Преобразование частоты на нелинейном элементе
Покажем, что нелинейный элемент (НЭ) может выполнять функции смесителя. На рисунке 14.5 - эквивалентная схема ПЧ. НЭ показан в виде 4 - х полюсника.
Рисунок 14.5
На входе НЭ действуют три напряжения: полезный входной сигнал 
; напряжение гетеродина 
; и постоянное напряжение смещения 
, с помощью которого выбирается рабочая точка на проходной характеристике НЭ. (Для простоты полагаем начальные фазы 
и 
равными нулю).
К выходу НЭ подключен колебательный контур (фильтр), настроенный на промежуточную частоту 
. Возможные схемные варианты НЭ и их проходные характеристики показаны на рисунке 14.6, а).
Рисунок 14.6, а)
Независимо от конкретного вида НЭ предположим, что задана обобщённая проходная характеристика 
, а также заданы: , , . Полагаем, что 
. Если сигнал мал, то любой участок характеристики будет для него практически линейным, тем самым сохраняется на выходе ПЧ закон модуляции входного сигнала. Вместе с тем для напряжения характеристика должна быть нелинейной.
Выберем для определённости верхнюю настройку гетеродина, т.е. 
(см. рисунок 14.6, б).
Рисунок 14.6, б)
Под действием большого напряжения гетеродина , рабочая точка перемещается по проходной характеристике относительно исходного положения 
(на участке А - В). При этом малый полезный сигнал попадает на участки характеристики с различной крутизной.
|
|
|
Покажем, что при этом в выходном токе НЭ образуется ток промежуточной частоты. Итак, с учётом действия гетеродина результирующее смещение рабочей точки определяется как
.
Полное же напряжение на входе СМ равно 
. Такая проходная характеристика примет вид:
.
Так как рабочая точка перемещается по проходной характеристике, разложим последнее выражение в ряд Тейлора по степеням малого входного сигнала относительно переменной рабочей точки 
:
.
Первое cлагаемое 
отражает появление на выходе СМ постоянной составляющей тока. Оно не содержит тока промежуточной частоты и не представляет интереса. Ее убирают из выходного сигнала фильтром.
Третьим и последующими слагаемыми пренебрегают из - за малости величин 
.
Рассмотрим второе слагаемое:
,
где 
- крутизна проходной характеристики, меняющаяся во времени под действием гетеродина. Представим 
рядом Фурье, для простоты примем 
, т.е.
,
где 
- амплитуда гармоник крутизны характеристики.
Подставляя последнее выражение в исходное, получим:
.
Если применить известную тригонометрическую формулу 
, то увидим появление на выходе СМ токов с комбинационными частотами
;
где 
В качестве промежуточной частоты можно использовать любую из частот вида
|
|
|
,
где 
- порядок преобразования. При 
имеем преобразование первого порядка, или простое преобразование. Для практической реализации простого преобразования необходимо выходной контур настроить на частоту
.
На практике обычно используют именно простое преобразование.
Таким образом, при простом преобразовании ток промежуточной частоты определяется выражением:
.
Напряжение, создаваемое этим током на выходном контуре, равно
.
где 
- эквивалентное резонансное сопротивление контура (на частоте ).
Выводы:
1) НЭ может выполнять функции перемножителя (или смесителя).
2) Для выделения напряжения промежуточной частоты на выходе НЭ необходим фильтр (контур), настроенный на частоту ,
4 АЧХ преобразователя и помеховые каналы приёма.
Выбор промежуточной частоты
Рассмотрим амплитудно - частотную характеристику ПЧ. Особенность процессов, происходящих в ПЧ, приводит к тому, что его АЧХ имеет большое количество максимумов, т.е. множество каналов прохождения сигналов.
Предположим, что 
и 
. Ecли к входу ПЧ подключить ГСС
и плавно увеличивать его частоту, начиная от 
, то первый максимум напряжения на выходе ПЧ будет соответствовать прямому прохождению сигнала на выход ПЧ без преобразования. Это имеет место, если входной сигнал имеет частоту, равную промежуточной, т.е. 
(рисунок 14.7). При этом ПЧ работает как обычный усилитель с максимальным коэффициентом передачи:
|
|
|
,
где 
- эквивалентное резонансное сопротивление контура, подключенного к выходу смесителя (фильтра).
Рисунок 14.7
Последующие максимумы АЧХ соответствуют частотам входного сигнала, которые в результате преобразования частоты образуют на выходе ПЧ промежуточную частоту, т.е.
; 
;
; 
;
; 
;
; 
.
Частоты 
и 
соответствуют простому преобразованию; частоты 
и 
преобразованию 2 - го порядка. Каналы и симметричны (зеркальны) относительно частоты гетеродина 
, а каналы и зеркальны относительно второй гармоники гетеродина 
.
В качестве основного (рабочего) канала можно взять любой из каналов. Тогда все остальные каналы будут считаться дополнительными. Дополнительный канал, симметричный выбранному рабочему, называется зеркальным.
Дополнительные каналы снижают чувствительность и помехоустойчивость приёмника, т.к. по ним идут шумы и помехи. Наиболее опасен зеркальный дополнительный канал, т.к. он ближе всех по частоте к рабочему каналу и имеет такой же коэффициент передачи. Необходимо бороться со всеми дополнительными каналами. Основные меры борьбы сводятся:
|
|
|
а) к использованию избирательных свойств преселектора;
б) к использованию двойного преобразования частоты;
в) к использованию в ВЦ режекторных (вырезающих) фильтров;
г) к выбору оптимального режима работы ПЧ, при котором в разложении 
обеспечивается максимум полезной составляющей и минимум остальных.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 74; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!