Преобразователь частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемопередающих устр-вах. Цель изобретения - расширение динамического диапазона. Преобразователь частоты содержит первый трансформатор I, на который подается напряжение гетеродина , два формирователя асимметричного напряжения (ФАН) 2, два диодных моста (ДМ) 3, второй трансформатор 4, на который подается сигнал, и нагрузку 5. Для уменьшения нелинейных искажений, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь введены два ФАН 2. ФАН 2 представляет собой усилитель с трансформаторными входом и выходом, охваченный отриц. ОС по напряжению и току, и служат источниками питания для соотв ДМ. Оба ФАН 2 управляются общим гетеродином. ФАН 2 в течение первой половины закрытого состояния ДМ представляет собой генератор ЭДС а в течение следующей половины периода - генератор тока. Это обеспечива (Л ет миним. длительность фронта прямоугольного гетеродинного напряжения , болыпое закрывающее напряжение на ДМ 3 и макс. допустимый ток через ДМ без использования в схеме ограничивающих сопротивлеиий. 4 ил. го 05 Ю Од 00 О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 H 03 С 1/54, Н 03 D 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ одных моста (ДМ) 3 ° второй трансформатор 4, на который подается сигнал, и нагрузку 5. Для уменьшения нелинейных искажений, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь введены два ФАН 2.-ФАН 2 представляет собой усилитель с трансфор.маторными входом и выходом, охваченный отриц. ОС по напряжению и току, и служат источниками питания для соотв. ДМ. Оба ФАН 2 управляются общим гетеродином. ФАН 2 в течение первой половины закрытого состояния

ДМ представляет собой генератор ЭДС а в течение следующей половины нериода — генератор тока. Это обеспечивает минни. длительность фронта прямоугольного гетеродинного напряжения, большое закрывающее напряжение на ДМ 3 и макс. допустимый ток через ДМ без использования в схеме ограничивающих сопротивлений. 4 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3886782/24-09 (22) 18.04.85 (46) 07.10.86. Бюл. Ф 37 (71) Минский радиотехнический институт (72) И.И. Забеньков, Э.Г. Попов и B.Ê. Крайко (53) 621.314.26(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 398809, кл. ц 03 С 1/54, 1971.

Электроника, 1975, 11» 4, с. 4 1. (54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемопередающих устр-вах. Цель изобретения — расширение динамического диапазона. Преобразователь частоты содержит первый трансформатор на который подается напряжение гетеродина, два формирователя асимметричного напряжения (ФАН} 2, два ди„„SU„„1262686 A1

1 1262686

Изобретение относится к радиотех- но нике и может быть использовано в ва приемопередающих устройствах. до

Цель изобретения — расширение ди- пр намического диапазона. бо

На фиг, 1 приведена структурная ва электрическая схема преобразователя P частоты; на фиг, 2 — вольт-фарадная 10 и вольт-амперная характеристики ди- ни одов; на фиг. 3 — эквивалентные схе- lð ге мы гетеродинных цепей; на фиг. 4— структурная электрическая схема фор- в мирователя асимметричного напряже- ро ния. на

Преобразователь частоты содержит l S np первый трансформатор 1, два формиил рователя 2.1 и 2.2 асимметричного в напряжения, два диодных моста 3. 1 и м

3.2, второй трансформатор 4 и нагруз- э, ку 5. 2Р о

Формирователь 2 асимметричного т напряженйя (фиг. 4) содержит транI зистор 6, дополнительный трансформа.— м тор 7„первый и второй резисторы 8., н и 9, конденсатор 10, третий резис- 25 ч тор 11, первый и второй диоды 12 и н

13 и резистивный делитель 14 напря- к жения . н (5) Преобразователь частоты работает следующим образом.

Наиб ольшей линейностью . среди из— вестных преобразователей частоты обладают диодные преобразователи. Допустимый в них уровень мешающих сигналов, создающих определенную величи- З5 ну заданного коэффициента искажений, ограничивается линейностью вольт-амперной характеристики (ВАХ) открьггого перехода диода (точка А на фиг.2), а также перегрузкой по напряжению в 4р переходном режиме переключения диода (за время нарастания или спада напряжения гетеродина). Снижение искажений, обусловленных этими двумя источниками, осуществляется путем наибольшего приближения формы напряжения гетеродина к прямоугольной, а также путем увеличения рабочего тока диода в открытом состоянии (вывецением точки А фиг. 2 в наиболее линейную часть BAX). 5Р

Третьим источником искажений, наиболее сильно проявляющимся при увеличении частоты полезного сигнала, является нелинейность вольт-фарадной характеристики (ВФХ) (левая часть SS фиг. 2) . Эти искажения становятся весьма заметными уже на частотах превышающих 50 ИГц. Для уменьшения дан2

ro вида искажений необходимо подать на диоды запирающее напряжение статочно большой величины. Так, наимер, в случае использования наилее распространенных в преобразотелях частоты диодов Шоттки, запиающее напряжение должно достигать

-12 В. При этом желательно сохрать прямоугольность формы напряжения теродина.

В известных схемах, например (1,2), течение каждого полупериода гетединного напряжения его источник гружается поочередно на малые соотивления открытых диодов первого и второго мостов, что ограничивает еличину напряжения на каждом диоде оста (до 0,6-0,8 В, фиг. 2). При том ограничивается также и величина братного напряжения на диодах закрыого моста, так как оба диодных моса оказываются подключенными к одноу источнику гетеродинного напряжеия (фиг. За), что приводит к увелиению нелинейных искажений за счет елинейности барьерной емкости, так ак сигнал прорабатывает при этом аиболее нелинейный участок ВФХ (фиг. 2). Влияние нелинейной емкости закрьггого диода на нелинейные ис-. кажения и динамический диапазон можно оценить, используя выражение для барьерной емкости

С = С ( Ь, (1) о р+ о где С, — величина емкости перехода при нулевом смещении и комнатной температуре;

Т» — контактный потенциал;

n — определяется типом р-и-перехода. б

Ток через емкость определяется как

dU г

С (2).

dt

Пусть к диоду приложено напряжение

U = U cos©,t + U cosu3,t, (3) при этом считаем

П ь - л = М (4 )

Для нахождения продуктов интермоду- ляции вида I, разложим (1) в т ряд Тейлора

1 1

С = С.," (ur, + U,)

Д 1 1

--С. „" (g„+U,)" U +

1 1 л

+ —,— C. g" (- + 1) (. +

1262686

Используя (2-5) получим

С Г (- + 1)

4 2п п

---2 (q„+ U ) . U-сд. (6)

Из (6) видно, что искажения увеличиваются, а динамический диапазон падает с ростом < и уменьшением Ц .

При использовании прямоугольного гетеродинного напряжения в качестве выступает амплитуда запирающей полуволны гетеродина. Следовательно, для уменьшения нелинейных искажений необходимо увеличивать запирающее напряжение гетеродина. Особенно сильно этот эффект проявляется с ростом частоты. В течение изменения запирающего напряжения гетеродина происходит заряд-.разряд емкости перехода. Чтобы при этом не растягивались фронты гетеродинного импульса, необходимо производить перезаряд емкости через малое сопротивление, т.е. диод должен работать в эти полпериода от генератора ЭДС. Простое увеличение напряжения (мощности) гетеродина ведет к прожогу диодов открытого моста, для предотвращения которого ставят ограничительные сопротивления (2), ЗО приводящие к увеличению потерь преобразователя и увеличению длительности фронтов гетеродинного напряжения эа счет увеличения постоянной времени цепи: ограничивающее сопротивление — емкость диода.

С целью уменьшения нелинейных искажений, особенно в области высоких частот, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь в предла гаемом преобразователя частоты используются два парафаэных формирователя

2.1 и 2.2 асимметричного напряжения, жестко связанных между собой временными соотношениями (фиг. 3 б). Для этого каждый диодный иост 3.1 и 3.2 запитывается от отдельного источника-формирователя 2.! .и 2.2 асимметричного напряжения, который в течение,половины периода закрытого состояния диодного моста. 3.1 или 3.2 представляет собой генератора ЭДС, а в течение следующей половины периода — генератор тока, при этом оба источника управляются общим гетеродином. Генератор тока стабилизирует ток через открытые диоды диодных мостов 3, ограничивая его на максимальном допустимом уровне для данного типа диодов. Стабилизация тока диодов на заданном уровне позволяет исключить из схемы ограничивающие резисторы и тем самым уменьшить потери на преобразование.

Формирователь 2 асимметричного напряжения представляет собой усилитель с трансформаторными входом и выходом, охваченный отрицательными обратными связями по напряжению и току. Обратная связь по напряжению осуществляется с помощью первого и второго резисторов 8 и 9, конденсатора 10 и первого диода 12. Конденсатор устраняет обратную связь по постоянной составляющей. Первый диод 12 изменяет глубину обратной связи в зависимости от мгновенного значения (полярности) выходного напряжения. Первый резистор 8 определяет необходимую глубину обратной связи при открытом первом диоде 12. Второй резистор 9 шунтирует первый диод 12.

Обратная связь по току осуществляется третьим резистором 11 и вторым диодом 13, включенными в цепь эмпттера транзистора 6. Глубина этой обратной связи зависит от полярности напряжения, поступающего на второй диод 13.

Сопротивление третьего резистора ll определяет глубину обратной связи по току в момент, когда второй диод -13 закрыт. При поступлении на базу транзистора 6 положительной полуволны напряжения гетеродина оба диода 12 и 13 оказываются закрытыми этим напряжением. В этом случае обратная связь по напряжению практически не действует, что объясняется достаточно большой величиной сопротивлений второго резистора 9 и закрытого первого диода 12. Закрытый второй диод 13 не шунтирует третий резистор 11, определяющий глубину отрицательной обратной связи по току, которая увеличивает выходное сопротивление каскада, приближая его к идеальному генератору тока и, тем самьм, стабилизируя ток через диоды открытого диодного моста 3. Следующие полпериода первый и второй диоды 12 и 13 открываются.

Второй диод 13 шунтирует третий резистор 11 и устраняет обратную связь по току. Через первый диод 12 осуществляется обратная связь по напряжению, глубина которой определяется первьпя резистором 8. Эта обратная

3 1262 связь уменьшает выходное сопротивление каскада, приближая его к идеальному генератору ЭДС и, тем самым, создает оптимальные условия для перезаряда барьерных емкостей диоцов ди5 одного моста 3, находящихся в этот момент в закрытом состоянии.

Таким образом с помощью формирователя 2 асимметричного напряжения в предлагаемом преобразователе частоты 10 обеспечивается: минимальная длительность фронта прямоугольного гетеродинного напряжения, воздействующего на диодные мосты 3, что уменьшает нелинейные искажения в момент их переключения; большое закрывающее напряжение на диодных мостах 3, что уменьшает нелинейные искажения, вызванные нелинейностью ВФХ и перегрузкой по напряжению; максимально допустимый ток через диодные мосты 3 без введения в схему ограничивающих сопротивлений, что уменьшает нелинейные искажения в от- 25 крытых диодных мостах 3 и снижает потери преобразования.

При использовании в качестве транзистора 6 транзистора р и-р-типа ди- 30 оды включаются в обратном по отношению к приведенному на фиг. 4 направлении.

Формула и з о б р е т е н и я

Преобразователь частоты, содержащий первый и второй трансформаторы, первичные обмотки которых являются .соответственно сигнальным и гетеро- 40 динным входами, два диодных моста, первые диагонали которых соединены последовательно и включены между вы686 Ь водами вторичной обмотки второго трансформатора, и нагрузку, включенную между точкой соединения первых диагоналей диодных мостов и средним отводом вторичной обмотки второго трансформатора, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены два формирователя асимметричного напряжения, первые входы каждого из которых подключены к соответствующему выводу вторичной обмотки первого трансформатора, средний отвод которой соединен с вторыми входами формирователей асимметричного напряжения, вторая диагональ каждого из диодных мостов включена между выходами соответствующего формирователя асимметричного напряжения, причем каждый формирователь асимметричного напряжения выполнен на транзисторе и-р-и-типа проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером, в цепь коллектора которого включен дополнительный трансформатор, выводы вторичной обмотки которого являются выходами формирователя асимметричного напряжения, между коллектором и .базой транзистора включены последовательно соединенные первый, второй резисторы и конконденсатор, между эмиттером транзистора и общей шиной включен третий резистор, параллельно второму и третьему резисторам подключены соответственно первый и второй диоды, причем катодами .к конденсатору и эмиттеру транзистора соответственно, а между шиной питания и общей шиной включен резистивный делитель напряжения, отвод которого и база транзистора являются вторым и первым входами формирователя асимметричного напряжения соответственно.

1262686

1

I

1

1

Составитель А. Осинович

Техред И.Попович корректор В. Бутяга

Редактор В. Иванова

Заказ 5444/56 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4