Общие сведения и теория преобразования

Преобразователи частоты

Лекция №13

Преобразователь частоты - это электротехническое устройство осуществляющее процесс переноса спектра радиосигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую при сохранении структуры сигнала. В состав преобразователя входят: смеситель, гетеродин и нагрузка для сигнала промежуточной частоты. Процесс преобразования происходит в смесителе (шестиполюснике), содержащим нелинейный элемент, периодически изменяющий один из параметров (рис.9.1). В качестве таких элементов используют - транзисторы, лампы, варикапы и диоды.

Рис.12.1 Эквивалентная схема преобразователя частоты

Частотная характеристика смесителя (рис.12.1) с фильтром на выходе, настроенным на частоту f, определяется каналами приема с частот

, (12.1)

где m и n - номера гармоник гетеродинной и сигнальной частот, причем m=0,1,2...,n=1,2,...

- прямой канал

- основной и зеркальные каналы

- дополнительный канал приема

- дополнительный канал приема

- дополнительный канал приема

Рис.12.2 Выходной спектр преобразователя частоты

Из (12.1) следует, что кроме основного, смеситель характеризуется дополнительными каналами приема. Первый из них называется каналом прямого прохождения, второй зеркальным. Третий опасен при слабой избирательности преселектора, так как отстоит от частоты основного канала на величину f_пр /2.

Для обеспечения квазилинейного режима работы смесителя необходимо условие U_с < U_гет/20 при U_с <(100-400) мВ, где U_с и U_гет. - амплитуды напряжений сигнала и гетеродина на входе смесителя. В квазилинейном режиме n=1, а коэффициенты передачи смесителя, равные отношению напряжения промежуточной частоты к входным напряжениям с частотами

.

Поскольку U_гет. >>U_с, то шестиполюсник можно преобразовать в 4-х полюсник, активная проводимость которого меняется с частотой гетеродина. В этом случае выходной ток зависит от:

.

В случае если контур ПЧ настроен на разность частот гетеродина и сигнала то

(12.2)

(12.3)

где Y_пр, G_mпр. - параметры прямого преобразования, а Y_обр. и G_вх0 - параметры обратного преобразования (диодного типа).

Крутизна преобразования - отношение амплитуды выходного тока промежуточной частоты к амплитуде напряжения входного сигнала при закороченном выходе. Коэффициент передачи зависит от амплитуд гармоник Y_m крутизны нелинейного элемента Y(t), меняющейся во времени под действием напряжения гетеродина. Согласно общей теории преобразования частоты, крутизна преобразования через m-ную гармонику гетеродина

Y_пр.m =Y /2, (12.4)

Y_m можно найти как коэффициенты тригонометрического ряда Фурье, аппроксимирующего временную зависимость Y(t):

, (12.5)

где Y₀ - постоянная составляющая крутизны.

При u_гет =U_гет cos(w_гет t) функция Y(t) - четная. Поэтому в безынерционном смесителе при линейно-ломанной вольтамперной характеристики (ВАХ) с крутизной Y и углом отсечки эмиттерного тока Q

(12.6)

(12.7)

Коэффициент передачи преобразователя - отношение выходного напряжения промежуточной частоты к напряжению входного сигнала:

, (12.8)

где g_н проводимость нагрузки, знак минус - фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением, равны p. Так как в транзисторных преобразователях G_mпр. <<g_н, то для полосового фильтра с параметром связи h, коэффициент передачи:

. (12.9)

Если нагрузка ФСС с K_фсс:

. (12.10)

(12.11)

где g_с - проводимость источника сигнала.

Входная проводимость смесителя

. (12.12)

Выходная проводимость смесителя

. (12.13)

Если обратное преобразование отсутствует то:

; (12.14)

При практическом определении параметров преобразования часто используют графоаналитический метод трех -пяти ординат.

Рис.12.3 Определение крутизны преобразования

Y_пр = [(Y₁ -Y₅) + (Y₂ -Y₄)]/6 (12.15)

Значения:

Y₁ определяют при U₁ =E₀ - U_{гет .};

Y₂ при U₂ =E₀ -0,5U_гет.;

Y₃ при U₃ =E₀;

Y₄ при U₄ =E₀ +0,5U_гет.;

Y₅ при U₅ =E₀ + U_гет..

Зависимости Y₂₁ от напряжения U_бэ или от U_гет. при подачи в цепь базы определяют по сквозным характеристикам I_к = y(U_бэ).

Для менее точных расчетах можно пользоваться.

Для биполярных транзосторов:

Y_пр = ½Y_21пр ½ = (0,4...0,8) ½Y₂₁ ½

G_mпр = G₂₂ = (0,5...0,8) ½Y₂₂ ½

G_вхпр = G_11пр = (0,5...0,8) ½Y₁₁ ½

Y_обр = ½Y _12пр½ = (0,2...0,8) ½Y₁₂ ½

Для полевых транзисторов:

Y_пр = 0,25Y_max

Дата добавления: 2014-01-04