- •Л е к ц и я № 11
- •Г. Калининград 2012 г. Текст лекции № 11
- •Введение
- •1. Перемножение сигналов. Кольцевой балансный перемножитель
- •2. Умножение частоты
- •3. Линейное и нелинейное резонансное усиление
- •Режим класса «а»
- •Режим класса «в»
- •Режим класса «ав»
- •Режим класса «с»
- •Режим класса d
- •Заключение
- •Литература
Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Физико-технический факультет
-
Утверждаю
Заведующий кафедры
к.т.н., доцент
А. Шпилевой
«___»_________ 200__ г.
Л е к ц и я № 11
Тема: «Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты»
Текст лекции по дисциплине: «Теория электрической связи»
-
Обсуждена и одобрена на заседании кафедры
протокол №___ от «___»___________200__г.
Г. Калининград 2012 г. Текст лекции № 11
по дисциплине: «Теория электрической связи»
«Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты»
Введение
Электрический сигнал в системе связи подвергается различным преобразованиям. Устройство, выполняющее преобразование сигнала (усиление, модуляцию и т. п.), называется функциональным узлом. В технике связи для преобразований сигналов, связанных с преобразованием их спектров, в большинстве случаев применяются нелинейные цепи. Нелинейными называют цепи, описываемые нелинейными дифференциальными уравнениями. Уравнение электрической цепи оказывается нелинейным в том случае, когда в схеме используются нелинейные элементы, параметры которых зависят от тока или напряжения. Одной из важнейших особенностей нелинейных цепей является то, что в них принцип суперпозиции не выполняется. В нелинейных цепях всегда возникают новые спектральные компоненты. Тема данной лекции связана именно с нелинейными цепями.
1. Перемножение сигналов. Кольцевой балансный перемножитель
В качестве первого типового ФУ рассмотрим перемножитель сигналов, тем более что он используется в параметрическом звене. По определению перемножителем является ФУ с двумя входами, выходной сигнал которого пропорционален произведению входных сигналов (рисунок 1.1). Поскольку операция перемножения не является линейной, то схемотехническое решение перемножителя следует искать в классе нелинейных цепей.
|
Рисунок 1.1 – Перемножитель |
Проанализируем схему кольцевого (мостового) перемножителя (рисунок 1.2), в которой в качестве нелинейных элементов используются диоды. Предварительно сделаем следующие допущения:
|
Рисунок 1.2 – Кольцевой диодный перемножитель сигналов |
1. Все диоды имеют квадратичные вольтамперные характеристики (режим слабого сигнала) с одинаковыми коэффициентами
|
(1.1) |
2. Сопротивления нагрузочных резисторов R одинаковы (симметрия
схемы).
3. Один из входных сигналов поступает от двух идентичных источников () (симметрия схемы).
Выходное напряжение определяется следующим выражением:
(1.2) |
Для определения токов диодов подставим в выражение их вольт-амперной характеристики соответствующие напряжения определяя последние через входные сигналыПадением напряжения на нагрузке при этом будем пренебрегать. Произведем алгебраическое суммирование токов:
|
(1.3) |
Обратим внимание на то, что является «чистым» произведением хотя в составе тока любого диода много посторонних слагаемых. Объясняется это тем, что при сложении токов диода в реакции ФУ их полезные составляющие (пропорциональные произведению) оказались синфазными, а все посторонние – противофазными. В результате первые сложились арифметически, а вторые компенсировались.
Такой способ очистки реакции нелинейного преобразователя от побочных продуктов преобразования называют методом фазовой компенсации и широко используют в схемотехнике.
Выводы:
1. ФУ является «чистым» перемножителем произвольных сигналов(в рамках выше сделанных допущений о режиме слабого сигнала, симметрии схемы, идентичности характеристик диодов) «Чистота» операции перемножения достигнута методом фазовой компенсации.
2. Суть метода фазовой компенсации заключается в следующем:
ФУ строится по симметричной многоканальной схеме, выходные реакции каналов суммируются, на входы каналов сигналы подают с таким подбором фаз, чтобы при сложении реакций каналов полезные составляющие оказались синфазными и суммировались, а побочные – противофазными и взаимно компенсировались