Лекція 24. Перетворювачі частоти

1. Принцип перетворення та умови лінійного перетворення частоти

2. Діодний перетворювач частоти. Складні схеми діодних перетворювачів частоти

3. Транзисторні перетворювачі частоти

.

1 Принцип перетворення та умови лінійного перетворення частоти

Перетворювачі частоти - це пристрої, що здійснюють перенесення спектру частот сигналу з однієї області частот в іншу без зміни характеру модуляції (мал. 3.29).

Мал. 3.29

Наприклад, при перетворенні амплітудно-модульованого коливання змінюється тільки частота коливання, що несе, а закон амплітудної модуляції залишається незмінним (мал. 3.30).

Мал. 3.30

На структурних схемах перетворювач частоти позначається:

В результаті перетворення несучого коливання змінюється по частоті; нове значення частоти називається проміжною ƒ_пч. частота може бути як вище, так і нижче за частоту сигналу ƒ_с; відбувається перетворення частоти вгору, в другому - вниз.

Для перетворення частоти використовується нелінійний елемент (НЕ), на який подаються коливання одночасно двох частот: коливання з частотою сигналу ƒ_с (мал. 3.31). і коливання з частотою допоміжного генератора (гетеродина) ƒ_с (мал. 3.31).

Мал. 3.31

Якщо вольт амперна характеристика НЄ квадратична, то ток через нього буде

де а - коефіцієнт пропорційності, що має розмірність мА/в.

При подачі на НЭ коливань з частотою ω_с:

Та коливаннь гетеродина з частотою ω_г :

Результуюча напруга на вході змішувача:

=

А ток протікаючий через ЕЄ:

Цей вираз показує, що струм в ланцюзі змішувача є складним і містить складові: з частотами основних коливань ω_г і ω_с і складові комбінаційних частот (ω_г + ω_с) і (ω_г - ω_с). Будь-яка з комбінаційних складових може бути використана як сигнал проміжної частоти.

У радіоприймальних пристроях доцільне пониження частоти вхідного сигналу, тому зазвичай використовується складова з різницевою частотою. Для виділення необхідних частотних складових фільтр на виході змішувача налаштовується на складову з частотою (ω_г - ω_с).

Амплітуда проміжної частоти, що становить, рівна . Оскільки амплітуда напруги гетеродина незмінна, то закон зміни амплітуди проміжної частоти, що становить, визначається законом зміни амплітуди перетворюваного сигналу Це означає, що у випадку амплітудній модуляції перетворюваного сигналу, напруга проміжної частоти виявляється промодульованим по такому ж закону.

Вивід. Таким чином, при подачі на НЄ з квадратичною ВАХ здійснюється перемножування двох гармонійних коливань, в результаті чого виходить комбінаційні коливання, одне з яких, зване коливанням ПЧ, виділяється фільтром для подальшого використання.

Гетеродин перетворювача змінює крутість ВАХ НЄ для сигналу призначеного для перетворення, унаслідок чого струм через НЄ з змінною крутістю ВАХ при дії гармонійного сигналу буде мати комбінаційні складові, одна з яких є состовляечею проміжної частоти.

Умови лінійного перетворення частоти

При дії на НЄ косинусоїдальної напруги гетеродина крутість ВАХ в робочій крапці змінюється (мал. 3.32).

Мал. 3.32

Якщо ВАХ має квадратичний характер, т. е. i=a·U² то крутизна її S=di/dt=2aU має лінійну залежність від прикладеної напруги (у даному випадку напруги гетеродина).

Перетворення буде лінійним, якщо будуть виконані наступні умови:

1. ВАХ НЕ в межах зміни напруги гетеродина має бути квадратичною.

2. Амплітуда напруги гетеродина має бути значно більше амплітуди напруги сигналу (U_mг>>U_mс).

3. Фільтр на виході змішувача має бути ідеальним, т. е. виділяти тільки складову проміжної частоти.

Параметри перетворювача частоти

Параметри перетворювача частоти - це коефіцієнти що встановлюють кількісний зв'язок між струмами і напругою в схемі перетворювача.

Якщо параметри перетворювача не залежать від навантаження на вході і виході, то вони називаються внутрішніми, або власними параметрами, якщо залежать від навантаження - називаються зовнішніми.

Внутрішні параметри:

1. Крутість перетворення S_пр

Визначається при КЗ на 2-2 (мал.3.31),т.е. не залежить від навантаження.

2. Середнє значення вихідної провідності за період U_г(t)

- визначається при КЗ на вході.

3. Середнє значення вхідної провідності за період U_г

Визначається при КЗ на виході.

Зовнішні параметри:

• Коефіцієнт перетворення.

Так як

, то

При правильному узгодженні НЄ з навантаженням можна з малою помилкою вважати:

1. Вхідна провідність У_ВХ G₁₁ .

2. Вихідна провідність У_ВИХ G₂₂ .

Всі параметри перетворювача залежать від режиму роботи, т. е. від амплітуди напруги гетеродина.