Электроника в вопросах и ответах

Преобразование частоты, называемое также транспонированием спектра, является процессом, переносящим сигнал данной частоты (линейного или занимающего некоторый спектр) в диапазон других, обычно более низких частот.

Прежде всего преобразование частоты используется для упрощения процесса усиления сигнала. Известно, что технические трудности в создании многокаскадного усилителя с высокой избирательностью возрастают с ростом частоты. Они являются еще большими, если усилитель должен быть перестраиваемым. Поэтому целесообразны перенос интересующего нас сигнала, например от радио- или телевизионной станции, в диапазон более низких частот и построение усилителя, работающего именно в этом диапазоне частот.

На чем основывается преобразование частоты?

Преобразование частоты основано на взаимодействии в цепи нелинейного элемента (рис. 11.22) двух сигналов: сигнала, подвергаемого преобразованию, f_с и сигнала f_гет, подводимого от местного генератора (гетеродина). В результате возникают сигналы с частотами 2f_с, 2f_гет, f_гет + f_с, f_гет — f_с. Появилась также составляющая с частотой, являющейся разностью частот обоих смешиваемых сигналов. Эту составляющую можно легко выделить с помощью контура, настроенного на частоту f_гет — f_с.

Рис. 11.22.Преобразование частоты в цепи с диодом

Если f_с — модулированный сигнал, занимающий определенный частотный спектр, то в результате преобразования весь спектр сигнала будет перенесен в диапазон более низких частот. Эго наглядно представлено на рис. 11.23.

Разностная частота f_гет — f_с (чacтoта биений обоих сигналов) чаще называется промежуточной частотой f_пч. Таким образом, в результате преобразования двух сигналов с разными частотами получаем сигнал промежуточной частоты.

Рис. 11.23.Спектры колебаний в преобразователе частоты

Как работает супергетеродинный приемник?

Супергетеродинный приемник — это приемник, в котором используется процесс преобразовании частоты. На основе уже известных процессов усиления сигнала, генерирования напряжения высокой частоты, преобразования и детектирования можно понять действие приемника сигналов высокой частоты, такого как, например, радиоприемник и телевизор.

Структурная схема супергетеродинного радиоприемника представлена на рис. 11.24.

Рис. 11.24.Структурная схема супергетеродинного радиоприемника

Принятые антенной сигналы высокой частоты поступают во входные контуры приемника, где происходит выбор желаемой станции. Выбранный сигнал после усиления в усилителе высокой частоты поступает в смеситель. Следует добавить, что усилитель высокой частоты является резонансным усилителем и совместно с входными контурами, так же настраиваемыми, обеспечивает предварительную избирательность приемника. Кроме того, он создает необходимое усиление сигнала перед процессом преобразования, что положительно влияет на отношение сигнал/шум на выходе приемника.

В более простых схемах приемников усилитель высокой частоты не применяется, и тогда сигнал поступает в смеситель непосредственно из входных контуров. Одновременно к смесителю подводится напряжение высокой частоты от гетеродина. Гетеродин создает напряжение, частота которого больше частоты принимаемого сигнала на значение промежуточной частоты. Гетеродин перестраивается совместно с входными контурами и усилителем высокой частоты, поэтому его частота всегда больше частоты выбранного сигнала. В результате смещения обоих сигналов в смесителе присутствует сигнал с промежуточной частотой f_пч, определяемый зависимостью f_с— f_гет =f_пч.

Сигнал промежуточной частоты усиливается в усилителе промежуточной частоты. Это перестраиваемый усилитель, работающий на постоянной частоте, с большим коэффициентом усиления и высокой избирательностью. Последний каскад усилителя промежуточной частоты управляет детектором. В результате детектирования получается низкочастотный сигнал, который после усиления в усилителе напряжения и усилителе мощности подается на громкоговоритель.

Рассмотренная структурная схема супергетеродинного радиоприемника является обобщенной схемой, относящейся к приемнику как амплитудно-модулированных, так и частотно-модулированных сигналов. В зависимости от типа приемника подвергаются изменению рабочий диапазон частот, схемное решение отдельных блоков, тип детектора и т. п.

Как осуществляется преобразование частоты?

Преобразование частоты осуществляется с помощью нелинейного элемента, например диода, электронной лампы, транзистора и т. п., а также вспомогательного сигнала высокой частоты с относительно большой амплитудой, подводимого от местного генератора.