Преобразование сигналов в цепи с параметрическим сопротивлением

Наиболее широко параметрические сопротивления применяются для пре­образования частоты сигналов. Отметим, что термин «преобразование частоты» не совсем корректен, поскольку частота сама по себе неизменна. Очевидно, это понятие возникло из-за неточного перевода английского слова «heterodyning — гетеродинирование». Гетеродинирование — это процесс нели­нейного или параметрического смешивания двух сигналов различных частот для получения колебаний третьей частоты.

Итак, преобразование частоты — это линейный перенос (смещение, транс­формация, гетеродинирование, или транспонирование) спектра модулированного сигнала (а также любого радиосигнала) из области несущей частоты в область промежуточной частоты (или с одной несущей частоты на другую, в том числе и более высокую) без изменения вида или характера модуляции.

Преобразователь частоты (рис. 4.25) состоит из смесителя (СМ) — пара­метрического элемента (например, МДП-транзистора, варикапа или обыч­ного диода с квадратичной характеристикой), гетеродина (Г) — вспомога­тельного автогенератора гармонических колебаний с частотой ω_Г, служащего для параметрического управления смесителем, и фильтра промежуточной частоты (обычно колебательного контура УПЧ или УВЧ).

Рис. 4.25. Структурная схема

преобразователя частоты

Принцип действия преобразователя частоты рассмотрим на примере пере­носа спектра однотонального АМ-сигнала. Положим, что под воздействием гетеродинного напряжения

(4.51)

крутизна характеристики МДП-транзистора пре­образователя частоты изменяется во времени приближенно по закону

(4.52)

где S₀ и S₁ — соответственно среднее значение и первая гармоническая составляющая крутизны характеристики.

При поступлении на МДП-транзистор смесителя АМ-сигнала переменная составляющая выходного тока в соответствии с (4.46) и (4.50) бу­дет определяться выражением:

Пусть в качестве промежуточной частоты параметрического преобразова­теля выбрана частота

. (4.54)

Тогда, выделив ее с помощью контура УПЧ из спектра тока (4.53), по­лучим преобразованный АМ-сигнал с тем же законом модуляции, но сущест­венно меньшей несущей частотой

. (4.55)

Заметим, что наличие только двух боковых составляющих спектра тока в (4.53) определяется выбором предельно простой кусочно-линейной аппрок­симации крутизны характеристики транзистора. В реальных схемах смесите­лей в спектре тока содержатся также составляющие комбинационных частот

, (4.56)

где т и п — любые целые положительные числа.

Соответствующие временные и спектральные диаграммы сигналов с ам­плитудной модуляцией на входе и выходе преобразователя частоты показаны на рис. 4.26.

Рис. 4.26. Диаграммы сигналов на входе и выходе преобразователя

частоты: а — временные; б — спектральные

Преобразование частоты в аналоговых перемножителях

Современные преобразователи частоты с параметрическими резистивными цепями построенв1 на принципиально новой основе. В них в качестве смеси­телей используются аналоговые перемножители. Если на входы аналогового перемножителя подать два гармонических колебания: модулированный сигнал

(4.57)

и опорное напряжение гетеродина (4.51), то его выходное напряжение будет со­держать две составляющие

Спектральная составляющая с разностной частотой ω_пч = |ω_г − ω₀| выделяется узкополосным фильтром УПЧ и используется в качестве промежуточной часто­ты преобразованного сигнала.