого уравнения системы (7.11). Для этого разделим обе части уравнения на Uс и после несложных преобразований получим:
|
(7.20) |
Из второго уравнения системы (7.11) путем деления обоих частей уравнения на Uп найдем выражение для выходной проводимости преобразователя:
|
(7.21) |
Таким образом, определены все основные показатели преобразователя частоты.