Преобразователь частоты

(50 4 Н ЕНИЯ О САНИЕРСНОМУ СИИ БР 1 ВВ ЕЛЬСТ К 86782/24-09/54, 1971.У 4, с. 41,54) ПРЕОБ57) Изобрехнике и риемопер зобретен го диап тоты содержна которыйродина, двричного нап ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ АЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ тение относится к радио- может использоваться в ающих устр-вах. Цель- расширение дннамичесона. Преобразователь час ит первый трансформатор подается напряжение гетеформирователя асимметряжения (ФАН) 2, два ди 62686 А 1 одных моста (ДМ) 3второй трансформатор 4, на который подается сигнал, и нагрузку 5, Для уменьшения нелинейных искажений, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь введены два ФЛН 2, ФЛН 2 представляет собой усилитель с трансформаторными входом и выходом, охваченный отриц. ОС по напряжению и току, и служат источниками питания для соотв. ДМ. Оба ФАН 2 управляются общим гетеродином. ФАН 2 в течение первой половины закрытого состояния ДМ представляет собой генератор ЭДС а в течение следующей половины нериода - генератор тока. Это обеспечива- ет минни. длительность фронтапрямоугольного гетеродинного напряжения, большое закрывающее напряжение на ДМ 3 и макс. допустимый ток через ДМ без использования в схеме ограничивающих сопротивлений. 4 ил.1262686Изобретение относится к радиотех- но нике и может быть использовано в ва приемопередающих устройствах. доЦель изобретения - расширение ди- пр намического диапазона. боНа фиг, 1 приведена структурнаява электрическая схема преобразователя Р частоты; на фиг, 2 - вольт-фарадная 10 и вольт-амперная характеристики ди- ни одов; на фиг. 3 - эквивалентные схе ге мы гетеродинных цепей; на фиг. 4структурная электрическая схема Фор- в мирователя асимметричного напряже- ро ния, наПреобразователь частоты содержит 15 пр первый трансформатор 1, два формирователя 2.1 и 2.2 асимметричногов напряжения, два диодных моста 3.1 им 3.2, второй трансформатор 4 и нагруз- э ку 5. 20 оФормирователь 2 асимметричногот напряжения (Фиг. 4) содержит транзистор 6, дополнительный трансформа. - м торпервый и второй резисторы 8. , н и 9, конденсатор 10, третий резис ч тор 11, первый и второй диоды 12 ин 13 и резистивный делитель 14 напря- к жения. н(5) Преобразователь частоты работает следующим образом.30Наибольшей линейностью среди известных преобразователей частоты обладают диодные преобразователи. Допустимый в них уровень мешающих сигналов, создающих определенную величи- З 5 ну заданного коэффициента искажений, ограничивается линейностью вольт-амперной характеристики (ВАХ) открьггого перехода диода (точка А на фиг.2), а также перегрузкой по напряжению в 40 переходном режиме переключения диода (за время нарастания или спада напряжения гетеродина)Снижение искажений, обусловленных этими двумя источниками, осуществляется путем наибольшего приближения формы напряжения гетеро- дина к прямоугольной, а также путемувеличения рабочего тока диода в открытом состоянии (вывецением точки А фиг. 2 в наиболее линейную часть ВАХ). 50Третьим источником искажений, наиболее сильно проявляющимся при увеличении частоты полезного сигнала, является нелинейность вольт-Фарадной характеристики (ВФХ) (левая часть 55 фиг. 2). Эти искажения становятсявесьма заметными уже на частотах превышающих 50 ИГц. Для уменьшения дан 2го вида искажений необходимо подать на диоды запирающее напряжениестаточно большой величины. Так, наимер, в случае использования наилее распространенных в преобразотелях частоты диодов Шоттки, запиающее напряжение должно достигать-12 В. При этом желательно сохрать прямоугольность формы напряжениятеродина.В известных схемах, например (1,2), течение каждого полупериода гетединного напряжения его источникгружается поочередно на малые соотивления открытых диодов первогои второго мостов, что ограничивает еличину напряжения на каждом диоде оста (до 0,6-0,8 В, фиг, 2). При том ограничивается также и величина братного напряжения на диодах закрыого моста, так как оба диодных моса оказываются подключенными к одноу источнику гетеродинного напряжеия (фиг. За), что приводит к увелиению нелинейных искажений за счет елинейности барьерной емкости, так ак сигнал прорабатывает при этом аиболее нелинейный участок ВФХ (фиг. 2), Влияние нелинейной емкости закрьггого диода на нелинейные ис-. кажения и динамический диапазон можно оценить, используя выражение для барьерной емкости С = С ((1)о р+огде С, - величина емкости переходапри нулевом смещении и комнатной температуре;Т, - контактный потенциал;и - определяется типом р-и-перехода,6 Ток через емкость определяется какЖг1=С (2).с 11Пусть к диоду приложено напряжениеБ = Б созо),г. + Бсози,с, (3) при этом считаемюг = 11 ь л М(4 ) Для нахождения продуктов интермоду- ляции вида 1, разложим (1) вЦтряд ТейлораС = С. Ч," М, + Н.)13- -- С,У" (+ 11.)" Н +1 й 2(+ Б)Б сд, (6)Из (6) видно, что искажения увеличиваются, а динамический диапазонпадает с ростоми уменьшением Ц .При использовании прямоугольного гетеродинного напряжения в качествевыступает амплитуда запирающей полуволны гетеродина. Следовательно, дляуменьшения нелинейных искажений необходимо увеличивать запирающее напряжение гетеродина. Особенно сильноэтот эффект проявляется с ростом частоты. В течение изменения запирающего напряжения гетеродина происходитзаряд-.разряд емкости перехода, Что Обы при этом не растягивались фронтыгетеродинного импульса, необходимопроизводить перезаряд емкости черезмалое сопротивление, т.е. диод должен работать в эти полпериода от генератора ЭДС, Простое увеличение напряжения (мощности) гетеродина ведетк прожогу диодов открытого моста,для предотвращения которого ставятограничительные сопротивления (2), ЗОприводящие к увеличению потерь преобразователя и увеличению длительности фронтов гетеродинного напряжения эа счет увеличения постояннойвремени цепи: ограничивающее сопротивление - емкость диода,С целью уменьшения нелинейных искажений, особенно в области высокихчастот, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь в предлагаемом преобразователя частоты используются два парафаэных формирователя2,1 и 2.2 асимметричного напряжения,жестко связанных между собой временными соотношениями (фиг. 3 б). Для 45этого каждый диодный иост 3.1 и 3.2запитывается от отдельного источника-формирователя 2. .и 2.2 асимметричного напряжения, который в течение,половины периода закрытого состояния диодного моста. 3.1 или 3.2представляет собой генератора ЭДС, ав течение следующей половины дериода - генератор тока, при этом обаисточника управляются общим гетеродином. Генератор тока стабилизируетток через открытые диоды диодныхмостов 3, ограничивая его на максимальном допустимом уровне для данного типа диодов, Стабилизация тока диодов на заданном уровне позволяет исключить из схемы ограничивающие резисторы и тем самым уменьшить потери на преобразование.Формирователь 2 асимметричного напряжения представляет собой усилитель с трансформаторными входом и выходом, охваченный отрицательными обратными связями по напряжению и току. Обратная связь по напряжению осуществляется с помощью первого и второго резисторов 8 и 9, конденсатора 10 и первого диода 12. Конденсатор устраняет обратную связь по постоянной составляющей. Первый диод 12 изменяет глубину обратной связи в зависимости от мгновенного значения (полярности) выходного напряжения, Первый резистор 8 определяет необходимую глубину обратной связи при открытом первом диоде 12, Второй резистор 9 шунтирует первый диод 12. Обратная связь по току осуществляется третьим резистором 11 и вторым диодом 13, включенными в цепь эмпттера транзистора 6. Глубина этой обратной связи зависит от полярности напряжения, поступающего на второй диод 13. Сопротивление третьего резистора 11 определяет глубину обратной связи по току в момент, когда второй диод 13 закрыт, При поступлении на базу транзистора 6 положительной полуволны напряжения гетеродина оба диода 12 и 13 оказываются закрытыми этим напряжением. В этом случае обратная связь по напряжению практически не действует, что объясняется достаточно большой величиной сопротивлений второго резистора 9 и закрытого первого диода 12. Закрытый второй диод 13 не шунтирует третий резистор 11, определяющий глубину отрицательной обратной связи по току, которая увеличивает выходное сопротивление каскада, приближая его к идеальному генератору тока и, тем самьм, стабилизируя ток через диоды открытого диодного моста 3, Следующие полпериода первый и второй диоды 12 и 13 открываются. Второй диод 13 шунтирует третий резистор 11 и устраняет обратную связь по току. Через первый диод 12 осуществляется обратная связь по напряжению, глубина которой определяется первьпй резистором 8. Эта обратная1262 связь уменьшает выходное сопротивление каскада, приближая его к идеальному генератору ЭДС и, тем самым, создает оптимальные условия для пере- заряда барьерных емкостей диоцов ди 5 одного моста 3, находящихся в этот момент в закрытом состоянии.Таким образом с помощью Формирователя 2 асимметричного напряжения в предлагаемом преобразователе частоты 1 р обеспечивается:минимальная длительность Фронта прямоугольного гетеродинного напряжения, воздействующего на диодные мосты 3, что уменьшает нелинейные искажения в момент их переключения;большое закрывающее напряжение на диодных мостах 3, что уменьшает нелинейные искажения, вызванные нелинейностью ВФХ и перегрузкой по напряжению;максимально допустимый ток через диодные мосты 3 без введения в схему ограничивающих сопротивлений, что уменьшает нелинейные искажения в от крытых диодных мостах 3 и снижает потери преобразования.При использовании в качестве транзистора 6 транзистора р и-р-типа диоды включаются в обратном по отношению к приведенному на Фиг. 4 направлении.Формула изобретения35Преобразователь частоты, содержащий первый и второй трансформаторы, первичные обмотки которых являются .соответственно сигнальным и гетеро динным входами, два диодных моста, первые диагонали которых соединены последовательно и включены между вы 686 Ьводами вторичной обмотки второго трансформатора, и нагрузку, включенную между точкой соединения первых диагоналей диодных мостов и средним отводом вторичной обмотки второго трансформатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены два формирователя асимметричного напряжения, первые входы каждого из которых подключены к соответствующему выводу вторичной обмотки первого трансформатора, средний отвод которой соединен с вторыми входами Формирователей асимметричного напряжения, вторая диагональ каждого из диодных мостов включена между выходами соответствующего формирователя асимметричного напряжения, причем каждый формирователь асимметричного напряжения выполнен на транзисторе и-р-и-типа проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером, в цепь коллектора которого включен дополнительный трансформатор, выводы вторичной обмотки которого являются выходами формирователя асимметричного напряжения, между коллектором и .базой транзистора включены последовательно соединенные первый, второй резисторы и конконденсатор, между эмиттером транзистора и общей шиной включен третий резистор, параллельно второму и третьему резисторам подключены соответственно первый и второй диоды, причем катодами к конденсатору и эмиттеру транзистора соответственно, а между шиной питания и общей шиной включен резистивный делитель напряжения, отвод которого и база транзистора являются вторым и первым входами Формирователя асимметричного напряжения соответственно.1262686 Осиновичвич К ставитель хред И,По о тяга Иванова едакто Подписноемитета СССРткрытийя наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие аказ 5444/56 Тираж 816 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раущск