Преобразователь частоты

атора, выходы еобразоетствую 1 к пае-ток схеме ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(46) 30.03,87, Бюл, У 12 (71) Минский радиотехнический институт(72) Б.М.Богданович, В.С,Бо Л.А.Глобус и Н,Н,Исакович (53) 621,372,622;621,376,22 (56) Роде У,Л. Улучшение те характеристик современных радиоприем ников, - Электроника, 975, 9 4, с. 41, рис, 4 б.Авторское свидетельство СССР М 396809, кл, Н 03 С 1/54, 1971, (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬдержащий входной трансформ диодных моста, одна из диа каждого из которых включен ответствующими выводами вт обмотки входного трансформатора и нагрузкой, другой вывод которой под ключен к среднему выводу вторичной обмотки входного трансформ а также гетероднн, парафазные которого подключены к входам перво го преобразователя напряжение-ток, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, введены второй пр ватель напряжение-ток, соотв щие входы которого подключень рафаэным выходам гетеродина, при этом преобразователи напряжени выполнены по дифференциальной с симметричными входами и выходами, и шесть диодов, причем вторая диагональ первого диодного моста включена между пепвым выходом первого и вторым выходом второго преобразователей напряжение-ток соответственно через первый и второй диоды, включенные согласно с диодами первого диодного моста, вторая диагональ второго диод- ного моста включена между первым выходом второго и вторым выходом первого преобразователей напряжениеток соответственно через третий и четвертый диоды, включенные согласно с диодами второго диодного моста, между точкой соединения первого вь да первого преобразователя напр ние-ток и первого диода и точкой соединения первого выхода второго преобразователя напряжение-ток и третьего диода включен пятый диод, соединенный с первым и третьим диодамиодноименными электродами, а междуточкой соединения второго выхода первого преобразователя напряжение-токи четвертого диода и точкой соединения второго выхода второго преобразователя ндпояжение-ток и второго .диода включен шестой диод, соединенный с четвертым и вторым диодами одноименными электродами, а точка соединения первых диагоналей диодных мостов с нагрузкой подключена к общей шине1 1300629 2Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоприемных устройствах радиовещанияи профессионального приема, а такжев измерительной технике,5Известен балансный преобразователь частоты, содержащий входнойтрансформатор, два диодных моста,первые диагонали которых включенымежду соответствующими выводами вторичной. обмотки входного трансформатора и общей шиной, к средйему отводу входного трансформатора подключена нагрузка, гетеродин и преобразователь напряжение-ток выходы которого подключены к другим диагоналям диодных мостов, выходы гетеродина подключены к входам преобразователя напряжение-ток.Однако, известный балансный преобразователь имеет недостаточный динамический диапазон,Наиболее близким к предлагаемомуявляется преобразователь частоты,содержащий входной трансформатори два диодных моста, одна из диагоналей каждого из которых включенамежду соответствующими выводамивторичной обмотки входного трансформатора и нагрузкой, другой вывод которой подключен к среднему выводувторичной обмотки входного трансформатора, а также гетеродин, парафаэные, выходы которого подключены квходам первого преобразователя напряжение-ток,Однако, известный преобразовательчастоты имеет недостаточный динамический диапазон,Цель изобретения - расширение динамического диапазона. 40 45 50 55 Для этого в преобразователь частоты, содержащий входной трансформатор, два диодных моста, одна из диагоналей каждого из которых включена между соответствующими выводами вторичной обмотки входного трансформатора и нагрузкой, другой вывод которого подключен к среднему выводу вторичной обмотки входного трансформатора, а также гетеродин, парафазные выходы которого подключены к входам первого преобразователя напря жение-ток, введены второй преобразователь напряжение-ток, соответствующие входы которого подключены к парафазным выходам гетеродина, при этом преобразователи напряжение-ток выполнены по дифференциальной схемес симметричными входами и выходами,и шесть диодов, причем вторая диагональ первого диодного моста включенамежду первым выходом первого и вторым выходом второго преобразователейнапряжение-ток соответственно черезпервый и второй диоды, включенныесогласно с диодами первого диодногомоста, вторая диагональ второго диодного моста включена между первым выходом второго и вторым выходом первого преобразователей напряжение-токсоответственно через третий и четвертый диоды, включенные согласно сдиодами второго диодного моста, между точкой соединения первого выходапервого преобразователя напряжениеток и первого диода и точкой соединения первого выхода второго преобра"зователя напряжение-ток и третьегодиода включены пятый диод, соединенный с первым и третьим диодами одноименными электродами, а между точкойсоединения второго выхода первогопреобразователя напряжение-ток ичетвертого диода и точкой соединениявторого выхода второго преобразователя напряжение-ток и второго диодавключен шестой диод, соединенный счетвертым и вторым диодами одноименными электродами, а точка соединения первых диагоналей диодныхмостов с нагрузкой подключена к общей шинеНа фиг,1 приведена электрическаяфункциональная схема предложенногопреобразователя частоты; на фиг,2 -фрагмент, поясняющий влияние паразитных емкостей.Преобразователь частоты содержитвходной трансформатор 1, первый ивторой диодные мосты 2 и 3; преобразователь 4 напряжение-ток, преобразователь 5 напряжение-ток, гетеродинб, первый, второй, третий, четвертый,пятый, шестой диоды 7 - 12, нагрузку13,Преобразователь частоты работаетследующим образом.Входной трансформатор 1 являетсяфаэорасщепляющим устройством для напряжения сигнала, диодные мосты 2 и 3коммутируют поочередно выводы вторичной обмотки входного трансформаторак общей шине, в результате чегона нагрузке 13 выделяется апряжениепреобразованной частоты Е -Е, + Ггде К - сопротивление запертого диозда;К- сопротивление нагрузки. Так как в известном преобразователе частоты запирающим напряжением для диодного моста является полное напряжение гетеродина, то можно запи- сать 20 При выключенном гетеродине 6 ток на выходах преобразователей 4 и 5 напряжение-ток отсутствует, следовательно, диодные мосты 2 и 3 заперты, 25 в результате чего напряжения сигнала на нагрузке 13 нетПри включении гетеродина 6 допустим в первый его полупериод на первом и втором выходах первого и второго преобраэовате О лей 4 и 5 формируется положительный и отрицательный ток гетеродина 6 соответственно, а другие их выходы обесточены. При этом протекает ток по цепи от первого выхода преобразователя 4 напряжение-ток через диод 7, диодный мост 2, диод 10 к второму выходу преобразователя 5. В результате диодный мост 2 открывается и подключает один иэ выводов входного трансформа О тора 1 к нагрузке 13, на которой выделяется напряжение сигнала. Одновременно второй диодный мост 3 закрыт. Во второй полупериод напряжения гетеродина 6 появляется положительный и отрицательный ток на втором и первом выходах реобразователей 4 и 5 напряжение-ток соответственно, а на других их выходах ток исчезает, Теперь ток протекает через второй диодный мост 3, первый же закрыт. Происходит соединение другого вывода вторичной обмотки входного трансформатора с нагрузкой 13, на которой выделяется напряжение сигнала. В результате поочередного включения диодных мостов 2 и 3 под действием тока, вырабатываемого преобразователями 4 и 5 напряжение-ток, в нагруз 2 1Ц -Ц =(К +К )1 + - 1 п(- + 1)с г н г 1(2) где ц - напряжение сигнала и помех;напряжение гетеродина;сопротивление ограничитель.ного резистора в цепи гетеродина;показатель степени в принятой экспоненциальноймодели р-и-перехода;ток обратно смещенногор-и перехода диода.ятой аппроксимации сопро-:. цГКг При прин тивление диода К, = а ц,/а= 1/р (3) где ц - напряжение на р-и переходе;д - ток диода.ЧПринимая во внимание, что напряжение на открытом р-и-переходе при увеличении тока увеличивается незначи- тельно, обозначим 1 п(- + 1) ЦяваС, (4)1 11Тогда, подставляя (2) и (4) и (3),получимгц - ц -2 азаСК = 1/У - -- - - - - - + 1о(5 )Учитывая условие (1), определимиз ( 5) то напряжение сигнала и по",мех, которое определяет предельныйдинамический диапазон известногопреобразователя частоты (1) 3 1300629 4 где 1 - частота гетеродина; Г, ке 3 образуется напряжение преобрачастота сигнала. Преобразователи 4зованных частот. и 5 напряжение-ток вырабатывают ток Определяют предельные динамичесуправления соответственно первым и кие диапазоны предлагаемого и извторым диодными мостами 2 и 3 под 5 вестного преобразователей частоты. действием управляющего напряжения ге- За критерий предельного динамитеродина 6, Диоды 7 - ) 0 совместно ческого диапазона преобразователя с диодами своих диодных мостов 2 и частоты принимают, например, 207-ное 3 создают при протекании по ним тока уменьшение коэффициента преобразодостаточное запирающее напряжение 1 О вания, Это соответствует условию для второго и первого диодных мостовК (1) 3 и 2 соответственно, которое подается через диоды 11 и 12, Кроме названной функции, диоды 11 и 12 разрывают цепь сигнала между закрытым и 5открытым диоднымимостами, обеспечивая тем самым инвариантность параметров закрытого диодного моста кнапряжению сигнала.13006и: 0 + дК + К . + 5 Кн ада -1 (К+К )нТак как 1 (Кн+ Кг) 2 Бцзаг., то окончательно получаемс Г ( н г)н %При мчнимально возможном напряжении гетеродина сопротивление Кследует устремить к нулю, в этом случае11 + 211+ 175 фТаким образом, предельный динамический диапазон известного преобразователя частоты при минимально возможном уровне гетеродина раненБ = 40 азасили 2,8 В (при Цва0,7 В),Оценим предельный динамический диапазон предложенного преобразователя частоты, в котором уменьшение нелинейных искажений при переключении диодных мостов достигается за счет увеличения их быстродействия, а после переключения - за счет реализации принципа инвариантности к напряжению входного сигнала. Процесс переключения диодных мостов поясним с помощью фиг.2. В один полупериод гетеродина 6 при протекания тока управления через диоды одного иэ диодных мостов 2 и 3 происходит заряд их35емкостей Сз до величины Ыд, а суммарное йапряжение управления диод- ными мостами при этом достигает Б= = 4), В другой полупериод гетеродийа 6 ток управления через эти диоды не течет, а их емкости Сд постепенно разряжаются, Причем, в случае отсутствия диодов 11 и 12 они вынуждены разряжаться через большое выходное сопротивление преобразова телей 4 или 5 напряжение-ток, что приводит к затягиванию одного из фронтов напряжения на диодном мосту и, как следствие, к снижению быстродеиствия и росту нелинейных искажений. Кроме того, за полпериода гетеродина 6 открытый мост не успевает полностью закрыться, В результате уменьшается коэФфициент преобразования и резко возрастают нелинейные искажения преобразователя частоты после переключения диодных мостов. Практически схема оказывается неработоспособной. 9 6Для устранения перечисленных недостатков в предложенном преобразователе частоты искусственно создается путь для перезаряда параэитных емкостей благодаря включению диодов 11 и 12. При этом,в качестве источника напряжения переэаояпа используется падение напряжения, возникающее при протекании тока через диодный мост 2(3) и последовательно включенные с ним диоды 7,8,(9,10). Необходимость включения диодов 7-10 обусловлена тем, что вольтамперная характеристика всякого диода (в том числе и диодов 11 и 12) начинается не с нуля. Поэтому, чтобы произошел разряд емкостей диодов одного закрываемого диодного моста, должны сначала открыться диоды 11 и 2 под действием напряжения другого диодного моста, которое при отсутствии диодов 7-10 имеет недостаточную величину, Как показано на фиг,2, напряжение перезаряда емкостей первого диод- ного моста 2 с учетом падения напряжения на диодах 11, 12 составляет -20-1,4 В, т,е, разряд паразитных емкостей идет не к нулю, а к отрицательному источнику, Тем самым гарантируется как быстрое переключение диоцных мостов, так и их надежное эапирание в статическомсостоянии,Пусть первый диодный мост(фиг,1) закрыт, а второй (3)открыт,Тогда, при положительной полярностисигнала может открыться один из диодов диодного моста 2 и диод 8, апри отрицательной полярности сигнала - другой диод диодного моста 2и диод 7, диоды же 11 и 12 при этомеще более запираются, разрывая цепьсигнала между открытым и. закрытымдиодными мостами. Аналогично преобразователь частоты работает в другойполупериод гетеродина 6, когда диодный мост 2 закрыт, а диодный мост3 открыт. Следовательно, любой уровень сигнала на. входе преобразователя частоты принципиально не можетоткрыть запертый диодный мост, т,е,его параметры инвариантны к напряже-"нию сигналов, а предельный динамический диапазон определяется максимально допустимым обратным напряжениемдиодов,Таким образом, новое качество положительного эффекта получено за1300629 8не менее 136 дБ,при условии, чтоЭДС шума, приведенная ко входу, не о более 1 мкВ, а перекрестные искажения не превышают 107.; диапазончастот гетеродина О,-100 КГц. счет реализации принципа инвариантноти преобразуюшего элемента (диодныхмостов) к сигналу и увеличения егбыстродействия благодаря введениюпреобразователей 4 и 5 напряжениеток и шести диодов,Предложенный преобразователь частоты испытан и показал следующие основные параметры: диапазон частотпреобразуемых сигналов 0,1-100 МГц;коэффициент передачи по мощности,не хуже 0,45; динамический диапазон,Таким образом, динамический диапазон предложенного преобразователя частоты в десять раз и более пре восходит динамический диапазон известного преобразователя частоты при более высоком быстродействии1300629 ов оставитель А.Мен ехред А.Кравчук ректор А.Зимокос актор И.Сеглян одписное каз 1160/ Производственно-полиграическое предприятие, г,ужгород, ул .Проектная,Тираж 9 ВНИИПИ Государст по делам изоб 13035, Москва, Жнного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д.4