книги / Радиоприемные устройства.-1

входных сигналов, где ПЧ не вносит нелинейных искажений, является одним из наиболее важных его параметров;

2) рассчитав в соответствии с определениями или измерив параметры эквивалентного преобразователю четырехполюсника в режиме преобразова­ ния частоты (см. рис. 5.3), можно использовать известные расчетные соотно­ шения для основных параметров преобразовательного каскада в терминах че­ тырехполюсника (см. (2 .36)-(2 .39), (4.21)):

меньше, чем при преобразовании на первой гармонике (5.16).

Входные и выходные проводимости ПЧ, как следует из (5.10), (5,11), определяются постоянными составляющими колебаний &вх (0 и G (t): GBx0 и GQ . Для повышения усиления ПЧ и уменьшения шунтирующего действия на

Рис» 5 А

колебательные системы эти проводимости следует уменьшать, выбирая соот­ ветствующие преобразующие приборы и режимы их работы.

Рассмотрим возможности предельного увеличения основного параметра

стики выходного тока /2 от управляющего напряжения мс = и имеет вид, ана­ логичный представленному на рис. 5.4. Для наглядности «аппроксимируем S(u) с помощью кусочно-линейной зависимости (штриховая линия на рис.5.4)»

дим такой режим работы нелинейного элемента в ПЧ, при котором величина S v была бы максимально возможной (S* ) для используемого электронного прибора, a omin —максимально возможной (в пределе равной нулю) .Ю г - да в соответствии с изложенным находим:

учитывать, что режим с отсечкой приводит к появлению побочных каналов приема на гармониках гетеродина (см. § 1.2), поэтому его применение оправ­ дано только в случае достаточного подавления таких каналов в преселекторе РПУ.

Как указывалось, тот или иной режим работы ПЧ определяется выбором величин ЕсМ и UmT На рис. 5.9 показан характер типичной зависимости

Режим с отсечкой не дает заметного увеличения У21пр , так как [в режиме без отсечки указанный параметр уменьшается сравнительно с максимальным значением лишь в 4/яг раз. Этот режим, однако, имеет следующее достоинст­ во — малую зависимость ^ 21пр от амплитуды колебания гетеродина. В про­ стых схемах гетеродинов амплитуда U в широком частотном диапазоне может значительно изменяться, что приводит к нестабильности коэффициента

5 3. Влияние характеристик гетеродина на работу преобразователя частоты

Вкачестве гетеродинов в РПУ используют маломощные автогенераторы на транзисторах, электронных лампах, твердотельных двухполюсных полупро­ водниковых приборах (на СВЧ), клистронах (на СВЧ), а также устройства синтеза частот. Схемы и устройства автогенераторов рассматриваются в курсе Радиопередающие устройства” (сведения о синтезаторах частот приводятся там же, а также в главе 9). Поэтому мы рассмотрим лишь вопросы влияния характеристик гетеродинов на работу РПУ.

Вобщем случае к гетеродинам предъявляются следующие требования:

1)обеспечение требуемой для эффективного преобразования частоты ин­ тенсивности генерируемого колебания (напряжения, мощности);

2) постоянство его уровня, так как изменение величины U приводит к изменению крутизны преобразования;

3) стабильность частоты колебания при действии различных дестабилизи­ рующих факторов: температуры, влажности, старения, напряжения питания, механических воздействий, радиации и т.д. Как следует из (5.5), абсолют­ ное изменение частоты гетеродина вызовет такое же изменение преобразован­ ной частоты со . Это может привести к изменению положения спектра полез­ ного колебанияв наиболее узкополосном тракте РПУ (тракте промежуточной частоты), так что со^ окажется на равной промежуточной частоте РПУ соп

(рис. 5.10). В результате при малых уходах Асо возникает искажение спект­ ра сигнала и, следовательно, модулирующей функции после его детектирова­ ния. При больших уходах может произойти ’выпадание” сигнала из тракта промежуточной частоты, что приводит к полному прекращению приема вы­ бранного сигнала. В настоящее время достигнута следующая относительная не­ стабильность частоты различных видов гетеродинов: простейшего с.колеба­ тельным контуром - (1 0 “ 3-1 (Г 4);с кварцевым резонатором - (1(Г 5-1 (Г * ), с кварцевым резонатором и термостатированием —10" 7; синтезатора частот — (И Г 7 - 10"8);

4) обеспечение требуемой формы колебания гетеродина: одногармониче­ ской с малым содержанием высших гармоник; импульсной (например, типа "меандр’О и т.д. Появление гармоник в спектре напряжения гетеродина при недостаточной избирательности преселектора усиливает прием помех по побоч­ ным каналам на гармониках гетеродина. Однако в случае высокоэффектив­ ных преселекторов (например, неперсстраивэемых, с высокой избирательно­ стью по всем возможным побочным каналам приема) допустимо применение прямоугольной формы колебания гетеродина, что способствует расширению динамического диапазона ПЧ.

5)выполнение всех требований в заданном диапазоне частот. При увеличе­ нии промежуточной частоты, например в инфрадютных РПУ, коэффициент пе­ рекрытия диапазона гетеродина уменьшается, что облегчает его перестройку, особенно при использовании электронного управления частотой гетеродина;

6)устойчивая (без срывов) генерация при действии дестабилизирующих факторов в заданном частотном диапазоне;

7)малые собственные шумы;

8)высокая экономичность и т.д.

При работе гетеродина любого вида наряду с основным колебанием, как правило, создается паразитное широкополосное колебание флуктуационной природы, обусловленное различными физическими процессами в компонентах генераторов (прежде всего дробовыми). На рис. 5.11 приведена спектральная характеристика шумов гетеродина и АЧХ |колебательной системы К (/) (контура, резонатора, отрезка длинной яинии),*используемой в генераторе. Если колебания шумов, отстоящих от частоты колебания гетеродина / на ве­ личину / , не подавляются его избирательной системой, то шумы гетеродина в полосе тракта основной избирательности П (зоны А и В на RHC. 5.11) будут преобразованы в промежуточную частоту РПУ и, таким образом, ухудшат от­ ношение С/Ш.

Рис. 5 ЛЗ

связь настроек обусловлена изменением в процессе перестройки контуров ре­ активных сопротивлений, вносимых из одного контура (сигнального) в дру­ гой (гетеродинный), и наоборот. При изменении реактивных сопротивлений, как извесшо, происходит смещение резонансных частот контуров, что затруд­ няет согласование их настроек в диапазоне частот. Для уменьшения взаимо­ связей настроек целесообразно повысить промежуточную частоту, использо­ вать преобразование на гармониках гетеродина, что увеличивает разнос резо­ нансных частот сос и <ог и вследствие этого уменьшает их взаимное влияние. Хорошие результаты получены для схемы ПЧ, где контуры сигнала и гетероди­ на включены в разные диагонали сбалансированной мостовой схемы (рис. 5.13), однако точный баланс (2 Х%А = Z 2Z3) в шиРоком диапазоне час­ тот трудно обеспечить.

В простейших транзисторных ПЧ наилучшие результаты дает следующая схема включения источников сигнала и гетеродина: сигнала — в цепь базы (затвора), гетеродина - в цепь эмиттера (истока) (рис. 5.12, б). При этом транзистор для сигнала включен по схеме с общим эмиттером (истоком), а

О+Е

(

О

В

Рис. 5.15

для гетеродина —с общей базой (затвором), так как сопротивления контуров на частотах, отличных от их резонансных частот, малы.

На рис. 5.14, й приведена простейшая принципиальная схема ПЧ на бипо­ лярном транзисторе, содержащая отдельный гетеродин (на рис. 5.14 не пока­ зан). Возможно совмещение смесителя и гетеродина на основе использования одного и того же транзистора, однако различия в оптимальных режимах рабо­ ты транзистора как гетеродина и смесителя делают такой способ менее эффек­ тивным, чем разделение гетеродина и смесителя {ПЧ с отдельным гетероди­ ном). На рис. 5.14, б дана схема ПЧ на двухзатворном полевом транзисторе.

Расчет характеристик ПЧ, собранных по схемам, приведенным на рис.5.8, может быть выполнен по формулам § 5.2, если известны параметры y.fcnp. Для ориентировочных расчетов в области частот, где инерционные свойства транзистора не проявляются, возможно использование упрощенных связей У(кпр с Y.k транзисторов в режиме усиления: 1^21пр I ^ (0,25-0,30) \Y2l |

а \ 1 “ '(0,4-0,8)0,, .С ггда-(0,4-0,8)С 22

Схема ПЧ на основе транзисторного перемножитепя приведена на рис.5.15. При малых величинах Uy « UT (UT —тепловой потенциал) зависимость вы­ ходного напряжения С/вых дифференциальной пары VT1, VT2 имеет вид

(5-17)

(5.18)

Крутизна усилителя может регулироваться путем изменения напряжения U2 . Если для транзистора VT3 выполнить неравенство /эЛ ;» £ / б , то

Выражая / из (5.19) и подставляя его в (5.18), (5.17), получаем уравне­ ние, описывающее работу перемножителя (см. (5.1)) : U' - A U U , где

A = R J U TR 3

На рис. 5.16 приведена схема балансного транзисторного ПЧ.Напряжение гетеродина, управляющее транзистором VT3, прикладывается к эмиттерам транзисторов VT1 и VT2 в фазе. Напряжение сигнала, снимаемое с катушки связи L1 , управляет этими же транзисторами противофазно. Ток коллектора

ся, а ток эмиттера / э2 уменьшается на такую же величину. Противоположные изменения токов коллекторов VT1 и VT2 в катушке L2 приводят к удвоен­ ному сравнительно с обычным ПЧ (например, по схемам рис. 5.14) значению ЭДС, наводимой в катушке L3. Так как / к Ззависит от напряжения гетероди­ на, то на выходе возникает напряжение с преобразованной частотой сигнала. К достоинствам балансной схемы ПЧ, помимо удвоенного значения коэффици­ ента передачи, относятся: подавление колебания гетеродина на выходе ПЧ, так как токи частоты гетеродина в катушке 12 направлены навстречу другдругу; ослабление шумов гетеродина, так как к VT1 и VT2 колебание шума при­ ложено в фазе, вследствие чего шумовые токи транзисторов в контуре L2, С2 противофазны. Значительно ослаблено также "пролезание” шумов гетеро­ дина во входной контур. Как и в усилительных двухтактных схемах, в баланс­ ных ПЧ подавляются четные гармоники входного сигнала, что повышает линейность преобразователя.