3.4 Перетворювачі частоти

3.4.1 Принцип перетворення частоти

Перетворювачі частоти - це пристрої, що здійснюють перенесення

спектру частот сигналу з однієї області частот в іншу без зміни

характеру модуляції (мал. 3.29).

Мал. 3.29

Наприклад, при перетворенні амплітудно-модульованого коливання

змінюється тільки частота коливання, що несе, а закон амплітудної

модуляції залишається незмінним (мал. 3.30).

Мал. 3.30

На структурних схемах перетворювач частоти позначається:

В результаті перетворення несучого коливання змінюється по частоті;

нове значення частоти називається проміжною ƒ_пч. частота може бути як вище, так і нижче за частоту сигналу ƒ_с; відбувається перетворення частоти вгору, в другому - вниз.

Для перетворення частоти використовується нелінійний елемент (НЕ), на

який подаються коливання одночасно двох частот: коливання з частотою

сигналу ƒ_с (мал. 3.31). і коливання з частотою допоміжного генератора (гетеродина) ƒ_с (мал. 3.31).

Мал. 3.31

Якщо вольт амперна характеристика НЄ квадратична, то ток через нього буде

де а - коефіцієнт пропорційності, що має розмірність мА/в.

При подачі на НЭ коливань з частотою ω_с:

Та коливаннь гетеродина з частотою ω_г :

Результуюча напруга на вході змішувача:

=

А ток протікаючий через ЕЄ:

Цей вираз показує, що струм в ланцюзі змішувача є складним і

містить складові: з частотами основних коливань ω_г і ω_с і

складові комбінаційних частот (ω_г + ω_с) і (ω_г - ω_с). Будь-яка з

комбінаційних складових може бути використана як сигнал

проміжної частоти.

У радіоприймальних пристроях доцільне пониження частоти

вхідного сигналу, тому зазвичай використовується складова з різницевою

частотою. Для виділення необхідних частотних складових фільтр на

виході змішувача налаштовується на складову з частотою (ω_г - ω_с)

Амплітуда проміжної частоти, що становить, рівна . Оскільки

амплітуда напруги гетеродина незмінна, то закон зміни

амплітуди проміжної частоти, що становить, визначається законом

зміни амплітуди перетворюваного сигналу Це означає, що у випадку

амплітудній модуляції перетворюваного сигналу, напруга проміжної

частоти виявляється промодульованим по такому ж закону.

Вивід. Таким чином, при подачі на НЄ з квадратичною ВАХ

здійснюється перемножування двох гармонійних коливань, в результаті

чого виходить комбінаційні коливання, одне з яких, зване

коливанням ПЧ, виділяється фільтром для подальшого використання.

Гетеродин перетворювача змінює крутість ВАХ НЄ для сигналу

призначеного для перетворення, унаслідок чого струм через НЄ з

змінною крутістю ВАХ при дії гармонійного сигналу буде

мати комбінаційні складові, одна з яких є состовляечею

проміжної частоти.

3.4.2 Умови лінійного перетворення частоти

При дії на НЄ косинусоїдальної напруги гетеродина

крутість ВАХ в робочій крапці змінюється (мал. 3.32).

Мал. 3.32

Якщо ВАХ має квадратичний характер, т. е. i=a·U²

то крутизна її

S=di/dt=2aU має лінійну залежність від прикладеної напруги (у

даному випадку напруги гетеродина).

Перетворення буде лінійним, якщо будуть виконані наступні

умови:

1. ВАХ НЕ в межах зміни напруги гетеродина має бути

квадратичною.

2. Амплітуда напруги гетеродина має бути значно більше

амплітуди напруги сигналу (U_mг>>U_mс).

3. Фільтр на виході змішувача має бути ідеальним, т. е. виділяти

тільки складову проміжної частоти.