Характеристика основных показателей и классификация преобразователей частоты. Виды схем и особенности расчета. Анализ приемника супергетеродинного типа и его назначение. Описание принципа работы и структурная схема преобразователя частоты (гетеродина).
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДРАЦИИ

Технологический институт (филиал)

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Алтайский государственный технический университет"

Кафедра Методов и средств измерений и автоматизации

Курсовой проект

Тема: Преобразователь частоты (гетеродин)

Выполнил: студент группы ИИТТ-94

Рыбаков Д.В.

Проверил: доцент кафедры МСИА, к. т. н.

Бийск 2011

Содержание

• Введение
• 1. Анализ приемника супергетеродинного типа
• 2. Понятие преобразователя частоты
• 2.1 Структурная схема и принцип работы
• 2.2 Основные показатели преобразователей частоты
• 2.3 Классификация преобразователей частоты
• 3. Виды схем преобразователей частоты
• 4. Расчет преобразователя частоты
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Радиоприемное устройство - одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезное сообщение; усиление мощности полезного радиосигнала; детектирование; усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю. В месте приема существуют посторонние электромагнитные поля, создаваемые источниками радиопомех естественного и искусственного происхождения. Эти электромагнитные поля искажают полезный сигнал и вызывают ошибки в приеме сообщений.

Учитывая, что реальные условия приема сигналов изменяются во времени, структура приемника и режимы его элементов должны оптимизироваться, с целью обеспечить минимальную величину ошибки в приеме сообщений.

В приемнике предусматриваются автоматические регулировки усиления, избирательности, формы характеристик, обеспечивающие адаптацию приемника к изменяющимся условиям приема сигналов.

Таким образом, современное профессиональное радиоприемное устройство представляет собой адаптивный комплекс элементов, обеспечивающий оптимальную обработку смеси полезного радиосигнала и помех. Этот комплекс обеспечивает три операции:

1) улавливание электромагнитных колебаний полезного радиосигнала из окружающего пространства и передачу их приемнику;

2) оптимальную обработку смеси сигнала и радиопомех с целью выделения первичного электрического сигнала, соответствующего сообщению (выделение спектра полезного сигнала, усиление, детектирование, декодирование);

3) преобразование первичного электрического сигнала в сообщение.

Первая из указанных операций выполняется антенной, вторая - приемником и третья - выходным прибором.

Все радиоприемные устройства можно классифицировать по следующей структурной схеме:

приемники прямого усиления (в том числе детекторные);

супергетеродинные приемники;

приемники прямого преобразования.

Подавляющее большинство радиовещательных и профессиональных приемников относится к классу супергетеродинов. Характерная особенность этих приемников состоит в преобразовании частоты. В данной работе изучается принцип работы преобразователя частоты (гетеродин), анализируются различные схемы построения преобразователей и его расчет.

1. Анализ приемника супергетеродинного типа

Основная особенность супергетеродинного приемника состоит в том, что в высокочастотном тракте помимо усиления сигнала происходит и преобразование частоты принятого радиоколебания. Структурная схема супергетеродинного приемника показана на рисунке 1. На преобразователь частоты (ПЧ) подается два колебания: с частотой сигнала с выхода усилителя высокой частоты (УВЧ) и с частотой от местного генератора (Г), называемого гетеродином.

Выходной ток преобразователя частоты содержит помимо частотной

составляющей ряд комбинационных составляющих с частотами .

Размещено на

2

Рисунок 1 - Структурная схема супергетеродинного приемника

Из этого ряда используется только одна промежуточная частота . Именно на эту частоту настроены селективные цепи усилителя промежуточной частоты (УПЧ). При перестройке приемника одновременно с изменением частоты настройки резонансных цепей входной цепи и УРЧ изменяется частота гетеродина так, что при любой частоте частота остается постоянной. При этом усилитель промежуточной частоты не перестраивается. Диаграммы напряжений в различных точках высокочастотного тракта супергетеродинного приемника показаны на рисунке 2.

Размещено на

2

Рисунок 2 - Диаграммы напряжений высокочастотного тракта приемника

Если на входе приемника действует амплитудно-модулированное колебание с частотой несущей , то на входе преобразователя частоты напряжение отличается от только по уровню. Напряжение на выходе преобразователя частоты имеет другую несущую частоту , однако закон модуляции входного напряжения при преобразовании частоты не изменяется. Частота может быть как больше, так и меньше частоты .

Преимущество супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления состоит в том, что, во-первых, существенно упрощается его система настройки, поскольку перестраиваются только селективные цепи входной цепи, УВЧ и гетеродина. Во-вторых, в супергетеродинном приемнике можно обеспечить значительно лучшую фильтрацию сигнала от помех. Это объясняется тем, что результирующая АЧХ высокочастотного тракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты. Этот тракт не перестраивается, поэтому в нем можно использовать сложные резонансные цепи с АЧХ, достаточно близкой к идеальной. В-третьих, при перестройке приемника основные показатели высокочастотного тракта практически не изменяются, так как они в основном определяются показателями тракта промежуточной частоты, настроенными на постоянную частоту . В-четвертых, в супергетеродинном приемнике легче обеспечить большое усиление: обычно , а на более низкой частоте паразитная обратная связь между выходом и входом усилителя проявляется слабее, что позволяет реализовать более высокое усиление без опасности самовозбуждения усилителя.

Основная особенность супергетеродинного приемника - это наличие так называемых комбинационных каналов приема. Предположим, что приемник принимает сигнал на частоте (рисунок 3). Для этого в приемнике устанавливается частота гетеродина , при которой выполняется условие . Однако спектр выходного тока преобразователя содержит ряд комбинационных составляющих с частотами .

Размещено на

2

Рисунок 3 - Комбинационные составляющие частот

Это приводит к тому, что напряжение с частотой на выходе преобразователя частоты вызывается не только колебанием сигнала , но и колебаниями других частот. Предположим, что на входе преобразователя частоты действует колебание частотой . Для этого колебания транзисторный ПЧ является обычным усилительным каскадом и, следовательно, оно после преобразователя частоты и усиления в УПЧ создает на выходе приемника помеху для принимаемой полезной информации. Через диодный ПЧ колебание частотой пройдет, как через пассивную цепь. Таким образом, возникает побочный (паразитный) канал на частоте .

Теперь предположим, что на входе ПЧ действует напряжение частотой , для которой выполняется условие . Тогда напряжение частотой на выходе ПЧ, а следовательно и на выходе приемника появится одновременно как от колебания с частотой , так и от колебания с частотой . Побочный канал на частоте называется зеркальным, потому что он расположен симметрично (зеркально) к каналу на частоте относительно частоты гетеродина . Можно показать, что напряжение частотой может появляться и от сигналов радиостанций, имеющих частоты ; и т.д. (рисунок 3). Одним из способов борьбы с побочными каналами является использование частотно - селективных цепей во входной цепи и УРЧ, предназначенных для ослабления мешающих сигналов, попадающих в побочные каналы, что показано на рисунке 3, где показана АЧХ входной цепи и УВЧ.

Селективные цепи входной цепи и УРЧ, настроенные на основной канал с частотой осуществляют фильтрацию помех по побочным каналам. Так как зеркальный канал отстоит по частоте от основного на , то с увеличением значения в зеркальном канале помехи отфильтровываются легче. Однако при высокой частоте труднее обеспечить большое устойчивое усиление в тракте промежуточной частоты, к тому же ухудшается фильтрация сигналов соседних радиостанций. Таким образом, выбор частоты ограничен двумя противоречивыми требованиями. Поэтому в ряде приемников используется многократное преобразование частоты. При первом преобразовании частота выбирается достаточно высокой, при этом проще отфильтровать помехи в зеркальном канале; при последующих преобразованиях эту частоту выбирают низкой, что облегчает фильтрацию сигналов соседних радиостанций. Напряжение с частотой гетеродина в некоторых случаях проникает в антенну приемника и излучается в окружающее пространств...