Эл и схем / scientific_friquency_processor

Исследование преобразователя частоты

Методическая разработка к компьютерной лабораторной работе по дисциплине

Устройства приема и обработки сигналов

Кафедра РЭИС Никитин Н.П.

1

Исследование преобразователя частоты

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ – УПИ» им. Б.Н.Ельцина

Кафедра «РЭИС»

Исследование преобразователя частоты

Методическая разработка к лабораторной работе по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов» для студентов всех форм обучения направлений 552500 Радиотехника, 654200 Радиотехника (специальностей 200700 Радиотехника, 201600 Радиоэлектронные системы), 654400 Телекоммуникации (специальность 201200 Средства связи с подвижными объектами).

Екатеринбург

2010

2

Исследование преобразователя частоты

УДК 621.397.622 ББК 32.849

Составитель Н.П.Никитин Научный редактор доц., канд. тех. наук В.И. Елфимов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ РАДИОПРИЕМНИКА: Методическая разработка к лабораторной работе по дисциплинам: «Устройства приема и обработки сигналов», «Устройства приема и обработки радиосигналов в системах подвижной радиосвязи», «Устройства приема и преобразования сигналов» / Н.П. Никитин. ─ Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2010. 30с.

Даны сведения о схемах и основных электрических характеристиках преобразователей частоты радиоприемника. Приведены методические указания для выполнения лабораторной работы на компьютерном оборудовании. Методическая разработка предусмотрена для студентов, обучающихся по направлениям: 552 500 - Радиотехника; 654 200 - Радиотехника (специальность 200700 ─ Радиотехника, специальность 201600 ─ Радиоэлектронные системы), 654 400 - Телекоммуникации (специальность 201200 ─ Средства связи с подвижными объектами).

.

Библиогр. 3 назв. Рис. 18.

Подготовлено кафедрой «Радиоэлектроника информационных систем»

© ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УГТУ ─ УПИ»,

2010

3

Исследование преобразователя частоты

4

Исследование преобразователя частоты

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА – ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

1. Цель работы

Цель работы - исследовать основные характеристики преобразователя частоты.

2.Содержание работы

Вработе студенты должны:

исследовать зависимость коэффициента передачи преобразователя от амплитуды напряжения гетеродина при простом преобразовании;

снять амплитудные характеристики преобразователя в режиме усиления и в режиме преобразования;

определить частоты основного и побочных каналов приема при слабом и сильном сигналах, а также коэффициенты передачи преобразователя по этим каналам.

Работа может выполняться как на физическом макете, так и на компьютерной модели.

3. Схема и модель преобразователя частоты

Рассмотрим принципиальную схему преобразователя частоты (физический макет, рис. 1).

Гетеродин и смеситель собраны на интегральных микросхемах 2УС281. Входной сигнал подается на базу смесителя, а напряжение гетеродина подается в цепь эмиттера. Нагрузкой смесителя является система связанных контуров L1C8 и L5C9 настроенных на частоту fпр 465 кГц. Перечисленные выше элементы содержит любой преобразователь частоты.

5

Исследование преобразователя частоты

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя частоты

Цепочка C11, R12 имитирует входную проводимость следующего каскада. Она подключается с помощью переключателя S2 к нагрузке смесителя. Частота гетеродина устанавливается с помощью конденсатора переменной емкости C14. Положение ротора конденсатора меняется ручкой, выведенной на правую боковую стенку макета. Амплитуда гетеродина регулируется потенциометром R10.

Компьютерная модель представлена ниже (рис. 2). При выполнении работы используется программный пакет Microcap 8. Для его запуска необходимо зайти в папку «microcap 8» и запустить файл «mc8.exe».), но также можно использовать и более ранее версии данного продукта, такие как Microcap 6, Microcap 7 (методические указание остаются аналогичными).

6

Исследование преобразователя частоты

Рис. 2. Компьютерная модель

4.Краткие сведения из теории преобразования

4.1.Назначение и принципы работы преобразователей частоты

Преобразователи частоты (ПЧ) предназначены для переноса спектра сигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую. Перенос спектра должен происходить без искажений параметров модуляции сигнала.

Преобразование частоты сигнала можно получить при подаче принятого сигнала на активный элемент радиотехнического устройства (транзистор, диод, микросхему, варикап), параметры которого периодически изменяются во времени с частотой, отличной от частоты принимаемого сигнала. Для примера рассмотрим транзисторный ПЧ.

7

Исследование преобразователя частоты

Как известно, приращение коллекторного тока транзистора может

где Y21 - крутизна проходной характеристики транзистора;

U - изменение напряжения между базой и эмиттером транзистора. Пусть

то. как следует из выражения (1), ток коллектора будет содержать составляющие с разностной и суммарной частотами гетеродина и входного сигнала

Подсоединив к коллектору селективный фильтр, настроенный на одну из этих частот, получим на нем напряжение сигнала с новой частотой, называемой промежуточной.

Изменение крутизны характеристики активного элемента можно осуществить, если подать на него напряжение от автономного генератора величиной десятые доли - единицы вольт.

В общем случае функциональная схема преобразователя состоит из двух устройств: смесителя и гетеродина. Смеситель - это устройство, содержащее нелинейный преобразующий элемент, в качестве которого часто применяется такой активный элемент, как транзистор. Гетеродин -это маломощный автономный генератор, вырабатывающий гармоническое напряжение с частотой Г . Под воздействием этого напряжения осуществляется изменение параметров преобразующего элемента. Напряжение промежуточной частоты выделяется полосовым фильтром.

Преобразователи, у которых изменяется крутизна характеристики активного элемента, называются режимными. Преобразователи могут иметь в качестве преобразующего элемента и реактивное сопротивление (емкость или индуктивность), изменяющееся во времени. Такие преобразователи относятся к классу параметрических преобразователей.

Также преобразователь частоты, как и любое устройство, обладает

8

Исследование преобразователя частоты

шумами, к которым можно отнести тепловой шум входного контура, шум смесителя и шум гетеродина.

4.2. Основные параметры преобразователей частоты

Основные качественные показатели ПЧ:

- коэффициент преобразования

.

где U C ВХ - комплексная амплитуда сигнала на входе преобразователя

(на частоте принимаемого сигнала);

.

U C ВЫХ - комплексная амплитуда сигнала на выходе преобразователя (на промежуточной частоте);

- входное сопротивление преобразователя

.

где I С ВЫХ − комплексная амплитуда выходного тока преобразовательного элемента на промежуточной частоте;

-количество и интенсивность побочных каналов приема,

-уровень паразитного излучения гетеродина,

-уровень собственных шумов преобразователя.

4.3.Y-параметры активного элемента в режиме преобразования

Вобщей теории преобразователь частоты заменяется линейным четырехполюсником, характеризуемым Y-параметрами преобразования.

Как известно, активные элементы (АЭ) радиотехнических устройств при малом уровне входного гармонического сигнала могут быть описаны системой линейных уравнений:

9

Исследование преобразователя частоты

. .

где U1,U1 − комплексные амплитуды сигналов на входе и выходе активного элемента;

. .

I 1 , I 2 −комплексные амплитуды входного и выходного тока АЭ;

.

Yij , −Y-параметры активного элемента.

Если на рассматриваемом АЭ собран усилитель, то Y-параметры постоянны и определяются видом элемента и режимом его работы по постоянному току. При подаче напряжения гетеродина на АЭ все его Y - параметры периодически изменяются во времени. Это приводит к тому, что в составе входных и выходных токов активного элемента появляются гармонические составляющие с частотами

где n = 0, 1, 2, 3...;

ωC - частота входного сигнала;

ωГ - частота напряжения гетеродина.

В преобразователе частоты при малом уровне входного сигнала АЭ может быть охарактеризован Y-параметрами, называемыми Y-параметрами активного элемента в преобразовательном режиме, которые обозначаются как Y и принимают значения 1 или 2. Y позволяют выразить

гармоническую составляющую входного тока АЭ на частоте принимаемого