Радиоэлектронные устройства (справочник) (стр. 56 )

Наиболее перспективными преобразователями являются балансные. Эти преобразователи при тщательной настройке осу­ществляют подавление на выходе сигнала гетеродина более чем на 80 дБ. Их выполняют как на биполярных, так и на полевых тран­зисторах. Использование в преобразователях полевых транзисторов с квадратичной характеристикой позволяет осуществить перемно­жение входного и гетеродинного сигналов с очень малым уровнем перекрестных искажений, зависящим в основном от паразитных межэлектродных емкостей.

К преобразователям частоты следует отнести также схемы, осу­ществляющие умножение и деление частоты гармонического сигна­ла. Применение умножителей частоты приводит, например, к увели­чению точности фазометрических систем. С увеличением частоты увеличивается девиация фазы входного сигнала. Для этих целей по­вышение частоты сигнала с помощью метода гетеродинирования встречает большие трудности. В этом случае сказывается влияние нестабильности фазы гетеродинного сигнала. Умножение частоты осуществляется с помощью элементов, которые могут формировать передаточную характеристику волнообразного типа, в частности, ха­рактеристику, описываемую полиномами Чебышева 1-го рода. Од­нако синтез таких характеристик встречает серьезные трудности. Существует несколько способов, которые значительно проще реали­зации аппроксимирующего полинома, но они дают увеличение ча­стоты только в 2 раза. Так, для х = sinwt образуется сигнал х2 = sin2wt, при дифференцировании которого получаем d(x2)/dt = = w sin2wt. В процессе такого умножения частоты не участвуют ре­зонансные системы и устройство может быть широкополосным. Эти устройства могут работать с сигналами переменной частоты.

Деление частоты гармонического сигнала можно осуществить двумя способами: с опорным сигналом и без него. В регенератив­ных делителях частоты входной сигнал через цепь ОС взаимодей­ствует с гармоникой, которая образуется при нелинейном преобра­зовании входного сигнала. Такие делители являются широкополос­ными. Они позволяют получить коэффициент деления более 5, при­чем можно получить и дробный коэффициент деления. При значи­тельном увеличении коэффициента деления существенно искажает­ся форма выходного сигнала. С применением гетеродинного сигна­ла в делителях частоты значительно упрощаются схемы. При этом не обязательно осуществлять умножение входного и гетеродинного

Сигналов. Сложение входного и гетеродинного сигналов с последу­ющим детектированием образует сигнал с разностной частотой.

Способ включения ОУ, который применяется в схеме, можно найти в гл. 1.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Смеситель на полевом транзисторе. В схеме (рис. 14.1, а) полевой транзистор с квадратичной зависимостью тока стока от на­пряжения затвор — исток позволяет построить перемножитель двух сигналов с большим коэффициентом передачи. Преобразуемый сигнал подается на затвор, гетеродинный сигнал — на исток тран­зистора. Передаточные характеристики смесителя показаны на рис. 14.1, б.

Последовательный смеситель. Смеситель (рис. 14.2, а) постро­ен на двух полевых транзисторах. Первый транзистор является ди­намической нагрузкой второго. Амплитуда гетеродинного сигнала, который подается в затвор транзистора VT2 (вход 2), модулирует­ся преобразуемым сигналом, подводимым к Входу 1. При неболь­ших значениях входного сигнала, когда отсутствуют нелинейные искажения, выходной сигнал имеет линейную зависимость. При входном сигнале более 1,2 В появляются нелинейные искажения.

Рис. 14.1

Рис. 14.2

Рис. 14.3

Смеситель работает в диапазоне звуковых частот. На частотах свы­ше 500 кГц начинают сказываться межэлектродные емкости, кото­рые уменьшают коэффициент передачи смесителя. На рис. 14.2, б приведена передаточная характеристика смесителя.

Параллельный смеситель. В смесителе (рис. 14.3, а) перемноже­ние двух сигналов осуществляется за счет квадратичной зависимо­сти тока стока от напряжения затвор — исток полевых транзисто­ров. Для выравнивания параметров транзисторов включен балан­сирующий резистор R2. Оба входа смесителя являются идентичны­ми. Устройство работает с нулевых частот. На рис. 14.3, б приведе­на передаточная характеристика смесителя.

Смеситель с перекрестными связями. Балансный смеситель (рис. 14.4) позволяет подавить составляющие с частотой сигнала ге­теродина, который подается на Вход 2. Регулировка баланса осу­ществляется резистором R2. Когда на входе 2 действует положи­тельная полуволна, то транзистор VT1 открывается, а транзистор VT2 закрывается. В коллекторе транзистора VT1 появляется им­пульс отрицательной полярности. При отрицательной полярности входного сигнала состояние транзисторов меняется и в коллекторах будет также отрицательный сигнал. В результате этого на выходе происходит удвоение частоты входного сигнала. Аналогичный про­цесс наблюдается и для сигнала, действующего на Входе 1. При од­новременном действии двух сигналов на выходе образуется смесь частот. Комбинационные сигналы на выходе представляют собой верхнюю и нижнюю боковые частоты входных сигналов — четные гармоники входного и гетеродинного сигналов. Устройство работает от низкоомного источника. Амплитуду сигнала гетеродина жела­тельно брать на порядок больше амплитуды входного сигнала.

Рис. 14.4 Рис. 14.5

Рис. 14.6

Балансный смеситель на биполярных транзисторах. Балансный смеситель (рис. 14.5) построен на транзисторах VT2 и VT3. Тран­зисторы VT1 и VT4 являются змиттерными повторителями. Для получения подавления несущей частоты на выходе смесителя необ­ходимо в эмиттере транзистора VT4, в базу которого подается сиг­нал гетеродина, иметь постоянный потенциал 0,3 В. В этом случае в коллекторах транзисторов VT2 и VT3 амплитуды положительных и отрицательных полуволн сигнала гетеродина будут равны. Это связано с тем, что у транзистора разные уровни открывания при прохождении сигнала через базовую или через эмиттерную цепь. Смеситель начинает работать от сигналов с амплитудой более 0,5 В. Подавление несущей частоты более 50 дБ. Схема работает в широком диапазоне частот. Для сигналов с частотой более 10D кГц целесообразно в коллекторах транзисторов иметь резонанс­ный контур. Для низкочастотных сигналов контур следует заменить на резистор 2 кОм с параллельным конденсатором.

Балансный смеситель на двух транзисторах. Смеситель (рис. 14.6, а) построен на двух транзисторах, которые периодиче­ски открываются в зависимости от полярности сигнала гетеродина, подключенного ко Входу 2. В коллекторах транзисторов присутст­вует продетектированный сигнал гетеродина. Равномерность ампли­туды этого сигнала осуществляется регулировкой резистора R2.

Рис. 14.7

Рис. 14.8

При тщательной настройке схемы на выходе существует сигнал с двойной частотой гетеродина. Преобразуемый сигнал поступает на Вход 1. Он модулирует выпрямленный сигнал гетеродина. Вы­ходной сигнал с разностной частотой выделяется фильтром R7, R8, СЗ, C4. Устройство работает от десятков герц и выше. На рис. 14.6,6 приведена передаточная характеристика смесителя.

Смеситель на двухзатворном транзисторе. Смеситель (рис. 14.7) работает в широком диапазоне частот. На частоте 50 МГц коэффи­циент преобразования более 8 при амплитуде гетеродина 1 В. Ди­намический диапазон может превышать 60 дБ. Он зависит от типа применяемого транзистора. Коэффициент перекрестных искажений в каскаде менее 1 %, а коэффициент гармоник на промежуточной частоте 1 МГц менее 0,5%.

Балансный смеситель на полевых транзисторах. Балансный сме­ситель (рис. 14.8) преобразует частоту входного сигнала за счет квадратичности вольт-амперной характеристики. Входной сигнал с частотой 100 МГц преобразуется в сигнал с частотой 25 МГц. По­лоса пропускания выходного контура составляет 200 кГц. Амплиту­да сигнала гетеродина равна 1,5 В. Динамический диапазон вход­ных сигналов составляет 60 дБ при коэффициенте шума около 10 дБ. Коэффициент преобразования смесителя оавен 8.

2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ

Смеситель на ОУ. Смеситель (рис. 14.9) построен на двух ОУ. Оба входа смесителя равнозначны. Усилители имеют одинако­вые коэффициенты усиления, равные 10. На любой из входов мож­но подавать сигналы гетеродина и преобразуемый. При высокой сте­пени совпадения коэффициентов усиления можно получить подавле­ние сигналов основной частоты более 80 дБ. Для сигнала гетероди­на 50 мВ и входного сигнала 20 мВ выходной сигнал равен 50 мВ. Смеситель работает в широком диапазоне частот, начиная с очень низких частот. Верхняя граничная частота определяется предельной частотой работы ОУ.

Смеситель на интегральной микросхеме К122УД1Б. В смесите­ле (рис. 14.10, а) контур L1, С5, С6 настроен на промежуточную ча­стоту. Полоса пропускания контура около 50 кГц на частоте 465 кГц. Коэффициент усиления на этой частоте равен 3, а на частоте 20 МГц — 1,6. Оптимальный режим преобразования достига­ется при напряжении гетеродина 50 мВ. На рис. 14.10, б приведена зависимость коэффициента передачи смесителя от напряжения гете­родина и частоты.

Рис. 14.9

Преобразователь частоты на интегральной микросхеме К157УС2. В преобразователе (рис. 14.11) частота гетеродина определяется параметрами контура L3, С9. Для устранения паразитных колеба­ний в гетеродине включена цепочка R3, С8. Контур L2, С4, под­ключенный к выводам 10, 12 микросхемы, настраивается на про­межуточную частоту. Коэффициент усиления в режиме преобразо­вания находится в интервале 150 — 350. Коэффициент шума на про­межуточной частоте не более 6 дБ. Гетеродин, настроенный на ча­стоту 15 МГц, выдает сигнал с амплитудой 300 — 450 мВ. Для уп­равления коэффициентом усиления по входу 13 подается сигнал АРУ с напряжением от 0 до 6 В. Для микросхемы К157УС2Б часто­ту гетеродина можно повысить до 25 МГц.