5.6. Балансні перетворювачі частоти на транзисторах
Схема балансного перетворювача частоти на польових транзисторах приведена на мал. 5.13.
Мал. 5.13. Схема балансного перетворювача частоти на транзисторах
У цій схемі транзистори VT2 і VT3 утворюють два плечі. У балансних схемах одне з двох напруги Uc або Uг повинне діяти на обидва плечі синфазно, а другое—противофазно. У схемі на мал. 5.13 синфазно на витоки транзисторів VT2 і VT3 подається напруга гетеродина Ur, а протифаза з виходів фазоинверсного .каскада на транзисторі VT1 через конденсатори Ср1 і СР2 на затвори транзисторів VT2 і VT3 — напругу сигналу. Напруга живлення на стоки транзисторів VT2 і VT3 подається через середню точку котушки L1. При балансі плечей струми джерела живлення І1 і І2 взаємно компенсуються, і напруга на виході буде рівна нулю. Струми з частотою гетеродина в транзисторах мають однакові фази. Протікаючи через котушку L1 в протилежних напрямах, вони взаємно компенсуються, і напруга з частотою гетеродина 'у вихідному контурі L2C2 рівна нулю. Робоча крапка вибирається на нелінійній ділянці характеристики стоко-затвора резисторами R6 і R7. Під дією напруги гетеродина Ur крутизна характеристики обох транзисторів змінюватиметься однаково, оскільки Ur діє на обидва транзистори у фазі. Оскільки напруга поступає на затвори транзисторів в протифазі, то складові струму проміжної частоти fпр = fг—fс або fпр=fс—fг будуть також в протифазі. В результаті віднімання струмів в навантаженні перетворювача L2C2 буде виділена різницева складова, тобто проміжна частота.
У балансному перетворювачі частоти, як і в двухтактном підсилювачі, парні гармоніки перетворюваного сигналу взаємно компенсуються, що сильно знижує нелінійні спотворення. Крім того, досягається компенсація складових проміжної частоти, обумовлених перешкодами.
5.7. Перетворювач частоти на інтегральних мікросхемах
Для перетворювачів частоти можуть бути використані мікросхеми так само, як і для УРЧ і УПЧ. Елементи схем виборчих ланцюгів і фільтрів, що містять котушки індуктивності, виконуються навісними у вигляді микроиндуктивностей, а також малогабаритних кварцових і електромеханічних фільтрів. На мал. 5.14 приведена схема перетворювача частоти з окремим гетеродином на мікросхемі.
Мал. 5.14. Схема перетворювача частоти з окремим гетеродинам на мікросхемі
На транзисторі VT1 виконаний перетворювач частоти, а на транзисторі VT2 — гетеродин. Вхідний контур утворений котушкою індуктивності L1 і конденсатором С1, контур гетеродина — котушкою індуктивності L4 і конденсатором С8. Фільтр проміжної частоти утворений котушками індуктивності L5, L6, конденсатором С5 і пьезокерамичним фільтром (ПКФ). Призначення решти елементів схеми таке ж, як і в схемах на дискретних елементах.
5.8. Діодні перетворювачі частоти
У радіоприймачах різного призначення знайшли широке застосування діодні перетворювачі частоти. Вони прості, надійні в роботі, не вимагають джерел живлення, мають лінійну характеристику для малих сигналів і малий рівень власних шумів, можуть працювати на високих частотах, включаючи СВЧ. Недоліками діодних перетворювачів частоти є малий коефіцієнт передачі по потужності (Кр = 0,1... 0,3) і чутливість до перевантажень.
Як нелінійний прилад для перетворення частоти можуть бути використані діоди змішувачів і тунельних і варикапы. Серед діодів змішувачів кращими електричними (характеристиками володіють діоди з бар'єром Шотки. У них 'крутіша пряма гілка вольт-амперної характеристики, велика напруга пробою і менші опори втрат. Робота діодів Шотки заснована на взаємодії металу і збідненого носіями шару напівпровідника. Ці діоди мають точковий контакт металл—полупроводник. Особливістю таких контактів є відсутність інжекції неосновних носіїв в базу діода. Робоча поверхня точкового переходу мала, унаслідок чого відсутні процеси накопичення і розсмоктування носіїв в базі, при цьому значно підвищується їх швидкодія. Падіння напруги на відкритому переході Шотки значно менше, ніж у аналогічного кремнієвого переходу. Вольт-амперна характеристика діода Шотки приведена на мал. 5.15,а.
Тунельні діоди володіють великою швидкодією, надійно працюють в широкому інтервалі температур, энергоэкономичны. Найважливішою особливістю тунельного діода є те, що він володіє негативним диференціальним опором в деякому діапазоні 'прямої напруги (ділянка 2—3 на
Мал. 5.15. Вольт-амперні характеристики діода Шотки (а) і тунельного діода (б); проста (в) і балансна (г) схеми діодного перетворювача частоти
вольт-амперній характеристиці, приведеній на мал. 5.15,6). На цій ділянці збільшення напруги на діоді приводить не до збільшення, як у звичайних діодів, а до зменшення струму через діод, тобто du/di=R<0, де u і i — напруга і струм тунельного діода; R — диференціальний опір. Наявність ділянки вольт-амперний характеристики, на якому тунельний діод має негативний диференціальний опір, дозволяє використовувати його для генерації і посилення електромагнітних коливань, а також в перемикаючих схемах.
Існують діодні перетворювачі частоти двох типів: прocтi і складні. У простих діодних перетворювачах застосовують один діод, в складних — два, а в складних кільцях — чотири діоди.
Схема простого (однотактного) діодного перетворювача частоти приведена на мал. 5.15,в. У цій схемі до діода VD прикладаються дві напруга. Напруга сигналу з частотою /с і напруга гетеродина з частотою /г. Під дією великого по амплітуді напруги сигналу відбувається перемножування напруги з частотами fc і,/г, і струм діода VD містить комбінаційні частоти виду /пр= |nfr±m/c|, де п, т —0, 1,2.... При т>\ і великих амплітудах сигналу режим роботи перетворювача для сигналу буде нелінійним. Напруга проміжної частоти виділяється на контурі L2C2, налаштованому на цю частоту.
Недоліком простій схеми діодного перетворювача є те, що ланцюг сигналу і ланцюг гетеродина сильно зв'язані. Наявність цього зв'язку приводить до наступної:
струм з частотою сигналу, проходячи через ланцюг гетеродина, може викликати «захоплення» частоти гетеродина;
настройки контурів сигналу і гетеродини взаимозависимы;
струм з частотою гетеродина, замикаючись через ланцюг сигналу, може викликати істотне випромінювання енергії гетеродина антеною радіоприймача. Це створює перешкоди іншим радіоприймачам, антени яких розташовані близько від випромінюючої антени.
Основним недоліком простого діодного перетворювача частоти є наявність великої кількості комбінаційних частот. Для того, щоб фільтрувати їх і отримати на виході перетворювач тільки проміжну частоту fпр = fг—fс, потрібні складні і дорогі вибіркові ланцюги. Усунути недоліки простій діодної схеми перетворювача частоти, зменшити кількість комбінаційних частот і спростити виборчі ланцюги фільтру можна за допомогою складних схем перетворювача частоти.
Балансні перетворювачі частоти на діодах. У балансних діодних перетворювачах частоти ланцюга сигналу і гетеродина підключаються до діагоналей моста. При рівновазі моста виключається передача 'напруги гетеродина в ланцюзі сигналу і напруги сигналу в ланцюзі гетеродина. Підводити напругу сигнала і гетеродина до перетворювача діодів можна двома способами:
напруга сигналу синфазно, а напруга гетеродина в протифазі.
напруга гетеродина синфазно, а напруга сигналу в протифазі.
На мал. 5.15,г приведена схема балансного перетворювача частоти, в якому напруга гетеродина підведена до діодів синфазно, а напруга сигналу — противофазно.
Напруга гетеродина иг підводиться до середніх крапок 1 і 2 котушок зв'язку Lзв1 (вхідного контура L1C1) і LCB2 (вихідного контура L2C2) і поступає на кожен діод у фазі. У крапках / і 2 струм гетеродина розгалужується і протікає через котушки зв'язку в протилежних напрямах. При повній симетрії плечей перетворювача струми іг1 і iг2 однакові і створювані ними магнітні потоки рівні, але протилежній полярності взаємно компенсуються. Тому напруги з частотами гетеродина і його гармонік на вході і на виході перетворювача не буде. Цим усувається можливість випромінювання енергії гетеродина через антену приймача.
Під дією напруги гетеродина Uг провідність діодів VD1 і VD2 змінюється з частотою гетеродина. Тому струм сигналу, що замикається через діоди, змінюватиметься з частотою гетеродина. В результаті зміни струму в ланцюзі котушки зв'язку Lзв2 з'являються струми комбінаційних частот fг—fс і fг+fс. Вихідний контур налаштований на проміжну частоту, і на нім буде виділено напругу проміжної частоти.