Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (4-е издание, 1986) (1095423), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Под вторым же колебанием будем подразумевать сигнал, подлежащий преобразованию, который может представлять собой любой сложный, но узкополосный процесс. Таким образом, на нелинейный элемент воздействуют два напряжения: от гетсродина е„= Е„соз (44„! + 0„), (8. 70) от источника .сигнала е, = Е, (!) соз ( ! 444 (!) Ж + О,!. (8.71 ) Амплитуда Е„, частота 4э„и начальная фаза О„гетеродинного колебания — постоянные величины. Амплитуда же Е, (!) и мгновенная частота ы, (г) сигнала могут быть модулированными, т. е. могут являться медленными функциями времени (узкополосный процесс). Начальная фаза сигнала О, — постоянная величина. Задачей преобразования частоты является получение суммарной или разиостной частоты ы, -~ ы„.
Как вытекает из выражения (8.30), для этого необходимо использовать квадратичную нелинейность. В качестве нелинейного элемента возьмем, как и в э 8.9, диод, однако характеристику его для более полного выявления продуктов взаимодействия сигнала и гетеродиниого колебания аппроксимируем полиномом четвертой степени (а не второй, как в 9 8.4): ! = ! + а, !е, + е ) + а, (е, -)- е )4+- а, (е4 + е )'+ а, (е, + е )4 = = 4; + а, е„+ а, е„+ а, е'," + ( 2а, е, е„) -(- а, е„' + а, е,* + ~ За, е4 е„! + +~За,е,е„'(+ае е„"+а, е', +~ба,е4 е4)+~4а4е,е„'~+)4а4е,*е,,)+а4 е„'. (8 72) Слагаемые, содержащие различные степени только е, или только е„, интереса не представляют.
С точки зрения преобразования (сдвига) частоты основное значение имеют члены, представляющие собой произведения 252 выходного напряжения, т. е. цепью с частотной характеристикой вида К (нв) = Иолэ.Простей|пие интегрирующие устройства описаны в З б.б. Подобный прием используется при детектировании колебаний с медленно меняющейся фазой, т.
е. когда производная фазы конечна (например, при передаче речи). В случае же скачксюбразного изменения фазы, а также при необходимости сравнения фазы принимаемого колебания с фазой опорного (эталонного) колебании применяются специальные фазовые детекторы, в которых выходное напряжение пропорционально огибающей напряжения, получаемого при суммировании колебаний со сравниваемыми фазами. Подобные устройства рассматриваются в специальных курсах, вида в«е"' (в правой части выражения (8,72) обведены рамками.! Подстав- ляя в эти произведения (8.70) и (8.71) и отбрасывая все составляющие, час- тоты которых не являются суммой ы«+ ыг или разностью со, — со,„после несложных тригонометрических выкладок приходим к следующему окон- чательному результату: с«ч „, Ой = и«Г„(() Ег (соз ~ (~ со, (() с(( + ыг ! ) -~- О, .(- О„~ ( + сов ~ () о>, (П с(Г сог О О, — Ог~( -> — с>с Е, (() Ег (Е' (О + -( Е.((соз )((с>,с!) с(( о>, У)+О,.+ О„~+сов )) ) ы„(!) д( — о>г()+О,— О„1(.
(8.73) Иэ этого результата видно, что интересующие нас частоты со« ц- ы„ возникают лишь благодаря четным степеням полинома, аппроксимирующе- го характерис>ику нелинейного элемента. Однако один лишь квадратич- ный член полинома (с коэффициентом а«) образует составляющие, аплитуды которых пропорцис>пилоны толыа> первой степени Е„((). Более высокие чет- ные степени (чегвертая, шестая и т.
д.) нарушают эту пропорциональность, так как амплитуды привносимых их>и колебаний содержат также степени Е„(() выше первой. Отсюда видно, что амплитуды Е, и Ег должны выбираться с таким рас- четом, чтобы в разложении (8.72) преобладающее значение имели слагаемые не выше втброй степени. Зля этого требуется выполнение неравенств Е," (< ис!(сс>гги«), Ег (< а«((«>га>), Тогда выражение (8.73) переходит в следующее: с'„,, „, (Р) а«Е, (() Е, (соз ~ ~) о>, (() Ф + с >г ~) + и, 4 О 1+ + соз (( ~со, (О с(( -" о>г У) + О, — О„)) . (8,74) В радиоприемных и многих других устройствах, в которых задача преобразования частоты тесно связана с задачей усиления сигнала, обычно Е, « Ег. Первое слагаемое в фигурных скобках с частотой со«(() ' сог (произ- водная от аргумента косинуса) соответствует сдвигу спектра сигнала в об- ласть высоких частот, а второе с частотой со«(() — сог — в область низких частот.
Лля выделения одной из этих частот — разностной или суммарной— нужно применять соответствующую нагрузку на выходе преобразователя. Пусть. например, частоты ы, и о>г очень близки и требуется выделить низ- кую частоту, расположенную около нуля. Такая задача часто встречается в измерительной технике (метод «нулевьсх биений>). В этом случае нагрузка должна быть такой же, как при амплитудном детектировании, т.
е. состоять из параллельного соединения сх и С, обеспечиваю>цего отфильтровывание (подавление) высоких частот ы„и ыг и выделение разностной частоты )со,— — ы„). Если разностная частота (ы, — со„~ лежит в диапазоне высоких час- тот, то для ее выделения следует применить резонансную колебательную цепь (рио. 8.42). Если полезной, подлежащей выделению является суммар- ная частота ы« -г сог, то контур соответственно должен быть настроен на частоту со„= ы, Ч о>г. Обычно полоса пропускания колебательной цепи, являющейся на.
грузкой преобразователя, рассчитана на ширину спектра модулированного колебания. При этом все составляющие тока с частотами, близкими к (ы, ->- -с- ыг(, проходят через контур равномерно и структура сигнала на выходе 2вз бз ыо ми~Пи<и езо <'г" Пмаз "'г азо ~они ыо~оааз Мни ые«з а<г Рнс. 8.43.
Спектр сигнала на ахене н выхине преобразователя. и! ппи н Ьм: О< ири м из и Рнс. 8,4«. Схема замещения преобразователя частоты совпадает со структурой сигнала на входе. Единственное отличие заключается в том, что частота на выходе равна щ, (1) + <е„или со„(<) — щ„, смотря по тому какова резонансная частота нагрузочной цепи. Итак, при преобразовании частоты законы изменения амплитуды Е, (~), частоты аз„(г) и фазы ) <е, (1) <(< входного колебания переносятся на выходное колебание. В этом смысле рассматриваемое преобразование сигнала является линейных<, а устройство — линейным преобразователем или «смесителем».
В заключение следует отметить, что при выделении разностной частоты структура сигнала сохраняется лишь в том случае, когда щ, (1) ) пз,. Если же щ, (1) ( ез„, то спектр сигнала «переворачивается». На рис. 8.43, а изображена спектральная диаграмма сигнала на входе и выходе преобразователя для случая, когда все частоты, входящие в спектр входного колебания, выше частоты гетеродина пз„. Преобразованный спектр, сдвинутый на величину щ„влево, имеет такую жс структуру, что и исходный спектр. В преобразованном спектре при пз„) <по (г) (рис. 8.43, б) <вп,„„и <аппп меняются местами, При преобразовании частоты обычного АМ колебания, спектр которого состоит из двух симметричных относительно щ, боковых полос, переворачивание спектра внешне никак не проявляется; просто верхняя и нижняя боковые полосы меняются местами.
Преобразование же ЧМ колебания, мгновенная частота которого що ае <оа -< Л<о ((), при щг ) щ„(<) приводит к изменению мгновенной частоты выходного сигнала по закону ~щ, (г)— — щ,( = щ„— що — Лп< (1), т. е. к изменению знака перед отклонением частоты Л<п (().
Из приведенных примеров ясно, что переворачивание спектра при преобразовании частоты необходимо принимать во внимание только в тех случаях, когда спектр сигнала несимметричен относительно своей центральной частоты (при ЧМ асимметрия заключается в том, что знаки перед нижними боковыми частотами що — лзо пРи нечетных и отРицательны, см. 8 36). Прн преобразовании частоты сигнала с несимметричным спектром для сохранения структуры спектра частота гетеродина должна быть ниже частот сигнала. 832.
СИНХРОННОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ Рассмотрим особый вид преобразования, который получается при частоте гетеродина, равной частоте сигнала. Полагая в выражении (8.74) <и, = : — пз, и рассматривая сначала немодулированное входное колебание (Е„ = Ео), получаем <' (й =аз Е, Е, (соз (2пч г + 0« -(- 0„) + со» (0» -0„)(. (8,75> Как видим, в частном случае ы„= ы„колебание с нижней комбинационной частотой вырождается в постоянный ток 1, = а, Е,, сов (1), — 0,,) Е„.
(8. 76) При О, — ()„= 0 или л ток !1,~ достигает максимума, при 8„— б„= = л/2 ток 10 = О. При включении на выходе преобразователя фильтра нижних частот колебание с частотой 2ы„ подавляется и на выходе фильтра остается одно лишь постоянное напряжение, пропорциональное току 1„. При наличии АМ, когда е„(1) = Е„(1) соз (го,( + О,), колебание на выходе будет пропорционально току: (ц 11) = а., Е,. соз (0, — Нг) Е„(1), 18.77) т. е. будет совпадать по форме с законом модуляции аплнтуды высокочастотного колебания е, (1). Иными словами, иа выходе преобразователя выделяется передаваемое сообщение, причем по отношению к входному колебанию при Е, (1) « Е„обработка по существу является линейной.
Основным преимуществом такого способа обработки, называемого с и нхронным детектированием, является повышенная избирательность радиоприеча слабых сигналов на фоне шума (устраняется взаимодействие сигнала с помехой в нелинейном устройстве, каковым является обычный амплитудный детектор). Следует, однако, отметить, что реализация принципа синхронного детектирования связана со значительными трудностями, так как обеспечение синхронизма частоты гстеродина с частотой принимаемого сигнала является сложной задачей, особенно при приеме слабых сигналов на фоне помех. 8.13. ПОЛУЧЕНИЕ АМПЛИТУДНО- МОДУЛИРОВАННЫХ КО 1ВБАНИЛ В з 8.4 указывалось, что при воздействии на нелинейный резистивный элемент с квадратичной характеристикой двух гармонических колебаний с частотами ы, и ы,, отвечающими условию ы, « ы, в спектре тока среди других спектральных составляющих можно выделить три частоты ы, ы, + + ы, и ы, — ы,, образующие спектр АМ колебания.
В генераторах и передатчиках серьезным требованием является получение большой мощности колебания при хорошем КПД. Ясно, что квадратичный режим работы нелинейного элемента этому требованию не отвечает. Для улучшения энергетических показателей модуляции резистивный нелинейный элемент должен работать в существенно нелинейном режиме, с отсечкой тока. Поэтому модуляция амплитуды высокочастотного колебания сводится к воздействию модулирующим напряжением на нелинейный резонансный усилитель. Структурная схема устройства для получения АМ колебаний представлена на рис. 8.44.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
