 |
|
Преобразователи частоты
При передаче электрических сигналов на расстояние часто требуется переносить спектр сигнала вверх или вниз по шкале частот. Такой перенос спектра называется преобразованием частоты. Необходимость в преобразовании частот возникает, например, когда спектр сигнала, который нужно передать, расположен на шкале частот значительно ниже полосы пропускания системы передачи.
В качестве преобразователя частоты может быть использован усилительный каскад на транзисторе с колебательным контуром (рисунок 14). Предположим, что нужно перенести вверх по шкале частот на величину гармоническое низкочастотное колебание с частотой : . Подадим на вход нелинейного резонансного усилителя кроме этого колебания также высокочастотное колебание с частотой : .
Рисунок 14―Усилительный каскад на транзисторе с с колебательным контуром
Амплитуды напряжения смещения ,низкочастотного и высокочастотного колебаний выберем так, чтобы работать на участке ВАХ, который достаточно точно аппроксимируется полиномом второй степени:
. (14)
Напряжение на участке «база―эмиттер»
.
При подстановке выражения в зависимость в формуле для тока появляются в соответствии с формулой (13) гармонические колебания с частотами , , , и с суммарной и разностной комбинационными частотами и .
Колебательный контур резонансного усилителя настроен на частоту и выделяет из спектрального состава тока колебание . Выделенное колебание тока создает на резонансном сопротивление контура . падение напряжения
.
которое и является выходным сигналом преобразователя частоты.
В реальных системах связи передаваемый низкочастотный сигнал не является гармоническим, а имеет сложный спектр (рисунке 15, а), т.е. состоит из суммы гармонических колебаний с частотами , , ,…
Если этот сигнал вместе с высокочастотным колебанием подать на нелинейный элемент, то в спектре тока (рисунок 15, б), протекающего через нелинейный элемент, будут присутствовать полезные продукты преобразования ― комбинационные частоты , , ,… Чтобы отфильтровать токи с этими частотами, недостаточно воспользоваться колебательным контуром, поскольку он не сможет обеспечить хорошую фильтрацию полезных продуктов преобразования. Его можно заменить в схеме рисунок 14 обычной резистивной нагрузкой, а на выходе системы включить электрический фильтр с характеристикой ослабления (на рисунке 15, б она показана штриховой линией), обеспечивающей необходимую степень подавления несущего колебания с частотой.
Приведем еще несколько практических схем преобразователей частоты. На рисунке 16 представлены диодные преобразователи: однократный (а), двукратный или балансный (б) и кольцевой (в), работающие в режиме больших амплитуд колебания частоты, т.е. в режиме аппроксимации ВАХ диодов линейно―ломаными функциями. Схема балансного транзисторного преобразователя частоты показана на рисунке 17.
а) ―сложный спектр сигнала в реальных системах связи
б) ―спектр тока протекающего через нелинейный элемент при подаче низкочастотного и высокочастотного сигнала
Рисунок 15―спектры тока протекающего через нелинейный элемент при подаче различных сигналов
В балансных и кольцевых преобразователях гораздо меньше побочных продуктов преобразования; тем самым значительно облегчаются требования к фильтру, выделяющему полезные колебания.
а) ―однократный; б) ―двукратный или балансный; в) ―кольцевой
Рисунок 16― диодные преобразователи
Рисунок 17―Схема балансного транзисторного преобразователя частоты