Радиоприемные устройства (стр. 6 )

Рис. 2.5. Кольцевой диодный преобразователь частоты

На рис. 2.6 показана зависимость коэффициента передачи диодного моста от времени. Эту зависимость можно представить рядом Фурье

, (2.8)

причем амплитуды всех четных гармоник равны нулю. При напряжение промежуточной частоты:

(2.8)

Рис. 2.6. Зависимость коэффициента передачи диодного моста от времени

Достоинством кольцевого диодного преобразователя является отсутствие сильной связи цепей сигнала и гетеродина, а также отсутствие канала прямого прохождения, т. к. отсутствует постоянная составляющая коэффициента передачи, и отсутствие побочных каналов приема, обусловленных четными гармониками мгновенного коэффициента передачи диодного моста. Это проявляется только при хорошей симметричности выполнения моста (симметричные трансформаторы, диоды с одинаковыми ВАХ).

2.1.2. Преобразователь частоты на основе аналогового перемножителя с дифференциальным каскадом

Среди аналоговых перемножителей, выполненных по интегральной технологии, наибольшее распространение получили перемножители на дифференциальных парах транзисторов. В таких перемножителях используется метод «переменной крутизны», когда изменение входного напряжения, приложенного к базам дифференциальных пар транзисторов, вызывает пропорциональное изменение крутизны (передаточной динамической проводимости) транзисторов. Основными достоинствами этого метода построения аналоговых перемножителей являются высокая точность, широкая полоса частот, простота реализации по интегральной технологии. На рис. 2.7 приведена схема преобразователя частоты с одним дифференциальным каскадом.

Рис. 2.7. Преобразователь частоты на основе дифференциального каскада

К базам транзисторов VT1 и VT3 приложены напряжения, равные мгновенным значениям напряжения сигнала и гетеродина .

Напряжение гетеродина, подаваемое на базу транзистора VT3 определяет ток коллектора этого транзистора, определяющий в свою очередь эмиттерные токи транзисторов VT1 и VT2 дифференциальной пары. Выходное напряжение, равное мгновенному значению выходного сигнала смесителя, снимается с коллекторов транзисторов VT1 и VT2.

Для транзисторов VT1 и VT2 коллекторные токи определяются выражениями:

(2.9)

, (2.10)

где - температурный потенциал (26 мВ при 300 К),

m - постоянная, примерно равная 1,

k - постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура,

q - заряд электрона,

U - напряжение смещения дифференциальной пары транзисторов, зависящее от тепловых токов эмиттерных переходов транзисторов:

. (2.11)

Если транзисторы идентичны по своим параметрам и коэффициент усиления тока примерно равен единице при U = 0, коллекторные токи транзисторов можно представить в виде

, (2.12)

. (2.13)

Тогда выходное напряжение дифференциальной пары транзисторов

. (2.14)

При малых значениях входных сигналов выходное напряжение дифференциальной пары транзисторов равно произведению напряжения на величину эмиттерного тока. Учитывая, что

, (2.15)

где - тепловой ток коллектора перехода транзистора VT3.

. (2.16)

Из (2.16) видно, что дифференциальная пара транзисторов является нелинейным аналоговым перемножителем входного сигнала и сигнала гетеродина.

Операция перемножения получается близкой к линейной лишь при напряжениях сигнала, не превышающих несколько милливольт. Кроме того, коэффициент является функцией абсолютной температуры Т, что приводит к существенной зависимости величины выходного напряжения перемножителя от температуры.

Напряжение сигнала управляет работой транзистора VT1. Ток коллектора транзистора VT3 равен сумме эмиттерных токов транзисторов VT1 и VT2. Тогда, если под действием напряжения сигнала транзистор VT1 открывается и его эмиттерный ток увеличивается, то транзистор VT2 закрывается, а его эмиттерный ток эмиттера уменьшается на такую же величину. Противоположные изменения токов коллекторов VT1 и VT2 в коллекторной катушке приводят к удвоенному, по сравнению с преобразователем частоты на одном транзисторе или диоде, значению ЭДС, наводимой в нагрузке.

Контур в коллекторной цепи транзисторов VT1 и VT2 имеет резонансную частоту, равную промежуточной частоте, например 465 кГц. В этом случае на выходе преобразователя частоты выделяется напряжение, равное мгновенному значению сигнала промежуточной частоты.

Достоинством рассмотренной схемы (рис. 2.5) является подавление колебания гетеродина на выходе преобразователя частоты, так как токи с частотой гетеродина в выходном контуре направлены навстречу друг другу. По той же причине в такой схеме происходит ослабление шумов гетеродина и уменьшение степени их прохождения на выход смесителя. Как и в усилительных двухтактных схемах, в данных преобразователях частоты подавляются четные гармоники входного сигнала. Недостатками схемы являются: по отношению к сигналу, имеющему частоту, равную промежуточной, он ведет себя как резонансный усилитель напряжения с относительно высоким коэффициентом усиления. Для предотвращения прохождения колебания промежуточной частоты с входа такого преобразователя на его выход применяют различные меры подавления колебания этой частоты. Например, параллельно входу подключают последовательный резонансный контур, настроенный на промежуточную частоту, который выполняет роль шунтирующего контура.

2.1.3. Преобразователь частоты на основе двойного балансного смесителя

Преобразователь частоты на основе двойного балансного смесителя выполнен на базе трёх дифференциальных каскадов. На транзисторе VT7 выполнен генератор стабильного тока, перераспределяемого между транзисторами VT5 и VT6 под действием напряжения гетеродина.

Рис. 2.8. Двойной балансный преобразователь частоты

Под действием напряжения сигнала перераспределяется ток транзистора VT5 между транзисторами VT1 и VT2, а ток транзистора VT6 между транзисторами VT3 и VT4. Коллектор транзистора VT3 соединён с коллектором транзистора VT1, а коллектор транзистора VT4 с коллектором транзистора VT2. Между попарно соединенными коллекторами включена нагрузка в виде параллельного колебательного контура, как и в балансном преобразователе на одном дифференциальном каскаде.

За счет использования двойных дифференциальных каскадов, схема имеет следующие свойства:

- в частотной характеристике преобразователя отсутствует канал прямого прохождения (канал промежуточной частоты) и побочные каналы приёма вида при чётных номерах гармоник;

- кроме основного канала приёма существует только один побочный канал приёма – зеркальный.

Из-за разброса параметров транзисторов появляются дополнительные побочные каналы приёма. Включение резисторов обратной связи в эммиттерные цепи транзисторов VT5 и VT6 позволяет их ослабить даже при разбросе параметров транзисторов.

2.2. Домашнее задание

При подготовке к лабораторной работе необходимо:

1. Изучить принцип действия преобразователей частоты.

2. Изучить варианты схем преобразователей частоты.

3. Рассчитать частоты побочных каналов приема

, при n = 1, 2, 3.

=465 кГц; =1465 кГц.

4. Ответить на контрольные вопросы данной лабораторной работы.

2.3. Лабораторные приборы и оборудование

В лабораторной работе используются следующие блоки:

1. Блок преобразователей частоты;

2. Высокочастотный генератор;

3. Милливольтметр;

4. Осциллограф.

2.4. Описание лабораторной установки

Внешний вид передней панели лабораторной установки со структурной схемой установки приведен на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Передняя панель лабораторной установки

Установка может использоваться в автономном режиме и режиме подключения внешних измерительных приборов.

На левом верхнем поле изображена функциональная схема установки. На нижнем поле расположена панель ручного управления с переключателями режимов работы, на правом поле – цифробуквенный дисплей с кнопками управления.