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 ƒпч. частота може бути як вище, так і нижче за частоту сигналу ƒс; 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 ƒс (мал. 3.31). і коливання з частотою допоміжного генератора (гетеродина) ƒс (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 ωс:
Та коливаннь гетеродина з частотою ωг :
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 ωг і ωс і складові комбінаційних частот (ωг + ωс) і (ωг - ωс). 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 (ωг - ωс).
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 (Umг>>Umс).
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:
Крутість перетворення Sпр
Визначається при КЗ на 2-2 (мал.3.31),т.е. не залежить від навантаження.
2. Середнє значення вихідної провідності за період Uг(t)
- визначається при КЗ на вході.
3. Середнє значення вхідної провідності за період Uг
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 УВХ G11 .
2. Вихідна провідність УВИХ G22 .
Всі параметри перетворювача залежать від режиму роботи, т. е. від амплітуди напруги гетеродина.