Лекция №10

4. Преобразователи частоты

В супергетеродинном приемнике сигналы в диапазоне рабочих частот преобразуются в преобразователе частоты (ПЧ), состоящего из местного, управляемого по частоте, автогенератора – гетеродина и смесителя частоты, в колебания фиксированной промежуточной частоты, на которой и осуществляется основное усиление и частотная селекция.

Функция ПЧ – сдвиг выделенного спектра по частоте без изменения его структуры и, следовательно, без изменения закона модуляции сигнала, образующего этот спектр.

Рассмотрим принцип гетеродинного преобразования частоты.

Пусть - модулированное колебание. Спектральные составляющие колебания вокруг- несущей частоты обусловлены передаваемым сигналом с полосой(модулирующей функцией).

При помощи гетеродина в смесителе спектр сигнала переносится на другую несущую частоту

При k>1 преобразование частоты называется преобразованием на гармониках гетеродина или преобразованием k-го порядка.

Преобразование сигнала возможно только при использовании в смесителе нелинейного элемента или параметрического прибора. В выходном токе смесителя под действием колебаний сигнала и гетеродина возникает множество комбинационных колебаний. Выделение желательного колебания в преобразователе осуществляется на выходе смесителя колебательной системой, настроенной на требуемую преобразованную частоту.

В зависимости от того, какая проводимость преобразователя используется для преобразования частоты, преобразователи можно разделить на резистивные и реактивные. Из реактивных ПЧ наиболее распространены емкостные т.к. они обладают лучшими характеристиками при достаточной простоте выполнения.

В качестве нелинейного элемента в ПЧ чаще всего используются диоды и транзисторы (ламповые диоды и триоды).

По способу получения колебаний гетеродина различают ПЧ с отдельным гетеродином и с совмещенным. В последней группе ПЧ нелинейный элемент используется одновременно для генерации частоты гетеродина и в качестве смесителя.

В зависимости от того, на какую преобразованную частоту настраивается выходной колебательный контур ПЧ, на или, различают преобразование “вверх”. И преобразование “вниз”.При преобразовании “вниз” -имеет место два случая: 1); 2). Во втором случае спектральные составляющие более высокой частоты переносятся в область более низких частот – т.е. спектр сигнала инвертируется, такой преобразователь называют инвертирующим.

Основные характеристики пч

Коэффициент усиления равен отношению комплексной амплитуды выходного напряжения преобразованной частоты к комплексной амплитуде напряжения сигнала, действующего на входе преобразователя

- зависит от частоты входного сигнала, эта зависимость обусловлена как резонансной системой на выходе смесителя, так и зависимостью параметров нелинейного элемента от частоты.

При точной настройке, когда преобразованный сигнал () совпадает с резонансной частотой контура () коэффициент усиления максимален и равен

2. Линейные искажения сигнала характеризуются неравномерностью коэффициента усиления в полосе спектра сигнала и нелинейностью фазовой характеристики. Эти искажения обусловлены резонансной системой на выходе смесителя.

3. Нелинейные эффекты характеризуются:

- нелинейностью амплитудной характеристики ПЧ;

- коэффициентом блокирования сигнала;

- коэффициентом перекрестных искажений;

- коэффициентом взаимной и вторичной модуляции.

В преобразователе частоты возникают специфические нелинейные эффекты определяемые наличием сильных колебаний с частотой гетеродина. К этим эффектам относятся:

- побочные каналы приема (зеркальный, на промежуточной частоте, дополнительные каналы)

- свисты.

4. Избирательность ПЧ в области настроек определяется характеристикой фильтра на выходе смесителя, и может быть оценена коэффициентом прямоугольностиk_{п 0,1}, k_{п 0,01} – этого фильтра.

5. Устойчивость работы преобразователя в смысле постоянства его характеристик определяется не только свойствами смесителя, но и гетеродина и избирательной системы.

Что касается самовозбуждения ПЧ (смесителя), то преобразователь представляет собой устройство, входные и выходные цепи которого настроены на значительно отличающиеся частоты (f_c и f_пр) и по этому непосредственно индуктивная или емкостная связи входа с выходом обычно не опасна.

Существенное снижение стабильности показателей характерно для регенеративного преобразователя на туннельном диоде и емкостного преобразователя с инверсией спектра.

6. Перекрытие заданного диапазона частот определяется возможностью перестройки гетеродина в пределах заданного диапазона и стабильностью его характеристик при перестройке.