Основные функциональные узлы аппаратуры многоканальных систем передачи с ЧРК, страница 13

К преобразователям предъявляются требования по коэффициенту несогласованности входного и выходного сопротивлений Z_пр с    номинальным    сопротивлением    тракта R₀    . Параметры преобразователя должны обладать определенной стабильностью. Прежде всего это относится к его рабочему затуханию, которое должно достаточно мало изменяться под воздействием таких факторов, как изменения уровня несущего сигнала и температуры окружающей среды.

Преобразователи частот классифицируют по ряду признаков:

1.  По месту включения в аппаратуру различают индивидуальные преобразователи, используемые для переноса спектров сигналов от отдельных источников сообщений, и групповые - для преобразования спектров групповых сигналов. К последним предъявляются более жесткие требования, чем к индивидуальным, особенно в части нелинейных искажений и стабильности рабочего затухания.

2.   По характеру процесса преобразования различают пассивные преобразователи, к которым подключаются только источники преобразуемого сигнала и сигнала несущей частоты, и активные, к которым помимо названных подключаются также источники питающих напряжений. Пассивные преобразователи выполняются на диодах или транзисторах, работающих в ключевом режиме активные - на транзисторах, работающих в режиме усиления. Активные преобразователи по ряду параметров могут превосходить пассивные.

3.   По конфигурации соединения нелинейных элементов различают однотактные, балансные, двойные балансные преобразователи. Балансные преобразователи, выполненные на диодах, подразделяют на последовательные, параллельные и мостовые.  Иногда двойные балансные диодные преобразователи называют кольцевыми. Часто вместо термина (балансный) употребляют термин "двухтактный". В нагрузке балансных преобразователей должен отсутствовать сигнал несущей частоты, а в нагрузке двойных балансных - и исходный (непреобразованный) сигнал.

Балансные диодные преобразователи

Рассмотрим вначале работу последовательного балансного диодного преобразователя (рис. 6.30). На приведенной схеме источник преобразуемого сигнала имеет ЭДС и внутреннее сопротивление R_W. ЭДС источника сигнала несущей частоты , а внутреннее сопротивление -Rw. Нагрузкой преобразователя является резистор R_H. Входной Тр₁ и  выходной Тр₂ трансформаторы имеют вторичные обмотки со средними точками и характеризуются коэффициентами трансформации (отношениями чисел витков вторичных и первичных обмоток) n1 и n2 соответственно.

  Рис.6.30.Последовательный балансный диодный преобразователь

Будем считать трансформаторы преобразователя идеальными. Будем считать также, что диоды преобразователя имеют бесконечно малое сопротивление в открытом состоянии и бесконечно большое в закрытом. Кроме того, предположим, что преобразователь работает при условии малой глубины модуляции, т. е. что выполняется неравенство

                                                                         (6.2)

Сделанные допущения позволяют достаточно просто получить соотношения, пригодные для ориентировочных расчетов. Погрешности, вызванные этими допущениями, будут проанализированы далее.

Обратимся вновь к рис. 6.30. Можно видеть, что при продольной симметрии схемы ток сигнала несущей частоты в нагрузке преобразователя, как, впрочем, и во входной цепи, будет отсутствовать. Таким образом, с учетом неравенства (6.2) последовательный балансный преобразователь может быть представлен эквивалентной схемой, показанной на рис. 6.31, где диоды заменены ключом К, замкнутым при положительных и разомкнутым при отрицательных значениях ЭДС . В этом случае ток в нагрузке

                                ,                                        (6.3)

где , причем  Функция H_w (t) является  функцией включения, имеющей вид последовательности положительных прямоугольных импульсов со скважностью Т_w/t_w=2, единичной амплитудой и частотой w.На рис. 6.32 показаны временные зависимости преобразуемого сигнала (а), сигнала несущей частоты (б), функции включении (в) и тока в нагрузке (г).

                                          Рис. 6.31. Эквивалентная схема последовательного балансного

преобразователя

Рис. 6.32. Временные зависимости преобразуемого сигнала (а), сигнала несущей частоты (б), функции включения (в) и тока в нагрузке (г).

Разлагая функцию H_w(t) в ряд Фурье:

                                            (6.4)

перепишем выражение (6.3):

         (6.5)

На рис. 6.33, а показан спектральный состав тока в нагрузке балансного преобразователя в соответствии с выражением (6.5). Видно, что в спектре отсутствует несущая частота, но есть относительно большая составляющая исходного сигнала. Найдем рабочее затухание последовательного балансного преобразователя. В соответствии с определением рабочего затухания (6.1) подсчитаем мощности Р_w и Р_wW . Мощность, которую источник сигнала развивает в согласованной с ним нагрузке, может быть найдена по формуле

 (6.6)

Рис. 6.33. Спектральный состав тока в нагрузке балансного

преобразователя (а) и двойного балансного (кольцевого) преобразователя (6).

Амплитуда тока полезной составляющей в нагрузке из формулы (6.5) равна следовательно, мощность полезной составляющей будет

(6.7)

Рабочее затухание будет минимально при :

                                   .                                               (6.8)

Помимо последовательного балансного преобразователя находят применение параллельные балансные и мостовые балансные преобразователи (рис. 6.34). В первом из них (рис. 6.34, а) используется только один трансформатор со средней точкой, а во втором (рис. 6.34, 6) - трансформаторы вообще не имеют обмоток со средними точками, что существенно упрощает их конструкцию. Очевидно, что в этих преобразователях открытие диодов вызывает короткое замыкание источника преобразуемого сигнала, т.е. обе эти схемы могут быть представлены эквивалентной, показанной на рис. 6.34, б. Очевидно также, что график выходного тока этих преобразователей с точностью до фазы будет соответствовать графику выходного тока последовательного балансного преобразователя, и, следовательно, для них будут справедливы ранее полученные формулы (6.5), (6.7) и (6.8).