Покровский / УМК ОРЭ ч.2(для студентов) / Радиоэлектроника(часть2) / Ответы(часть2)№11

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

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

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

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

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.

Параметрические (синхронные) АД. В синхронных детекторах (рис. 8.2) под действием гетеродина периодически меняется во времени параметр цепи (наиболее часто — крутизна ПЭ). По­скольку к таким устройствам относятся и ПЧ, структурная схема параметрического АД совпадает со структурной схемой ПЧ (см. рис. 1.6, г). Частоту гетеродина (Г) выбирают равной частоте не­сущего колебания на входе детектора, т. е гетеродин должен быть синхронным с сигналом: f_г = f_c, поэтому такой АД называют синхронным. Ток на выходе ПЭ при f_г = f_c с учетом начальной фа­зы колебания гетеродина Из этого выражения следует, что ток i₂ содержит составляющие различных частот f_c, 2f_c, ... и состав­ляющую нулевой частоты. Таким образом, в выходном токе i₂ возникают новые частотные составляющие, составляющая с ну­левой частотой является полезной, создающей напряжение Е_Д на выходе фильтра. Полезная составляющая тока

Для выделения i₂₀ используют фильтр, состоящий из парал­лельной R_НC_Н-цепи (рис. 8.3). Составляющая тока i₂₀ создает на R_Н напряжение

Из (8.2) следует, что АД создает напряжение в соответствии с законом изменения амплитуды входного сигнала. Кроме того, напряжение Е_Д зависит от разности фаз , т. е. синхрон­ный АД реагирует одновременно на два параметра входного сигнала: U_с и φ_с. Для работы такого АД необходимо, чтобы фаза сигнала равнялась фазе гетеродина: φ_с = φ_г; при этом cosΔφ = l; напряжение Е_Д максимально. Если φ_с = φ_г ± 90^о, то cosΔφ = 0; Е_Д = 0. Следовательно, необходима не только синхронность (f_г = f_c), но и синфазность (φ_с = φ_г) напряжения гетеродина с напряжением сигнала. Для реализации синхронности и синфазности гетеродина создается специальная цепь синхронизации (см. рис. 8.2), вклю­чающая в себя фильтр для выделения несущего колебания и_с, которое подводится к фазовому детектору системы автоматичес­кой подстройки частоты гетеродина.

Диодные АД. Диодный АД, построенный по схеме рис. 8.3,. называют последовательным, поскольку нагрузка R_H и диод VD включены последовательно. Диодный АД, в котором диод и на­грузка включены параллельно, называют параллельным. Прин­цип работы диодного АД можно пояснить с временной или со спек­тральной точки зрения.

Литература: Н. Н. Фомин, “Радиоприемные устройства”, Издате6льство «Радио и связь», Москва, 1996.

3