10. Транзисторные и диодные преобразователи частоты.

Существуют различные, преобразователей частоты, выполненные на биполярных и полевых транзисторах отличаются они, в основном, способами подключения нелинейного элемента к источникам напряжения сигнала и гетеродина. Два варианта таких схем приведены на рис.1

Рис. Схемы преобразователей частоты на биполярном и полевом транзисторах.

Преобразователь частоты на основе аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде.

В таких перемножетелях используется метод переменной крутизны когда изменение выходного напряжения, приложенного к базам дифференциальных пар транзисторов, вызывает пропорциональное изменение крутизны (передаточной проводимости) транзисторов. Основным достоинством таких схем является высокая точность, широкая полоса частот, простота реализации.

Принципиальная схема преобразователя частоты приведена на рис.2

Рис. 2 Преобразователь частоты на основе аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде.

Напряжение сигнала управляет работой только транзистора VТ1, поскольку база транзистора VТ2 по высокой частоте заземлена. Ток коллектора транзистора VТ3 равен сумме эм токов транзисторов VТ1 и VЕ2. Если под воздействием сигнала U_с транзистор VТ1 открывается и ток I_э1 увеличивается, то транзистор VТ2 призапирается и его ток I_э1 уменьшается на такую же величину. Разностное напряжение снимается с коллекторов VТ1 и VЕ2. Контур настроен на промежуточную частоту. При малых значениях входных сигналов U_c выходное напряжение дифференциальной пары транзисторов равно произведению напряжения U_c (t) на величину эмитерного тока I_y :

U_вых(t)=R_н U_с (t) I уYт, где Yт – масштабный коэффициент, зависящий от рабочей температуры транзисторов. Следует отметить, что близкая к линейной операция перемножения получается лишь при напряжениях U_c (t) и U_г (t), не превышающих нескольких милливольт.

Достоинством схемы является подавление колебания гетеродина на выходе преобразователя частоты, так как токи с частотой гетеродина в катушке контура направлены на встречу друг другу. По той же причине в такой схеме происходит ослабление шумов гетеродина. Как и в обычных двух, усилителях в данной схеме подавляются четные гармоники входного сигнала.

Преобразователь частоты на основе двойного балансного смесителя

Преобразователь построен на основе трех дифференциальных усилителей, каждый из которых работает в режиме управляемого напряжением делителя тока (рис.3) . Выходное напряжение U _вых. (t) в такой схеме определяется следующим выражением: U_вых. (t)

Но это равенство выполняется при условии малых значений U_c и U_г. Если на выходах такого перемножителя, работающего в режиме, близком к линейному присутствуют колебания и , то напряжение на его выходе U_вых(t)=(R_нI/4γ tU_г cos _г t= )=(R_нI/4γ .

Одно из этих напряжений выделяется фильтром в качестве напряжения промежуточной частоты.

Рис. 3 Преобразователь частоты на основе двойного балансного смесителя.

Преобразователь частоты на диодном кольцевом балансном смесителе.

В диодном преобразователе частоты (рис.4) источник выходного сигнала, сигнала гетеродина и источника, смещения Е₀ включены последовательно. При значениях Е₀ много меньших Y_с Yг в токе диода присутствуют составляющее с частотами 2 …… Включив в качестве нагрузки частотно-избирательную цепью можно выделить составляющую с частотой .

Рис. 4 упрощенная схема диодного преобразователя частоты

Такая схема обладает целым рядом существенных недостатков:

1.Настройки контуров гетеродина и сигнала оказываются взаимозависимыми;

2.Ток с частотой сигнала, замыкающийся через цепь гетеродина, может вызвать «захват» сигнала гетеродина;

3. Ток с частотой гетеродина, замыкающийся через цепь входного сигнала, определяет существенное излучение сигнала гетеродина антенной приемника.

Рис. 5 Преобразователь частоты на диодном кольцевом балансном смесителе.

Этих недостатков лишены диодные балансные преобразователи (рис.5)

В таком преобразователе диоды включены в кольцо и на его выходе при симметричном выполнении плеч должны существовать гармонические колебания с частотами Для уменьшения нелинейных искажений при больших уровнях входного сигнала и сигнала гетеродина в каждое плечо преобразователя включаются несколько диодов. При этом общее входное напряжение делится между диодами. В результате на каждом диоде оказывается малое напряжение, что приводит к уменьшению нелинейных искажений.

Побочные каналы приема.

Наиболее часто в качестве промежуточной частоты принимается

В общем случае в токе смесителя имеется большое количество составляющих комбинации которых позволяют получить

, где m ,n = 0,1,3….№

Решив это уравнение относительно частоты помехи получим . Сигналы на таких частотах создают побочные каналы приема.

При m=1 и n=1 . Этот побочный канал приема называется «зеркальным». (рис. 6).

Помеха, принимаемая по зеркальному каналу, преобразуется на частоте на равных основаниях с входным сигналом, поэтому ее подавление должно осуществляться до преобразования частоты с помощью частотно-избирательных систем входного устройства и усилителя радиосигналов.

Рис. Характер расположения основного и побочных каналов приема.