Преобразование частоты в супергетеродине

Например, если напряжение приходящего сигнала промодулировано по амплитуде, то преобразованное напряжение также должно быть модулированным по амплитуде, причем для того, чтобы воспроизведение передачи не сопровождалось нелинейными искажениями, форма огибающей кривой напряжения на выходе преобразователя должна точно соответствовать форме огибающей кривой подводимого сигнала. Преобразование частоты осуществляется посредством специальной смесительной лампы, к которой подводятся приходящие модулированные колебания и постоянные по амплитуде колебания другой высокой частоты, создаваемые в самом приемнике.

Упрощенная схема преобразователя частоты приведена на фиг. 29. На управляющую сетку смесительной лампы Л1 поступают два высокочастотных напряжения: приходящего сигнала Uc, которое снимается с колебательного контура L1C1, настраиваемого на частоту fc принимаемой радиостанции, и напряжение Uг от местного гетеродина, смонтированного на лампе Л2. Гетеродин представляет собой маломощный ламповый генератор колебаний высокой частоты (fг) и по принципу действия мало отличается от рассмотренного нами ранее регенеративного каскада, работающего в режиме незатухающих колебаний.

Напряжение смещения Uc0 на сетке смесительной лампы, образующееся на сопротивлении R1, выбрано таким, что рабочая точка находится на нижнем сгибе анодной характеристики, вследствие чего эта лампа работает в режиме анодного детектирования (поэтому преобразователь частоты супергетеродина нередко называют первым детектором). В результате такого выбора положения рабочей точки на характеристике лампы Л1 ее действующая крутизна в процессе работы изменяется с изменением напряжения смещения. Когда модулированный сигнал отсутствует, напряжение смещения изменяется только с частотой колебаний, создаваемых гетеродином; с этой же частотой изменяется и крутизна характеристики лампы, возрастая с уменьшением напряжения смещения и уменьшаясь с увеличением его (фиг. 30).

Посмотрим, что происходит, когда на сетку смесительной лампы одновременно подаются напряжения сигнала и гетеродина. Для удобства рассуждений будем считать, что частота первого выше частоты второго, а амплитуда сигнала постоянна. Кроме того, для упрощения не будем учитывать высшие гармоники анодного тока смесительной лампы, не играющие существенной роли в процессе преобразования частоты.
На фиг. 31 показан характер изменения анодного тока лампы. Под воздействием приходящего сигнала во время положительного полупериода напряжения, поступающего от гетеродина, амплитуда переменной составляющей анодного тока, имеющей частоту сигнала, получается большей, чем во время отрицательного. Кроме того, в первом случае с нарастанием Uг амплитуда переменной составляющей частоты сигнала возрастает, а во втором убывает. В результате она изменяется с частотой колебаний, поступающих от гетеродина, т. е. оказывается промодулированной этими колебаниями. Объясняется это тем, что с изменением напряжения Uг изменяется крутизна характеристики лампы.

Модулированные колебания являются сложными, состоящими из колебаний ряда частот. В простейшем случае, когда колебания модулированы одной частотой, они слагаются из колебаний трех частот: основной (несущей) частоты, разности основной и модулирующей частот и их суммы. Таким образом, в состав полученных нами модулированных колебаний (фиг. 32,а) входят колебания частоты сигнала fс (фиг. 32,6), разности частоты сигнала и частоты гетеродина fс—fг (фиг. 32,0), а также их суммы fс+fг (фиг. 32,г). Если приходящие сигналы промодулированы, то все эти составляющие также промодулированы.

Из получившихся высокочастотных колебаний интерес представляют только колебания разностной частоты fс—fг так как колебания суммарной частоты всегда выше, чем частота сигнала, и использование их не даст положительных результатов. Колебания разностной частоты выделяются фильтром C3L3LAC4, настроенным на эту частоту (фиг. 29).

Итак, на вход преобразователя подано напряжение одной частоты, а на его выходе получено напряжение другой частоты, т. е. произошло преобразование частоты приходящих сигналов. Необходимым условием этого явилось периодическое изменение крутизны характеристики смесительной лампы под воздействием напряжения, подводимого от гетеродина.

Для преобразования частоты принципиально не имеет значения, выше ли частота гетеродина fг частоты приходящего сигнала fe или ниже, важно лишь чтобы разность между ними была равна требуемой промежуточной частоте.

Рассматривая процесс преобразования частоты, мы останавливались лишь на колебаниях основных частот. Вследствие нелинейности характеристики лампы в ее анодной цепи, кроме упомянутых выше частот, образуются еще колебания более высоких частот — гармоник частот сигнала и гетеродина, а также высшие комбинационные частоты. Все эти частоты отсеиваются фильтром, включенным в анодную цепь смесительной лампы.


Преобразователь частоты обладает и усилительными свойствами. Даваемое им усиление определяется как отношение напряжения промежуточной частоты на его выходе к напряжению сигнала, подводимого к управляющей сетке смесительной лампы. Величина этого усиления зависит от параметров смесительной лампы, качества фильтра ПЧ, а также амплитуды напряжения, подводимого от гетеродина. Коэффициент усиления Кnp преобразователя частоты, содержащего двухконтурный полосовой фильтр с критической связью между контурами, можно подсчитать по формуле

К np=0,5Snp*Zрез

где
Snp —крутизна преобразования смесительной лампы;
Z рез—резонансное сопротивление контуров фильтра.

Крутизна преобразования представляет собой отношение приращения составляющей анодного тока ΔInp
промежуточной частоты к приращению напряжения сигнала ΔUс. Она не является строго определенной для данной лампы и зависит от режима ее работы, в частности, от амплитуды колебаний, подводимых от гетеродина. При определенной амплитуде этих колебаний S np достигает наибольшей величины. Это наибольшее значение Snp обычно и приводится в паспорте смесительных и преобразовательных ламп.