Преобразователи частоты на интегральных микросхемах и функциональных узлах

Балансный транзисторный преобразователь в интегральном исполнении (ИС типа К2УС282). Основными особенностями преобразователя является подавление колебаний с частотой гетеродина в выходных цепях и меньший, чем у однотранзисторных преобразователей, коэффициент шума. Схема преобразователя показана на рис. 7.6. Смеситель выполнен на транзисторах VT1 и VT2, образующих дифференциальный каскад. В общей эмиттерной цепи включен транзистор VT3, на котором выполнен гетеродин. Сигнал подается в контрфазах на базы, а гетеродин - в фазе на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2. Нагрузка, настроенная на промежуточную частоту, включается между коллекторами. Условием отсутствия колебаний гетеродина на выходной обмотке является симметрия схемы. При этом условии в цепи средней точки отсутствуют токи сигнала и промежуточной частоты, что устраняет возможность затягивания и срыва колебаний гетеродина. Транзистор VT3 создает в цепях базы дифференциального усилителя глубокую отрицательную обратную связь, что практически устраняет напряжение гетеродина на базах, улучшает линейность смесителя и уменьшает паразитное излучение гетеродина.

Преобразователи на функциональных узлах ПЗЗС. 5 (1) 58-1 (рис. 7.7, а) и ПЗЗС5 (1) 99-1 (рис. 7.7, б), к которым подключаются цепи сиг.-

Рис. 7.6. Преобразователь частоты иа интегральной микросхеме ИС К2УС282

1(5) о-

7(8) -о

6(B)

3(1) -о

г(и)Ь

Рис, 7.7. Схемы преобразователей частоты на функциональных узлах: а^ПЗЗСб (/) 58-1; б - ПЗЗС5 (/) 991

BxoSmi сигнал

Входной с2д. гетеродин К'

нала, гетеродина и нагрузки, широко применяются в современной радиоприемной аппаратуре. Подобные функциональные узлы выполняются как на обычных деталях, так и в микромодульном варианте.

Преобразователи частоты на полупроводниковых диодах

Диодные преобразователи частоты выполняются по простым и сложным схемам. Среди сложных наибольшее распространение получили балансные и кольцевые схемы.

В простом диодном преобразователе (рис. 7.8, а) источник сигнала, гетеродин, нагрузка и диод включены последовательно, поэтому настройки контуров сигнала и гетеродина оказываются взаимозависимыми. Другими недостатками простых преобразователей являются возможность излучения энергии гетеродина антенной приемника, возможность захвата частоты гетеродина сигналом, проходящим через цепь гетеродина, а также прохождение шумов гетеродина в нагрузку.

Балансный преобразователь (рис. 7.8, б) лишен этих недостатков. Напряжение гетеродина подводится к диодам синфазно, поскольку подключено к средним точкам контуров, а напряжение сигнала контрфазио. Поэтому в цепях диодов под воздействием напряжения гетеродина появляются токи промежуточной частоты с фазами, сдвинутыми на 180°. Поскольку схема двухтактная, в контуре промежуточной частоты эти токи суммируются. Составляющие же токов с частотой гетеродина, поскольку они синфазны, не создают падения напряжения ни на сигнальном-контуре, ни на выходном.

По этой же причине шумы гетеродина не создают на нагрузке шумового напряжения.

Кольцевой преобразователь можно рассматривать как два балансных, у которых выходные зажимы включены параллельно и контрфазио (рис. 7.8, в). Благодаря этому обстоятельству и соответствующему включению диодов, на выходном контуре отсутствуют напряжения с частотами сигнала и гетеродина. Вследствие разброса параметров диодов и трудностей, возникающих при симметрировании схемы на высоких частотах, кольцевые преобразователи применяют на умеренно высоких частотах. Преобразователи на туннельных диодах имеют больший уровень шумов и меньший динамический диапазон, чем преобразователи на ДБШ. В случаях, когда эти обстоятельства не имеют большого значения, можно выполнить на ТД не только смеситель, но и гетеродин (рис. 7.9). Первый контур настроен на частоту сигнала, второй - на частоту гетеродина и третий - на промежуточную частоту. В зависимости от диапазона каждый контур может быть выполнен на катуш-

-v>,>-r-

£J

Рис. 7.8. Схемы диодных преобразователей: а - простого; б - балансного; в - кольцевого

Рис/7.97 Схема преобразователя иа тун- рис. 7.10. Схема емкостного преобразова-нельных диодах теля

ках индуктивности и конденсаторах, отрезках длинных линий или волноводов и объемных резонаторах. RC-ixena служат для обеспечения режима генерации ТД2 и смесительного режима ТД1.

Во всех рассмотренных выше резистшных преобразователях промежуточная частота обычно меньше частоты сигнала, что необходимо для повышения чувствительности и селективности приемника. Иногда применяют емкостной преобразователь частоты (рис. 7.10), который отличается от простого диодного преобразователя (рис. 7.8, а) включением варикапа вместо обычного диода и наличием напряжения Eg для обратного смещения р-п перехода варикапа. В отличие от обычного диодного резистивного преобразователя, в котором коэффициент передачи мощности меньше единицы, емкостной преобразователь является усилителем мощности и, кроме того, имеет небольшой уровень шума.

Значения Кр я Ш могут быть вычислены по формулам, приведенным в табл. 6.5. Приближенные формулы (без учета потерь в диоде) дают более простые выражения:

р=/пр с; mln= 1 + 4/с пр-

Как видно из этих формул, преимущества емкостного преобразователя могут быть реализованы лишь при условии / р > f, т. е. в случае, когда преобразователь является повышающим. Такие нерегенеративные повышающие преобразователи (преобразователи вверх) фактически являются параметрическими усилителями (см. п. 6.3, а более подробно в [76,98, 114]). Заметим, что после повышения частоты в емкостном преобразователе, ее в дальнейшем приходится понижать в резистивном преобразователе для последующего усиления и повышения избирательности в обычном селективном УПЧ.

Диодные преобразователи в диапазонах СВЧ

На рис. 7.11, а представлена схема смесителя коаксиального типа, применяющегося в 10-сантиметровом диапазоне. Сигнал вводится в смесительную камеру из объемного резонатора, связанного с антенной или предварительным каскадом УСЧ. Мощность гетеродина вводится через коаксиальный шлейф. Предусмотрена возможность регулировки связи гетеродина со смесителем. В цепь диода включена нагрузка для промежуточной частоты