Преобразователь частоты (гетеродин)
Характеристика основных показателей и классификация преобразователей частоты. Виды схем и особенности расчета. Анализ приемника супергетеродинного типа и его назначение. Описание принципа работы и структурная схема преобразователя частоты (гетеродина).
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.01.2012 |
| Размер файла | 491,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДРАЦИИ
Технологический институт (филиал)
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Алтайский государственный технический университет"
Кафедра Методов и средств измерений и автоматизации
Курсовой проект
Тема: Преобразователь частоты (гетеродин)
Выполнил: студент группы ИИТТ-94
Рыбаков Д.В.
Проверил: доцент кафедры МСИА, к. т. н.
Бийск 2011
Содержание
- Введение
- 1. Анализ приемника супергетеродинного типа
- 2. Понятие преобразователя частоты
- 2.1 Структурная схема и принцип работы
- 2.2 Основные показатели преобразователей частоты
- 2.3 Классификация преобразователей частоты
- 3. Виды схем преобразователей частоты
- 4. Расчет преобразователя частоты
- Заключение
- Список использованных источников
Введение
Радиоприемное устройство - одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезное сообщение; усиление мощности полезного радиосигнала; детектирование; усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю. В месте приема существуют посторонние электромагнитные поля, создаваемые источниками радиопомех естественного и искусственного происхождения. Эти электромагнитные поля искажают полезный сигнал и вызывают ошибки в приеме сообщений.
Учитывая, что реальные условия приема сигналов изменяются во времени, структура приемника и режимы его элементов должны оптимизироваться, с целью обеспечить минимальную величину ошибки в приеме сообщений.
В приемнике предусматриваются автоматические регулировки усиления, избирательности, формы характеристик, обеспечивающие адаптацию приемника к изменяющимся условиям приема сигналов.
Таким образом, современное профессиональное радиоприемное устройство представляет собой адаптивный комплекс элементов, обеспечивающий оптимальную обработку смеси полезного радиосигнала и помех. Этот комплекс обеспечивает три операции:
1) улавливание электромагнитных колебаний полезного радиосигнала из окружающего пространства и передачу их приемнику;
2) оптимальную обработку смеси сигнала и радиопомех с целью выделения первичного электрического сигнала, соответствующего сообщению (выделение спектра полезного сигнала, усиление, детектирование, декодирование);
3) преобразование первичного электрического сигнала в сообщение.
Первая из указанных операций выполняется антенной, вторая - приемником и третья - выходным прибором.
Все радиоприемные устройства можно классифицировать по следующей структурной схеме:
приемники прямого усиления (в том числе детекторные);
супергетеродинные приемники;
приемники прямого преобразования.
Подавляющее большинство радиовещательных и профессиональных приемников относится к классу супергетеродинов. Характерная особенность этих приемников состоит в преобразовании частоты. В данной работе изучается принцип работы преобразователя частоты (гетеродин), анализируются различные схемы построения преобразователей и его расчет.
1. Анализ приемника супергетеродинного типа
Основная особенность супергетеродинного приемника состоит в том, что в высокочастотном тракте помимо усиления сигнала происходит и преобразование частоты принятого радиоколебания. Структурная схема супергетеродинного приемника показана на рисунке 1. На преобразователь частоты (ПЧ) подается два колебания: с частотой сигнала с выхода усилителя высокой частоты (УВЧ) и с частотой от местного генератора (Г), называемого гетеродином.
Выходной ток преобразователя частоты содержит помимо частотной
составляющей ряд комбинационных составляющих с частотами .
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Рисунок 1 - Структурная схема супергетеродинного приемника
Из этого ряда используется только одна промежуточная частота . Именно на эту частоту настроены селективные цепи усилителя промежуточной частоты (УПЧ). При перестройке приемника одновременно с изменением частоты настройки резонансных цепей входной цепи и УРЧ изменяется частота гетеродина так, что при любой частоте частота остается постоянной. При этом усилитель промежуточной частоты не перестраивается. Диаграммы напряжений в различных точках высокочастотного тракта супергетеродинного приемника показаны на рисунке 2.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Рисунок 2 - Диаграммы напряжений высокочастотного тракта приемника
Если на входе приемника действует амплитудно-модулированное колебание с частотой несущей , то на входе преобразователя частоты напряжение отличается от только по уровню. Напряжение на выходе преобразователя частоты имеет другую несущую частоту , однако закон модуляции входного напряжения при преобразовании частоты не изменяется. Частота может быть как больше, так и меньше частоты .
Преимущество супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления состоит в том, что, во-первых, существенно упрощается его система настройки, поскольку перестраиваются только селективные цепи входной цепи, УВЧ и гетеродина. Во-вторых, в супергетеродинном приемнике можно обеспечить значительно лучшую фильтрацию сигнала от помех. Это объясняется тем, что результирующая АЧХ высокочастотного тракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты. Этот тракт не перестраивается, поэтому в нем можно использовать сложные резонансные цепи с АЧХ, достаточно близкой к идеальной. В-третьих, при перестройке приемника основные показатели высокочастотного тракта практически не изменяются, так как они в основном определяются показателями тракта промежуточной частоты, настроенными на постоянную частоту . В-четвертых, в супергетеродинном приемнике легче обеспечить большое усиление: обычно , а на более низкой частоте паразитная обратная связь между выходом и входом усилителя проявляется слабее, что позволяет реализовать более высокое усиление без опасности самовозбуждения усилителя.
Основная особенность супергетеродинного приемника - это наличие так называемых комбинационных каналов приема. Предположим, что приемник принимает сигнал на частоте (рисунок 3). Для этого в приемнике устанавливается частота гетеродина , при которой выполняется условие . Однако спектр выходного тока преобразователя содержит ряд комбинационных составляющих с частотами .
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Рисунок 3 - Комбинационные составляющие частот
Это приводит к тому, что напряжение с частотой на выходе преобразователя частоты вызывается не только колебанием сигнала , но и колебаниями других частот. Предположим, что на входе преобразователя частоты действует колебание частотой . Для этого колебания транзисторный ПЧ является обычным усилительным каскадом и, следовательно, оно после преобразователя частоты и усиления в УПЧ создает на выходе приемника помеху для принимаемой полезной информации. Через диодный ПЧ колебание частотой пройдет, как через пассивную цепь. Таким образом, возникает побочный (паразитный) канал на частоте .
Теперь предположим, что на входе ПЧ действует напряжение частотой , для которой выполняется условие . Тогда напряжение частотой на выходе ПЧ, а следовательно и на выходе приемника появится одновременно как от колебания с частотой , так и от колебания с частотой . Побочный канал на частоте называется зеркальным, потому что он расположен симметрично (зеркально) к каналу на частоте относительно частоты гетеродина . Можно показать, что напряжение частотой может появляться и от сигналов радиостанций, имеющих частоты ; и т.д. (рисунок 3). Одним из способов борьбы с побочными каналами является использование частотно - селективных цепей во входной цепи и УРЧ, предназначенных для ослабления мешающих сигналов, попадающих в побочные каналы, что показано на рисунке 3, где показана АЧХ входной цепи и УВЧ.
Селективные цепи входной цепи и УРЧ, настроенные на основной канал с частотой осуществляют фильтрацию помех по побочным каналам. Так как зеркальный канал отстоит по частоте от основного на , то с увеличением значения в зеркальном канале помехи отфильтровываются легче. Однако при высокой частоте труднее обеспечить большое устойчивое усиление в тракте промежуточной частоты, к тому же ухудшается фильтрация сигналов соседних радиостанций. Таким образом, выбор частоты ограничен двумя противоречивыми требованиями. Поэтому в ряде приемников используется многократное преобразование частоты. При первом преобразовании частота выбирается достаточно высокой, при этом проще отфильтровать помехи в зеркальном канале; при последующих преобразованиях эту частоту выбирают низкой, что облегчает фильтрацию сигналов соседних радиостанций. Напряжение с частотой гетеродина в некоторых случаях проникает в антенну приемника и излучается в окружающее пространство. При этом приемник становится как бы передатчиком, излучающим колебание с частотой гетеродина. Это излучение маломощное, но оно может оказать мешающее воздействие на близко расположенное радиоприемное устройство. При работе супергетеродинного приемника в диапазоне частот необходимо обеспечить сопряженную перестройку селективных цепей входной цепи, УВЧ и гетеродина. При этом входная цепь и УВЧ по возможности должны быть настроены на частоту принимаемого сигнала , а настройка цепей гетеродина должна обеспечивать такое значение , при котором бы получалось требуемое значение .
Анализируя вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
в высокочастотном тракте супергетеродинного приемника помимо усиления происходит преобразование частоты принимаемого сигнала;
при любой частоте принимаемого сигнала частота гетеродина такова, что промежуточная частота всегда приблизительно постоянна.
Это существенно упрощает систему настройки приемника.
результирующая АЧХ высокочастотного тракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты, которые при приеме сигнала в диапазоне частот не перестраиваются. Это позволяет получить АЧХ, по форме достаточно близкую к прямоугольной, обеспечив при этом качественную фильтрацию сигналов от помех, и поддерживать практически неизменными параметры приемника при его перестройке;
в высокочастотном тракте супергетеродинного приемника обеспечивается высокое устойчивое усиление;
основные особенности супергетеродинного приемника - наличие побочных каналов приема и паразитного излучения с частотой гетеродина на входе приемника.
К числу преимуществ супергетеродинного приемника можно отнести:
наличие малого количества перестраиваемых контуров;
возможность получения большего усиления по сравнению с приёмником прямого усиления за счёт дополнительного усиления на промежуточной частоте, не приводящего к паразитной генерации (положительная обратная связь не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты);
высокая избирательность, обусловленная наличием фильтра сосредоточенной селекции (полосового фильтра) в канале ПЧ. Так как частота ПЧ ниже частоты входного сигнала, такой фильтр можно изготовить со значительно более высокими параметрами.
Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма - второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, проходит через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом.
2. Понятие преобразователя частоты
Супергетеродинный радиоприёмник это радиоприёмник, в котором до детектирования принимаемого радиосигнала производится преобразование (понижение) его несущей частоты, не изменяющее закона модуляции. Способ супергетеродинного радиоприёма предложен в 1918 одновременно Э. Армстронгом (США) и Л. Леви (Франция).
Независимо от того, ведется ли прием длинноволновой, средневолновой или коротковолновой радиостанции, их частоты преобразуются всегда в одну и ту же промежуточную частоту, которая определяется постоянной настройкой дальнейших усилительных каскадов. Именно благодаря этому свойству можно создать высококачественный приемник с широким диапазоном волн - от длинных до коротких.
Процесс образования промежуточной частоты осуществляется в результате взаимодействия колебаний сигнала с "местным" колебанием, которое создается маломощным генератором (гетеродином), входящим в состав приемника. Взаимодействие обоих колебаний происходит в приборе с переменным параметром (например, в электронной лампе или полупроводниковом приборе с изменяемой крутизной). Образование промежуточной частоты в этом приборе с одновременным подавлением колебаний других частот, но с сохранением передаваемого сообщения представляет собой довольно сложный физический процесс.
Преобразователи частоты (ПЧ) служат для переноса спектра частот из одной области в другую без изменения характера модуляции. Они являются частью супергетеродинного приемника. В результате преобразования получается новое значение несущей частоты fпр, называемой промежуточной.
2.1 Структурная схема и принцип работы
Преобразователь частоты содержит нелинейный элемент (НЭ) и источник вспомогательного колебания, называемый гетеродином (Г). В качестве нелинейного элемента используются различные электронные приборы, нелинейные активные или реактивные сопротивления. Нелинейный элемент, преобразующий колебания сигнала с помощью гетеродина, называют смесителем.
В состав ПЧ входит также фильтр (Ф) с нагрузкой Rн, необходимый для выделения напряжения промежуточной частоты (рисунок 4).
Рисунок 4 - Структурная схема преобразователя частоты
В общем случае преобразование частоты можно рассматривать как результат перемножения двух высокочастотных напряжений: напряжения сигнала (формула 1)
uc= Uсcos (щc t+ цc), (1)
и напряжение гетеродина (формула 2)
uг= Uгcos (щг t+ цг), (2)
В результате такого перемножения на выходе преобразователя получается напряжение преобразованной частоты (формула 3)
uпч= kсхUсUгcos (щпр t+ цпр), (3)
где kсх - постоянный коэффициент, зависящий от параметров преобразователя.
Амплитуда, частота или фаза преобразованного напряжения имеют тот же закон, что и напряжение сигнала. Это означает, что при преобразовании модулированных сигналов вид и параметры модуляции не нарушаются. Перемножить напряжения можно двумя способами: с помощью нелинейных элементов или с помощью линейных цепей с переменными параметрами (параметрических цепей). В общем случае в результате нелинейного или параметрического преобразования двух напряжений на выходе смесительного элемента появляется множество комбинационных составляющих напряжений с частотами (формула 4)
щк= |± kщг ± n цг |, (4)
где k и n - целые положительные числа
На избирательной нагрузке выделяется напряжение одной из комбинационных частот, которая и принимается за промежуточную частоту приемника.
2.2 Основные показатели преобразователей частоты
Преобразователь частоты характеризуется следующими основными показателями: коэффициентом усиления, уровнем линейных искажений, нелинейными эффектами, избирательностью, устойчивостью эксплуатационно-технических характеристик и перекрытием заданного диапазона частот.
1) Коэффициент усиления преобразователя равен отношению комплексной амплитуды выходного напряжения преобразованной частоты к комплексной амплитуде напряжения сигнала, действующего на входе преобразователя (формула 5), т.е.
Kпч = Um пр /Um c, (5)
Коэффициент усиления ПЧ зависит от частоты входного сигнала. Эта зависимость определяется как характеристикой избирательности системы, включённой на входе преобразующего прибора, так и характеристикой нелинейности последнего. Для оценки усилительных свойств ПЧ при точной настройке используют резонансный коэффициент усиления преобразователь при точной настройке к комплексной амплитуде входного напряжения сигнала (формула 6):
Kпч0 = Um пр0 /Um c0, (6)
2) Линейные искажения сигнала характеризуется неравномерностью коэффициента усиления в необходимой полосе спектра сигнала и нелинейностью фазовой характеристики.
Определение этих показателей не отличается от определения аналогичных показателей избирательных усилителей. Следует отметить, что в ПЧ эти искажения даёт фильтр, настроенный на промежуточную частоту.
3) Нелинейные эффекты в ПЧ характеризуют величинами, используемыми для аналогичных оценок в избирательных усилителях, а именно: нелинейность амплитудной характеристики, коэффициентом блокирования сигнала, коэффициентом перекрёстных искажений, коэффициентом взаимной модуляции и коэффициентом вторичной модуляции.
В ПЧ возникают специфические нелинейные эффекты, определяемые наличием сильных колебаний с частотой гетеродина. К этим Эффектам относятся побочные каналы приёма и свисты, сопровождающие приём полезного сигнала. Побочные каналы приёма характеризуются значениями их частот и уровнем выходного напряжения, создаваемого соответствующим каналом приёма.
4) Избирательность преобразователя зависит от вида АЧХ его нагрузки. Однако при настройке гетеродина соответствующей приему полезного сигнала, существует ряд частот, которые в результате преобразования также образуют промежуточную частоту (например, щ= щг ? щпр или щ= щг + щпр).
Следовательно, в преобразователе частоты имеют место побочные каналы приема, которые ухудшают его избирательные свойства.
5) Устойчивость работы ПЧ в смысле постоянства характеристик определяется не только свойствами преобразующего прибора и избирательной цепи, но и свойствами гетеродина. Что касается удалённости от самовозбуждения, то ПЧ представляет собой устройство, выходные входные цепи которого настроены на значительно отличающиеся частоты (fпр и fс), и поэтому непосредственно емкостная или индуктивная связь этих цепей обычно не опасна. Существенное снижение стабильности показателей характерно для регенеративного режима, который используется в ПЧ на туннельном диоде и емкостном ПЧ, работающем с инверсией спектра.
6) Перекрытие заданного диапазона частот определяется возможностью перестройки гетеродина в пределах заданного диапазона и постоянством его характеристик в этих условиях.
2.3 Классификация преобразователей частоты
По способу получения fпр:
ПЧ с верхней настройкой гетеродина fпр = fг ? fс, т.е. fг > fс
В данном случае после преобразования положение боковых полос сигнала меняется, т.е. нижняя становится верхней и наоборот (инвертирующее преобразование частоты).
ПЧ с нижней настройкой гетеродина fпр = fс ? fг, т.е. fг < fс. В данном случае положение боковых полос сигнала относительно несущей частоты после преобразования не меняется (неинвертирующее преобразование частоты).
По виду нелинейного элемента:
диодные ПЧ;
транзисторные ПЧ;
интегральные ПЧ.
По числу нелинейных элементов в ПЧ:
простые (один НЭ);
балансные (два НЭ);
кольцевые (четыре НЭ).
преобразователь частота гетеродин приемник
3. Виды схем преобразователей частоты
Известно большое количество различных схем преобразователей частоты, каждая из которых может выбираться в зависимости от требований к проектируемому радиоприемнику.
Общими требованиями к преобразователям частоты являются: возможно, больший коэффициент передачи при преобразовании; минимальный уровень шумов, вносимых преобразователем в тракт приемника; высокая стабильность работы гетеродина; минимальное просачивание энергии гетеродина в антенну.
В качестве смесительных элементов преобразователей частоты в современных приемниках километровых, гектометровых, дециметровых и метровых (КГД и М) волн применяются электронные приборы с резистивной и реактивной нелинейными проводимостями. К первой группе приборов относятся транзисторы (биполярные и полевые) и различные высокочастотные диоды, работающие на прямой ветви вольт-амперной характеристики, а ко второй - параметрические диоды. В последних используется вольт-фарадная характеристика.
Преобразователи частоты на биполярных транзисторах могут выполняться на одном триоде, т.е. с совмещенным гетеродином, и на двух триодах, в которых один выполняет функции смесителя, а другой - гетеродина. В случае использования автономного гетеродина легче подобрать оптимальные режимы работы смесителя и гетеродина, что определяет использование преобразователей с отдельным гетеродином в приемниках повышенного класса.
Наиболее распространенными схемами преобразователей частоты на биполярных транзисторах являются схемы, в которых принимаемый сигнал подается в цепь базы, т.е. когда для напряжения сигнала схема смесителя является схемой с общим эмиттером.
В этом случае, так же как и в усилительных схемах, получается больший коэффициент передачи преобразователя.
Напряжение гетеродина может подаваться как в цепь базы (смеситель по отношению к этому напряжению работает по схеме с общим эмиттером), так и в цепь эмиттера, что соответствует схеме с общей базой. При подаче напряжения гетеродина в цепь базы требуется при прочих равных условиях меньшая мощность, так как входное сопротивление схемы с общим эмиттером больше, чем схемы с общей базой. Однако в первом случае увеличивается взаимосвязь между входным контуром преобразователя (сигнальным) и контуром гетеродина. Известно, что такая взаимосвязь ухудшает стабильность работы гетеродина, затрудняет настройку контуров при их сопряжении, увеличивает просачивание энергии гетеродина в антенну. Когда напряжение гетеродина подается в цепь базы, то связь между гетеродином и смесителем приходится осуществлять через конденсатор с весьма небольшой емкостью.
При подаче напряжения гетеродина в цепь эмиттера не требуется непосредственно связывать между собой контуры гетеродина и сигнала. Однако между этими контурами существует паразитная связь за счет емкости Сэ. в смесительного транзистора. Другим недостатком схемы является влияние внутреннего сопротивления транзистора смесителя на частоту гетеродина. Последнее особенно нежелательно при регулировании усиления смесителя с помощью системы АРУ. Помимо этого, в такой схеме с повышением рабочей частоты увеличивается отрицательная обратная связь по току сигнала, снижающая коэффициент передачи преобразовательного каскада. Перечисленные, недостатки схемы возрастают с увеличением рабочей частоты.
При использовании любой схемы преобразователя частоты уменьшение взаимного влияния настроек гетеродинного и сигнального контуров может быть достигнуто: увеличением промежуточной частоты, т.е. увеличением разности частот гетеродина и сигнала; переходом к использованию высших гармоник частоты гетеродина; введением буферного каскада между гетеродином и смесителем. Последнее особенно удобно при работе на гармониках, когда буферный каскад используется в режиме умножения.
Следует заметить, что на первом этапе развития транзисторной техники биполярные транзисторы широко использовались как смесители. Однако они имеют вольт-амперную характеристику, далекую от идеальной (квадратичной), и в настоящее время вытесняются полевыми транзисторами.
Полевые транзисторы имеют вольт-амперную характеристику, близкую к квадратичной кривой, поэтому крутизна характеристики их изменяется в зависимости от напряжения на затворе по закону, близкому к линейному. Линейная зависимость крутизны полевого транзистора позволяет уменьшить нелинейные искажения принимаемого сигнала. Как показывают исследования, полевые транзисторы обеспечивают коэффициент перекрестной модуляции на 50 дБ ниже, чем при использовании биполярных транзисторов. Кроме того, полевые транзисторы позволяют обеспечить более низкий коэффициент, шума. Их входное сопротивление значительно выше, чем у биполярных.
Если используют полевые транзисторы в качестве смесителей, то они работают обычно с отдельным гетеродином. Напряжение сигнала подается, как правило, на затвор, а напряжение гетеродина может быть подано как на затвор, так и на исток. Влияние способов подачи напряжения гетеродина здесь такое же, как и в преобразователях на биполярных транзисторах.
а) - со смесителем на полевом МОП-транзисторе; б) - с двухзатворным смесителем; в) - со смесителем на двух полевых транзисторах; г) - на двух транзисторах в другом варианте
Рисунок 5 - Схемы преобразователя
На рисунке 5, а) показана схема преобразователя со смесителем на полевом МОП-транзисторе. Напряжение гетеродина подается в цепь истока транзисторного смесителя. Другая схема (рисунок 5, б) с двухзатворным смесителем. Здесь напряжение гетеродина и сигнала подаются на разные затворы. Этим достигается хорошая развязка контуров гетеродина и сигнала, а также требуется меньшая амплитуда гетеродина, чем в схеме с обычным МОП-транзистором. Еще большое ослабление связи между упомянутыми контурами обеспечивают схемы рисунок 5, в) и г). Как видно из приведенных схем, полевые транзисторы соединены в них последовательно. Изменение крутизны по напряжению на затворе входного транзистора получается за счет изменения проводимости цепи сток-исток дополнительного транзистора при подаче на него напряжения гетеродина.
Для повышения эффективности подавления побочных каналов приема, а также для уменьшения излучения гетеродина через цепь антенны в рассматриваемом диапазоне волн могут применяться смесители на диодах с резистивной проводимостью - балансные, мостовые и кольцевые.
а) - балансного; б) - балансного в другом варианте; в) - кольцевого
Рисунок 6 - Схемы преобразователя на диодах
На рисунке 6, а) приведена упрощенная схема балансного диодного преобразователя частоты. В хорошо отсимметрированной схеме балансного преобразователя на его выходе и входе образуются составляющие частотного спектра щс, щг ± щс, 3щг ± щс, 5щг ± щс,…, в то время как в простом преобразователе, кроме того, 0, щг, 2щг, 4щг, 6щг …. Отсутствие составляющей щг в спектре балансного преобразователя частоты уменьшает излучение гетеродина через антенну и шумы в тракте приемника. Другая схема балансного преобразователя частоты показана на рисунке 6, б). По своим электрическим свойствам она не отличается от предыдущей. Схема кольцевого преобразователя на диодах дана на рисунке 6, в). В спектре кольцевого преобразователя отсутствуют те же составляющие, что и в балансном, и, кроме того, составляющая с частотой щс.
В качестве диодов в сложных диодных преобразователях частоты могут применяться точечные, микросплавные, туннельные диоды с резистивной проводимостью, а также более современные диоды, называемые диодами Шоттки.
Последние обеспечивают более низкий коэффициент шума преобразователя, чем точечные, и больший динамический диапазон смесителя.
На рисунке 7 представлена схема смесителя на диодах Шоттки.
Рисунок 7 - Схема преобразователя на диодах Шоттки с двумя мостами
Наряду с электронными приборами, работающими на резистивной ветви вольтамперной характеристики, в преобразователях частоты в диапазонах КГД - и М-волн могут применяться нелинейные реактивные приборы. К таким приборам относятся параметрические диоды - варакторы. Это диоды с р-n-переходом, в которых используется зависимость емкости запирающего слоя от напряжения. Такие диоды обычно работают без захода в область прямого тока.
Варакторы обладают сравнительно большой нелинейной емкостью и малыми потерями.
Поскольку в рассматриваемом преобразователе частоты переменным параметром, изменяющимся от напряжения гетеродина, является емкость, такой преобразователь называется емкостным.
Принцип действия преобразователя частоты такой же, как и резистивного. Напряжение гетеродина, действуя на нелинейную емкость параметрического диода изменяет крутизну вольт-фарадной характеристики его, в результате чего на выходе преобразователя образуется широкий спектр частот.
Рассматриваемый преобразователь частоты обладает тем замечательным свойством, что в случае неинвертирующего преобразования, т.е. при к fпр = fс + fг коэффициент передачи по мощности преобразователя имеет значение (формула 7)
Kпч м= fпр /fc, (7)
т.е. он тем больше, чем больше превышение промежуточной частоты над частотой сигнала.
Так как коэффициент шума преобразователя на параметрических диодах очень мал и его коэффициент усиления по мощности можно сделать достаточно большим, емкостные преобразователи частоты применяются в приемниках с высокой чувствительностью.
Практически для получения большого усиления в емкостном преобразователе производится преобразование "вверх", т.е. по закону fпр= fс+ fг, а затем "вниз" т.е. по закону fпр fг? fс для получения нужной избирательности и усиления в обычном усилителе промежуточной частоты. В емкостных преобразователях частоты могут использоваться параметрические диоды, выпускаемые промышленностью, а также диоды Шоттки. Преобразование "вверх" может применяться также с целью увеличения ослабления зеркальной помехи.
Существующие принципы построения функциональных схем супергетеродинных приемников предусматривают понижение частоты принимаемого сигнала до промежуточной (часто до 455 - 465 кГц).
Такое понижение предпринимается с целью обеспечения высокой селективности сигнала. Однако при этом крайне затрудняется ослабление помехи по зеркальному каналу на высших частотах рабочего диапазона.
Вот некоторые особенности построения функциональной схемы супергетеродинного приемника при преобразовании "вверх".
В тракте промежуточной частоты в качестве селективных систем используются стандартные высокоселективные кварцевые фильтры диапазона метровых волн (30-120 МГц). Выбрав промежуточную частоту, например, 40 МГц в приемнике с диапазоном 2-30 МГц и используя до преобразователя эллиптический фильтр нижних частот с частотой среза, например, 31 МГц, можно получить на всех частотах рабочего диапазона ослабление зеркальной помехи, не зависящее от частоты сигнала, 80 дБ. Этот же фильтр нижних частот уменьшает излучение гетеродина в антенну. Кроме того, в рассматриваемом случае упрощается конструкция гетеродина.
Естественно, что при работе УПЧ на частотах, выше чем верхняя частота диапазона приемника, требуется соответствующая оценка его коэффициента шума.
4. Расчет преобразователя частоты
Рассматриваемая мною схема представляет собой простейшую схему смесителя на одном диоде (рисунок 8).
Рисунок 8 - Схема смесителя частоты
Смесители на полупроводниковых диодах характеризуются невысоким уровнем шумов, высокой надежностью, невысоким входным сопротивлением для напряжения гетеродина, низким коэффициентом передачи напряжения (0,3.0,5) и мощности (0,1.0,3). Могут работать на более высоких частотах, чем смесители на транзисторах. В диодных смесителях желательно использовать высокочастотные кремниевые диоды, обладающие большим отношением обратного и прямого сопротивлений и малой емкостью перехода (например, КД503).
А еще лучше диоды с барьером Шоттки, характеризующиеся малым уровнем шумов (например, типа КД419 или КД514А). Могут также применяться и обращенные диоды.
Для данной схемы я выбрал диод с барьером Шоттки КД514А. Этот диод является малошумящим, характеризуется высоким быстродействием и малым падением напряжения (Uпp < 0,6 В).
Конструктивно схема состоит из диода и двух колебательных контуров, один из которых настроен на частоту сигнала, а второй на частоту гетеродина.
Исходные данные:
fс = 10 МГц;
fг = 8 МГц.
Для расчёта параметров контуров воспользуемся формулой 8 для определения резонансной частоты:
, (8)
В результате математических расчётов получили:
С1=20 нФ
L1=502,5125 нГн
С2=31,08999 нФ
L2=502,57 нГн
Заключение
В супергетеродинном приёмнике преобразователь частоты оказывает, решающее влияние на чувствительность, избирательность, стабильность и уровень собственных шумов приемника. Выбор приборов и схем для преобразователей частоты определяется в соответствии с тем, что дает наиболее благоприятное сочетание этих основных показателей приемника. Именно таким благоприятным решением для длинных, коротких и даже метровых волн оказывается выбор усилительного прибора для роли смесителя, тогда как на более коротких волнах в качестве смесителя выгодно применять тот или иной тип диода.
Список использованных источников
1. А. Ровдо Полупроводниковые диоды и схемы с диодами [Текст] / А. Ровдо - М., Лайт Лтд., 2000. - 120 с.
2. В. Горшелев Основы проектирования приёмников [Текст] / В. Горшелев - Л., Энергия, 1977. - 540 с.
3. В. Палшков Радиоприёмные устройства [Текст] / В. Палшков - М., Радио и связь, 1984. - 224 с.
4. А. Сиверс Проектирование радиоприемных устройств [Текст] / А. Сиверс - М., Высшая школа, 1976. - 187 с.
5. В.В. Пасынков и др. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов [Текст] / В.В. Пасынков и др. - М.: Высшая школа, 1981. - 431с.
6. Ю.В. Волощенко и др. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие / под ред. Г.Д. Петрухина [Текст] / Ю.В. Волощенко и др. - М.: МАИ, 1993. - 416 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характерная особенность приемников класса супергетеродинов. Преимущества супергетеродинного метода и недостатки. Основные требования к преобразователям частоты, их назначение, структурная схема, принцип работы, основные показатели и классификация.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 15.12.2009Основные свойства математической, аналитической, имитационной моделей преобразователя частоты. Измерение интермодуляционной и амплитудной характеристик, параметров блокирования; зависимость от значений амплитуды колебаний гетеродина преобразователя Аг.
курсовая работа [331,7 K], добавлен 01.12.2011Способы и принципы преобразования частоты. Функциональная схема мультипликативного смешивания. Сложение сигналов промежуточной частоты и гетеродина при аддитивном смешивании. Преобразователь частоты в передатчике, их функции и необходимость использования.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.10.2012Настройка схемы преобразователя. Зависимость частоты от входного напряжения и сопротивления. Время переходного процесса, его характеристика. Зависимость частоты от температуры при фиксированном входном напряжении. Анализ преобразователя частоты.
контрольная работа [637,6 K], добавлен 11.05.2014Разночастотное преобразование переменного тока с помощью преобразователя частоты. Типовые схемы высоковольтных преобразователей частоты. Специальные машины постоянного тока (МПТ): электромашинный усилитель (ЭМЦ), тахогенератор, назначение и устройство.
лекция [948,9 K], добавлен 20.01.2010Структура и параметры преобразователей, использующихся в бытовой радиоэлектроаппаратуры. Типы преобразователей частоты. Использование электронно-оптических преобразователей. Выбор промежуточной частоты, настройка и регулировка преобразователей частоты.
реферат [239,8 K], добавлен 27.11.2012Изучение конструкции, принципа действия и паспортных технических характеристик преобразователей частоты типа FR-Е 540. Методы работы на лабораторной установке на базе комплектного электропривода. Исследование систем электропривода переменного тока.
лабораторная работа [225,4 K], добавлен 07.12.2014Принципиальная электрическая преобразователя частоты. Расчет трехфазного транзисторного инвертора. Основные параметры конденсатора. Сопротивление фазы трансформатора. Выбор коммутационной и защитной аппаратуры. Внешний вид предохранителей и реле тока.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 07.01.2015Выбор значения промежуточной частоты, избирательной системы тракта приемника, способа и элемента настройки, детектора сигнала и преобразователя частоты. Проверка реализации требуемого отношения сигнал/шум на выходе. Расчет каскадов заданного приемника.
курсовая работа [966,1 K], добавлен 01.10.2013Структурная схема преобразователя, расчет и выбор элементов силовой части схемы. Выбор и описание системы управления частотным преобразователем. Синтез и описание функциональной схемы работы системы управления. Особенности моделирования силовой части.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 28.01.2015
