И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Если бы преобразователь частоты был линейным прибором, то в нем произошло бы просто сложение двух колебаний. Например, при сложении двух колебаний с близкими, но не кратными Рпс. б.!0. Структурная схема преобразова- теля частоты частотами (рис. 6.1!,а.б) получились бы биения, т. е. сложное колебание, частота которых менялась бы в некоторых пределах около среднего значения /вр — — (/', + /'в)/2, (6.34) а амплитуда изменялась бы с частотой, равной разности /, — /, (рис. 6.11,в). Такие биения не содержат составляющего колебания с новой частотой. Но если биения детектировать (выпрямить), то вследствие нелинейности этого процесса возникает составляющая с частотой /, — /', = /'вр (рис.
6.11,г). На выходе преобразователя частоты получается сложное колебание с составляющими разных частот. Общая формула этих частот ./=! /' *./.), (6.35) где т и л — любые целые числа, включая нуль. Прн т = л = О получается /' = О. Это г) Рис. б.!!. Графики, поясняющие преобразо- вание частоты !02 означает, что на выходе преобразователя частоты имеется постоянная составляющая.
Полагая т = ! и л = О или т = О и л = 1, получим, что составляющие с частотами /, и/э также имеются в выходном напряжении. Значению т = л = 1 соответствуют новые частоты: разностная /', — /', и суммарная /', + /'ь Одна из них обычно используется в качестве новой, преобразованной частоты. Другие значения т н л также соответствуют новым частотам.
Все эти новые частоты, представляющие собой комбинации частот /' и /, и их гармоник, называются комбинационными чоилотими. Выбирая подходящую вспомогательную частоту можно получить любую новую частоту. Среди новых частот содержатся и гармоники первоначальных колебаний с частотами 2/'„3/',, ... н 2/то 3/'в, ..: Но проще их получить при нелинейном искажении только одного иэ подводимых напряжений. Наличие двух напряжений для возникновения гармоник необязательно.
Как правило, амплитуды комбинационных колебаний (и гармоник) тем меньше, чем выше значения т н л. Поэтому обычно в качестве колебания новой промежуточной частоты используют колебание разностной частоты, а иногда суммарной. Комбинационные частоты более высокого порядка применяются редко. Преобразование частоты в радиоприемниках в большинстве случаев осуществляется так, что при приеме сигналов различных радиостанций, работающих на разных частотах, создаются колебания одной и той же промежуточной частоты. Это позволяет получить большое усиление и высокую избирательность, причем почти постоянные во всем диапазоне частот принимаемых сигналов.
Кроме того, при постоянной промежуточной частоте работа усилительных каскадов более устойчива и онн значительно проще по устройству, нежели каскады, рассчитанные на диапазон частот. В радиоприемных н радиоизмерительных устройствах в качестве проме- жуточной чаще всего используется разностная частота, причем вспомогательная частота 7'„(частота гетеродина) обычно выше преобразуемой частоты сигнала 7",. Такое соотношение между частотами обязательно, если частота 7'„должна быть выше частотыун Кроме того, если преобразование осуществляется в диапазоне частот, то при 7'„>7ь необходимо меньшее относительное изменение частоты Гн что облегчает устройство гетероднна. Например, если изменяется от 500 до 1000 кГц и нужна новая частота Уьв = 250 кГц, то, выбрав частоту гетеродина 7; ниже ун придется ее изменять от 500 — 250 = = 250 кГц до 1000 — 250 = 750 кГц, т.
е. в 3 раза. Но если 7'„) у„то частоту7', надо изменять от 500 + 250 = = 750 кГц до 1000 + 250 = 1250 кГц, т.е. меньше чем в 2 раза. В дальнейшем мы будем подразумевать под промежуточной частотой Гьр разностную частоту. Название «промежуточная частота» сложилось исторически, потому что в супергетсродинных радиоприемниках принимаемые колебания высокой частоты 7; преобразовались в колебания более низкой частоты /'ьр, а затем с помощью обычного детектора превращались в колебания звуковой частоты Г.
Частота 7ьр была высокой, но ниже и выше Г, т. е, являлась промежуточной. В некоторых современных приемниках частота 7'ьр бывает выше частоты приходящих сигналов 7,. Поэтому термин «промежуточная частота» лучше понимать в том смысле, что каскады усиления колебаний с частотой 7'„р расположены в схеме приемника между каскадами усиления колебаний с частотой 7; и каскадами усиления низкой частоты. Для преобразования частоты применяют различные нелинейные приборы. Например, у приемников для дециметровых и сантиметровых волн в преобразователях частоты работают полупроводниковыедиоды. Транзисторы используют, для преобразования частоты в диапазоне дециметровых, метровых и более длинных волн.
Преобразование осуществляется сле- дующим образом. К нелинейному прибору подводятся напряжения с частотами /; и 7',. Тогда ток прибора пульсирует с этими частотами и за счет нелинейности в токе появляются составляющие с комбинационными частотами. На одну из ннх, обычно на разностную частоту 1',р — — 7 „— 7 н настроен выходной колебательный контур. Он имеет большое сопротивление только для тока резонансной частоты, и на нем получается усиленное напряжение только с частотой ('„к Таким образом, контур выделяет. колебания промежуточной частоты. В схемах преобразователей частоты необходимо по возможности устранить связь между цепями приходящих сигналов и цепями гетеродина. Обычно в тех и других имеются колебательные контуры. При наличии связи между ними наблюдается влияние одного контура на другой, нарушение правильной их настройки, ухудшение стабильности частоты гетеродина и прн отсутствии усилителя радиочастоты — паразитное излучение колебаний гетеродина через антенну приемника.
Кроме того, сильные приходящие сигналы, например от местной станции, с частотой 7а проникая в гетеродин,могут заставить его генерировать колебания с той же частотой, несмотря на то что колебательный контур гетеродина настроен на частоту Л = Л + Я„. Такое явление, называемое захватыванием или нринуоитевьной синхронизацией гетеродина приходящими сигналами, недопустимо, так как если частоты колебаний сигнала и гетеро- дина одинаковы, то промежуточная частота равна нулю, т. е.
преобразования частоты не получится. Простейшие схемы преобразователей частоты показаны на рис. 6.12. В схеме на рис. 6.12, а на диод воздействуют напряжения с частотой сигнала 7ь и с частотой гетеродина 7,. Контур настроен на новую (промежуточную) частоту. В схеме с общим эмиттером (рис. 6.12,6) оба напряжения подаются на базу биполярного транзистора.
Аналогичная схема может быть создана на основе полевого транзистора при включении его с общим истоком (см. 6 7.1). 103 1ке 104 Рнс. 6.12. Схемы лля преобразования частоты Недостаток обеих схем заключается в том, что в них не устранена связь между источником сигнала и гетеро- дином. Некоторое ослабление этой связи в схеме с биполярным транзистором можно получить, если гетеродин включить в провод эмиттера (с полевым транзистором — в провод истока). Сушествуют многие более сложные схемы, в которых осуществлена развязка цепей сигнала и гетеродина. Рассмотрим преобразование частоты применительно к транзисторному каскаду с помощью элементарных математических соотношений. Характеристика управления г, = 1 (ие,) транзистора показана на рис 6.13, На базу подается напряжение сигнала и, = Уе„з)пает и напряжение гетеродина и, = Уч„яп а,к Ток коллектора можно записать в следующем виде: Рне.
6.13. Характеристика управления тран- зистора г', = 1,о+ 5(7 „япа,г+ 5У,апа,г, (636) где 5 = уㄠ— крутизна транзистора, равная гг)„/Ьиео. Поскольку транзистор — нелинейный прибор, то его характеристика управления нелинейна н крутизна сама является функцией напряжения. Будем считать, что крутизна меняется под влиянием напряжения гетеродина. Для упрощения примем, что характеристика квадратичная (параболическая), и тогда крутизна изменяется по линейному закону: 5 = 5о + 5 ап а,й (6.37) где 5о — начальное значение крутизны в рабочей точке Т (в режиме покоя) и 5 — амплитуда изменения крутизны.
Подставим это выражение в уравнение (6.36) и произведем некоторые преобразования: 1„= 1ке + (5о + 5 яп а г) У„„яп а,г + + (5о+ 5 япа„г)(7,„,япа,г = = 1 е+ 5оре з)па~1+ 5 У з)пга г + + 5оУ„е яп а,е + 5„У„„япа,1япа,т. (6.38) Из тригонометрии известно, что 1 — соз 2и зшгп 2 и 1 1 яппз(п р = — соз(п — )3) — — соз(а+ )3). 2 2 Используя эти соотношения, можно написать 1 гк 1ке+ 50('чгзгпад+ 5 ('чн 2 1 — — 5 11е„сов 2а„г+ 5о(7е,зшан+ 1 + — 5 У„,соз(а„— а,)г— 1 — — 5„(7, соз (а„+ а„) г. (6.39) Таким образом, за счет нелинейных свойств транзистора в коллекторном токе помимо постоянной составляющей, составляющих с частотами гетеродина н сигнала, а также второй гармоники гетеродина возникли состав- ляющие с новыми частотами; разностной и суммарной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
