Схемы преобразователей частоты
Как было сказано выше, процесс преобразования частоты реализуется путем умножения преобразуемого сигнала на вспомогательное гармоническое колебание с последующим выделением необходимой области частот. Это можно сделать двумя способами, которые положены в основу построения практических схем преобразователей частоты:
1. Сумма двух напряжений (полезного сигнала и сигнала гетеродина) подается на нелинейный элемент с последующим выделением необходимых составляющих спектра тока. В качестве нелинейных элементов используются диоды, транзисторы и другие элементы с нелинейной характеристикой.
2. Напряжение гетеродина используется для изменения какого-либо параметра смесителя (крутизны ВАХ транзистора, реактивного параметра цепи). Полезный сигнал, подаваемый на вход такого смесителя, преобразуется с соответствующим обогащением спектра.
Преобразователи частоты на диодах
Схема одноконтурного преобразователя частоты на диоде представлена на рис. 3.
Рис. 3. Одноконтурный преобразователь частоты на диоде
На вход преобразователя поступают два сигнала:
модулированный узкополосный сигнал 
, несущая частота которого должна быть перенесена, скажем, в область более низких частот; сигнал гетеродина 
с постоянной амплитудой, частотой и начальной фазой.
Таким образом, на нелинейный элемент подается напряжение
.
Аппроксимируем ВАХ диода полиномом второй степени
.
Тогда ток диода можно представить следующим образом:
.
Слагаемые, содержащие только 
, 
, 
, 
, соответствуют составляющим в спектре тока диода, имеющим частоты 
, 
, 
и 
.
Следовательно, они с точки зрения преобразования частоты, интереса не представляют. Основное значение имеет последнее слагаемое. Именно оно свидетельствует о наличии в спектре тока составляющих с преобразованными частотами 
и 
:
.
Составляющая с частотой 
соответствует сдвигу спектра сигнала в область низких частот, а составляющая с частотой 
– в область высоких частот.
Выходное напряжение с необходимой частотой формируется с помощью фильтра (колебательного контура) на выходе преобразователя, настроенного на соответствующую частоту. Фильтр должен выделить одну составляющую из семи.
Полагая, что фильтр настроен на разностную (промежуточную) частоту 
, получим напряжение на выходе преобразователя, равное
.
Таким образом, избирательная система должна иметь такую полосу пропускания, чтобы отфильтровать все ненужные (паразитные) составляющие. В то же время при преобразовании частоты модулированного сигнала полоса пропускания должна быть соизмерима с шириной спектра сигнала. В этом случае структура выходного сигнала совпадает со структурой сигнала на входе. Амплитуды 
и 
должны выбираться с таким расчетом, чтобы преобладающее значение имели слагаемые с комбинационными частотами. Преобразование частоты часто сопровождается усилением полезного сигнала, поэтому обычно соблюдается соотношение 
.
При 
или 
расстройка частот , и 
, весьма мала. При этом составляющие с частотами сигнала или гетеродина не будут отфильтрованы избирательной системой. Нежелательно также применение этой системы при решении задачи преобразования частоты в диапазоне акустических частот. В этом случае целесообразно использовать балансные схемы, которые обеспечивают самоликвидацию (компенсацию) ненужных составляющих. На рис. 4.а и рис. 4.б приведены схемы таких преобразователей на диодах.
Рис. 4. Балансные преобразователи частоты
В схеме рис. 4а, выходное напряжение равно
, (1)
где 
.
.
При получении выражения для 
учтено, что напряжение сигнала подается на диоды схем в противофазе, а напряжение гетеродина – в фазе.
Подставляя выражения для 
и 
в формулу (1), получаем
.
.
Отсюда видно, что на выходе балансного преобразователя рис. 4а, отсутствуют составляющие с частотами, равными 0, , , , что упрощает решение задачи получения выходного сигнала необходимой частоты. Тем не менее, к выходу такого преобразователя также необходимо подключать избирательную систему с целью фильтрации сигнала с требуемой частотой.
Балансный преобразователь рис. 4б, представляет собой схему, совмещающую два балансных преобразователя. На диоды различных ветвей подаются напряжения сигнала и гетеродина с различными фазами. Работа такого преобразователя поясняется следующими формулами:
, (2)
где ;
;
;
.
Подставляя выражения для , , 
и 
в формулу (2), получаем
.
.
На выходе преобразователя рис. 4,б отсутствует составляющая с частотой сигнала (составляющие с частотами 0, , , также отсутствуют). Фильтр на выходе такого преобразователя должен выделить одну составляющую из двух.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 636; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!