Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 14

18.4. Параметрическое преобразование частоты

При рассмотрении преобразования частоты электронными ус­тройствами, построенными на базе нелинейных резисторов (см. подразд. 13.5), отметим, что на одну пару входов преобразователя поступает входной сигнал uc(t) частотой ωс, а на вторую пару входов — колебания гетеродина ur(t) частотой ωг. На выходе пре­образователя формируется сигнал с комбинационными частота­ми ωг+ ωс или | ωг- ωс|. Аналогичный преобразователь частоты (ПЧ) можно рассматривать как цепь, построенную на базе параметри­ческого резистора. В таком ПЧ в качестве управляющего напряже­ния выступает сигнал гетеродина ur(t). При выполнении условия Uг » Ucв преобразователе дифференциальная крутизна транзис­тора S(t) имеет линейную зависимость в окрестности рабочей точки транзистора (см. рис. 18.1).

Приложение малого входного напряжения uc(t) к параметри­ческому резистору, в качестве которого можно использовать би­полярный транзистор, приведет к линейному изменению кру­тизны транзистора. В этом случае ток параметрического резистора будет содержать слагаемые, изменяющиеся с частотами ωг + ωс и | ωг- ωс|. Настроив колебательный контур на выходе параметриче­ского преобразователя частоты на одну из этих комбинационных частот, можно выделить спектральную составляющую сигнала в окрестности частоты, полученной в ходе преобразования частоты.

18.5. Параметрическое детектирование

Структурная схема синхронного детектора (см. рис. 17.14) со­держит перемножитель двух сигналов и фильтр нижних частот. Это устройство также можно рассматривать в качестве параметриче­ского детектора.

В общем случае в параметрическом детекторе амплитуда Uоп опорного напряжения uon(t) = Uoncos(ωont + φоп) существенно выше амплитуды Umмодулированного напряжения um(t), т.е. Uon » Uвх, что позволяет рассматривать перемножитель как параметрическое устройство, в котором нелинейное сопротивление управляется опорным напряжением. Тогда дифференциальная крутизна нели­нейного резистора изменяется по линейному закону.

Пусть входное напряжение uвх(t) изменяется по гармоничес­кому закону

uвх(t) = Uвхcos(ωвхt + φвх) без модуляции, а частоты несущего колебания входного сигнала и опорного напряжения рав­ны между собой ωоп = ωвх. При этом ток, проходящий через пара­метрический резистор, включает три слагаемых: первое слагаемое изменяется с частотой ωвх, второе — с частотой 2 ωвх, а третье слагаемое представляет собой постоянный ток. На выходе пере­множителя включен ФНЧ, который подавляет составляющие тока с частотами ωвх и 2 ωвх. На выходе синхронного детектора будет присутствовать только постоянное напряжение (ток).

Пусть входной сигнал является модулированным сигналом uвх(t)  = Uвхcos[(ωвх + Ω)t + φвх], где Ω — частота изменения низ­кочастотной составляющей входного сигнала (Ω«ωвх). Тогда вы­ходной сигнал параметрического детектора будет содержать спек­тральные составляющие только модулирующего сигнала, изменя­ющегося с частотой

Ω «ωвх.

18.6. Формирование модулированных колебаний

Устройства формирования модулированных колебаний можно рассматривать как параметрические цепи преобразования сигна­лов. При формировании АМ-колебаний используется параметри­ческое сопротивление, а при формировании ЧМ-колебаний — параметрическая емкость. В качестве примера рассмотрим ампли­тудный модулятор, представленный на рис. 16.1. В этом модулято­ре транзистор можно рассматривать в качестве нелинейного рези­стора, который в окрестности рабочей точки управляется моду­лирующим сигналом uy(t) = Uycos(Ωt) (управляющий сигнал).

На рис. 16.9 приведена принципиальная схема модулятора ЧМ-колебаний. В этом модуляторе в качестве нелинейной емкости ис­пользуется варикап VD1, емкость которого зависит от управляющего напряжения uупр(t), являющегося модулирующим сигналом. Этот сигнал изменяет емкость варикапа в окрестности рабочей точки.

Таким образом, использование параметрических элементов (со­противление, емкость, индуктивность) позволяет проектировать различные радиотехнические устройства, работающие в широком частотном диапазоне и имеющие относительно простые схемные решения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Бакалов В.П., Дмитриков В, Ф., Круг Б. Е. Основы теории цепей: Учеб­ник для вузов; Под ред. В.П.Бакалова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 2000.

Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 2000.

Бирюков В. Н. и др. Сборник задач по теории цепей / Под ред. В.П. По­пова. — 1985.

Варакин Л. Е. Бестрансформаторные усилители мощности: Справоч­ник. — М.: Радио и связь, 1984.

Войшвилло Г. В. Усилительные устройства. — М.: Радио и связь, 1983.

Гоноровский И. С Радиотехнические цепи и сигналы. — 4-е изд., пере­раб. и доп. — М.: Радио и связь, 1986.

Клюев Л.Л. Теория электрической связи. — Минск: Дизайн ПРО, 1998.

Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985.

Нефедов В. И. Основы радиоэлектроники. — М.: Высшая школа, 2000.

Остапенко Г. С. Усилительные устройства. — М.: Радио и связь, 1989.

Попов В. П. Основы теории цепей. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1998.

Радиотехнические цепи сигналы /Д. В. Васильев, М. Р. Витоль, Ю. Н. Горшенков и др.; Под ред. К.А.Самойло. — М.: Радио и связь, 1982.

Татур Т. А. Основы теории электрических цепей. — М.: Высшая шко­ла, 1980.

Усилительные устройства / Под ред. О.В.Головина. — М.: Радио и связь, 1993.

Шагурин И. И. Микросхемотехника. — М.: Радио и связь, 1990.

Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электри­ческих цепей. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1990.