Преобразователи частоты. 
Основы радиоэлектроники

Как было отмечено, преобразователь частоты состоит из двух частей — смесителя и гетеродина. Обычно в профессиональных радиоприемниках в качестве гетеродинов применяют синтезаторы частот. При этом обеспечивается кварцевая стабильность частоты, низкий уровень фазового шума и возможность перестройки.

Смеситель — это устройство, имеющее два входа. На один из них поступает напряжение сигнала, на другой — гетеродина. На выходе смесителя имеется спектр частот, среди которых разностная частота / = /_с — /_г. Для получения колебаний разностной частоты достаточно перемножить напряжения сигнала и гетеродина. Действительно, если.

и.

то выходное напряжение.

где U и Uj. — амплитуды промежуточной и суммарной частот.

Включаемый после смесителя фильтр выделяет колебания разностной частоты со = со₍ -со_г.

Таким образом, задача состоит в том, чтобы сделать перемножитель напряжений, причем такой, чтобы в его выходном спектре содержалось минимальное число побочных составляющих.

Структурная схема смесителя не отличается от схемы модулятора. В состав смесителя входят нелинейный элемент и цепи его согласования с источниками входных колебаний и нагрузкой. В простейшем случае в качестве нелинейного элемента используют полупроводниковый диод. Схема однодиодного смесителя изображена на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Однодиодный смеситель.

Если для простоты пренебречь небольшим напряжением на первичной обмотке нагрузочного трансформатора, то напряжение на диоде.

Полагаем при этом, что спектр сигнала узкий и сосредоточен вблизи частоты со₍.

Эффект перемножения двух напряжений появляется тогда, когда размах напряжения, А и = U_max — U_min такой, что приходится учитывать нелинейность вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода. При этом ВАХ диода следует аппроксимировать хотя бы квадратичным полиномом:

где а₀, а_х, а₂ — числовые коэффициенты.

Подставляя сюда выражение (8.6), получаем

Как очевидно, в спектре тока диода имеется значительное число составляющих, среди них полезной является лишь одна — /_iipcos (co_c ~(O_r)t.

На практике выходной спектр содержит еще большее число составляющих, поскольку в функции, описывающей ВАХ, имеются кубические и другие члены более высокого порядка. С целью облегчения фильтрации предложены балансные схемы, уменьшающие число нежелательных составляющих спектра.

Рассмотрим балансные смесители. Простейший из них — это объединение двух однодиодных смесителей, при котором напряжение сигнала подводится к диодам в противофазе, напряжение гетеродина — в фазе, а токи диодов протекают через нагрузку в противоположных направлениях (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Балансный смеситель.

Из схемы рис. 8.7 очевидно, что напряжение на диодах.

Ток первого диода при учете квадратичного члена ВАХ определяется выражением (8.7), а второго диода.

Если диоды идентичны, то амплитуды соответствующих составляющих спектра обоих диодов равны и ток в нагрузке

Число спектральных составляющих тока в балансном смесителе существенно меньше, чем в однодиодном.

Следует отметить, что в нагрузке отсутствует ток частоты гетеродина, что улучшает шумовые характеристики смесителя. Существуют и другие схемы, позволяющие уменьшать число спектральных составляющих на выходе смесителя.