Принципи перетворення частоти.

Лабораторна робота №5

 

Дослідження характеристик перетворювача частоти

Перетворювачі частоти.

Перетворення частоти означає перенесення спектру прийнятого сигналу з одного радіочастотного діапазону в інший без зміни співвідношення та взаємного розміщення окремих спектральних складових, а значить і без зміни закону модуляції прийнятого сигналу.

В радіоприймачах можуть бути використані різноманітні варіанти перетворення частоти. До найбільш широко вживаних слід віднести: а) перенесення спектру сигналу з пониженням або підвищенням частоти носійних коливань; б) різницеве або сумарне перетворення частоти; в) різницеве перетворення при верхньому або нижньому гетеродинах.

Перенесення спектру сигналу в область частот нижчих частоти прийнятого радіосигналу суттєво спрощує схему радіоприймача проте ускладнюється вирішення питання пригнічення сигналу дзеркальної завади. В той же час перенесення спектру сигналу в область частот вищих частоти прийнятого радіосигналу вимагає збільшення кількості перетворювачів частоти. Крім цього виникають труднощі створення ефективного фільтра в тракті першої проміжної частоти.

Сумарне перетворення частоти реалізується при відносно низькій частоті гетеродина, а пониження частоти генерованих гетеродином коливань спрощує забезпечення належної їх стабільності. Проте при сумарному перетворенні частоти зростає число комбінаційних каналів та утруднюється узгоджене пере налаштування гетеродину та кіл попередньої селекції. Якщо використовувати різницеве перетворення то при верхньому гетеродині відбувається інверсія бічних смуг спектру перетвореного сигналу, що особливо слід враховувати при перетворенні сигналу з одною бічною смугою.

На структурному рівні перетворювач частоти рис.5.1 відображається, як деякий параметричний пристрій (ПП) на який подаються сигнали гетеродина (Г) та перетворюваний сигнал. Далі чотириполюсник узгодження (m₁), фільтр (Ф), вихідний чотириполюсник узгодження (m₂). Як правило амплітуда перетворюваного сигналу після підсилення підсилювачем радіочастоти не перевищує U_c = 10 ¸ 100мкВ.

Рис.5.1.Структурна схема перетворювача частоти.

 

Під дією відносно великої напруги частоти гетеродина (одиниці, а в ряді випадків десяті долі вольта) ПП змінює той чи інший свій параметр. Причому в усьому діапазон амплітуд перетворюваного сигналу параметри ПП не повинні змінюватись. Переважно в перетворювачах частоти використовується залежність крутизни ВАХ нелінійного елемента від напруги гетеродину. Якщо ВАХ має квадратичний характер, наприклад І = СU², то крутизна такої характеристики S = di/dU = 2CU матиме лінійну залежність від напруги гетеродину рис.5.2.

 

Рис.5.2 Залежність струму та крутизни нелінійного елемента від напруги гетеродину

 

Перетворення буде лінійним якщо виконуватимуться такі умови:

1. ВАХ нелінійного елемента квадратична в усьому діапазоні зміни напруги гетеродину;

2.Амплітуда сигналу гетеродину повинна бути значно більше амплітуди перетворюваного сигналу;

3.Фільтр проміжної частоти повинен виділяти лише сигнал проміжної частоти для сигналів іншої частоти він повинен характеризуватись низьким опором тобто бути для них “прозорим”.

До основних параметрів ПЧ відноситься:

1. Коефіцієнти передачі за напругою та потужністю.

Ці параметри вимірюється при фіксованій частоті гетеродина і номінальній величині проміжної частоти. Величини коефіцієнтів розраховуються за відповідними формулами

2. Діапазон зміни частоти гетеродину.

Діапазон повинен бути таким, щоб в усьому діапазоні зміни частоти прийнятого радіосигналу від f_{c min} до f_{c max} виконувалась рівність

3. Нестабільність частоти гетеродину внаслідок дії дестабілізуючих факторів.

Зміна частоти гетеродину внаслідок дії дестабілізуючих факторів буде приводити до зміни різниці частот . Отже буде спостерігатися “сповзання” з частоти на яку налаштований тракт підсилення проміжної частоти приймача. Нестабільність частоти гетеродина оцінюється відношенням Df_г/f_г, де Df_г – абсолютна величина зміни частоти гетеродину під впливом дестабілізуючих факторів. Відносна зміна частоти гетеродина більшості приймачів знаходиться в межах

4. Селективність перетворювача частоти по відношенню до сигналу сусідньої станції.

5. Шумові характеристики перетворювача частоти.

Даний параметр особливо важливий, якщо йде мова про перетворення сигналів станції малої амплітуди ~ 0,1мкВ.

 

Принципи перетворення частоти.

Принцип перетворення частоти можна проілюструвати на прикладі схеми рис.5.2.

 

Рис.5.2 Функціональна схема перетворювача частоти.

 

Схема містить джерело перетворюваного сигналу, фільтр, деякий елемент, який змінює свої параметри в залежності від напруги U_г.

Приймемо, що перетворюється амплітудно-модульований сигнал, тобто

Струм, що буде протікати через керований елемент буде рівний добутку напруги перетворюваного сигналу на g(t).

Скористаємось формулою: отримаємо:

Таким чином в колі будуть протікати струми, частоти яких рівні w_с; w_г – w_с-Ω;

w_г + w_с. З допомогою фільтра Ф виділяється сигнал, частота якого рівна w_г - w_с.

 

При цьому

Ми розглянули найбільш простий випадок залежності провідності керованого елемента від напруги гетеродина. В реальному випадку ця залежність носить складніший характер, тобто

,

а отже число гармонійних складових утворених в результаті такого перетворення буде значно більшим.