4.3.Транзисторные преобразователи частоты
Транзисторные преобразователи частоты используются в диапазоне умеренно высоких частот до СВЧ диапазона. Основное их достоинство - вместе с преобразованием частоты обеспечивают небольшое усиление сигнала.
Рассмотрим проектирование транзисторного преобразователя частоты с внешним гетеродином, который может быть использован в приемнике СВЧ, с двойным преобразованием частоты в качестве второго преобразователя (рис.4.7).
Рис. 4.7. Принципиальная схема транзисторного
преобразователя частоты.
Смеситель построен на транзисторе VТ, который включен по схеме с общим эмиттером. Сигнал поступает на базу, а напряжение гетеродина подается на эмиттер транзистора.
Фильтр Ф1 настроен на промежуточную частоту. Конденсаторы С1 и С2 - разделительные. С помощью сопротивлений R1 и R2 подается напряжения смещения на базу транзистора, которое необходимо для задания рабочее точки. R4 и C3 элементы термостабилизации. Резистор R5 и конденсатор C4 элементы фильтра по питанию.
Поскольку смеситель должен обладать большими значениями рабочей частоты и малым коэффициентом шума ШСМ, при их проектировании выбирают те же транзисторы, что и для УРЧ.
Коэффициент передачи и резонансную характеристику преобразователя частоты можно рассчитывать по тем же формулам, что и УРЧ [13, 14], однако надо учитывать, что:
|
|
(4.24) |
;
;
;
,
где
- соответствующий параметр транзистора
в режиме усиления;
и
- на частоте сигнала;
и
- на промежуточной частоте.
Коэффициент передачи рассматриваемого преобразователя определяется по формуле [14]
|
|
(4.25) |
,где m и n - коэффициенты включения фильтра на входе и выходе;
-
крутизна характеристики транзистора
в режиме преобразования частоты;
-
характеристическое сопротивление
первого контура;
-
резонансная частота;
КФ - коэффициент передачи двухконтурного полосового фильтра Ф1:
|
|
(4.26) |
,
где
- обобщенная добротность;
-
добротность первого контура фильтра;
-
добротность второго контура фильтра;
-
обобщенный коэффициент связи между
контурами;
-
обобщенная расстройка.
Нормированная частная характеристика находится по формуле:
|
|
(4.27) |
Пример 4.3. Требуется рассчитать транзисторный преобразователь частоты с двухконтурным полосовым фильтром в нагрузке (рис.4.7).
Исходные
данные: Средняя
несущая частота сигнала f0=100МГц,
промежуточная частота
кГц.
1.
Исходя из условия
выбираем в качестве активного элемента
смесителя транзистор ГТ313А (
МГц). По характеристикам транзистора
ГТ313А для схемы с общим эмиттером (
мА;
МГц) находим
активную
и реактивную
компоненты прямой проводимости:
.
Находим модуль прямой проводимости (крутизны):
См.
По формулам (4.24) получаем:
См.
2. Определяем коэффициент передачи преобразователя.
Предварительно находим параметры первого контура фильтра.
Емкость контура:
пФ.
Характеристическое сопротивление контура:
Ом.
Задаемся
параметрами
;
;
и определяем коэффициент передачи
преобразователя на резонансной частоте
по формуле (4.25) полагая
и
(критическая
связь):
3. Нормированная частотная характеристика преобразователя определяется по формуле (4.27).
При
критической связи
:
|
|
(4.28) |
Считаем, что
|
|
(4.29) |
Для
нахождения полосы пропускания полагаем
.
Из (4.28) находим
.
Полоса пропускания преобразователя из
(4.29) равна:
кГц.
4. Коэффициент шума преобразователя находим приближенно пользуясь таблицей 1.3
ШПЧ=4ШТР=4·2=8
5. Напряжение гетеродина выбираем равными
В.
6. Цепи питания и термостабилизации можно рассчитать по методике п.3.4 или [1], параметры двухконтурного полосового фильтра Ф1 по методике [7].