Файл: Лапицкий Е.Г. Радиопередающие устройства. Основы теории нелинейных цепей [учебное пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 61
Скачиваний: 0
или |
|
|
|
v |
- Arc cos (-..0,12) |
97°'. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Д ля |
угла |
отсечки |
6 97' |
по графикам (рис. 2.5) |
находим |
|||||||
коэффициенты |
разложения: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
а0 |
0,34, |
а1 0,514, а2“~0,185 |
и аа-= 0,023. |
|
|
|
||||
|
Зная импульс анодного тока и коэффициенты разложения, |
||||||||||||
находим |
амплитуды гармоник анодного тока: |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
1*0^!пт-*о--136-0,34 |
--46,3 |
ма; |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
' ai "" 136-0,514 --70 ма; |
|
|
|
||||
|
|
|
|
1а» |
1ат’а? 136-0,185 |
22,4 |
ма; |
|
|
|
|||
|
|
|
|
/дз |
|
• а, --136 • 0,023 |
3,12 |
ма. |
|
|
|
||
|
|
|
§ 2.2. Преобразование частоты. |
Смесители |
|
|
|||||||
, |
В |
предыдущем |
параграфе |
было показано, что при воздей- |
|||||||||
'ствии |
на нелинейный элемент двух гармонических э. д. |
с. с раз |
|||||||||||
личными |
частотами |
®,.и |
на выходе |
образуются |
колебания |
||||||||
I |
|
|
|
|
|
|
|
комбинационных |
частот |
||||
|
|
|
|
|
|
|
вида |
(ы, ; <и2) |
и |
(о>,—ш2), |
|||
|
I |
|
|
i |
t |
|
. и |
амплитуды которых равны |
|||||
|
|
|
|
|
пропорциональны |
про- |
|||||||
*----- *----------------- ‘----- ■-----------------изведенмю амплитуд э.д.с. |
|||||||||||||
о |
<jr ut |
|
Ч |
|
|
(j,+v, |
на входе и коэффициенту |
||||||
|
|
|
|
Рис. |
2 .6 . |
|
|
при |
квадратичном члене |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
аппроксимирующего |
по |
линома. Образование колебаний комбинационных частот можно рассматривать как сдвиг (смещение) одной из частот св1-(или и>2) по оси частот на величину, равную другой частоте ш2 (или а^) (рис. 2.6). Смещение частоты или в общем случае спектра ча стот либо в область более высоких, либо в область низких ча стот называется преобразованием, частоты или преобразова нием спектра, частот.
Преобразование частоты |
находит |
широкое применение |
||||
в различных |
радиотехнических |
схемах: в |
супергетеродинных |
|||
приемниках, |
в возбудителях |
передатчиков с диапазонной квар |
||||
цевой стабилизацией для |
создании |
сетки |
опорных |
частот, |
||
в измерительных приборах |
и т. |
д. Преобразование |
частоты |
может быть осуществлено при помощи нелинейного элемента, находящегося под воздействием двух гармонических напряже ний различных частот, одно из которых является преобра зуемым, а второе подводится от вспомогательного генератора, так называемого гетеродина. На выходе нелинейного элемента обычно включают параллельный колебательный контур, настро енный либо на суммарную (ю,-|--и>2), либо на разностную частоту
40
( Ш1 '“г)» в зависимости, от того, какую из этих частот жела тельно выделить. Указанный способ преобразования частоты является нелинейным, так как на выходе нелинейного эле мента. называемого смесителем (преобразователем), наряду с суммарной и разностной частотой неизбежно будут состав ляющие и других частот |см. (23) § 2.1], отфильтровываемые колебательным контуром.
Однако преобразование частоты принципиально может быть осуществлено при помощи операции перемножения двух коси нусоидальных функций различных частот. Действительно,
cos u)j/, -соз ш81— ~ cos (ш,-т -ш2) / cos (ш,—m2) t,
т. е. при перемножении двух косинусоидальных функций получаются две составляющие, одна из которых имеет суммар ную, а другая разностную частоту.
Для осуществления преобразования таким способом необ ходимо иметь специальное устройство--перемножитель. Однако хорошего перемножителя в радиотехнике до сих пор нет. Поэтому.на практике, как правило, осуществляется нелинейное преобразование частоты при помощи смесителей. В качестве последних применяются электронные лампы и полупроводни ковые приборы.
При использовании в качестве смесителя многоэлектродных ламп переменные-напряжения преобразуемой частоты и напря жение гетеродина могут подаваться как на один общий элек трод, так и на различные электроды (например, на управ ляющую сетку и катод в триоде, либо на управляю щую и защитную сетки в пентоде и т. д.).
На рис. 2.7 представ лена схема смесителя на пентоде, выполненная по схеме односеточного пре образования (колебания обеих частот подаются на управляющую сетку). При подаче колебаний на раз личные электроды состав
спектра анодного тока остается уем же, что и при односеточном преобразовании, так как напряжения, действующие на различ ных электродах, могут быть пересчитаны к одному общему электроду с учетом соответствующих проницаемостей D.
Одним из основных требований, предъявляемых к смеси телям. является линейность преобразования. Это значит, что амплитуда преобразованной частоты должна линейно зависеть
41
от амплитуды преобразуемой частоты (должна быть пропор циональна первой степени амплитуды преобразуемой частоты). Из выражения (23) (§ 2.1) следует, что амплитуды колебаний с частотой o j j ш2 и tuj—и)2 линейно зависят от амплитуд обеих частот о>г и «)2. так как
~ |
т%. |
(37) |
Такая линейная зависимость объясняется тем, что в аппрок симирующем полиноме не были учтены члены более высоких степеней, особенно четных степеней. Можно показать, что если в качестве аппроксимируемого полинома взять полином четвер той степени, то амплитуда колебаний преобразованной частоты будет выражаться следующим образом:
|
|
3 |
|
3 |
|
|
h “V |
«>:) ' ~ a t U m \ U m l ' "■ 2 |
a ^ m |
\ U m2 T Д у |
а ^ т \ ^ т 2 ' |
( 3 8 ) |
|
Здесь уже нет |
линейкой |
зависимости между амплитудой |
||||
выходного |
сигнала |
и амплитудами |
сигналов |
на входе, |
так как |
в правой части равенства (38) появились слагаемые, содержащие
U3ml |
и и*т2. Однако |
если сделать амплитуду одного из сигна |
||
лов, |
например Um2, |
много большей |
амплитуды второго, |
то |
тогда |
слагаемым, содержащим U3m , |
можно пренебречь |
.по |
сравнению со слагаемым, содержащим Usm2, и выражение (38)
приближенно запишется |
так |
|
h">i± wi) 0 2 U m-J J m o ~ b ~y |
U m2 U m l ( ^2 ^ m 2 , 'i r j” |
m2 \ • |
Отсюда следует, что амплитуду выходного сигнала можно считать линейно зависимой от амплитуды более слабого коле бания па входе. * t
Отношение амплитуды тока преобразованной частоты к ампли туде напряжения преобразуемого колебания носит название
крутизны преобразования-.
7(<о, 4; О)у
S,пр “ С 7
При аппроксимации характеристики нелинейного элемента поли номом третьей степени крутизна преобразования
Sпр М°>1± ) |
QoU,т?Рш\ --аМт 2 |
(40) |
' Uml |
и.m l |
|
линейно зависит от амплитуды напряжения гетеродина (Um2), Поэтому в целях увеличения крутизны преобразования,
*а следовательно, и амплитуды колебаний преобразованной частоты на выходе смесителя необходимо увеличивать ампли туду напряжения гетеродина.
42
При этом для получения линейного преобразования частоты (спектра частот) необходимо, чтобы амплитуда напряжения гетеродина была больше амплитуды колебаний преобразуемой частоты (Uт2> Uт1). В супергетеродинных приемниках эти тре бования обычно легко выполняются, так как преобразованию нодвергается принимаемый сигнал, являющийся сравнительно слабым относительно сигнала гетеродина. Во всех других случаях эти требования должны быть учтены при проектиро вании преобразователей частоты.
§ 2.3. Амплитудная модуляция
Для того чтобы с помощью колебаний - высокой частоты передавать иа расстояния колебания более низких частот, например звуковые коле бания, прибегают к моду ляции, т. е. изменению того или иного параметра колебаний высокой ча стоты, в соответствии с низкочастотным колеба нием.
При амплитудной мо дуляции по тому же за кону, что и передаваемый сигнал, изменяется ампли туда колебаний высокой частоты. Такие колебания с переменной амплитудой называются амплитудно-
модулированними коле баниями.
Если немодулированный высокочастотный сиг
нал может быть представлен в виде
|
|
i = Inu, cos (of, |
|
(42) |
то |
амплитудно-модул ированныи сигнал |
в |
общем виде будет |
|
выражен следующим образом: |
|
|
||
|
i —[Jmw+kF(t)\ cos (Of, |
(42) |
||
где |
/им—амплитуда |
немодулированных |
|
колебаний высокой |
|
(несущей) частоты; |
|
|
|
|
kF{t) ~ мгновенное |
приращение амплитуды колебаний несу |
||
|
щей частоты, пропорциональное модулирующему |
|||
|
напряжению |
(к—коэффициент |
пропорциональности). |
На рис. 2.8 показано изменение амплитудно-модулирован- иого сигнала во времени.
т. |
Рассмотрим случай модуляции гармоническим |
сигналом, |
е. |
|
|
|
F(t) = Um*cosQt, |
(43) |
где |
У', in. |
|
Выражение амилитудио-модулированмого сигнала прини мает вид:
i — (/mm -. kU,n„cos Ш ) cos wt
=- (/,»« М,п:> COS 2/,) COS №t~
/т», (1 ; -rn COS 9.t) COS mlt. |
(44) |
Закон инменения колебаний во времени при модуляции одним тоном (гармоническим колебанием) изображен на рис. 2.9.
Отношение приращения амплитуды высокочастотного коле бания к амплитуде немодулированного колебания называется коэффициентом модуляции. Неискаженная амплитудная моду I ляция будет лишь в том случае, если приращения амплитуды высокочастот ного колебания в процессе модуляции не превосхо дят амплитуды немодули рованного колебания, т. е.
если коэффициент модуляци и
Рис. 2.9 |
П К 1. |
Для выяснения спектрального состава амплитудйо-модули рованного сигнала преобразуем выражение (44):
/ = /«.., (1 4-т cos 2/) cos <at—Imo>cos «>£-{- nilmmCOS tot cos Qt — lm,„cos ш!-j-
m/mm __ . |
rw j |
®^яи |
/ |
, |
/лг\ |
>ycos ((о у Q) / : |
2 |
cos(co—2 |
)/. |
(45) |
Первое, слагаемое в правой части равенства (45) представ ляет собой колебание несущей частоты ш. Помимо колебаний несущей частоты, имеют место колебания суммарной частоты «Н-Ц—верхняя боковая частота, и разностной ю— 2 —нижняя боковая частота.
Наличие в спектре амилнтудно-модулированного колебания суммарной и разностной частот (в случае модуляции колеба ниями одной частоты 2 ) позволяет рассматривать амплитудную модуляцию как процесс переноса (смещения) низкой частоты 2 в область более высоких частот (так как 2 « т , то составляющая
44
ш—2 будет располагаться также в области высоких частот), аналогичный процессу преобразования частоты.
Действительно, если предположить, что на вход нелиней ного элемента воздействуют две гармонические э. д. с. с часто тами « 1 ---се и иу—2Сш (что обычно имеет место при практи
ческом осуществлении амплитудной модуляции), то согласно
(23) (см. §.2.1) на |
выходе |
|
|
|
|
его, наряду с другими со- |
|
-4 |
20 I- |
||
ставляющими, будут коле- |
, |
i |
| 1 |
||
бамия с |
частотами |
ш, ш--|-2 |
j |
j j |
|
и w—S, |
амплитуды |
которых |
—|------------------------ J -до 1>'*я--------- |
||
в случае квадратичной ха- |
|
о |
о. о |
||
рактеристики (а,—0) будут |
|
Рис. 2.10. |
|
||
равны: |
|
|
|
|
|
амплитуда несущей частоты (со) —ajf/my |
|
||||
амплитуды верхней и нижней боковых частот—a2Um,Mmv.- |
|||||
Учитывая, что 2 « у можно |
считать, что все |
три состав |
ляющие близко расположены одна относительно другой на оси частот (рис. 2.10) и занимают полосу, равную
|
|
(со -г-2) — (со—2) ----- |
22 . |
|
|
||
Ксли на выходе |
такого |
устройства |
включить |
параллельный |
|||
колебательный |
контур, |
настроенный . на частоту |
несущей |
||||
и имеющий полосу пропускания |
не меньше 22 |
(но и не слиш |
|||||
ком широкую), |
то |
в нем будут |
иметь |
место лишь |
колебания, |
с частотами о>: co-f2 и ш- 2, тогда как остальные составляющие, определяемые равенствами (23), будут контуром отфильтро ваны, т. е.
t ..OL^LJгншCOS wt - Cl2 [Jttioi&thQcos (со -j~ 2) ( ' г |
|
ra 2UmiMm2 cos («>■—2) Z. |
(46) |
Выражая косинус суммы двух углов через cos и sin этих углов, преобразуем полученное выражение к следующему виду: .
(:-a,(7OTMcos (оt [ 2а^и„ши т 2 cos Ы cos 2 1---
^=axU.ms, (1 -\r m cos 2/) cos mt—
~ /ш (1 -\~tn cos Qt) cos (ot, |
(47) |
где Im<«= a1Uтм—амплитуда колебаний несущей |
частоты; |
2а |
|
т ---—-- Uт 2 - коэффициент модуляции. ■ |
|
ai |
|
Полученное выражение является выражением амплитудномодулированного сигнала. Поэтому амплитудную модуляцию можно рассматривать как частный случай преобразования низкой частоты 2 (низкочастотного спектра 2 мин-т-2макс).
45