Г.Б.Белоцерковский
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И АНТЕННЫ"
часть I, "Основы радиотехники"
М.; "Советское радио", 1969г.

ГЛАВА X

НЕЛИНЕЙНЫЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ. БОРЬБА С ПОМЕХАМИ

64. 

Преобразование частоты

Преобразование частоты применительно к приемнику заключается в том, что АМ сигнал uc с несущей частотой при помощи вспомогательного генератора (гетеродина) гармонических колебаний uГ с частотой преобразуется в другой АМ сигнал uпр, отличающийся от uc частотой заполнения (рис.10.8). Последняя вместо становится равной разности или сумме частот и , которая называется промежуточной частотой: или .

Рис. 10.8. Упрощенная схема диодного преобразователя частоты.

Из временных и спектральных диаграмм (рис.10.9) напряжений сигнала uc, гетеродина uГ и промежуточной частоты uпр видно, что для изменения частоты заполнения сигнала при сохранении формы его огибающей требуется смещение всех составляющих спектра сигнала на одну и ту же величину . Аналогичная задача решалась при амплитудной модуляции: тогда спектр управляющего сигнала смещался в сторону радиочастот. Аналогична и техника преобразования спектра: для этой цели в нелинейном или параметрическом элементе перемножаются колебания двух различных частот, только в схеме АМ перемножению подвергаются составляющие управляющего сигнала и несущее колебание, а в преобразователе частоты - составляющие радиосигнала uc и гармонические колебания гетеродина uГ. В обоих случаях наиболее эффективный перемножитель - нелинейный элемент с квадратичной вольтамперной характеристикой. В преобразователе частоты - это диод, триод или специальная многоэлектродная лампа.

Рис. 10.9. Временные (а) и спектральные (б) диаграммы напряжений на входе (u1 ) и выходе (u2 ) преобразователя частоты.

  1. Диодный преобразователь частоты с квадратичной характеристикой диода. Суммарное напряжение u = uc + uГ , поданное на вход диода, вызывает анодный ток

 

Из всех слагаемых используется только одно (подчеркнутое), в котором перемножаются напряжения сигнала uc и гетеродина uГ . При напряжениях и это слагаемое развертывается в виде

 

Из полученных суммарной и разностной частот обычно в качестве промежуточной используется разностная: . Остальные колебания с частотами , , и лишние; они фильтруются колебательным контуром LC, настроенным на промежуточную частоту (см. рис.10.8). Ток этой частоты

 

вызывает на входном сопротивлении анодного контура Rвх падение напряжения, которое является выходным напряжением преобразователя

(230)

При тональной модуляции амплитуда напряжения радиосигнала равна

(231)

Соответственно

(232)

Из сравнения выражений (230), (231) и (232) следуют выводы:

  1. Амплитуды входного Ucm и выходного Uпр m напряжений преобразователя изменяются во времени по одинаковому закону:

 
 

  1. Фильтр LC преобразователя частоты должен быть рассчитан на воспроизведение не только промежуточной частоты, но и всего спектра выходного сигнала uпр.
  2. Так как амплитуда напряжения промежуточной частоты пропорциональна произведению UГm·U0m, в котором амплитуда сигнала U0m мала, целесообразно устанавливать амплитуду напряжения гетеродина значительно большей. Это неравенство UГm>>U0m легко осуществляется на практике.

  1. Схема односеточного преобразователя частоты на пентоде (рис.10.10). Напряжение на управляющей сетке пентода ug складывается из напряжения смещения, которое выделяется на катодном сопротивлении Rк, блокированном конденсатором Cк, напряжения радиосигнала uc, снимаемого с контура L1C1, и напряжения uГ, которое вводится из контура гетеродина LГCГ через катушку связи Lсв. Питание цепи экранной сетки производится помощью фильтра Rg2Cg2. Контур L2C2 настроен в резонанс на промежуточную частоту.

Рис. 10.10. Схема односеточного преобразователя частоты.

Обычно при исследовании такого рода схем напряжение гетеродина рассматривают как переменную составляющую напряжения смещения, в связи с чем преобразователь представляется как усилитель радиосигналов, в котором крутизна характеристики S непрерывно изменяется под влиянием гетеродина.

Если анодно-сеточная характеристика лампы ia = f(ug ) квадратичная, то крутизна ее S связана с сеточным напряжением ug линейно (рис.10.11), т.е.

 

где:

S0 - постоянная составляющая крутизны характеристики, зависящая от исходного напряжения смещения Эg0;

Sm - амплитуда изменения крутизны характеристики, пропорциональная амплитуде напряжения гетеродина UГm.

Рис. 10.11. Изменение крутизны характеристики анодного тока в процессе преобразования частоты.

Пренебрегая влиянием анода на анодный ток (это особенно допустимо для пентода), определяем переменную составляющую тока как произведение:

 

Слагаемое тока с промежуточной частотой выделяет на входном сопротивлении анодного контура Rвх напряжение

 

где

- амплитуда напряжения промежуточной частоты.

Отношение Uпр m к амплитуде напряжения радиосигнала Ucm является коэффициентом передачи (усиления) напряжения преобразователя

 

По аналогии с резонансным усилителем, для которого коэффициент усиления равен K0y=S·Rвх, записываем

 

где Sпр= Sm / 2 - крутизна преобразования.

Если даже допустить, что напряжение гетеродина обеспечивает изменение крутизны характеристики S от нуля до максимальной величины Sмакс, соответствующей линейному усилению, то получится: Sm= S0= Sмакс / 2, а Sпр= Sm / 2 = Sмакс / 4. Во столько же раз, во сколько Sпр меньше Sмакс, коэффициент усиления каскада в режиме преобразования частоты меньше, чем в режиме усиления.

Преобразование частоты можно представить еще как совокупность процессов смешивания и детектирования. Смешивание колебаний сигнала и гетеродина происходит во входной цепи смесителя (перемножителя), в результате чего получаются биения с огибающей промежуточной частоты. Смеситель работает в режиме детектирования, благодаря чему на нагрузке смесителя - контуре - выделяется напряжение огибающей биений, т.е. промежуточной частоты.

Если к тому же сигнал промодулирован по амплитуде, то амплитуда промежуточной частоты не остается постоянной, а изменяется по закону огибающей радиосигнала. Это, как известно, отвечает назначению преобразователя частоты.

Практические схемы преобразователей, выполненных на специальных многоэлектродных лампах, рассматриваются в курсе "Радиоприемные устройства".

Супергетеродинный прием. Преобразование частоты послужило основой для перехода от приемников прямого усиления (см. §2) к более совершенным приемникам - супергетеродинным. В таком приемнике (рис.10.12) радиосигнал следует с выхода УВЧ не на детектор, а на преобразователь частоты, состоящий из смесителя (перемножителя) и гетеродина. Колебания промежуточной частоты с огибающей низкой частоты усиливаются в УПЧ, после чего детектируются в основном детекторе. Напряжение низкой частоты, соответствующее огибающей радиосигнала, снимается с детектора, усиливается в УНЧ и следует в оконечный аппарат ОА, который воспроизводит информацию.

Рис. 10.12. Блок-схема супергетеродинного приемника.

Для того чтобы настройка приемника на волну принимаемой станции была одноручечной, конденсаторы переменной емкости входной цепи, УВЧ и гетеродина объединяются в блок. При сопряжении контуров входная цепь и УВЧ настраиваются на несущую частоту f0, а гетеродин - на частоту fГ= f0± fпр, и тогда промежуточная частота fпр остается постоянной. В связи с этим усилитель промежуточной частоты можно сделать многоконтурным, а при необходимости и многокаскадным. В результате чувствительность и избирательность супергетеродинного приемника получаются высокими при широкой полосе пропускания.

Этого нельзя достичь в приемниках прямого усиления, где усиление до детектора производится только в УВЧ, который больше склонен к самовозбуждению, чем УПЧ (несущая частота, как правило, выше промежуточной), и имеет также меньшую избирательность из-за трудности сопряжения большого числа перестраиваемых контуров.

В этой главе:
62. Амплитудная модуляция
63. Детектирование АМ сигналов
64. Преобразование частоты
65. Общие сведения о параметрических системах
66. Синхронный детектор
67. Параметрический генератор
68. Радиопомехи
69. Методы повышения помехоустойчивости
ВСЕГДА ВЫРУЧИТ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО от одной батарейки!

Вы не останетесь без связи в самый нужный момент - в качестве источника энергии выступит обычная батарейка типа АА...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru