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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.