Преобразование частоты

Преобразование- это изменение (сдвиг) частоты сигнала.

Преобразование часто используется в радиоприемных устройствах для понижения частоты.

Обычно для преобразования частоты используют усилитель с нелинейной характеристикой, на вход которого подается сигнал преобразуемой частоты (w0) и сигнал вспомогательного генератора частотой wг. Нагрузкой усилителя является колебательный контур с резонансной частотой равной w0+wг либо wг-w0.

Благодаря нелинейности в спектре коллекторного тока появляются гармонические и комбинационные частоты. На одну из комбинационных частот (например wг-w0) настроен колебательный контур.

На колебательном контуре выделяется лишь напряжение, создаваемое составляющей коллекторного тока с частотой Wг-W0 .

Если заданная частота исходного сигнала W0 и частота сигнала, которую необходимо получить (Wпр.- промежуточную), то частоту вспомогательного генератора Wг выбирают из условия Wг=Wпр+ W0 либо Wг=Wпр- W0 .

При преобразовании частоты необходимо обеспечить наибольшую амплитуду комбинационных частот.

Математический анализ показывает что амплитуды комбинационных частот пропорциональны амплитудам преобразуемого сигнала и сигнала вспомогательного генератора:

i(t)= a0+a1U+a2

U(t)=(Uмгsinwгt+Uмсsinwct)

a2 =a2Uмг wгt+a2Umc wct+2a2UмгUmcsinwгt*sinwct

2a2UмгUmcsinwгt*sinwct=a2UмгUmc*cos(wг-wc)t- a2UмгUmccos(wг-wc)

т.е амплитуды комбинационных частот зависит от а2UмгUmc в свою очередь коэффициент а2 зависит от амплитуд Uмг и Umc и от формы ВАХ. От амплитуд а2 зависит величина нелинейного участка ВАХ, а значит степень нелинейности.

В отличии от усилителей в преобразователях амплитуды Uмг и Umc могут быть достаточно большими, поэтому в качестве преобразователя можно использовать обыкновенный п/п диод, имеющий такую же ВАХ, как и транзистор.

Детектирование

Детектирование предназначено для выделения НЧ сигнала из модулируемого сигнала.

1. Детектирование АМ сигналов.

Детектирование АМ сигнала можно осуществить с помощью нелинейного элемента, например диода При этом различают 2 основных режима: квадратичный и линейный.

а) Квадратичный режим детектирования.

Если амплитуда детектируемого напряжения мала и не выходит за пределы криволинейного квадратичного участка, то режим называется квадратичным и выходной ток описывается полиномом 2-ой степени:

i(t)= a0+a1U+a2U

Для модулирования АМ колебания:

U(t)=(U_mw+U_m sin t)sinwt ,тогда:

i(t)=a₀+a₁(U_mw+U_m sin t)sinwt+a₂(U_mw+U_msin t) sin wt

Произведение во втором слагаемом дает слагаемые с частотой w- и w+ , которые много больше чем и легко отфильтровуются ФНЧ.

a₂(U_mw+U_m sin t) sin wt=a₂ U _mw sin wt+a₂U _m sin t* sin wt+2a₂U_mw U_m *sin t* sin wt

Анализ показывает, что в спектре выходного тока кроме нелинейных частот присутствуют слагаемые с частотой и 2 , причем амплитуда слагаемого с частотой в 4 раза больше чем амплитуда слагаемых с частотой 2 (при m=1). Отфильтровать частоту 2 невозможно, но ввиду широкого спектра НЧ сигнала т.е спектры перекрываются.

Большая амплитуда второй гармоники приводит к сильным искажениям (до 25% при m=1 до 10% при m=0.3).

б) Линейный режим детектирования.

Если амплитуда детектируемого напряжения достаточно велика и занимает большую часть линейного участка ВАХ, то режим называется линейным (считается линейным ввиду того, что применение амплитуды происходит главным образом на линейном участке ВАХ).

Амплитуды гармоник зависят от амплитуд импульсов и угла отсечки. При неизменном ( =90 ) амплитуды гармоник (в том числе нелинейная составляющая зависит только от амплитуды импульсов).

I₀= ₀i_max

В свою очередь амплитуда сигналов линейно зависит от амплитуды модулированного напряжения, которое изменяется по закону sin t. Для выделения постоянной составляющей (медленно меняющейся) или ФНЧ.

ФНЧ состоит из (R_Г+R_Д) и С. Резистор R нужен для того чтобы конденсатор разряжался через него при уменьшении амплитуд импульсов.

В противном случае диод оказался бы запертым и детектор не отслеживал бы изменения амплитуды импульсов в сторону уменьшения.

=(R_г+R_д)С

=R*R; >