Файл: Учереждение высшего профессионального образования московский государственный университет приборостроения и информатики.docx

или преобразователь частоты вверх, если . Преобразователи частоты часто называют смесителями.

Схема простейшего преобразователя частоты на диоде приведена на рис. 8.26. Входной сигнал и сигнал гетеродина подаются на диод с помощью трансформаторов. Возникающие на нагрузочном резисторе комбинационные гармоники выделяются с помощью полосового фильтра. При проектировании преобразователей частоты необходимо следить за тем, чтобы неиспользуемые комбинационные гармоники, а также гармоники частоты сигнала и частоты гетеродина не попали в полосу пропускания полосового фильтра.



Рис.8.25. Схема преобразователя частоты

Преобразователь частоты используется в современных радиоприемниках для обеспечения приема сигналов от большого числа радиостанций, работающих на разных частотах. Частоты этих радиостанций последовательно преобразуются в одну и ту же промежуточную частоту и усиливаются в высококачественном избирательном усилителе. Из анализа формулы (8.33) следует, что для последовательного приема сигналов от нескольких радиостанций требуется соответствующим образом перестраивать частоту гетеродина.

Модулятор - это устройство для получения модулированного, как правило, высокочастотного сигнала при подаче на вход модулятора низкочастотного сигнала, несущего информацию. При модуляции спектр низкочастотного (информационного) сигнала переносится в область высоких частот. (см. п. 8.21)

В зависимости от вида модуляции различают амплитудный, частотный и фазовый модуляторы. Для простоты ниже рассмотрим только амплитудный модулятор.

Спектральная диаграмма, поясняющая работу амплитудного модулятора, показана на рис. 8.27, Спектр низкочастотного гармонического сигнала с низкой частотой показан на рис. 8.27,а. На выходе амплитудного модулятора получаем модулированный сигнал, в спектре которого имеются три гармоники: несущая с частотой

---

, верхняя боковая с частотой инижняя боковая с частотой . Информация в модулированном сигнале содержится в боковых составляющих. Из анализа спектров рис. 8.27 следует, что на выходе модулятора возникают новые частоты, которых не было на входе устройства. Следовательно, для построения модулятора необходимо нелинейные (или параметрические) устройства.



Рис. 8.27. Спектральная диаграмма модулятора

Схема простейшего амплитудного модулятора на диоде приведена на рис. 8.28. На диод воздействует низкочастотный сигнал и колебания от вспомогательного генератора - гетеродина с частотой , равной частоте несущей. С помощью полосового фильтра выделяются напряжения несущей и двух комбинационных составляющих с суммарной ( ) и разностной ( ) частотами. Следовательно, центральная частота полосового фильтра должна быть равна , а полоса пропускания - не менее .


Рис. 8.28. Схема амплитудного модулятора

Детектор - это устройство, выполняющее операцию, обратную по отношению к модулятору: из модулированного сигнала детектор выделяет низкочастотный информационный сигнал. В зависимости от использованного модулированного сигнала различают амплитудные, фазовые и частотные детекторы. Для простоты ниже рассмотрим амплитудный детектор. Для иллюстрации его работы можно использовать спектры, показанные на рис. 8.27,а,б. На рис. 8.27,б показан спектр АМ-сигнала с двумя боковыми составляющими. После детектирования из АМ-сигнала выделяется низкочастотный сигнал, спектр которого показан на рис. 8.27.

---

Схема простейшего амплитудного детектора приведена на рис. 8.29. Пусть на его вход поступает амплитудно-модулированный сигнал, содержащий три гармоники с частотами , и . В результате взаимодействия верхней боковой составляющей и несущей возникает первая разностная комбинационная гармоника с частотой
. Взаимодействие несущей и нижней боковой составляющей дает вторую разностную комбинационную гармонику с той же частотой . На нагрузочном резисторе эти две комбинационные составляющие складываются - выделяется низкочастотный информационный сигнал, который через фильтр нижних частот поступает на выход детектора.



Рис.8.29. Схема амплитудного детектора

Преобразователь частоты, модулятор и детектор можно выполнить на аналоговом перемножителе - параметрическом элементе, в котором, как и в нелинейных цепях, возникают комбинационные гармоники, например, на операционном смесителе.


Основные положения изложенных в п. 8.2 материалов:

• 
  В радиотехнике используется частотный принцип разделения сигналов, например, можно слушать или смотреть передачи программ разных каналов, отличающиеся несущей частотой;
  
• 
  При передаче низкочастотный информационный сигнал «накладывают» на высокочастотную несущую частоту. Этот процесс называется модуляцией. Благодаря модуляции габариты излучающей и приемной антенны радои-видео каналов связи удается уменьшить до размеров, соизмеримых с длиной волны несущей частоты;
  
• 
  Различают амплитудную, частотную и фазовую модуляции, которые характеризуются соответственно коэффициентами (индексами) m, β и , которым предъявляются определенные требования, например, m≤1. Выполнение последнего обеспечивает передачу информации без искажений
  
• 
  Фильтр обеспечивает пропускание сигналов только в определенной полосе частот его АЧХ. Различаю фильтры: низких частот (ФНЧ), высоких(ФВЧ), полосовой (ПФ) и заграждающий (ЗФ)
  
• 
  Электрический фильтр — это устройство, которое практически не ослабляет спектральные составляющие сигнала в заданной полосе частот и значительно ослабляет (подавляет) все спектральные составляющие вне этой полосы.
  
• 
  По расположению полосы пропускания по шкале частот различают фильтры нижних и верхних частот, полосовые, заграждающие (режекторные) и многополосные фильтры.
  
• 
  Основными частотными характеристиками фильтра являются рабочее ослабление и квадрат ЛЧХ. Чем больше крутизна характеристики ослабления фильтра и чем меньше ослабление в полосе пропускания, тем лучше избирательность фильтра.
  
• 
  Тип фильтра, его передаточная функция и частотные характеристики однозначно определяются функцией фильтрации.
  
• 
  Низкочастотный фильтр-прототип является основой для получения остальных типов фильтров путем преобразования частоты
  
• 
  При воздействии на нелинейный элемент (диод, транзистор, операционный усилитель и т.д.) гармонического сигнала на выходе появляются удвоенная, утроенная и др. его частоты, что позволяет использовать это явление для конструирования усилителей, детекторов, умножителей частоты и т.д.
  
• 
  При воздействии на нелинейный элемент двух гармонических сигналов на выходе возникают разностные и суммирующие частоты и гармоники этих сигналов на выходе возникают разностные и суммирующие частоты и гармоники этих сигналов , что позволяет использовать это явление для конструирования модуляторов, смесителей, гетеродинов и т.д.
  

---

1. 1   ...   14   15   16   17   18   19   20   21   22

---

Вопросы и задания для самопроверки:

1. 
   В каком случае влияние распределенных параметров в длинной линии при прочих равных условиях больше: при увеличении частоты сигнала или при увеличении в 2 раза длины линии?
   
2. 
   На конце линии - короткое замыкание. Чему равны амплитуда и начальная фаза отраженной волны в сечении нагрузки, если амплитуда падающей волны в этом сечении равна 5 В, а начальная фаза равна нулю?
   
3. 
   По какому закону изменяется амплитуда бегущей волны в линии с потерями? Рассчитайте уменьшение амплитуды падающей волны в линии длиной 100 м, если коэффициент затухания равен a=0,05, 1/м^-1.
   
4. 
   Как изменяется начальная фаза бегущей волны вдоль линии, если коэффициент фазы Каковы длина волны в длинной линии и фазовая скорость распространения волны, если частота сигнала равна 20 МГц?
   
5. 
   Где больше модуль коэффициента отражения в линии с потерями: в сечении нагрузки или на входе линии?
   
6. 
   Волновое сопротивление линии связи в компьютерной сети равно 100 Ом (витая пара). Найти максимально и минимально возможные амплитуды напряжения волны в сечении нагрузки с сопротивлением 300 Ом (на входе рабочей станции), если амплитуда напряжения на входе линии (на выходе сервера) равна 10 В. Для простоты потерями в линии пренебречь.
   
7. 
   В чем заключается модуляция гармонического колебания? Какие виды модуляции вы знаете?
   
8. 
   Какие системы могут быть использованы в качестве модуляторов и почему?
   
9. 
   Какая должна быть степень полинома аппроксимирующего ВАХ нелинейного элемента, чтобы отсутствовали нелинейные искажения?
   
10. 
    Что называется угловой модуляцией? В чем заключается модуляция по частоте (фазе)?
    
11. 
    Как искажаются прямоугольные импульсы в ФНЧ, в ФВЧ и в ПФ? Поясните, используя спектральные представления, причину и характер искажений коротких по длительности импульсов в ФНЧ с фиксированной граничной частотой.
    
12. 
    Объясните причину появления помех в работе переносного радиоприемника, если его близко расположить у компьютера. Как изменится уровень этих помех, если приемник переключить на более высокочастотный диапазон?
    
13. 
    Какие требования предъявляются к полосе пропускания системы связи, использующей импульсные сигналы? Достаточно ли, например для передачи прямоугольных импульсов, с частотой следования 10 МГц иметь полосу пропускания канала связи, равную тем же 10 МГц?
    
14. 
    Объясните возникающий при просмотре кинофильмов эффект вращения колеса в обратную сторону (или остановки вращения) при движении автомобиля, если известна частота смены кадров в фильме.
    
15. 
    Используя частотные свойства конденсатора и катушки индуктивности, объяснить работу ФНЧ Т-типа.
    
16. 
    Какие фильтры могут использоваться в источниках питания ЭВМ, в радиоприемниках, в устройствах защиты от гармонических помех?
    
17. 
    Что такое детектирование? В каких системах можно осуществить детектирование?
    
18. 
    Каково назначение амплитудного детектора? Каков спектр напряжений на его выходе при однотональной модуляции?
    
19. 
    Что называют характеристикой детектирования?
    
20. 
    Из каких соображений выбираются элементы фильтров R и С?
    
21. 
    Поясните возникновение нелинейных искажений при квадратичном режиме детектирования.
    

---