Экспериментальное исследование основных свойств преобразователей частоты на полевых транзисторах и интегральных микросхемах

Цель работы: экспериментальное исследование основных свойств преобразователей частоты на полевых транзисторах и интегральных микросхемах и сопоставление полученных результатов с теоретическими предпосылками.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

1. Для подготовки к выполнению работы студенту необходимо:

– изучить раздел теоретического курса «Преобразователи частоты»;

– изучить настоящее описание;

– ознакомиться с методикой проведения измерений;

– ознакомиться с правилами эксплуатации используемой измерительной аппаратуры.

2. Для допуска к выполнению работы студент обязан успешно пройти предварительный опрос. При этом он должен показать знание цели работы, методики необходимых измерений иих предполагаемых результатов.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА И ЗАЩИТА РАБОТЫ

1. Каждый студент составляет индивидуальный отчет о работе.

2. В отчете должны быть приведены:

– цель работы;

– электрические принципиальные схемы исследуемых преобразователей, выполненные в соответствии с требованиями ЕСКД;

– результаты измерений в виде таблиц, графиков или отдельных значений;

– выводы по работе, касающиеся соответствия результатов измерений теоретическим данным и возможных причин при их несоответствии.

3. При защите отчета о работе студент обязан показать знание раздела теоретического курса и умение объяснить методику проведения измерений и их результаты.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ МАКЕТОВ

Все работы выполняются фронтально на специальных лабораторных макетах. Каждый макет состоит из трех частей: в верхней части макета собрана классическая схема преобразователя частоты на полевом однозатворном или двухзатворном транзисторе; в нижней части макета – одна из сложных схем преобразователей частоты на интегральной микросхеме; между ними расположен гетеродин.

Варианты схем исследуемых преобразователей частоты и эквивалентное сопротивление контура в каждом макете указаны в таблице.

№ макета	Схема преобразователя		Rэ, кОм
	Верхняя часть макета	Нижняя часть макета
1	Однозатворный (КП303 или КП305)	Двойной балансный на микросхеме 140МА1	4
2	Однозатворный (КП303 или КП305)	Двойной балансный на микросхеме 140МА1	48
3	Двухзатворный (КП306 или КП350)	Балансный на дифференциальном каскаде	20
4	Двухзатворный (КП306 или КП350)	Балансный на дифференциальном каскаде	10
5	Двухзатворный (КП306 или КП350)	Двойной балансный на микросхеме К140МА1	4
6	Однозатворный (КП303 или КП305)	Балансный на дифференциальном каскаде	2,5
7	Двухзатворный (КП306 или КП350)	Простой на дифференциальном каскаде	15
8	Однозатворный (КП303 или КП305)	Простой на дифференциальном каскаде	2
9	Двухзатворный (КП306 или КП350)	Двойной балансный на микросхеме К140МА1	2,5
10	Однозатворный (КП303 или КП305)	Балансный на дифференциальном каскаде	2,5
11	Однозатворный (КП303 или КП305)	Простой на дифференциальном каскаде	4
12	Двухзатворный (КП306 или КП350)	Простой на дифференциальном каскаде	2,6

1. Краткие теоретические сведения

В супергетеродинном приемнике основное усиление и избирательность производятся на фиксированной (промежуточной) частоте f_пр, что позволяет в диапазонных приемниках обеспечить постоянство чувствительности, избирательности и других характеристик в пределах широкого диапазона принимаемых частот.

Преобразование частоты сигнала в промежуточную осуществляется в преобразователе частоты, характеристики которого зависят от используемого активного элемента, режима его работы по постоянному току и амплитуды гетеродинного напряжения.

Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина, напряжение которого периодически изменяет параметры смесителя.

Нагрузкой преобразователя частоты служит избирательный элемент (контур или фильтр), который настраивается на частоту полезного эффекта преобразования (промежуточную частоту)   f_пр = f_г ± f_c  – простое преобразование или  f_пр = n f_г ± f_c – при преобразовании  на гармонике гетеродина.

В качестве активного элемента смесителя могут быть использованы электронные лампы, транзисторы или диоды.

Преобразование частоты – это процесс перемножения двух напряжений – принимаемого сигнала и гетеродина. Такое перемножение можно осуществить с помощью преобразователей частоты на нелинейном (аддитивные) или параметрическом элементе (мультипликативные).

При преобразовании частоты на нелинейном элементе принципиально необходимо иметь нелинейный элемент. Если вольт-амперная характеристика этого элемента представлена, например, полиномом i = I₀ + Au + Bu² + Cu³ + …,    на который подаются напряжения сигнала и гетеродина

, то в составе выходного тока нелинейного элемента образуются комбинационные частоты вида                           ω_к = |± nω_с ± nω_г| .                (1)

При преобразовании частоты на параметрическом элементе сигнал подается на линейный элемент с характеристикой вида , параметр А которого изменяется под действием гетеродинного напряжения

.

При этом в составе выходного тока нелинейного элемента появляются комбинационные частоты вида       ω_к = |± ω_с ± nω_г| .              (2)