Преобразователь частоты

 

I I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„$0„„1 00 29

А1 (59 4 Н 03 D 7/141 Н 03 С 1/54

gf f;c гъ« Ь

Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3651753/18-09 (22) 27,07.83 (46) 30.03.87, Бнл, У 12 (7l) Минский радиотехнический институт (72) Б.M.Áîãäàíoâè÷, В.С.Богдановский, Л.А.Глобус и Н.Н.Исакович (53) 621.372.622:621.376.223 (088.8) (56) Роде У.Л. Улучшение технических характеристик современных радиоприемников. — Электроника, 1975, Р 4, с. 41, рис, 4б.

Авторское свидетельство СССР

М 396809, кл. Н 03 С 1/54, 1971, (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий входной трансформатор, два диодных моста, одна из диагоналей каждого из которых включена между соответствующими выводами вторичной обмотки входного трансформатора и нагрузкой, другой вывод которой подключен к среднему выводу вторичной обмотки входного трансформатора, а также гетероднн, парафазные выходы которого подключены к входам первого преобразователя напряжение-ток, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, введены второй преобразователь напряжение-ток, соответствующие входы которого подключены к парафаэным выходам гетеродина, при этом преобразователи напряжение-ток выполнены по дифференциальной схеме с симметричными входами и выходами, и шесть диодов, причем вторая диагональ первого диодного моста включена между пепвым выходом первого и вторым выходом второго преобразователей напряжение-ток соответственно через первый и второй диоды, включенные согласно с диодами первого диодного моста, вторая диагональ второго диод-. ного моста включена между первым выходом второго и вторым выходом первого преобразователей напряжениеток соответственно через третий и . четвертый диоды, включенные согласно с диодами второго диодного моста, между точкой соединения первого выхо-. да первого преобразователя напряжение-ток и первого диода и точкой соединения первого выхода второго преобразователя напряжение-ток и третьего диода включен пятый диод, соединенный с первым и третьим диодами одноименными электродами, а между точкой соединения второго выхода первого преобразователя напряжение-ток и четвертого диода и точкой соединения второго выхода второго преобразователя напряжение-ток и второго .диода включен шестой диод, соединенный с четвертым и вторым диодами одноименными электродами, а точка соединения первых диагоналей диодных мостов с нагрузкой подключена к общей шине.

1 1300629 2

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоприемных устройствах радиовещания и профессионального приема, а также в измерительной технике.

Известен балансный преобразователь частоты, содержащий входной трансформатор, два диодных моста, первые диагонали которых включены между соответствующими выводами вто- 10 ричной. обмотки входного трансформатора и общей шиной, к средйему отводу входного трансформатора подключена нагрузка, гетеродин и преобразователь напряжение-ток выходы ко- 15 торого подключены к другим диагона— лям диодных мостов, выходы гетеродина подключены к входам преобразователя напряжение-ток.

Однако, известный балансный пре- 20 образователь имеет недостаточный динамический диапазон.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты, содержащий входной трансформатор и два диодных моста, одна из диагоналей каждого из которых включена между соответствующими выводами вторичной обмотки входного трансформатора и нагрузкой, другой вывод ко- 30 торой подключен к среднему выводу вторичной обмотки входного трансформатора, а также гетеродин, парафаэные выходы которого подключены к входам первого преобразователя напря- 35 жение-ток. 1

Однако, известный преобразователь частоты имеет недостаточный динамический диапазон, Цель изобретения — расширение динамического диапазона.

Для этого в преобразователь частоты, содержащий входной трансформатор, два диодных моста, одна из диагоналей каждого из которых включена между соответствующими выводами вторичной обмотки входного трансформатора и нагрузкой, другой вывод которого подключен к среднему выводу вторичной обмотки входного трансформатора, а также гетеродин, парафазные выходы которого подключены к входам первого преобразователя напря жение-ток, введены второй преобразователь напряжение-ток, соответствующие входы которого подключены к парафазным выходам гетеродина, при этом преобразователи напряжение-ток выполнены по дифференциальной схеме с симметричными входами и выходами, и шесть диодов, причем вторая диагональ первого диодного моста включена между первым выходом первого и вторым выходом второго преобразователей напряжение-ток соответственно через первый и второй диоды, включенные согласно с диодами первого диодного моста, вторая диагональ второго диодного моста включена между первым выходом второго и вторым выходом первого преобразователей напряжение-ток соответственно через третий и четвертый диоды, включенные согласно с диодами второго диодного моста, между точкой соединения первого выхода первого преобразователя напряжениеток и первого диода и точкой соединения первого выхода второго преобра" зователя напряжение-ток и третьего диода включены пятый диод, соединенный с первым и третьим диодами одноименными электродами, а между точкой соединения второго выхода первого преобразователя напряжение-ток и четвертого диода и точкой соединения второго выхода второго преобразователя напряжение-ток и второго диода включен шестой диод, соединенный с четвертым и вторым диодами одноименными электродами, а точка соединения первых диагоналей диодных мостов с нагрузкой подключена к общей шине °

На фиг.1 приведена электрическая функциональная схема предложенного преобразователя частоты, на фиг,2— фрагмент, поясняющий влияние паразитных емкостей.

Преобразователь частоты содержит входной трансформатор 1, первый и второй диодные мосты 2 и 3; преобразователь 4 напряжение-ток, преобразователь 5 напряжение-ток, гетеродин б, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой диоды 7 — 12, нагрузку

13, Преобразователь частоты работает следующим образом.

Входной трансформатор 1 является фаэорасщепляющим устройством для напряжения сигнала, диодные мосты 2 и 3 коммутируют поочередно выводы вторичной обмотки входного трансформатора к общей шине, в результате чего на нагрузке 13 выделяется апряжение преобразованной частоты f„„ f, + f,, где К вЂ” сопротивление запертого дио з да;

R „ — сопротивление нагрузки.

Так как в известном преобразователе частоты запирающим напряжением для диодного моста является полное напряжение гетеродина, то можно записать

При выключенном гетеродине 6 ток на выходах преобразователей 4 и 5 напряжение-ток отсутствует, следовательно, диодные мосты 2 и 3 заперты, 25 в результате чего напряжения сигнала на нагрузке 13 нет ° При включении гетеродина 6 допустим в первый его полупериод на первом и втором выходах первого и второго преобраэовате- 3О лей 4 и 5 формируется положительный и отрицательный ток гетеродина 6 соответственно, а другие их выходы обесточены. При этом протекает ток по цепи от первого выхода преобразователя

4 напряжение-ток через диод 7, диодный мост 2, диод 10 к второму выходу преобразователя 5. В результате диодный мост 2 открывается и подключает один иэ выводов входного трансформа- 40 тора l к нагрузке 13, на которой выделяется напряжение сигнала. Одновременно второй диодный мост 3 закрыт.

Во второй полупериод напряжения гетеродина 6 появляется положительный 45 и отрицательный ток на втором и первом выходах *реобразователей 4 и 5 напряжение-ток соответственно, а на других их выходах ток исчезает. Теперь ток протекает через второй диодный мост 3, первый же закрыт. Происходит соединение другого вывода вторичной обмотки входного трансформатора с нагрузкой 13, на которой выделяется напряжение сигнала. В результате поочередного включения диодных мостов 2 и 3 под действием тока, вырабатываемого преобразователями 4 и 5 напряжение-ток, в нагруз2 I

U -U =(К +R ) I + — In(- + 1) с г 8 г ф I (2) где U — напряжение сигнала и помех; напряжение гетеродина; сопротивление ограничительного резистора в цепи гетеродина; показатель степени в принятой экспоненциальной модели р-и-перехода; ток обратно смещенного р-и перехода диода. ятой аппроксимации сопро-:

Г

К г

При прин тивление диода

R, = à U,/a„= 1/1 (3) где U — напряжение íà р-п переходе; ток диода. 3

Принимая во внимание, что напряжение на открытом р-и-переходе при увеличении тока увеличивается незначи- тельно, обозначим

In(- + 1) Ugsat, (4)

1 I г I

Тогда, подставляя .(2) и (4) и (3), получим г11 — U -2 аsat л +,!

o3(5)

Учитывая условие (1), определим из (5) то напряжение сигнала и по", мех, которое определяет предельный динамический диапазон известного преобразователя частоты (l) 3 1300629 4 где f — частота гетеродина; ке 13 образуется напряжение преобрачастота сигнала. Преобразователи 4 зованных частот. и 5 напряжение-ток вырабатывают ток Определяют предельные динамичесуправления соответственно первым и кие диапазоны предлагаемого и извторым диодными мостами 2 и 3 под 5 вестного преобразователей частоты. действием управляющего напряжения ге- За критерий предельного динамитеродина 6. Диоды 7 — j0 совместно ческого диапазона преобразователя с диодами своих диодных мостов 2 и частоты принимают, например, 207-ное

3 создают при протекании по ним тока уменьшение коэффициента преобразодостаточное запирающее напряжение 10 вания. Это соответствует условию для второго и первого диодных мостов

R >5R (1)

3 и 2 соответственно, которое подается через диоды 11 и 12. Кроме названной функции, диоды ll и 12 разрывают цепь сигнала между закрытым и 15 открытым диодными мостами, обеспечивая тем самым инвариантность параметров закрытого диодного моста к напряжению сигнала.

13006

В. + К + 5КнфБ 1за -Т (К +К )) н

Так как I (Кн+ R<) «2Ugsat, то окончательно получаем

V = U +(R +R )/5R У +

При мчнимально возможном напряжении гетеродина сопротивление К1следует устремить к нулю, в этом случае

U =U, + 2U t +1/5т

Таким образом, предельный динамический диапазон известного преобразователя частоты при минимально возможном уровне гетеродина ранен (6) Uñ 4Ug sat или 2,8 В (при Ugsat- 0,7 B) .

Оценим предельный динамический диапазон предложенного преобразователя частоты, в котором уменьшение нелинейных искажений при переключении диодных мостов достигается за счет увеличения их быстродействия, а после переключения — за счет реализации принципа инвариантности к напряжению входного сигнала. Процесс переключения диодных мостов поясним с помощью фиг.2. В один полупериод гетеродина 6 при протекания тока управления через диоды одного иэ диод— ных мостов 2 и 3 происходит заряд их

35 емкостей С> до величины Ы д, а суммарное напряжение управления диодными мостами при этом достигает U =

= 40 . В другой полупериод гетеродийа 6 ток управления через эти диоды не течет, а их емкости С> постепенно разряжаются. Причем, в случае отсутствия диодов 11 и 12 они вынуждены .разряжаться через большое выходное сопротивление преобразова- 45 телей 4 или 5 напряжение-ток, что приводит к затягиванию одного из фронтов напряжения на диодном мосту и, как следствие, к снижению быстродеиствия и росту нелинейных искажений. Кроме того, за полпериода гетеродина 6 открытый мост не успевает полностью закрыться . В результате уменьшается коэффициент преобразования и резко возрастают нелинейные искажения преобразователя частоты после переключения диодных мостов. Практически схема оказывается неработоспособной.

9 6

Для устранения перечисленных недостатков в предложенном преобразователе частоты искусственно создается путь для перезаряда параэитных емкостей благодаря включению диодов

11 и 12. При этом,в качестве источ— ника напряжения переэавяпа используется падение напряжения, возникающее при протекании тока через диодный мост 2(3) и последовательно включенные с ним диоды 7,8,(9,10). He— обходимость включения диодов 7 — 10 обусловлена тем, что вольтамперная характеристика всякого диода (в том числе и диодов 11 и 12) начинается не с нуля. Поэтому, чтобы произошел разряд емкостей диодов одного закрываемого диодного моста, должны сначала открыться диоды 11 и 12 под действием напряжения другого диодного моста, которое при отсутствии диодов 7-10 имеет недостаточную величину. Как показано на фиг.2, напряжение перезаряда емкостей первого диодного моста 2 с учетом падения напряжения на диодах 11, 12 составляет

-20 g -l 4 В, т.е. разряд паразитных емкостей идет не к нулю, а к отрицательному источнику. Тем самым гарантируется как быстрое переключение диоцных мостов, так и их надежное эапирание в статическом состоянии, Пусть первый диодный мост (фиг.l) закрыт, а второй (3)открыт.

Тогда, при положительной полярности сигнала может открыться один из диодов диодного моста 2 и диод 8, а при отрицательной полярности сигнала — другой диод диодного моста 2 и диод 7, диоды же ll и 12 при этом еще более запираются, разрывая цепь сигнала между открытым и. закрытым диодными мостами. Аналогично преобразователь частоты работает в другой полупериод гетеродина 6, когда диодный мост 2 закрыт, а диодный мост

3 открыт. Следовательно, любой уровень сигнала на. входе преобразователя частоты принципиально не может открыть запертый диодный мост, т.е. его параметры инвариантны к напряже-.-. нию сигналов, а предельный динамический диапазон определяется максимально допустимым обратным напряжением диодов, Таким образом, новое качество положительного эффекта получено за

1300629 8 не менее 136 дБ,при условии, что

ЭДС шума, приведенная ко входу, не о более 1 мкВ, а перекрестные искажения не превышают 107.; диапазон частот гетеродина О,!-100 КГц. счет реализации принципа инвариантно ти преобразуюшего элемента (диодных мостов ) к сигналу и увеличения er быстродействия благодаря введению преобразователей 4 и 5 напряжение ток и шести диодов, Предложенный преобразователь частоты испытан и показал следующие основные параметры: диапазон частот преобразуемых сигналов 0,1-100 МГц; коэффициент передачи по мощности, не хуже 0,45; динамический диапазон, Таким образом, динамический диапазон предложенного преобразователя частоты в десять раз и более пре10 восходит динамический диапазон известного преобразователя частоты при более высоком быстродействии

1300629

Составитель А.Меньшикова

Техред А. Кравчук

Корректор А.Зимокосов

Редактор И.Сегляник

Подписное

Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1160/56

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