Типы преобразователей частоты
Элементами с нелинейными характеристиками в преобразователях служат преимущественно транзисторы и диоды. Основное различие между транзисторными и диодными преобразователями состоит в том, что транзистор является невзаимным элементом, т. е. влияние входного напряжения на выходной ток у него отличается от влияния напряжения в цепи выходного электрода на ток во входной цепи. Ток в диоде — общий для входа и выхода и влияние обоих напряжений на этот ток одинаково, т. е. цепь с диодом принадлежит к классу взаимных цепей.
Транзистор, туннельный диод и емкостный диод (варактор) при определенных условиях способны усиливать радиосигналы, поэтому на них можно построить активные преобразователи, в которых одновременно с преобразованием реализуется усиление. Выпрямительный диод ослабляет, а не усиливает преобразуемый сигнал, т. е. преобразователь является пассивным.
Усилительный прибор можно использовать для генерирования колебаний. Каждый гетеродин в преобразователях частоты можно реализовать на транзисторе, диоде с отрицательным сопротивлением (негатрон), электронной лампе или ином усилительном приборе. В активных преобразователях электронный прибор может одновременно служить преобразователем частоты и гетеродином. В этом случае преобразователь называется генерирующим или автогетеродинным. Поскольку оптимальные режимы электронного прибора для генерирования и для преобразования частоты не одинаковы, более распространены преобразователи с отдельным гетеродином.
При выборе режима электронных приборов в преобразователе стремятся реализовать максимальный коэффициент передачи; линейность преобразования в отношении преобразуемого сигнала; минимальный уровень внутренних шумов; минимальный уровень побочных продуктов преобразования, которые могут быть помехами радиоприему; минимальную связь между цепями радиочастоты и гетеродина. Взаимное влияние этих цепей затрудняет их настройку, а также приводит к излучению колебаний от гетеродина через антенну, что создает помехи другим приемникам, т. е. затрудняет электромагнитную совместимость радиотехнических средств.
В диодном преобразователе (рис. 37) источник сигнала и гетеродин включаются в цепь диода и в этой же цепи формируется напряжение промежуточной частоты.
На рисунке не
показано, что источником напряжения
преобразуемого сигнала
является входная цепь или усилитель
радиочастоты; через этот источник
проходит ток электронного прибора,
обладающий сложным спектром. Поскольку
форма этого тока отличается от
синусоидальной, напряжение на входной
цепи может быть также несинусоидальным.
Однако из-за того, что входная цепь
содержит настроенный на частоту сигнала
резонансный контур, на котором падение
напряжения создается практически только
первой гармоникой тока, следует полагать
напряжение не квазигармоническим, т.
е. синусоидальным, амплитуда и фаза
которого изменяются сравнительно
медленно соответственно закону модуляции
сигнала. Гетеродин также содержит
резонансную цепь, настроенную на его
частоту
;
поэтому напряжение
будем также считать синусоидальным.
Аналогично и выходное напряжение
преобразователя
,
которое выделяется на колебательном
контуре с резонансной частотой
,
будем считать квазигармоническим.
Рис. 37
На рис. 38 показаны два варианта схемы преобразователя с невзаимным электронным прибором, в данном случае — биполярным транзистором. Аналогично могут быть выполнены преобразователи с полевым транзистором или электронной лампой. Источник напряжения сигнала и гетеродин включаются между базой и эмиттером (рис. 38, а.). Схема на рис. 38, б отличается более слабой связью между входом преобразователя и гетеродином. Для еще большего ослабления этой связи напряжения часто подают на разные электроды, как показано на рис. 39.
Рис. 38
В схеме на рис. 39, а напряжения сигнала и гетеродина подаются на разные затворы полевого транзистора. В преобразователе по схеме на рис. 39, б. напряжения подаются на управляющие электроды двух транзисторов, соединенных последовательно. Напряжение гетеродина может быть подано не в цепь истока нижнего транзистора, а на его затвор.
Два примера схем автогетеродинного преобразователя приведены на рис. 40. Ток с частотой гетеродина из цепи коллектора вводится в цепь обратной связи гетеродина, который в схеме на рис. 40, а выполнен с трансформаторной связью, а в схеме на рис. 40, б — по трехточечной схеме.
Рис. 39
Рис. 40