Преобразователи частоты и параметрические усилители. Теория преобразования. Побочные каналы преобразования

ГЛАВА 4 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

1 Общие сведения

1

Лекция 7. ПЧ РПрУ

Прeобразователи частоты предназначены для переноса спектра радиосигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую. Перенос спектра должен происходить без изменения вида и параметров модуляции, т. е. линейно.

2

Лекция 7. ПЧ РПрУ

Преобразование частоты возможно в результате перемножения двух напряжений. Одним из них является принятый сигнал

вторым—напряжение вспомогательного генератора (гетеродина), формируемое в приемнике,

При перемножении напряжений сигнала и гетеродина появляются комбинационные составляющие частот

Одна из них выделяется фильтром и называется напряжением промежуточной частоты

3

Лекция 7. ПЧ РПрУ

Перемножитель напряжений можно реализовать с помощью нелинейных цепей или цепей с периодическим изменением параметров под действием гетеродина. В качестве нелинейных или параметрических элементов, которые называют смесителями, в настоящее время используют транзисторы в дискретном или интегральном исполнении и диоды.

Сигнал на входе смесителя должен быть малым, чтобы нелинейность его характеристики не приводила к заметным искажениям принимаемого сигнала. Напряжение гетеродина сравнительно велико, поэтому проводимость смесителя меняется по закону изменения напряжения гетеродина. Ее можно представить в виде ряда Фурье

4

Лекция 7. ПЧ РПрУ

2. Теория преобразования

Обобщенная структурная схема ПЧ приведена на рисунке. Нелинейный элемент (НЭ) - смеситель; фильтр промежуточной частоты (ФПЧ); гетеродина (Г). Смеситель можно представить шестиполюсником, на который подаются напряжения преобразуемого сигнала и гетеродина , а на выходе выделяется напряжение промежуточной частоты . В дальнейшем НЭ с гетеродином будем называть преобразующим элементом (ПЭ).

5

Лекция 8. ПЧ РПрУ

Представим входной и выходной токи ПЭ в виде функций

Разложим i2 в ряд Тейлора по степеням малых и

обозначим как

обозначим как

6

Лекция 8. ПЧ РПрУ

С учетом принятых обозначений

После подстановки получаем

Ток на выходе смесителя содержит различные комбинационные составляющие частот. Составляющая тока промежуточной частоты

7

Лекция 8. ПЧ РПрУ

Промежуточная частота может иметь одно из следующих значений:

где k=1,2,...

Коэффициент пропорциональности между амплитудой выходного тока промежуточной частоты и амплитудой напряжения входного сигнала при к.з. на выходе называют крутизной преобразования:

Она определяется половиной амплитуды k-й гармоники проводимости прямого действия.

8

Лекция 8. ПЧ РПрУ

После перехода к комплексным амплитудам выражение примет вид:

при

(1)

и

(2)

Выражение (1) является уравнением прямого преобразования неинвертирующего ПЧ, т. е. такого, у которого положение боковых полос (БП) спектра при преобразовании не меняется (рисунок, а, в). Формула (2) является уравнением прямого преобразования инвертирующего ПЧ, у которого боковые полосы при преобразовании меняются местами: нижняя становится верхней и наоборот (рисунок, б).

9

Лекция 8. ПЧ РПрУ

10

Лекция 8. ПЧ РПрУ

Первое слагаемое в (1) и (2) характеризует процесс преобразования частоты. Второе слагаемое обусловлено реакцией нагрузки. Коэффициент пропорциональности между амплитудой выходного тока промежуточной частоты и амплитудой напряжения входного сигнала при к.з. на выходе называют крутизной преобразования:

Выходная проводимость ПЧ при к.з. на входе определяется постоянной составляющей выходной проводимости смесителя, изменяющейся под действием гетеродина:

11

Лекция 8. ПЧ РПрУ

Для вывода уравнения обратного преобразования выражение для i1 разлагают в ряд Тейлора по и , ограничиваясь линейными членами:

Вводят обозначения

- ток на входе смесителя при действии напря-жения гетеродина;

- дифференциальная входная проводимость;

-дифференциальная проводимость внутренней ОС.

12

Лекция 8. ПЧ РПрУ

Коэффициент пропорциональности между амплитудой тока с частотой сигнала на входе и амплитудой напряжения промежуточной частоты на выходе смесителя при к.з. на входе называют крутизной обратного преобразования:

Входная проводимость ПЧ при к.з. на выходе определяется постоянной составляющей входной проводимости смесителя:

13

Лекция 8. ПЧ РПрУ

Таким образом, неинвертирующий ПЧ можно описать следующей системой