Аналогично из (4.40) для инвертирующего пч

Y_ВЫХ =Y₂₂+Y₁₂ Y₂₁/ Y_Э1. (4.52)

Общий или сквозной коэффициент передачи напряжения диодного ПЧ на рис.9.28 найдем как K^* = Ū_Н / Е_Г, гдеŪ_Н = m₂ Ū_ПР.Для определенияŪ_ПРнадо решить систему уравнений (4.39) или (4.40) с учетом (4.41) и (4.42). Воспользуемся выражениями (4.43) и (4.49):Y_Э1 Ū_С+Y₁₂ Ū_ПР = m₁Е_ГY_Г;

Y₂₁ Ū_С + Y_Э2 Ū_ПР= 0. (4.53)

Отсюда Ū_ПР= –m₁Е_ГY_ГY₂₁/ (Y_Э1 Y_Э2– Y₁₂ Y₂₁).

Общий коэффициент передачи напряжения

K^* = m₂ Ū_ПР / Е_Г = –m₁m₂Y_ГY₂₁/ (Y_Э1 Y_Э2– Y₁₂ Y₂₁). (4.54)

Это общее выражение позволяет рассчитать ачх и фчх диодного пч. Диод преобразователя частоты используется в одном из двух режимов:

1) напряжение гетеродина изменяется преимущественно в области прямого тока – резистивный режим; 2) используется закрытый переход диода –емкостный режим.

В резистивном режимеприменяется диод с малой баръерной емкостью – главную роль играет нелинейное активное сопротивление (нелинейная «резистивность») диода. Такой преобразователь частоты называетсярезистивным.

В емкостном режимеприменяется диод со сравни­тельно большой нелинейной емкостью – варикап. При этом резистивность проявляется слабо. Такой преобразователь частоты называетсяемкостным.

4.7.1 Резистивный режим диода преобразователя частоты соответствует диапазону напряжений гетеродина преимущественно в области прямого тока. В таком преобразователе применяется диод с малой емкостью. Главную роль в этом режиме диода играет нелинейная зависимость тока диода от напряжения – нелинейная «резистивность». Применяя общую теорию к случаю резистивного режима и пренебрегая емкостя­ми, – из (4.38) получаем параметрыY₁₁= Y₂₂=G⁽⁰⁾,Y₁₂= Y₂₁=G_пр. Учитывая пренебрежимо малое влияние емкостного сопротивления в (4.54), найдем модуль резонансного коэффициента передачи напряжения:

K₀^*= – m₁m₂ G_прG_Г/ (G_Э1G_Э2 – G_пр²), (4.55)

где G_Э1 =G_к1+G⁽⁰⁾ + m₁² G_Г;G_Э2 =G_к2+G⁽⁰⁾ + m₂²G_Н– эквивалентные резонансные проводимости соответственно входного и выходного контуров.

Из (4.55) видно, что K₀^*зависит отm₁,m₂и есть оптималь­ные значения этих коэффициентов, при которых значениеK₀^* будет максимальным. При исследованииK₀^*на экстремум можно пренебречь собственными резонансными проводимостями контуров, что соответствует реальным схемам.

В ПЧ используют точечные диоды и диоды с барьером Шотки (ДБШ), образованным напылением метал­ла на полупроводник, и обращенные диоды. Преобразователь на туннельном диоде (ТД) может иметь коэффициент передачи K_Р>1 вследствие отрицательной проводимости дио­да в зоне туннельного эффекта, но для него характерны малая стабильность па­раметров преобразования и склонность к самовозбуждению. По шумовым харак­теристикам преобразователи на ТД уступают транзисторным.

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн часто используют ба­лансные ПЧ, которые способны ослаблять шумы гете­родина. Балансный ПЧ состоит из двух небалансных. Два варианта схем балансных ПЧ приведены на рис.4.29: двухтактное включе­ние фильтра промежуточной частоты – рис. 4.29, а) и «однотактное» – рис.4.29,б). При двухтактном включе­нии фильтра напряжение гетеродина действует на диоды vd₁ иVD₂с оди­наковой фазой, а напряжение сигнала через трансформаторTp₁— с противопо­ложными фазами. Токи промежуточной частоты в цепях диодов – противофазные. В первичной обмотке трансформатораTp₂эти токи текут в противоположных направлениях (встречное включение обмоток) и выходное напряжение определяется их суммарным действием. Составляющие токов с ча­стотой гетеродина в половинах обмоток входного и выходного трансформаторов противоположны и взаимно компенсируются, поэтому напряжения гетеродина и шумов гетеродина не проникают во входную и выходную цепи балансного пре­образователя.

а)

Рис.4.29 – Варианты балансных преобразователей частоты

Изготовление и настройка точно сбалансированного смесителя с двухтактной цепью промежуточной частоты вызывает определенные трудности. Практически более удобно не симметричное («однотактное») включение ФПЧ – рис. 9.29,б). В этой схеме напряжения принимаемого сигнала и гетеродина действуют в диагоналях моста, образованного половинами вторичной обмотки трансформатора Tp₁и дио­дамиVD₁ иVD₂. Составляющие токовi₁иi₂, создаваемые напряжением гетеро­дина, замыкаются через диоды, не ответвляясь в диагональную цепь, в которую включены входной и выходной контуры. Поэтому, как и в предыдущем случае, колебания от гетеродина не проникают во входную и выходную цепи.

Напряжение преобразуемого сигнала подается на диоды VD₁ иVD₂ в оди­наковой фазе, а напряжение гетеродина противофазно. Компоненты токовi'₁иi^'₂ промежуточной частоты, вызванные действием сигнала, замыкаются через пер­вичную обмотку трансформатораTp₂, протекая в противоположных направлениях («встречное включение»), и создают на выходе напряжение промежуточной частоты, пропорциональное их сумме.

Улучшение параметров ба­лансных диодных ПЧ достигается в двойных ба­лансных или кольцевых схемах, в которых реализуется баланс по двум входам – по сигналу и по гетеродинному колебанию. Преимущества кольцевых схем по сравнению с балансны­ми: меньшее содержание гармоник входных сигналов и комбинационных частот в выходном спектре, более широкий динамический диапазон входных сигналов, большая максимально допустимая мощность, менее жесткие требования к на­пряжению пробоя диодов, более широкая полоса пропускания.

4.7.2 Емкостный режим диода

В емкостном преобразователе применяется элемент с большой нелинейной емкостью (например, варикап) – рис. 4.24, б). Обратным напряжени­ем смещенияЕдиод закрыт. В этом случае, пренебрегая активными проводимостями, из (4.38) получаем параметры преобразования:

Y₁₁=j_CC₀;Y₁₂=j_ПРC_ПР; Y₁₂=j_CC_ПР;Y₂₂=j_ПРC_0. (4.60)

Согласно (4.46) с учетом (4.60) входная проводимость ПЭ в точках 1—1 (см. рис.9.28) для неинвертирующего ПЧ

Y_ВХ = j_CC₀ + _C_ПР  (Y_НЭ + j_ПРC₀). (4.61)

При настройке цепи нагрузки в резонанс на частоту f_ПР=_ПР 2 реактивность выходного контура вместе с реактивностью диода равна нулю, тогда (4.61) имеет вид

Y_ВХ = j_CC₀ + _C_ПР  G_НЭ, (4.62)

где G_НЭ = G_к2 +G_Н – эквивалентная резонансная проводимость выходного кон­тура с нагрузкой.

Рис.4.30 – Эквивалентная схема параметрического преобразователя частоты

Для инвертирующего ПЧ входная проводимость ПЭ из (7.47) с учетом (7.60) при резонансе в выходной цепи определяется выражением

Y_ВХ = j_CC₀ – _C_ПР  G_НЭ. (7.63)

Отсюда видно что инвертирующий ПЧ имеет отрицательную активную составляющую входной проводимости

G_НЭ = –_C_ПР  G_НЭ. (7.64)

Это происходит вследствие прямого и обратного инвертирующего преобразова­ний, в результате во входной контур поступают колебания с частотой сигнала в фазе с принятым колебанием, что приводит к регенеративному усилению коле­баний на частоте принимаемого сигнала.