Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 16

              Умножение частоты используют, например, для повышения частоты генераторов с кварцевой стабилизацией. Частота подоб­ных генераторов весьма стабильна, однако построение таких ге­нераторов для частот более 10 МГц представляет большие труд­ности, поэтому разрабатывается генератор на частоту генерации ωг = ωр/n, где ωр — рабочая частота радиотехнического устрой­ства, а затем эта частота умножается nраз.

             При преобразовании сигнала его спектр смещается по оси час­тот на вполне определенное и постоянное значение. На рис. 13.13 приведена схема одного из возможных вариантов преобразователей частоты.

             Работает преобразователь ча­стоты следующим образом. Элек­трическая схема преобразовате­ля имеет два входа и один выход. На один из входов подается вход­ной сигнал uвх(t ) = Uc(t)cos(ωct), а на другой — сигнал гетероди­на (Г) uг(t) =Ur(t)cos(ωrt).

             Гетеродином называется вспо­могательный генератор гармони­ческих электрических колеба­ний, используемый для преобразования несущей частоты сигналов в радиоаппаратуре.

Рис. 13.13. Схема преобразователя  частоты

              Сигнал гетеродина — это гармоническое колебание фиксиро­ванной частоты ω г. Входной же сигнал представляет собой узко­полосный сигнал с ограниченной частотой спектра, т.е. под час­тотой ω с понимается множество частот спектральных составляю­щих. Для наглядности изложения принципа работы преобразова­теля частоты будем считать, что и ω с — это частота гармоничес­кого колебания uвх(t ).

              Таким образом, к нелинейному резистору, в качестве которо­го используется биполярный транзистор, приложено два гармо­нических колебания. В подразд. 13.3 отмечалось, что для этого слу­чая отклик сигнала, в данном случае ток коллектора iк транзисто­ра, будет содержать множество спектральных составляющих. Час­тоты этих составляющих

n ω с и k ω г, с одной стороны, будут крат­ны исходным частотам ω с и ω г, с другой стороны, появятся ком­бинационные частоты, представляющие собой сумму и разность частот

n ω с, k ω г (k ω г± n ω с). Использование этих частот и позволяет осуществить преобразование частоты.

              Спектральные составляющие с комбинационными частотами ω г± ω с возникают в соответствии с четными степенями полинома (13.5). При этом амплитуды спектральных составляющих с этими частотами включают составляющие, в которых амплитуды Uвх и Uг имеют как первую, так и выше первой степени. Однако неис­каженная передача спектра сигнала возможна при линейном или близком к линейному характере изменения амплитуд Uвх и Uг. Ча­стота (ω г + ω с) располагается правее частоты ω г, а ω г- ω с — левее ω г на оси частот. На рис. 13.14 показаны диаграммы, поясняющие принцип преобразования частот.

              Для того чтобы выделить спектральные составляющие одной из комбинационных частот ω г + ω с или ω г- ω с, используют соот­ветствующие фильтры. При этом возможны случаи, когда ω г и ω с слабо различимы либо сильно различимы, что требует соответ­ствующего подхода к организации фильтрации.

              Для выделения спектральных составляющих с частотами ω г- ω с и ω г + ω с необходимо использовать полосовые фильтры, позво­ляющие выделить спектральные составляющие сигнала в огово­ренном диапазоне частот. Если частоты ω г и ω с сильно различа­ются, то для выделения спектральных составляющих с частота­ми ω г + ω с или ω г - ω с необхо­димо использовать полосовой фильтр.

Pис. 13.14. Диаграммы, поясняющие принцип преобразования частот

               Частота входного сигнала ωс может быть как больше, так и меньше частоты ω г сигнала гетеродина. Соответственно по распределению спектра сигналов на оси частот относительно комбинационных частот ωг± ωс можно рассматривать следующие случаи. При ωс> ωг структура спектра «переворачивается». Например, при преобразовании спектра АМ-колебания, если ωс> ωr , то спектр этого сигнала, сдвинутый (преобразованный) по оси частот левее частоты ωг, сохраняет свою структуру, а при ωс< ωг сдвиг спектра приводит к тому, что нижняя и верхняя боковые полосы АМ-колебания меняются местами.

ГЛАВА 14

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

14.1. Принцип работы и классификация усилительных

устройств

             Усилителем электрических сигналов называется устройство, которое путем преобразования энергии источника питания фор­мирует новое (выходное) колебание, являющееся приближенной копией входного колебания, но превышает его по уровню напря­жения, тока или мощности. Таким образом, усилительное устрой­ство (УУ) представляет собой совокупность непосредственно уси­лителя и источника питания. При этом усилительное устройство позволяет усилить напряжение, ток или мощность входного сиг­нала. На рис. 14.1 показана структурная схема УУ и источника вход­ного тока.

               На входные зажимы 1 — 1 УУ поступает сигнал от источника входного воздействия, в качестве которого может выступать ис­точник напряжения uc(t) (см. рис. 14.1, а) или источник тока jс(t) (см. рис. 14.1, б). Источник входного воздействия имеет входное сопротивление Zc или входную проводимость Yc=1/Zc. Выходной сигнал УУ выделяется в нагрузке ZH. В общем случае сопротивления источника сигнала Zc и нагрузки ZH являются комплексными величинами.

Рис. 14.1. Структурная схема УУ (а) и источника входного тока (б)

               Усилительные устройства используются как самостоятельная аппаратура, так и в составе функциональных устройств на их ос­нове. Специфичные свойства радиотехническим устройствам на основе усилителей придаются путем охвата последних положи­тельной или отрицательной обратными связями. Так, охватывая устройство ПОС, можно построить автогенератор, формирующий незатухающие колебания. При введении в устройство ООС можно как улучшить параметры усилителя (диапазон усиливаемых час­тот, входное и выходное сопротивления), так и получить устрой­ства, обеспечивающие фильтрацию сигналов по частоте, сумми­рование, вычитание, умножение, деление, логарифмирование, дифференцирование или интегрирование сигналов.