4.6. Преобразования сигналов в параметрических цепях

Параметрическими (линейными цепями с переменными параметрами) называются радиотехнические цепи, один или несколько параметров кото-рых изменяются во времени по заданному закону. Будем полагать, что изме-нение (модуляция) какого-либо параметра осуществляется электронным методом с помощью управляющего сигнала. В радиотехнике применяют параметрические сопротивления R(t), параметрические индуктивности L(t) и параметрические емкости С(t).

Примером одного из современных параметрических сопротивлений может служить канал МДП транзистора, на затвор которого подано управляющее (гетеродинное) переменное напряжение и_г(t) В этом случае крутизна его сток - затворной характеристики изменяется во времени и связана с управляющим напряжением функциональной зависимостью S(t)=S[u_г(t)].

Если к МДП транзистору подключить еще и напряжение модулированного сигнала и(t), то его ток определится выражением

(4.34)

Как и к классу линейных цепей, к параметрическим цепям применим принцип суперпозиции. Действительно, если приложенное к цепи напряжение является суммой двух переменных

u(t)=u₁(t)+u₂(t), (4.35)

то, подставив (4.35) в (4.34), получим выходной ток

(4.36)

Отклик параметрической цепи на сумму двух сигналов равен сумме ее откликов на каждый сигнал в отдельности.

Преобразование сигналов в цепи с параметрическим сопротивлением

Наиболее широко параметрические сопротивления применяются для преобразования (гетеродинирования) частоты сигналов. Гетеродинирование - это процесс нелинейного или параметрического смешивания двух сигналов различных частот для получения колебаний третьей частоты.

Итак, преобразование частоты - это линейный перенос (смещение, трансформация, гетеродинирование, или транспонирование) спектра модулированного сигнала с одной частоты на другую(в том числе и нулевую) без изменения вида или характера модуляции.

Преобразователь частоты рис. 4.19 состоит:

Рис.4.19.Структурная схема преобразователя частоты.

-из смесителя (СМ) - параметрического элемента (например, МДП транзистора, варикапа или обычного диода с квадратичной характеристикой);

-гетеродина (Г)- вспомогательного автогенератора гармонических колебаний с частотой ω_г, служащего для параметрического управления смесителем;

-фильтра промежуточной частоты (обычно колебательного контура УПЧ или УВЧ).

Принцип действия преобразователя частоты рассмотрим на примере переноса спектра тонального АМ сигнала. Положим, что под воздействием гетеродинного напряжения

u_г(t)=u_гcos ω_гt (4.37)

крутизна характеристики МДП транзистора преобразователя частоты изменяется во времени приближенно по закону

(4.38)

где S_o и S₁ - соответственно среднее значение и первая гармоническая составляющая крутизны характеристики.

При поступлении на МДП транзистор смесителя АМ сигнала

переменная составляющая выходного тока в соответствии с (4.34) и (4.36) будет определяться выражением:

(4.39)

Пусть в качестве выходной промежуточной частоты параметрического преобразователя выбрана частота

(4.40)

Выделив ее с помощью контура УПЧ из спектра тока (4.39), получим преобразованный АМ сигнал на промежуточной несущей частоте

(4.41)

Соответствующие временные и спектральные диаграммы сигналов с АМ на входе и выходе преобразователя частоты показаны на рис. 4.20.

Рис. 4.20. Диаграммы сигналов на входе и выходе преобразователя частоты:

а) - временные; б) - спектральные

Заметим, что наличие только двух боковых составляющих спектра тока в (4.39) определяется выбором предельно простой кусочно-линейной аппроксимации крутизны характеристики транзистора(4.38). В реальных схемах смесителей в спектре тока содержатся также составляющие комбинационных частот

где т и п - любые целые положительные числа.

Преобразование частоты в аналоговых перемножителях

Современные преобразователи частоты с параметрическими резистивными цепями построены на принципиально новой основе. В них в качестве смесителей используются аналоговые ПС.

Если на входы ПС подать два гармонических колебания:

модулированный сигнал

u_с(t)=U_сcos ω₀t (4.42)

и опорное напряжение гетеродина (4.37), то его выходное напряжение будет содержать две составляющие

(4.43)

Спектральная составляющая с разностной частотой выделяется узкополосным фильтром УПЧ и используется в качестве промежуточной частоты преобразованного сигнала.