ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Цель работы:

–исследовать зависимость коэффициента преобразования от уровня преобразуемого сигнала для преобразователей частоты, выполненных на основе аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде, двойного балансного смесителя на трех дифференциальных каскадах и диодного кольцевого балансного смесителя;

–исследовать стабильность коэффициента преобразования в диапазоне перестройки входного сигнала для трех типов преобразователей частоты;

–определить уровни колебаний промежуточной частоты по зеркальным каналам приема в трех точках диапазона перестройки входного сигнала для трех типов преобразователей частоты;

–определить уровни колебаний промежуточной частоты по побочным каналам приема в трех точках диапазона перестройки входного сигнала для трех типов преобразователей частоты;

–измерить уровень прямого прохождения входного сигнала с промежуточной частотой на выход преобразователя частоты (для трех типов преобразователей).

Краткиетеоретическиесведения

Модуль коэффициента преобразования преобразователя частоты с избирательной системой в виде двух связанных контуров на промежуточной

частоте при равных эквивалентных затуханиях (δэ1 = δэ2 = δэ ) [1] определяют по формуле

где η – параметр связи между контурами; Y21пр – модуль проводимости пря-

мой передачи при преобразовании частоты.

Для ориентировочных расчетов можно полагать, что

Y21пр = (0,4 − 0,8)Y21 ,

где Y21 – модуль проводимости прямой передачи транзистора в режиме уси-

ления на промежуточной частоте [2].

Связь между контурами называют критической при η = 1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Описаниелабораторнойустановки

Лабораторная установка предназначена для экспериментальных исследований процесса преобразования частоты сигнала, выполняемого на основе:

–аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде;

–двойного балансного смесителя на трех дифференциальных каскадах;

–диодного кольцевого балансного смесителя.

Структурная схема установки, состоящей из трех блоков, приведена на рис. 4. Блок I служит для исследования характеристик преобразователя частоты на основе аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде, реализованного на ИМС К237ЖА1. К выходу ИМС подключен согласующий трансформатор Тр3 и усилитель Ус, с выхода которого выходное напряжение через переключатель «Тип преобразователя» поступает на полосовой пьезоэлектрический фильтр со средней частотой fср = 465 кГц и полосой прозрачности fф = 8 кГц.

Блок II позволяет проводить исследование характеристик преобразователя частоты на основе двойного балансного смесителя, выполненного на ИМС К140МА1. Напряжение с выхода ИМС через переключатель поступает на полосовой пьезоэлектрический фильтр, на выходе которого выделяется колебание промежуточной частоты, которое через выходной согласующий усилитель Вых. Ус. поступает на выход преобразователя частоты.

Блок III предназначен для экспериментальных исследований преобразователя частоты на диодном кольцевом балансном смесителе. В его состав входят: два входных согласующих трансформатора Тр1 и Тр2, диодный мост VD1–VD4 и согласующий усилитель Ус. С помощью переключателя «Тип преобразователя» происходит подключение выхода согласующего усилителя Ус этого блока к входу пьезоэлектрического фильтра.

Соединение лабораторной установки со вспомогательной и контроль- но-измерительной аппаратурой показано на рис. 5. Источники питания ±12 В подключаются к разъему, расположенному на задней стенке корпуса установки. Два одинаковых комплекта контрольно-измерительной аппаратуры (высокочастотный вольтметр, генератор стандартных сигналов, цифровой частотомер) подключены к входам: «Вход сигнала» и «Вход гетеродина» (см. рис. 4). С помощью двух ГСС происходит изменение частоты колебаний сигнала и гетеродина (колебания с выходов ГСС на вход установки должны поступать без амплитудной модуляции) и изменение уровней этих колебаний. При этом частоты колебаний выбираются в пределах от 200 до 1 500 кГц, а уровни амплитуд колебаний находятся в диапазоне от 20 до 400 мВ. Для точного измерения значений уровней входного сигнала и сигнала гетеродина используются милливольтметры.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Выход преобразователя частоты (см. рис. 4) подключен к высокочастотному милливольтметру и осциллографу, предназначенному для визуального контроля формы выходного колебания с частотой fПЧ = 465 кГц.

Выбор одного из блоков для проведения экспериментальных исследований происходит с помощью кнопочного переключателя блоков I, II, III «Тип преобразователя». При этом включение требуемого блока производится нажатием соответствующей кнопки при отжатых кнопках двухдругих блоков.

Порядоквыполненияработы

Ознакомившись с описанием контрольно-измерительной аппаратуры, входящей в экспериментальную лабораторную установку, включить приборы и саму установку нажатием кнопки «Вкл.» (рис. 5). После этого провести следующие измерения.

1. Получить зависимость эффективных значений UПЧ сигнала на выходе преобразователя частоты (ПЧ) на дифференциальном каскаде (блок I) от величины эффективных значений Uс входного сигнала. Установить уровень эффективных значений Uг в пределах 350–450 мВ, Uc = 5–120 мВ, значение частоты fc = 1 000 кГц и получить преобразование частоты при

fПЧ = f г − fс = 465 кГц. Изменяя Uc с шагом 20 мВ в пределах от 5 до 120 мВ, измерить значение UПЧ с помощью выходного милливольтметра. Результаты

занести в таблицу и построить график UПЧ = f(Uс).

2. Получить зависимость эффективных значений UПЧ сигнала на выходе преобразователя частоты на основе двойного балансного смесителя (блок II) от величины Uc входного сигнала по методике п. 1.

3. Получить зависимость эффективных значений UПЧ сигнала на выходе преобразователя частоты на диодном кольцевом балансном смесителе (блок III) от величины Uc входного сигнала по методике п. 1.

4. Измерить стабильность коэффициента преобразованияКпр = |UПЧ|/|UС| в диапазоне перестройки частоты fc входного сигнала для трех типов преобразователей частоты. Для каждого типа преобразователя установить уровень Uг в пределах 350–450 мВ, а Uc = 15–30 мВ. Изменяя частоту fc с шагом 400 кГц в пределах от 200 до 4 000 кГц и получая для каждого значения fc преобразование частоты fПЧ = fг − fс = 465 кГц, измерить значение UПЧ с помощью выходного милливольтметра. Результаты занести в таблицу. Построить зависимости Кпр от значений fc для каждого типа преобразователя частоты.

5. Определить уровни колебаний промежуточной частоты по зеркальным каналам приема для трех значений частоты гетеродина fг в диапазоне 900–2 000 кГц. Установить уровень Uг в пределах 350–450 мВ, а уровень Uc = 15–20 мВ. При изменении частот fc и fг уровни Uc и Uг поддерживать неизменными. Для каждого из трех значений частоты fг, изменяя величину fc, получить преобразование частоты для прямого (fс = fг – fПЧ = fг – 465 кГц) и зеркального (fз = fг + fПЧ = fг + 465 кГц) каналов. Измерить значение UПЧ с помощью выходного милливольтметра для прямого и зеркального каналов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

приема. Результаты занести в таблицу. Измерение провести для всех трех ти-

щью выходного милливольтметра и результаты занести в таблицу. Измерение провести для трех типов преобразователей частоты.

7. Измерить уровень прямого прохождения входного сигнала с частотой fc = fПЧ = 465 кГц на выход преобразователя частоты. Установить уровниUг и Uс той же величины, что и в п. 5, а значение fг =1 500–2 000 кГц. Результаты измерений занести в таблицу. Измерение провести для трех типов преобразователей частоты.

Расчетноезадание

Рассчитать коэффициент преобразования преобразователя частоты на микросхеме К2УС281 с двухконтурным полосовым фильтром с критической связью. Параметры транзистора 2Т307Б в режиме преобразования частоты определить аналитическим методом по приближенным формулам, связывающим Y-параметры (Y21пр) транзистора в режиме преобразования и Y-параметры в режиме усиления. В качестве исходных данных использовать параметры транзистора 2Т307Б и данные табл. 5. Промежуточная частота

110 кГц, t = 10 °С, L1 = L2 = 65 мкГн.

Таблица 5

Эквивалентное затухание контуров полосового фильтра принять равным 0,3, коэффициенты включения p1 = 1, p2 = 0,5.

Содержаниеотчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1.Наименование и цель работы.

2.Структурные схемы, краткое описание и принципы работы исследуемых преобразователей частоты.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

3. Результаты измерений для трех типов преобразователей частоты.

3.1.Таблицы с результатами измерений и экспериментальные характеристики UПЧ = f (Uc ).

3.2.Таблицы с результатами измерений и экспериментальные харак-

теристики зависимости коэффициента преобразования Кпр от частоты fс входного сигнала.

3.3.Таблицы с результатами измерений уровней колебаний промежуточной частоты по основному и зеркальному каналам приема.

3.4.Таблицы с результатами измерений уровней колебаний промежуточной частоты по основному и побочным каналам приема. Спектрограмма для каждого из значений частоты гетеродина fг для основного, зеркального

ипобочных каналов приема. При построении спектрограмм уровни UПЧ для зеркального и побочных каналов нормировать к уровнюUПЧ основного канала.

3.5.Таблицы с результатами измерений уровней прямого прохожде-

ния входного сигнала с частотой f = f =465 кГц.

cПЧ

4. Анализ полученных результатов.

4.1.Объяснение характера зависимостей UПЧ = f (Uc ).

4.2.Анализ частотных свойств преобразователей частоты.

4.3.Сравнение уровней колебаний промежуточной частоты по побочным каналам приема для трех типов преобразователей частоты.

4.4. Оценка степени прохождения входного сигнала с частотой fc =465 кГц на выход преобразователя частоты.

Контрольныевопросы

1. Как выбрать промежуточную частоту?

2. Какие искажения может претерпевать сигнал в преобразователе и что следует предпринимать для их уменьшения?

3.В чем преимущества верхней настройки гетеродина?

4.Как выбрать уровень гетеродинного напряжения?

5. Как выбрать полосу пропускания фильтра преобразователя частоты? 6. Как осуществлять сопряжение настройки контуров преселектора и

гетеродина при электронной перестройке?

7. Как уменьшить напряжение, возникающее от просачиваний колебаний гетеродина на антенный вход?

8. Как сказывается наличие шумовых составляющих в спектре гетеродинного напряжения на эффективной избирательности радиоприемного устройства?

9.В чем сущность преобразования частоты на основе аналогового перемножения на дифференциальном каскаде?

10.Какие преимущества имеет преобразователь частоты на основе двойного балансного смесителя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

11. В чем отличие диодного и транзисторного преобразователей час-

тоты?

12. Какие каналы приема называют зеркальными? Побочными?

13. Чем определяется величина коэффициента преобразования?

14. Какими цепями УПиОС осуществляется ослабление помехи по зеркальному и дополнительным побочным каналам приема?