Короткі загальні зведення

Найпростіша схема перетворювача частоти, що містить елементи, що погодять, (трансформатори, LC контури) і нелінійний елемент (діод) називається однотактної, що містить два нелінійних елементи - двотактної. Більш складна схема, що містить чотири нелінійних елементи, зветься подвійний перехрещений, чи кільцевий. Якщо схема побудована за принципом урівноваженого моста і забезпечує відсутність на виході тих чи інших частот, поданих на її ходи, -вона називається балансовою.

Рис.2.1 Рис.2.2

Робота однотактного перетворювача (мал. 2.1) пояснюється графічною побудовою результуючого струму (мал.2.2 а, б), що протікає в загальному ланцюзі і визначає формування вихідного сигналу. На мал.2.2а представлена характеристика нелінійного елемента i = f(u), на рис.2.2б – залежність внутрішнього опору елемента R_i = ∆U/∆i від прикладеної напруги.

На рис.2.3 зображені графіки, які пояснюють роботу однотактного перетворювача частоти.

Рис.2.3

Ці сигнали можна представити складеними з постійної складової 1, низькочастотної складової 2, високочастотних коливань 3, що змінюються по амплітуді з низкою частотою Ω (модульовані коливання). Складові частини модульованих коливань: несуча частота ω 5, верхня 4 і нижня 6, бокові частоти.

Характеристика нелінійного елемента може бути апроксимована залежністю i = f(u) в вигляді:

i = au + bu² + cu³ + du⁴, (1)

де a, b, c, d – коефіцієнти, визначальні вид характеристики нелінійного елемента. Для спрощення приймаємо, що струм і через нелінійний елемент (діод) протікає у виді:

i = au + bu², (2)

а на два діода перетворювача частоти подається напруга:

U = U i + U₂ (3)

U i = U_ΩCosΩt; U₂ = U_ωcosωt. Після перетворення отримуєм:

i = aU_ΩCosΩt + aU_ωCosωt + bU_Ω²/2 + bU_ω²/2 + bU_Ω²/2 * cos2ωt + + bU_ω²/2 * cos2ωt + bUΩU_ωCos(ω+ Ω)t + bUΩU_ωCos(ω + Ω)t, (4)

де aUΩcosΩt + aU_ωCosωt - струм з частотами підведеної напруги;

9 9

bU_Ω /2 + bU_ω /2 - постійна складова;

9 9

bU_Ω /2 * cos2ωt + bU_ω /2 * cos2ωt - другі гармоніки основних частот;

bUΩU_ωCos(ω + Ω)t + bUΩU_ωCos(ω + Ω)t - комбінаційні складові (бокові частоти).

Якщо врахувати при аналізі члени вищих ступенів (вище другий) у вираженні (2), то у вираженні для струму (4) з'явилися б і більш високі гармонійні і комбінаційні складові. Загальний частотний спектр, що з'являється на виході схеми, представлений у виді спектрограми на мал.2.4.

Рис.2.4

1) Товстими лініями показані складові, відповідному рівнянню (2), а тонкими - складові, котрі, крім цього, могли б бути отримані при використанні більш точного вираження (1).

2) Однотактні перетворювачі мають ряд істотних недоліків:

3) Занадто насичений спектр частот, одержуваний на виході, що утрудняє виділення корисних результатів модуляції; поява в перетвореному спектрі гармонійних складових від нижніх частот переданої смуги; при перетворенні не однієї частоти, а спектра частот ці складові попадають у спектр корисного сигналу і не можуть бути просіяні фільтрами (частоти ω + 2Ω, ω + 3Ω і т.д.);

Складність живлення декількох перетворювачів від одного генератора частоти ω, т. я. перетворювані частоти Ω з'являються на усіх виходах схеми, і таким чином, створюються умови для перехідних впливів між різними каналами через загальні ланцюги.

Подвійна двотактна схема перетворювача (мал.2.5) являє собою результат накладення двох двотактних схем.

Рис. 2.5