Діодні перетворювачі частоти.

Завдяки малим споживаним струмам, властивості працювати на самих високих частотах і простоті конструкції діодні перетворювачі використовуються у всіх приймачах НВЧ.

 

Рис.5.7 Принципова електрична схема діодного перетворювача частоти.

 

Джерело E дозволяє вибирати робочу ділянку на характеристиках діоду. Величина U_C << U_Г.

Це припущення має наступні підстави:

а) амплітуда U_Г повинна бути достатньою для зміни величини струму в нелінійній області.

б) основне підсилення сигналу відбувається в каскадах ППЧ, тобто до перетворювача де амплітуда сигналу ще мала.

Отже, в межах амплітуд сигналів U_C і U_пр еквівалентна схема перетворювача буде лінійною, тобто це є параметричне перетворення рис.5.8.

Рис.5.8 Еквівалентна схема перетворювача

 

Важливою умовою є умова малості амплітуд завад, так як при великих амплітудах вони будуть змінювати провідність параметричного кола, а отже накладатимуться на сигнал і відповідно на проміжну частоту.

Для аналізу діодного перетворювача необхідно визначити закон зміни g і C під дією напруги гетеродину рис.5.9 і не враховувати зміни цих параметрів під дією U_C і U_пр.

Рис.5.9 Залежність основних параметрів діода від прикладеної напруги гетеродина.

 

Припустимо, що Зміну g і C під дією вказаної напруги можна представити у вигляді ряду Фур’є.

 

 

В той же час величину струму діоду представленого еквівалентною схемою при дії напруги U можна представити у вигляді:

 

 

Приймемо, що

 

Підставимо значення та значення g i C у вираз для і. В цьому виразі проведемо заміну добутків тригонометричних функцій, сум і різниць аргументів, згрупуємо їх і отримаємо:

... (6)

У випадку верхнього гетеродина () перетворений сигнал міститиме спектральні складові розміщені в оберненій послідовності по відношенню до їх послідовності у спектрі вхідного сигналу ьрис.5.10.

 

 

Рис.5.10. Зміна взаємного розміщення спектральних складових сигналу в результаті його перетворення.

 

Такий спектр називається інвертованим, а перетворювач – інвертуючим. Для не інвертуючого перетворювача або тобто Виділяючи із (6) складові струму з частотами отримаємо:

(7)

(8)

На основі (7) та (8) визначимо амплітуди у виді:

(9)

(10)

Введемо позначення:

- ємність перетворювача;

- провідність перетворювача.

Тоді (9) перепишемо у вигляді:

(9')

де:

і (10) перепишемо у вигляді:

(10')

де:

Отримані формули (9) і (10) дозволяють використовувати для розрахунку діодного перетворювача еквівалентну схему у вигляді лінійного чотириполюсника.

Параметр відображає перетворення сигналу в струм проміжної частоти, а - вплив навантаження на вхідний струм в результаті прямого і оберненого перетворення частоти.

Діодні перетворювачі частіше використовується в одному з двох режимів:

1) змінюється в області прямих струмів – переважає резистивний характер опору діоду;

2) змінюється в області обернених струмів – переважає ємнісна складова опору діоду.

В схемі рис.5.11 діодного перетворювача частоти джерело сигналу, гетеродин, навантаження та діод ввімкнені послідовно тому налагодження контуру сигналу і гетеродину ускладнені внаслідок можливості ”захоплення“ частоти гетеродина сигналом, що проходить через гетеродин.

 

Рис.5.11 Діодний перетворювач частоти

 

В даному випадку існує реальна можливість проникнення сигналу гетеродину в антену радіоприймача з послідуючим його випромінюванням в простір. Отже в даному випадку порушується принцип електромагнітної сумісності радіоелектронних засобів.

Для усунення впливу сигналу гетеродина використовуються балансні та кільцеві діодні перетворювачі частоти. На рис.5.12. зображено схеми діодного балансного перетворювача частоти при двохтактному та однотактному ввімкненні фільтра проміжної частоти.

 

а) б)

 

Рис.5.12. Схема діодного балансного перетворювача частоти: а) двохтактне ввімкнення фільтра проміжної частоти; б) однотактне ввімкнення фільтра проміжної частоти

 

У випадку схеми рис.5.12а напруга гетеродина діє на діоди VD1 та VD2 з однаковою фазою, а напруга сигналу через трансформатор Тр1 – з протилежними фазами. Тому струми проміжної частоти в колах діодів протифазні. В первинній обмотці трансформатора Тр2 протифазні струми проміжної частоти протікають назустріч один одному. Оскільки схема двотактна то вихідна напруга визначається їх сумарною дією. Складові струму з частотою гетеродина в половинах обмоток вхідного і вихідного трансформаторів протилежні і симетрії схеми взаємно компенсуються, тому напруга гетеродина і шумів гетеродина практично не проникають у вхідне і вихідне кола балансного перетворювача.

Виготовлення і точне налаштування строго симетричного змішувача з двохтактним колом проміжної частоти викликає певні труднощі. Практично більш зручне однотактне включення фільтра проміжної частоти, як показано на рис.5.12.б. В цій схемі напруга перетворюваного сигналу і сигналу проміжної частоти діють в діагоналі моста утвореного половинами вторинної обмотки трансформатора Тр1, діодами VD1 i VD2. Складові струмів і₁ та і₂, які створюються напругою гетеродина, замикаються через діоди, не відгалужуючись в діагональне коло, в яке ввімкнено вхідний і вихідний контури. Тому, як і в попередньому випадку, коливання від гетеродина не проникають у вхідне і вихідне кола.

Кільцевий діодний перетворювач частоти рис.5.13 необхідно розглядати як два балансних діодних перетворювачі частоти ввімкнених паралельно.

Рис.5.13 Схема кільцевого балансного перетворювача частоти.