Преобразование частоты в интегральных перемножителях
В физике принято считать мощность, выделяемую на активной нагрузке, положительной, а мощность, отдаваемую генератором, отрицательной. Тогда из соотношений (4.70) следует, что при Рн > 0 мощности Р, < 0 и Р2 < 0. Значит, при настройке холостого контура на частоту со3 = со, + со2 источник усиливаемого сигнала и генератор накачки будут отдавать мощность в нагрузку, и схема на рис. 4.41 превращается… Читать ещё >
Преобразование частоты в интегральных перемножителях (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Современные преобразователи частоты с параметрическими резистивными цепями построены на принципиально новой основе.
В них в качестве смесителей используются аналоговые неремножители. Если на входы аналогового перемножителя подать два гармонических колебания: модулированный сигнал.
и напряжение гетеродина (4.61), то в выходном спектре будут составляющие.
Спектральная составляющая с разностной частотой оомч = | со,. — <�о0| выделяется фильтром УПЧ и используется в качестве промежуточной частоты сигнала.
Преобразование частоты в параметрической цепи с варикапом. Если на варикап подать только гетеродинное напряжение (4.61), то его емкость приближенно будет изменяться во времени по закону.
где С0 и С, — среднее значение и первая гармоника емкости варикапа.
Положим, что па варикап воздействует два сигнала — гетеродинное и (для упрощения расчетов) немодулироваиное гармоническое напряжение (4.64) с постоянной амплитудой Uc. В этом случае заряд на емкости варикапа будет определяться выражением.
а ток, протекающий через него, — выражением.
Включив последовательно с варикапом ФПЧ, настроенный на промежуточную частоту со|1Ч = | сог — со01, выделяют желаемый сигнал.
С реактивным элементом типа варикапа можно создать также параметрический генератор, усилитель мощности. Такая возможность основана на преобразовании энергии в параметрической емкости. Известно, что энергия, накопленная в конденсаторе, связана с его емкостью С и зарядом на пей q формулой
Пусть заряд остается постоянным, а емкость конденсатора уменьшается. Поскольку энергия обратно пропорциональна значению емкости, то при уменьшении последней энергия растет. Количественное соотношение этой связи получим, дифференцируя соотношение (4.67) по параметру С:
Это выражение также справедливо и для малых приращений емкости АС и энергии ДЭ, поэтому можно записать.
Знак «минус» в формуле (4.68) показывает, что при постоянном заряде уменьшение емкости конденсатора (АС < 0) вызывает увеличение запасаемой в нем энергии (ДЭ > 0). Увеличение энергии происходит за счет внешних затрат на выполнение работы против сил электрического поля при уменьшении емкости.
При одновременном воздействии на параметрическую емкость (или параметрическую индуктивность) нескольких источников сигналов с разными частотами между источниками будет происходить перераспределение {обмен) их энергий. Обычно энергия внешнего источника, называемого генератором накачки, через параметрический элемент передается в цепь полезного сигнала.
Для анализа энергетических соотношений в цепях с параметрической емкостью обратимся к обобщенной схеме (рис. 4.41). В ней параллельно параметрической емкости С включены три цепи, две из которых содержат источники ex{t) и e2(t)y создающие гармонические колебания с частотами со, и со2. Источники колебаний ex(t) и e2(t) соединены через узкополосные фильтры Ф, и Ф2, пропускающие сигналы с частотами со, и со2. Третья цепь содержит нагрузку R и узкополосный фильтр Ф3 — холостой контур, настроенный на комбинационную частоту со3 = /ггсо, + то2, где тип — целые числа.
Рис. 4.41. Обобщенная схема с параметрической емкостью.
Положим для упрощения, что в схеме с параметрической емкостью применены фильтры без потерь (теоретически параметрическая емкость гоже не потребляет мощности). Если источники колебаний ex{t) и e2{t) отдают мощности Р, и Р2, то сопротивление нагрузки Ru потребляет мощность Рп. Для замкнутой системы в соответствии с законом сохранения энергии получаем условие баланса мощностей.
Умножим и разделим каждое слагаемое на соответствующую частоту:
Запишем это уравнение в другом виде:
Полученное равенство должно быть тождественным при любых частотах. Это возможно, если.
Эти фундаментальные соотношения называют уравнениями Мэнли — Роу. Они позволяют просто выяснить закономерность преобразования мощностей сигнала и накачки в параметрических цепях. Рассмотрим наиболее распространенный случай, имеющий место в параметрических цепях.
Параметрическое усиление с преобразованием частоты. Пусть в параметрической схеме (см. рис. 4.41) е{ = ex{t) — источник усиливаемого сигпал а, а е2 = e2(t) — генератор накачки. Приняв в формуле (4.69) т = п = 1, получим
В физике принято считать мощность, выделяемую на активной нагрузке, положительной, а мощность, отдаваемую генератором, отрицательной. Тогда из соотношений (4.70) следует, что при Рн > 0 мощности Р, < 0 и Р2 < 0. Значит, при настройке холостого контура на частоту со3 = со, + со2 источник усиливаемого сигнала и генератор накачки будут отдавать мощность в нагрузку, и схема на рис. 4.41 превращается в параметрический усилитель. При этом усиление осуществляется за счет генератора накачки и сопровождается повышением частоты сигнала. Отметим, что параметрический усилитель обладает малым уровнем шумов, поскольку механизм усиления в нем не связан с транспортировкой зарядов.
С помощью параметрической цени можно осуществить и усиление мощности входного сигнала с понижением его частоты. Можно показать, что это будет иметь место при настройке холостого контура на разностную частоту со3 = со2 — со1 и выборе т = 1, п = 1 в формуле (4.69). Обычно частота накачки равна удвоенной частоте сигнала, что удобно с практической точки зрения.