Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

fэф

fэф fэф

Рис. 5.18

5.2.3. Нелинейные эффекты

Рассмотрим пример: пусть Fпч=465 кГц, а Fс=931 кГц. При верхней настройке гетеродина Fг=931+465 =1396 кГц. На выходе преобразователя образуется полезное колебание Fпч1 = 1396 – 931 = 465 кГц.

За счёт нелинейного преобразования частоты с участием 2-й гармоники сигнала и 1-й гармоники гетеродинного напряжения на выходе преобразователя образуется колебание Fпч2 = 2×931 − 1396 = 466 кГц (рис. 5.19,а).

Рис. 5.19

Появляется паразитная АМ, а при детектировании образуется НЧ составляющая с частотой 1 кГц (рис. 5.19,б). Этот эффект известен под названием "свисты ПЧ".

ЛЕКЦИЯ №19. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

5.3 Транзисторные ПЧ

Управление крутизной транзистора возможно при различных вариантах включения источников Uг(t) и Uc(t) (рис. 5.20).

Последовательное включение источников Uг(t) и Uc(t) с переходом транзистора менее предпочтительно, чем их включение в цепь различных электродов. Электрическая изоляция цепей сигнала и гетеродина способствует уменьшению взаимосвязи настроек контуров вследствие изменения реактивных сопротивлений и устранению просачивания колебания гетеродина в антенну

185

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

РПУ. Для уменьшения взаимосвязи настроек целесообразно повысить fпч, либо использовать преобразование на гармониках гетеродина.

Рис. 5.20

В простейших ПЧ наилучшие результаты дает схема с включением сигнала в цепь базы (затвора), а гетеродина - в цепь эмиттера (истока). При этом транзистор по сигналу включен по схеме с общим эмиттером, а по гетеродину - с общей базой. ПЧ на полевом транзисторе представлен на рис. 5.21.

Рис. 5.21

Проходная характеристика полевого транзистора (рис. 5.22,а) хорошо аппроксимируется выражением

186

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

где Y21max - максимальная крутизна при токе насыщения Iсо ; Eо - напряжение отсечки.

θ

Рис. 5.22

Рабочая точка (точка А на рис. 5.22,б) может быть выбрана на середине линейного участка, однако этот режим с энергетической точки зрения, как известно, невыгоден из-за малого КПД. Более экономичным режимом работы является режим с отсечкой выходного тока. На рис. 5.22,б Uo – напряжение, соответствующее рабочей точке. Напряжение затвор-исток равно

Uзи = Uо − Umг cos(ωгt). Будем считать, что Uо = Umг , тогда

На границе отсечки тока стока выполняется соотношение Uзи − Eо = Uо[1− cos(ωгt1)]− Eо = Uо[1− cosθ]− Eо = 0,

откуда находим напряжение смещения Uо , необходимое для получения угла отсечки θ :

Из (5.34) с учетом (5.35) и (5.36) получаем

k=1

где

187

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

представляют собой k-е гармоники изменения крутизны транзистора по закону сигнала гетеродина.

Выражение (5.39) можно записать в следующем виде

где α k - функции Берга (рис. 5.23).

α

α1

αo

α2

α3

θ

Рис. 5.23

Анализируя рис. 5.23 можно установить, что при преобразовании на гармониках гетеродина максимальное значение амплитуды отклонения крутизны Y21(k) от среднего значения имеет место при некотором оптимальном значении угла отсечки θ . Следовательно, для получения максимального коэффициента преобразования необходимо соответствующим

188

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Схема балансного ПЧ на двухзатворном полевом транзисторе типа КП306 показана на рис. 5.24.

Рис. 5.24

Сигнальное колебание через входной широкополосный трансформатор T1 подводится к первым затворам VT1 и VT2. Гетеродинное колебание через разделительные емкости Cp управляет крутизной транзисторов. Балансировка структуры производится по вторым затворам резистором R3=100 кОм. Пара транзисторов нагружена на выходной контур, с которого напряжение преобразованной частоты через выходную обмотку трансформатора T2 подается в тракт промежуточной частоты.

Схема ПЧ на основе усилительного каскада на биполярном транзисторе показана на рис. 5.25. Транзистор VT выполняет роль смесителя. Сигнальное колебание uc(t) через входной контур поступает на базо-эмиттерный переход транзистора VT, к которому со стороны эмиттерной цепи подводится гетеродинное напряжение uГ (t) . В результате нелинейного преобразования образуются комбинационные частоты, которые усиливаются и поступают в коллекторную цепь.

В контуре LпчCпч выделяется полезная составляющая преобразования, а все остальные продукты преобразования, включая сигнальное и гетеродинные колебания, подавляются. Базовый делитель Rб1, Rб2 совместно с Rэ1 и Rэ2 устанавливают положение рабочей точки VT, соответствующей оптимальному режиму преобразования. Расчет элементов преобразователя не отличается

189

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

принципиально от расчета усилительного тракта и выполняется с учетом снижения крутизны проходной характеристики.

Рис. 5.25

Наибольшее распространение получили ПЧ, на основе транзисторных перемножителей. Схема ПЧ на основе транзисторного перемножителя имеет вид рис. 5.26. Транзисторы VT1 и VT2 образуют дифференциальную пару, а транзистор VT3 является источником тока. Режим работы дифференциальной пары задается резисторами R4, R3 и VT3, режим работы которого определяется R1, R2, Rэ. Трансформаторы T1 и T2 обеспечивают подачу перемножаемых колебаний в цепи дифференциальной пары и управляемого источника соответственно.

Нагрузкой дифференциального усилителя служит контур LкCк, настроенный на промежуточную частоту. Катушка Lк является первичной обмоткой трансформатора T3, а выходное напряжение снимается через вторичную обмотку трансформатора Lсв.

Заметим, что выходное напряжение может сниматься и несимметрично относительно общей точки, т.е. с одного из коллекторов транзисторов дифференциальной пары, однако в этом случае оно будет содержать дополнительные комбинационные составляющие.

При симметричном выходе коэффициент передачи удваивается и в спектре выходного сигнала отсутствует составляющая с частотой сигнала. В качестве смесительных секций преобразователей частоты применение находят и интегральные схемы - дифференциальные каскады типа К175УВ2, К175УВ4 и перемножители К174ПС1, К525ПС1, К525ПС2 и др., основу которых составляет двойной балансный перемножитель (рис. 5.27).

190

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

Рис. 5.26

Рис. 5.27

191