ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 289
Скачиваний: 5
§5.5- Преобразование частоты
А.Назначение и состав преобразователя частоты
Всупергетеродинном приемнике модулированные в. ч. ко
лебания после усиления по напряжению в У В Ч поступают на
вход преобразователя частоты.
Преобразователь частоты служит для преобразования мо дулированных высокочастотных колебаний в колебания друIой, более низкой частоты без изменения закона модуляции.
Эту частоту называют п р о м е ж у т о ч н о й , так как она |
ни |
женесущей частоты принимаемых сигналов, но выше |
всех |
частот модуляции (рис. 5. 24). |
|
Рис. 5. 24. Временные диаграммы напряжения преобразователя частоты: а — связного приемника; б — радиолокационного.
Величина промежуточнойкгц |
частоты для данного приемника |
||||||
всегда постоянна.кгц), |
|
Практически для связных приемников Монагц |
|||||
равна |
сотнямМгц) |
|
|
(для широковещательных |
приемников |
||
^пр = 465Мгц. |
|
|
для радиолокационных — десяткам |
||||
(10—60 |
|
|
при |
несущей частоте сигнала до нескольких |
|||
тысяч |
|
Постоянство промежуточной частоты и ее сравни |
|||||
тельно |
небольшая |
величина |
позволяют иметь в |
приемнике |
|||
значительное число усилительных каскадов, содержащих ко-
262
дебательные контуры и не перестраиваемых в процессе эксплуатации. Благодаря этому супергетеродинные приемни ки обладают высокой чувствительностью, хорошей избира тельностью и равномерным усилением в пределах требуемой полосы пропускания частот.
Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеро дина (рис. 5. 25). Г е т е р о д и н — это маломощный генера тор с самовозбуждением. Его собирают либо по трехточечной схеме, либо на отражательном клистроне (в диапазоне У К В ).
от УВЧ
Рис. 5. 25. Структурная схема преобразователя частоты.
В длинноволновом, средневолновом и коротковолновом диапазонах волн гетеродин может не иметь отдельной лам
пы. В |
этом |
случае преобразователь (гетеродин и сме |
|
ситель) |
собирают на одной |
многоэлектродной лампе — геп- |
|
тоде. |
|
требование к |
гетеродину — высокая стабиль |
Основное |
|||
ность частоты и амплитуды генерируемых колебаний при ми нимальном уровне собственных шумов. Форма напряжения гетеродина должна быть строго синусоидальной. Обычно
С м е с и т е л и |
и ш гет > > и ш с. |
электронных |
лампах |
||
конструируют на |
|||||
(гептодах, |
пентодах, триодах, |
диодах) |
или кристаллических |
||
диодах (в |
У К В |
диапазоне). В |
качестве резонансных |
конту |
|
ров используют контуры с сосредоточенными параметрами или на отрезках коаксиальных (волноводных) линий (в УК В диапазоне).
263
Преобразование частоты может быть односеточным, двух сеточным, диодным. Для поддержания постоянства промежу точной частоты одновременно с перестройкой входных цепей
иУ В Ч перестраивается и гетеродин.
Б.Принцип преобразования частоты
Принцип заключается в том, что амплитудно-модулиро- ванный сигнал (AM -сигнал) ис с несущей частотой со0 при помощи вспомогательного генератора (гетеродина) гармони ческих колебаний игет с частотой сог преобразуется в другой АМ-сигпал ипр, отличающийся от ис только частотой заполне ния.
К нелинейному прибору (электронной лампе смесителя) подводят принимаемый сигнал и с и сигнал гетеродина часто ты сог. Анодную характеристику лампы можно приближенно зыразить при помощи квадратичного уравнения:
•а ~ Іао |
ö iu 4“ а 2 ^2 • |
(5-24) |
Пусть напряжение гетеродина ureT = U m Гет • cos сог t, напряжение сигнала uc= U rac (t)-cosojct,
суммарное напряжение u = U mreT-cos o)rt + U mc(t)-cos coc t. Тогда для анодного тока нелинейного прибора
іа = |
Гао |
+ «і U reT-COS®rt + fliUmc(t) C0SU)C; + а 2и 2тгет cos2(«rt f- |
||||||||||
+ |
ß2U 2mC(t) cos2o)ct -f- 2a2U mreT-U m ;(t)cos (ort-cosw ct . |
(5-25) |
||||||||||
Используя формулы тригонометрического разложения |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 . |
1 |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
cos2л = —— I— — соз2х |
|
|
||||||
|
|
cosa• COsß = |
[cos(я+ |
ß)- f COS (а— ß)] |
, |
|
||||||
|
|
*а = |
^ао |
|
|
|
o)rt |
|
|
|
|
|
преобразуем |
предыдущее выражение: |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Т-ß|UmreT •COS |
|
+ n1U mc(t) cos tf>ct -|- |
|
|||||
+ |
|
|
|
COS |
|
|
|
|
cos2o)ct) |
+ |
||
0,5 02и 2тгет(1 + C0s2(0rt) + 0,5a2U 2mc(t)-(l - f |
||||||||||||
|
4 - йз^шгет'Umclt) • |
|
(tor + |
wc)t ~b a2 U mreT •U mc = |
(5-26) |
|||||||
Из |
(5—26) |
= |
cos (wr — wc) t , |
|
|
|
||||||
видно, |
что в составе анодного тока смеси |
|||||||||||
тельной |
лампы, |
кроме |
составляющих основных частот сог и |
|||||||||
(Ос, имеются: постоянная составляющая |
анодного |
тока Іао, |
||||||||||
составляющие с частотами |
2сог, 2о)с, а |
также |
комбинацион- |
|||||||||
264
иые частоты ©r±(öc. Из полученного выражения использует ся только составляющая тока разностной частоты соПр = (ог—сос, названная ранее промежуточной, то есть
^arip = ß2UmreT‘^mc(0 'COS (шг |
wc) t , |
(5-27) |
где Umc — амплитуда напряжения радиосигнала, которая при тональной модуляции равна: U mc= U mo( 1+ m cos Ш ) .
Из выражения (5—27) видно, что амплитуда тока проме жуточной частоты изменяется по закону модуляции прини маемого сигнала (закон модуляции принимаемых сигналов при преобразовании частоты остается прежним). Для выде ления сигнала промежуточной частоты из всех других состав ляющих в анодную цепь смесительной лампы включают оди ночный колебательный контур или систему связанных конту ров, настроенных на частоту
fnp= fß fr-
Ширина полосы пропускания такого контура берется такой, чтобы воспроизвести спектр модулированных колебаний без существенных искажений.
Итак, для преобразования частоты необходимо иметь:
а) генератор гармонических |
колебаний — гетеродин; |
б) нелинейный элемент (для получения квадратичной за |
|
висимости анодного тока от напряжения на сетке); |
|
в) колебательный контур |
(для выделения напряжения |
промежуточной частоты (fnp) из всей суммы различных час тот) .
Чтобы смесительная лампа работала в нелинейном режи ме, необходимо ее рабочую точку в исходном режиме выби рать на нижнем участке анодно-сеточной характеристики лампы (близком к напряжению запирания лампы).
В. Схема и принцип работы односеточного преобразова теля частоты
Рассмотрим один из возможных вариантов схемы односе точного преобразователя частоты (рис. 5. 26).
Преобразователь называется о д н о с е т о ч н ы м потому, что напряжения U c и U reT подводятся к одной сетке лампы.
Данная схема односеточного преобразователя частоты яв ляется типичной для диапазона метровых волн. Ее можно также применять и в приемниках связи.
С о с т а в с х е м ы : |
на триоде |
Л ь В анодную цепь |
|||
1. |
Смеситель— собран |
||||
лампы |
включен колебательный |
контур |
3 |
, |
Сз), настроенный |
|
|
|
(L |
|
|
265
Рис. 5. 26. Принципиальная схема односеточного преобразова теля частоты.
на промежуточную частоту. Резистор R3 служит для расши рения полосы пропускания контура L 3, С 3 (см. У В Ч ); R 4, С 4— ячейка автосмещения — служит для смещения рабочей точки
лампы на нелинейный участок анодно-сеточной характеристи
ки; С |
7 |
— переходный конденсатор; |
С |
3 |
— конденсатор |
фильтра |
||||||||||
в цепи анодного питания. |
|
|
|
|
Л |
2 по |
схеме |
индуктив |
||||||||
2. |
Гетеродин — собран на триоде |
|
|
|
С5, |
|
— ячей |
|||||||||
ной |
трехточки. С 2, L |
2 |
— контур |
гетеродина, |
|
Ri |
|
|||||||||
ка автоматического смещения (за счет |
постоянной составляю |
|||||||||||||||
|
|
замыкания пере |
||||||||||||||
щей сеточного тока), |
Сб — конденсатор для |
|
|
|
|
|||||||||||
менной составляющей |
анодного тока |
|
Л 2. |
|
|
|
|
|||||||||
3. |
Источник питания Е |
а. |
каскада |
У В Ч . |
Настроен |
|||||||||||
4. |
L], Сі — контур |
последнего |
||||||||||||||
на частоту сигнала |
fc. |
|
|
контур У В Ч и контур ге |
||||||||||||
Для получения |
постоянной fnp |
|||||||||||||||
теродина перестраивают одновременно. При |
|
любом |
положе |
|||||||||||||
нии роторов конденсаторов Сі и С |
2 |
разность частот настрой |
||||||||||||||
|
||||||||||||||||
ки сигнального контура и контура гетеродина должна быть постоянной и равной fnp приемника.
266
Ф и з и ч е с к и е |
п р о ц е с с ы |
в о д н о с е т о ч н о м п р е о б р а з о в а т е л е ч а с т о т ы |
|
а) И с х о д н о е |
с о с т о я н и е |
с х е м ы . |
При отсутствии |
||||||
напряжения |
ис, но |
при |
включенных |
источниках |
питания |
||||
(Ей, U H) к управляющей |
сетке |
смесителя приложено напря |
|||||||
жение гетеродина игет, равное нескольким вольтам. |
Так как |
||||||||
контур L 3 — С 3 |
настроен |
на tnp.^treT., |
то Иных. = 0. |
Падения |
|||||
напряжения |
на |
контуре |
L b Q |
от |
воздействия игет |
не наб |
|||
людается, потому ЧТО freT.T^fc. |
|
|
|
|
|
||||
б) Р а б о ч и й р е ж и м . |
Сі |
A M -напряжения |
с часто |
||||||
При наличии на контуре Lj |
|||||||||
той fc (uc= |
десятки-сотни микровольт) |
к |
участку |
сетка-ка |
|||||
тод Лі приложены два высокочастотных напряжения с час тотами fc и freT.- Пусть freT.>fo В результате сложения двух напряжений различной частоты возникают биения с частотой
fnp = fr — fc |
(см. рис. 5.27а). |
Процесс |
образования биений заключается в следующем. |
В моменты времени, когда амплитуды напряжений ис и игет. складываются в фазе, результирующее напряжение достигает максимальной величины, когда в противофазе — минималь ной величины. При сложении колебаний в промежуточной фазе напряжение іібиен. имеет промежуточную величину меж ду максимальными Значениями. Во время приема информа ции приемником напряжение сигнала оказывается промодулированным по амплитуде, поэтому амплитуда биений іібиен. меняется по закону модуляции сигнала (ЕМод.). Так как лам па работает на нелинейном участке характеристики, то анод ный ток ее имеет импульсный характер, а амплитуда тока меняется по закону изменения биений ибиен. = ие в сеточной цепи. Такой анодный ток включает очень большое число пе
ременных |
составляющих различных частот: fc, fr, fr± f c; 2 f± fc |
||||||||||
и т. д. Переменные составляющие анодногоС 7. |
тока |
(гармоники) |
|||||||||
смесительной |
лампы |
замыкаются |
по |
|
цепи: |
анод-катод |
|||||
Л ь |
С 4, L2, |
С 2, |
корпус, |
контур |
L3, |
С 3, |
L3, |
Любая |
составляю |
||
щая |
тока |
может создать на |
контуре |
С 3 |
переменное на |
||||||
пряжение. |
Для |
этого необходимо |
настроить |
его |
на соответ |
||||||
ствующую частоту. Но так как задача преобразования зак лючается в понижении частоты сигнала ис, то контур L3, С3
настраивают на частоту биений (резонансное сопротивление контура для этой частоты велико). На выходе преобразова теля создается переменное напряжение промежуточной (ре-
267