Преобразователи частоты В-57

При передаче электрических сигналов на расстояние часто требуется переносить спектр сигнала вверх или вниз по шкале частот. Такой перенос спектра называется преобразованием частоты. Необходимость в преобразовании частот возникает, например, когда спектр сигнала, который нужно передать, расположен на шкале частот значительно ниже полосы пропускания системы передачи.

В качестве преобразователя частоты может быть использован усилительный каскад на транзисторе с колебательным контуром (рисунок 14). Предположим, что нужно перенести вверх по шкале частот на величину гармоническое низкочастотное колебание с частотой : . Подадим на вход нелинейного резонансного усилителя кроме этого колебания также высокочастотное колебание с частотой : .

Амплитуды напряжения смещения , низкочастотного и высокочастотного колебаний выберем так, чтобы работать на участке ВАХ, который достаточно точно аппроксимируется полиномом второй степени:

. (14)

Напряжение на участке «база-эмиттер»

.

При подстановке выражения в зависимость в формуле для тока появляются в соответствии с формулой (13) гармонические колебания с частотами , , и с суммарной и разностной комбинационными частотами и .

Колебательный контур резонансного усилителя настроен на частоту и выделяет из спектрального состава тока колебание . Выделенное колебание тока создает на резонансном сопротивление контура _. падение напряжения

,

которое и является выходным сигналом преобразователя частоты.

Рисунок 14 − Усилительный каскад на транзисторе с колебательным контуром

В реальных системах связи передаваемый низкочастотный сигнал не является гармоническим, а имеет сложный спектр (рисунке 15, а), т. е. состоит из суммы гармонических колебаний с частотами , , , …

Если этот сигнал вместе с высокочастотным колебанием подать на нелинейный элемент, то в спектре тока (рисунок 15, б), протекающего через нелинейный элемент, будут присутствовать полезные продукты преобразования − комбинационные частоты , , , … Чтобы отфильтровать токи с этими частотами, недостаточно воспользоваться колебательным контуром, поскольку он не сможет обеспечить хорошую фильтрацию полезных продуктов преобразования. Его можно заменить в схеме рисунок 14 обычной резистивной нагрузкой, а на выходе системы включить электрический фильтр с характеристикой ослабления (на рисунке 15, б она показана штриховой линией), обеспечивающей необходимую степень подавления несущего колебания с частотой .

а) − сложный спектр сигнала в реальных системах связи

б) − спектр тока протекающего через нелинейный элемент при подаче низкочастотного и высокочастотного сигнала

Рисунок 15 − Спектры тока протекающего через нелинейный элемент при подаче различных сигналов

В.П. Бакалов и др. Основы теории электрических цепей и сигналов. М. Радио и связь 1989