Нелинейные электрические цепи при гармонических воздействиях

Теория электрических цепей

Нелинейные электрические цепи при гармонических воздействиях | назад | оглавление | вперёд |

§ 11.8. Преобразование частоты гармонического колебания

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, в случаях если 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 (рис. 11.27 ). Предположим, что нужно перенести вверх по шкале частот на значение w гармоническое низкочастотное колебание с частотой W :

Подадим на вход нелинейного резонансного усилителя, кроме этого колебания, также высокочастотное колебание с частотой w :

Амплитуды напряжений смещения U 0 , низкочастотного U mW и высокочастотного U mw колебаний выберем так, чтобы работать на участке ВАХ, который достаточно точно аппроксимируется полиномом второй степени

\* MERGEFORMAT (.) 1115

Напряжение на участке база—эмиттер

После подстановки этого выражения в зависимость (11.15) в формуле для тока появляются гармонические колебания с частотами W , w , 2W , 2w и с суммарной и разностной комбинационными частотами w + W и w – W .

Колебательный контур резонансного усилителя настроен на частоту w + W и выделяет из спектрального состава тока колебание

Выделенное колебание тока создает на резонансном сопротивлении контура R 0э падение напряжения

которое и является выходным сигналом преобразователя частоты.

В реальных системах связи передаваемый низкочастотный сигнал не является гармоническим, а имеет сложный спектр UW (w ) (рис. 11.28 , а), т. е. состоит из суммы гармонических колебаний с частотами W 1 , W 2 , W 3 , ... .

Если этот сигнал вместе с высокочастотным колебанием uw (t) подать на нелинейный элемент, то в спектре тока I К (w ) (рис. 11.28 , б), протекающего через НЭ, будут присутствовать полезные продукты преобразования – комбинационные частоты w + + W 1 , w + W 2 , w + W 3 , ... . Чтобы отфильтровать токи с этими частотами, недостаточно воспользоваться одиночным колебательным контуром, поскольку он не сможет обеспечить хорошую фильтрацию полезных продуктов преобразования. Его можно заменить в схеме рис. 11.27 обычной резистивной нагрузкой, а на выходе схемы включить электрический фильтр с характеристикой ослабления (на рис. 1.28 , б она показана штриховой линией), обеспечивающей необходимую степень подавления несущего колебания с частотой w .

Приведем еще несколько практических схем преобразователей частоты. На рис. 11.29 представлены диодные преобразователи: однотактный (а), двухтактный или балансный (б) и кольцевой (в), работающие в режиме больших амплитуд колебания частоты w , т. е. в режиме аппроксимации ВАХ диодов линейно-ломаными функциями.

В балансных и кольцевых преобразователях гораздо меньше побочных продуктов преобразования; тем самым значительно облегчаются требования к фильтру, выделяющему полезные колебания.

назад | оглавление | вперёд