Вопрос 8: Сформулируйте необходимые условия для получения эффекта преобразования частоты. Докажите свои утверждения

Эффект преобразования частоты заключается в том, что преобразователь частоты линейно переносит спектр радиосигнала с одной несущей частоты на другую частоту, называемую промежуточной. Промежуточная частота ниже частоты сигнала.

Рис. 1 – Напряжения на входе и выходе преобразователя частоты

Преобразование частоты позволяет с помощью двух напряжений частот и получить напряжение с частотой или . Это преобразование частоты находит широкое применение.

Рассмотрим процесс преобразования частоты с помощью нелинейного элемента.

На преобразователь частоты действует сумма 2-х напряжений: напряжение сигнала , и напряжение гетеродина, с помощью которого осуществляется перенос частоты сигнала .

.

Ток, протекающий через нелинейный элемент, определится соотношением:

.

Продукты преобразования содержатся только в слагаемом:

.

Кроме этого, в цепи нелинейного элемента имеются колебания частот , , и др. С помощью фильтра (колебательного контура), являющегося нагрузкой преобразователя, из всех этих колебаний, выделяются колебания суммарной или разностной частоты. Для этого колебательный контур должен быть настроен на сумму или разность частот.

Если амплитуда напряжения сигнала модулируется по закону , то амплитуда результирующего сигнала также будет изменяться по закону:

При этом весь спектр напряжения сигнала, его несущая и боковые частоты, переносится на суммарную или разностную частоту. Если напряжение сигнала мало, можно получить достаточно большую амплитуду преобразованного сигнала, использовав колебания гетеродина с большой амплитудой. Так обычно и происходит в реальных преобразователях сигналов. В этом случае, если преобразователь частоты используется с отдельным гетеродином, он носит название смесителя. Сместители очень широко применяются в радиоэлектронных устройствах.

Наиболее эффективно в преобразователях частоты используются полевые транзисторы, характеристика которых очень близка к квадратичной, что позволяет получить очень малый уровень дополнительных продуктов преобразования.

Таким образом, условия получения эффекта преобразования частоты следующие:

1. Для осуществления преобразования частоты необходимо использование нелинейного элемента.

2. Так как амплитуда суммарной или разностной частоты пропорциональна произведению , , целесообразно устанавливать амплитуду вспомогательного колебания значительно большей, что приводит к росту амплитуды результирующих колебаний.