Преобразователь частоты Советский патент 1986 года по МПК H03C1/54 H03D7/14 

I Изобретение относится к радаютехнике и может быть использовано в приемопередающих устройствах. Цель изобретения - расширение динамического диапазона. . На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - вольт-фарадная и вольт-амперная характеристики диодов; на фиг. 3 - эквивалентные схемы гетеродинных цепей; на фиг. 4 структурная электрическая схема формирователя асимметричного напряжения. Преобразователь частоты содержит первый трансформатор 1., два формирователя 2.1 и 2.2 асимметричного напряжения, два диодных моста 3.1 и 3.2, второй трансформатор 4 и нагруз 1ку 5. Формирователь 2 асимметричного напряжения (фиг. 4) содержит транзистор 6, дополнительный трансформатор 7, первый и второй резисторы 8.и 9, конденсатор 10, третий резистор 11, первьй и второй диоды 12 и 13 и резистивньй делитель 14 напряжения . Преобразователь частоты работает следуклцим образом. Наибольшей линейностью среди известных преобразователей частоты обладают диодные преобразователи. Допустимьй в них уровень мешающих сигналов. Создающих определенную величи ну заданного коэффициента искажений, ограничивается линейностью вольт-амперной характеристики (ВАХ) открытого перехода диода (точка А на фиг.2) а также перегрузкой по напряжению в переходном режиме переключения диода (за время нарастания или спада напря жения гетеродина). Снижение искажени обусловленных этими двумя источниками, осуществляется путем наибольшего приближения формы напряжения гетеродина к прямоугольной, а также путем увеличения рабочего тока диода в открытом состоянии {выведением точки А -10 «т-1 А Tr фиг. 2 В наиболее линейную часть ВАХ Третьим источником искажений, наи более сильно проявляющимся при увели чении частоты полезного сигнала, является нелинейность вольт-фарадной ха рактеристики (ВФХ) (левая часть фиг. 2). Эти искажения становятся весьма заметными уже на частотах пре вышающих 50 МГц. Для уменьшения дан86ого вида искажений необходимо подавать на диоды запирающее напряжение остаточно большой величины. Так, например, в случае использования наиболее распространенных в преобразователях частоты диодов Шоттки, запирающее напряжение должно достигать 10-12 В. При этом желательно сохра- : нить прямоугольность формы напряжения гетеродина. В известных схемах, например (1,2)., в течение каждого полупериода гетеродинного Напряжения его источник нагружается поочередно на малые сопротивления открытых диодов первого или второго мостов, что ограничивает величину напряжения на каждом диоде моста (до 0,6-0,8 В, фиг. 2). При этом ограничивается также и величина обратного напряжения на диодах закрытого моста, так как оба диодных моста оказываются подключенными к одному источнику гетеродинного напряжения (фиг. За), что приводит к увеличению нелинейных искажений за счет нелинейности барьерной емкости, так как сигнал прорабатывает при этом наиболее нелинейный участок ВФХ (фиг. 2). Влияние нелинейной емкости закрытого диода на нелинейные ис-. кажения и динамический диапазон можно оценить, используя выражение для барьерной емкости ( где Со величина емкости перехода при нулевом смещении и комнатной температуре; контактный потенциал; определяется типом р-п-перехода.е Ток через емкость определяется как Пусть к диоду приложено напряжение и cos(x)it + U cosi4t, (3) при этом считаем и и -и, u),),. (4) Для нахождения продуктов интермодуразложим (1) в ЛИДИИ вида I AJ«,4-l,t Тейлооа и/) с с„ 4 (Чк + (, и,) 2|п (6) видно, что искажения увеличиваются, а динамический диапазон падает с ростом - и уменьшением Uo . При использовании прямоугольного гетеродинного напряжения в качестве Uo выступает амплитуда запирающей полуволны гетеродина. Следовательно, для уменьшения нелинейных искажений необ ходимо увеличивать запирающее напря- 5

жение гетеродина. Особенно сильно этот эффект проявляется с ростом чатоты. В течение изменения запирающего напряжения гетеродина происходит заряд-разряд емкости перехода. Чтобы при этом не растягивались фронты гетеродинного импульса, необходимо производить перезаряд емкости через малое сопротивление, т.е. диод должен работать в эти полпериода от генератора ЭДС. Простое увеличение напряжения (мощности) гетеродина ведет к прожогу диодов открытого моста, для предотвращения которого ставят ограничительные сопротивления (2), приводящие к увеличению потерь преобразователя и увеличению длительности фронтов гетеродинного напряжения за счет увеличения постоянной времени цепи: ограничивающее сопротивление - емкость диода.

С целью уменьшения нелинейных искажений, особенно в области высоких частот, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь в предлагаемом преобразователя частоты исползуются два парафаэньк формирователя 2.1 и 2.2 асимметричного-напряжения, жестко связанных между собой временными соотношениями (фиг. 3 б). Для этого лсаждый диодный-мост 3. и запитывается от отдельного источника формирователя 2.1 .и 2.2 асимметричного напряжения который в течение .половины периода закрытого состояния диодного моста 3.1 или 3.2 представляет собой генератора ЭДС, а в течение следующей половины периода - генератор тока, при этом оба источника управляются общин гетеро- диком. Генератор тока стабилизирует ток через открытые диоды диодных мостов 3, ограничивая его на максисатор устраняет обратную связь по постоянной составляющей. Первый диод 12 изменяет глубину обратной связи в зависимости от мгновенного значния (полярности) выходного напряжения. Первый резистор 8 определяет необходимую глубину обратной связи при открытом первом диоде 12. Второй резистор 9 шунтирует первьй диод 12.Обратная связь по току осуществляется третьим резистором I1 и вторым диодом 13, включенными в цепь эмиттера 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 оказьшаются 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. Закрыть второй диод 13 не шунтрфует третий резистор 11, определяющий глубину отрицательной обратной связи по току, которая увеличивает выходное сопротивление каскада, приближая его к идеальному генератору тока и, тем самым, стабилизируя ток через диоды открытого диодного моста 3. Следующие полпериода первый и второй диоды 12 и 13 открьшаются. 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 первым резистором 8. Эта обратная мяльном допустимом уровне для данного типа диодов. Стабилизащ я тока диодов па заданном уровне позволяет исключить из схемы ограничивающие резисторы и тем самым уменьшить потери на преобразование. Формирователь 2 асимметричного 1апряжения представляет собой усилитель с трансформаторными входом и выходом, охваченный отрицательньгми 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. Конден5Iсвязь уменьшает выходное сопротивление каскада, приближая его к идеальHoify генератору ЭДС и, тем самым, создает оптимальные условия для пере заряда барьерных емкостей диодов диодного моста 3, находящихся в этот момент в закрытом состоянии. Таким образом с помощью формирова теля 2 асимметричного напряжения в предлагаемом преобразователе частоты обеспечивается: минимальная длительность фронта прямоугольного гетеродинного напряже ния, воздействующего на диодные мосты 3, что уменьшает нш1инейные искажения в момент их переключения; большое закрьшающее напряжение на диодных мостах 3, что уменьшает нели нейные искажения, вызванные нелинейностью ВФХ и перегрузкой по напряжению;максимально допустимьй ток через диодные мосты 3 без введения в схему ограничивающих сопротивлений, что уменьшает нелинейные искажения в открытых диодных мостах 3 и снижает по тери преобразования. При использовании в качестве тран зистора 6 транзистора р-п-р-типа диоды включаются в обратном по отношению к приведенному на фиг. 4 направлении . Формула изобретения Преобразователь частоты, содержащий первьй и второй трансформаторы, первичные обмотки которых являются соответственно сигнальным и гетеродинным входами, два диодных моста, первые диагонали которьсс соединены последовательно и включены между вы86ftводами вторичной обмотки второго трансформатора, и нагрузку, включенную между точкой соединения первых диагоналей диодных мостов и средним отводом вторичной обмотки второго трансформатора, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены два формирователя асимметричного напряжения, первые входы каждого из которых подключены к соответствующему вьгеоду 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 каждьш формирователь асимметричного напряжения выполнен на транзисторе п-р-п-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 транзис-тора включены последовательно соединенные первьй, второй резисторы и конконденсатор, между эмиттером транзистора и общей шиной включен третий резистор, параллельно второму и третьему резисторам подключены соответственно первьй и второй диоды, причем катодами к конденсатору и эмиттеру транзистора соответственно, а между шиной питания и общей шиной включен резистивньш делитель напряжения, отвод которого и база транзистора являются вторым и первым входами формирователя асимметричного напряжения соответственно.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемопередающих устр-вах. Цель изобретения - расширение динамического диапазона. Преобразователь частоты содержит первый трансформатор I, на который подается напряжение гетеродина, два формирователя асимметричного напряжения (ФАН) 2, два диодных моста (ДМ) 3, второй трансформатор 4, на который подается сигнал, и нагрузку 5. Для уменьшения нелинейных искажений, увеличения динамического диапазона и уменьшения потерь введены два ФАН 2. ФАН 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 периода - генератор тока. Это обеспечива(Л ет миним. длительность фронта прямоугольного гетеродинного напряжения, болыпое закрывающее напряжение на ДМ 3 и макс. допустимый ток через ДМ без использования в схеме ограничивающих сопротивлеиий. 4 ил. го 05 Ю Од 00 О)