17. Назначение преобразователя частоты, его применение в аппаратуре связи и порядок работы (по схеме).

Для преобразований в многоканальной аппаратуре с частотным разделением сигналов применяется амплитудная модуляция с использованием для передачи преобразованных сигналов только одной боковой полосы частот без тока несущего сигнала (ВБП или НБП). В этом случае можно говорить о трансформации спектра исходного сигнала в преобразованный. Устройство для трансформации спектра частот состоят из преобразователя частоты, генератора несущего тока и электрического фильтра для выделения одной их боковых полос после преобразования.

Преобразователи частоты подразделяются по ряду признаков.

По назначению они подразделяются на индивидуальные и групповые.

По характеру применяемых в преобразователях нелинейных элементов преобразователи подразделяются на пассивные и активные.

Одной из основных задач при осуществлении высокочастотной связи является преобразование частотного спектра сигнала связи при сохранении абсолютной ширины полосы преобразуемых колебаний и исходного соотношения между амплитудами составляющих.

Преобразование спектра частот каждого из каналов производится в индивидуальном преобразователе частоты. В многоканальных системах применяются также групповые преобразователи частоты, с помощью которых осуществляется перемещение сигналов нескольких каналов связи из одной области частот в другую.

Задача преобразователя частоты сводится, как уже известно, к превращению тока частоты F (звуковой) в ток с частотой f + F или f – F, где f несущая, (высокая) частота, а f+F и f – F – соответственно верхняя (ВБП) и нижняя (НБП) боковые частоты. При преобразовании спектра токов с частотами соответствующих от F1 до F2 полезным продуктом преобразователя будет либо верхняя боковая полоса частот в пределах от f + F1 до f + F2, либо нижняя боковая полоса частот в пределах от f - F1 до f - F2. Это преобразование осуществляется в нелинейном устройстве – амплитудном модуляторе, на выходе которого, независимо от его схемы, возникают и верхняя и нижняя боковые полосы частот, а также некоторое количество других продуктов преобразователя.

В современных системах высокочастотной связи сигнал передаётся, как правило, в одной боковой полосе частот без несущего колебания f_нес. Поэтому на выходе преобразователей частоты предусматривается установка электрического фильтра для подавления неиспользуемой боковой полосы частот и побочных продуктов преобразования.

По установившейся терминологии индивидуальные и групповые преобразователи частоты, применяемые в передающей части аппаратуры называют модуляторами, а в приёмной – демодуляторами. По принципу действия и режиму работы оба они являются одинаковыми устройствами. По схеме исполнения преобразователи частоты делятся на однотактные, двухтактные или балансные, двойные балансные или кольцевые. Преобразователи, построенные на диодах, условно называют пассивными, т.к. они вносят в тракт только затухание. Транзисторные преобразователи можно назвать активными, поскольку они вносят незначительное затухание или даже могут вносить небольшое усиление.

Преобразователи частоты с полупроводниковыми диодами обладают рядом существенных достоинств, важнейшими из которых являются:

1. Отсутствие источников питания постоянного тока;

2. Большой срок службы диодов, исчисляемый годами непрерывной работы;

3. Простота конструкции, т.к. самый сложный преобразователь состоит лишь из двух трансформаторов и нескольких диодов;

4. Малый вес и габариты преобразователя в целом.

К недостаткам этих преобразователей следует отнести заметное влияние окружающей температуры за счёт температурной зависимости параметров диода и их «старение», что приводит к необходимости периодической регулировки схемы преобразователя.

Рассмотрим работу двойной балансной схемы преобразователя частоты (по кольцевой схеме).

На преобразователь подаётся два напряжения: напряжение звукового сигнала (тональной частоты) и напряжение несущего сигнала (высокой частоты).

Соотношение между амплитудами этих напряжений для всех преобразователей частоты всегда выбирается так, чтобы амплитуда напряжения преобразуемой (звуковой) частоты была значительно меньше амплитуды несущего колебания. Рассмотрим действие балансного преобразователя (кольцевого преобразователя) в качестве преобразователя передачи. Выясним, ток какой формы будет появляется на выходе преобразователя в следующих случаях:

1. В преобразователь поступает ток только преобразуемой частоты (F_зв).

2. В преобразователь поступает ток только несущей частоты (f_нес).

3. В преобразователь поступают одновременно токи преобразуемой (F_зв) и несущей (f_нес) частот.

Считаем, что токи, поступающие в преобразователь, имеют синусоидальную форму.

1. В преобразователь поступает ток только преобразуемой частоты.

З а первый полу период тока диоды Д1 и Д2 открыты, а диоды Д3 и Д4 закрыты. Вследствие этого ток замыкается по цепи: точка «а», диоды Д1, Д2, точка «б». За второй полу период тока открыты диоды Д3 и Д4, а диоды Д1 и Д2 закрыты. Вследствие этого ток замыкается по цепи: точка «б», диоды Д3, Д4, точка «а». Следовательно, если в преобразователь передачи поступает только ток звуковой (преобразуемой частоты, то на выходе преобразователя ток отсутствует).

2. В преобразователь поступает ток только несущей частоты.

В первый полу период тока диоды Д1 и Д2 открыты, а Д3 и Д4 закрыты. Ток разветвляется в средней точке входного трансформатора на две равные части, вследствие чего во внешней обмотке выходного трансформатора индуктированная ЭДС появиться не может.

Во второй полу период тока диоды Д2 и Д4 открыты, а Д1 и Д3 закрыты. Ток развет-вляется в средней точке выходного трансформа-тора на две равные части, вследствие чего во внешней обмотке выходного трансформа-тора индуктированная ЭДС появиться не может.

Следовательно, если в преобразователь передачи поступает ток только несущей (высокой) частоты, то на выходе преобразователя ток отсутствует.

3 . В преобразователь поступают одновременно токи преобразуемой и несущей частот.

В первый полупериод под действием тока несущей частоты Д1 и Д3 открыты, а Д2 и Д4 закрыты. Ток преобразуемой частоты (звуковой частоты) F_зв проходит по цепи: «+» Тр.Вх., Д1, Тр.Вых., Д3 и «–» Тр.Вх. Диод Д3, открыт под действием напряжения несущей частоты, обладает двухсторонней проводимостью для тока преобразуемой частоты (звуковой частоты). Заметим, что по внутренней обмотке выходного трансформатора ток проходит сверху вниз.

Во второй полупериод под действием тока несущей частоты Д2 и Д4 открыты, а Д1 и Д3 закрыты. Ток преобразуемой частоты (звуковой частоты) F_зв проходит по цепи: «+» Тр.Вх., Д4, Тр.Вых., Д2 и «–» Тр.Вх. По внутренней обмотке выходного трансформатора ток проходит снизу вверх. Хотя на входе преобразователя его направление пока не изменилось. В дальнейшем направление тока в обмотке выходного трансформатора будет изменяться за каждый полупериод тока несущей частоты. Если несущая частота f_нес = 6000 Гц, то направление тока будет изменяться 12000 раз в секунду.

Т.о. действие преобразователя передачи можно сравнить с механическим переключением, изменяющим направление преобразующего тока с частотой, равной частоте несущих колебаний f_нес.