Расчет преобразователя частоты (стр. 1 из 3)
Курсовая работа
«Расчет преобразователя частоты»
Содержание
Введение
1. Преобразователи частоты
1.1 Назначение
1.2 Структурная схема и принцип работы
1.3 Основные показатели преобразователей частоты
1.4 Классификация преобразователей частоты
2. Виды схем преобразователей частоты
3. Расчёт преобразователей частоты
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Подавляющее большинство радиовещательных и профессиональных приемников относится к классу супергетеродинов. Характерная особенность этих приемников состоит в преобразовании частоты.
Супергетеродинный радиоприёмник это радиоприёмник, в котором до детектирования принимаемого радиосигнала производится преобразование (понижение) его несущей частоты, не изменяющее закона модуляции. Способ супергетеродинного радиоприёма предложен в 1918 одновременно Э. Армстронгом (США) и Л. Леви (Франция).
Независимо от того, ведется ли прием длинноволновой, средневолновой или коротковолновой радиостанции, их частоты преобразуются всегда в одну и ту же промежуточную частоту, которая определяется постоянной настройкой дальнейших усилительных каскадов. Именно благодаря этому свойству можно создать высококачественный приемник с широким диапазоном волн — от длинных до коротких.
Процесс образования промежуточной частоты осуществляется в результате взаимодействия колебаний сигнала с «местным» колебанием, которое создается маломощным генератором (гетеродином), входящим в состав приемника. Взаимодействие обоих колебаний происходит в приборе с переменным параметром (например, в электронной лампе или полупроводниковом приборе с изменяемой крутизной). Образование промежуточной частоты в этом приборе с одновременным подавлением колебаний других частот, но с сохранением передаваемого сообщения представляет собой довольно сложный физический процесс.
Преимущества супергетеродинного метода:
1.Усиление в трех областях частот и, в особенности, возможность значительного усиления при добротных контурах на промежуточной частоте позволяет добиться высокой чувствительности.
2.Постоянная настройка каскадов промежуточной частоты допускает применение в них различных видов полосовых фильтров (электрических и даже электромеханических) и позволяет добиться высокой относительной избирательности.
3.На промежуточной частоте происходит основное усиление сигнала, а потому при перестройках и при смене поддиапазонов чувствительность приемника остается почти постоянной.
4.Наконец, после большого усиления на промежуточной частоте амплитуды сигнала на входе детектора оказываются достаточными для приведения в действие автоматических устройств, вроде регулятора усиления, электронно-светового индикатора настройки, устройства автоподстройки и др.
Недостатки супергетеродинного метода:
1. Усложнение схемы приёмника;
2. Возможность утечки сигнала fг в антенно-фидерное устройство;
3. Образование побочных каналов приема.
1. Преобразователи частоты
1.1 Назначение
Преобразователи частоты (ПЧ) служат для переноса спектра частот из одной области в другую без изменения характера модуляции. Они являются частью супергетеродинного приемника. В результате преобразования получается новое значение несущей частоты fпр, называемой промежуточной. Частота fпр может быть как выше, так и ниже fс. Если fпр> fс преобразование частоты вверх; fс< fпрпреобразование частоты вниз.
Рисунок 1
1.2 Структурная схема и принцип работы
ПЧ (рис.2) содержит нелинейный элемент (НЕ) и источник вспомогательного колебания, называемый гетеродином (Г). В качестве нелинейного элемента используются различные электронные приборы, нелинейные активные или реактивные сопротивления. Нелинейный элемент, преобразующий колебания сигнала с помощью гетеродина, называют смесителем.
В состав ПЧ входит также фильтр (Ф) с нагрузкойRн, необходимый для выделения напряжения промежуточной частоты.
Рисунок 2
В общем случае преобразование частоты можно рассматривать как результат перемножения двух высокочастотных напряжений: напряжения сигнала
uc= Uсcos(ωct+φc)
и напряжение гетеродина
uг= Uгcos(ωг t+φг)
В результате такого перемножения на выходе преобразователя получается напряжение преобразованной частоты
uпч= kсхUсUгcos(ωпр t+φпр)
где kсх- постоянный коэффициент, зависящий от параметров преобразователя.
Амплитуда, частота или фаза преобразованного напряжения имеют тот же закон, что и напряжение сигнала. Это означает, что при преобразовании модулированных сигналов вид и параметры модуляции не нарушаются. Перемножить напряжения можно двумя способами: с помощью нелинейных элементов или с помощью линейных цепей с переменными параметрами (параметрических цепей). В общем случае в результате нелинейного или параметрического преобразования двух напряжений на выходе смесительного элемента появляется множество комбинационных составляющих напряжений с частотами
ωк=|± kωг± nφг|
где k и n - целые положительные числа.
На избирательной нагрузке выделяется напряжение одной из
комбинационных частот, которая и принимается за промежуточную частоту приемника.1.3Основные показатели преобразователей частоты
ПЧ характеризуется следующими основными показателями: коэффициентом усиления, уровнем линейных искажений, нелинейными эффектами, избирательностью, устойчивостью эксплуатационно-технических характеристик и перекрытием заданного диапазона частот.
1) Коэффициент усиления преобразователя равен отношению комплексной амплитуды выходного напряжения преобразованной частоты к комплексной амплитуде напряжения сигнала, действующего на входе преобразователя, т.е.
Kпч =Um пр /Umc
Коэффициент усиления ПЧ зависит от частоты входного сигнала. Эта зависимость определяется как характеристикой избирательности системы, включённой на входе преобразующего прибора, так и характеристикой нелинейности последнего. Для оценки усилительных свойств ПЧ при точной настройке используют резонансный коэффициент усиления преобразователь при точной настройке к комплексной амплитуде входного напряжения сигнала:
Kпч0 =Um пр0 /Umc0
2) Линейные искажения сигнала характеризуется неравномерностью коэффициента усиления в необходимой полосе спектра сигнала и нелинейностью фазовой характеристики.
Определение этих показателей не отличается от определения аналогичных показателей избирательных усилителей. Следует отметить, что в ПЧ эти искажения даёт фильтр, настроенный на промежуточную частоту.
3) Нелинейные эффекты в ПЧ характеризуют величинами, используемыми для аналогичных оценок в избирательных усилителях, а именно: нелинейность амплитудной характеристики, коэффициентом блокирования сигнала, коэффициентом перекрёстных искажений, коэффициентом взаимной модуляции и коэффициентом вторичной модуляции.
В ПЧ возникают специфические нелинейные эффекты, определяемые наличием сильных колебаний с частотой гетеродина. К этим Эффектам относятся побочные каналы приёма и свисты, сопровождающие приём полезного сигнала. Побочные каналы приёма характеризуются значениями их частот и уровнем выходного напряжения, создаваемого соответствующим каналом приёма.
4) Избирательность преобразователя зависит от вида АЧХ его нагрузки. Однако при настройке гетеродина соответствующей приему полезного сигнала, существует ряд частот, которые в результате преобразования также образуют промежуточную частоту (например, ω= ωг−ωприлиω=ωг +ωпр).
Следовательно, в преобразователе частоты имеют место побочные каналы приема, которые ухудшают его избирательные свойства.
5) Устойчивость работы ПЧ в смысле постоянства характеристик определяется не только свойствами преобразующего прибора и избирательной цепи, но и свойствами гетеродина. Что касается удалённости от самовозбуждения, то ПЧ представляет собой устройство, выходные входные цепи которого настроены на значительно отличающиеся частоты
(fпр и fс), и поэтому непосредственно емкостная или индуктивная связь этих цепей обычно не опасна. Существенное снижение стабильности показателей характерно для регенеративного режима, который используется в ПЧ на туннельном диоде и емкостном ПЧ, работающем с инверсией спектра.
6) Перекрытие заданного диапазона частот определяется возможностью перестройки гетеродина в пределах заданного диапазона и постоянством его характеристик в этих условиях.
1.4 Классификация ПЧ
По способу получения fпр:
- ПЧ с верхней настройкой гетеродина
fпр =fг −fс, т.е. fг> fс
В данном случае после преобразования положение боковых полос сигнала меняется, т.е. нижняя становится верхней и наоборот (инвертирующее преобразование частоты).
- ПЧ с нижней настройкой гетеродина.
fпр =fс −fг, т.е.fг< fс
В данном случае положение боковых полос сигнала относительно несущей частоты после преобразования не меняется (неинвертирующее преобразование частоты).