Преобразование частоты на нелинейный элемент. Частотный преобразователь - виды, принцип действия, схемы подключения

Ротор любого электродвигателя приводится в движение под действием сил, вызванных вращающимся электромагнитным полем внутри обмотки статора. Скорость его оборотов обычно определяется промышленной частотой электрической сети.

Ее стандартная величина в 50 герц подразумевает совершение пятидесяти периодов колебаний в течение одной секунды. За одну минуту их число возрастает в 60 раз и составляет 50х60=3000 оборотов. Такое же число раз проворачивается ротор под воздействием приложенного электромагнитного поля.

Если изменять величину частоты сети, приложенной к статору, то можно регулировать скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Этот принцип заложен в основу управления электродвигателями.

Виды частотных преобразователей

По конструкции частотные преобразователи бывают:

1. индукционного типа;

2. электронные.

Асинхронные электродвигатели, выполненные и запущенные в режим генератора, являются представителями первого вида. Они при работе обладают низким КПД и отмечаются маленькой эффективностью. Поэтому они не нашли широкого применения в производстве и используются крайне редко.

Способ электронного преобразования частоты позволяет плавно регулировать обороты как асинхронных, так и синхронных машин. При этом может быть реализован один из двух принципов управления:

1. по заранее заданной характеристике зависимости скорости вращения от частоты (V/f);

2. метод векторного управления.

Первый способ является наиболее простым и менее совершенным, а второй используется для точного регулирования скоростей вращения ответственного промышленного оборудования.

Особенности векторного управления частотным преобразованием

Отличием этого способа является взаимодействие, влияние устройства управления преобразователя на «пространственный вектор» магнитного потока, вращающийся с частотой поля ротора.

Алгоритмы для работы преобразователей по этому принципу создаются двумя способами:

1. бессенсорного управления;

2. потокорегулирования.

Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей инвертора для заранее подготовленных алгоритмов. При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора.

Этим способом пользуются при управлении несколькими электродвигателями, подключенными параллельно к преобразователю частоты. Потокорегулирование подразумевает контроль рабочих токов внутри двигателя с разложением их на активную и реактивную составляющие и внесение корректив в работу преобразователя для выставления амплитуды, частоты и угла для векторов выходного напряжения.

Это позволяет повысить точность работы двигателя и увеличить границы его регулирования. Применение потокорегулирования расширяет возможности приводов, работающих на малых оборотах с большими динамическими нагрузками, такими как подъемные крановые устройства или намоточные промышленные станки.

Использование векторной технологии позволяет применять динамическую регулировку вращающихся моментов к .

Схема замещения

Принципиальную упрощенную электрическую схему асинхронного двигателя можно представить следующим видом.

На обмотки статора, обладающие активным R1 и индуктивным X1 сопротивлениями, приложено напряжение u1. Оно, преодолевая сопротивление воздушного зазора Хв, трансформируется в обмотку ротора, вызывая в ней ток, который преодолевает ее сопротивление.

Векторная диаграмма схемы замещения

Ее построение помогает понять происходящие процессы внутри асинхронного двигателя.

Энергия тока статора разделяется на две части:

iµ - потокообразующую долю;

iw - моментообразующую составляющую.

При этом ротор обладает активным сопротивлением R2/s, зависящим от скольжения.

Для бессенсорного управления измеряются:

напряжение u1;

ток i1.

По их значениям рассчитывают:

iµ - потокообразующую составляющую тока;

iw - моментообразующую величину.

В алгоритм расчета уже заложили электронную эквивалентную схему асинхронного двигателя с регуляторами тока, в которой учтены условия насыщения электромагнитного поля и потерь магнитной энергии в стали.

Обе этих составляющих векторов тока, отличающиеся по углу и амплитуде, вращаются совместно с системой координат ротора и пересчитываются в стационарную систему ориентации по статору.

По этому принципу подстраиваются параметры частотного преобразователя под нагрузку асинхронного двигателя.

Принцип работы частотного преобразователя

В основу этого устройства, которое еще называют инвертором, заложено двойное изменение формы сигнала питающей электрической сети.

Вначале промышленное напряжение подается на силовой выпрямительный блок с мощными диодами, которые убирают синусоидальные гармоники, но оставляют пульсации сигнала. Для их ликвидации предусмотрена батарея конденсаторов с индуктивностью (LC-фильтр), обеспечивающая стабильную, сглаженную форму выпрямленному напряжению.

Затем сигнал поступает на вход преобразователя частоты, который представляет собой мостовую трехфазную схему из шести серии IGBT или MOSFET с диодами защиты от пробоя напряжений обратной полярности. Используемые ранее для этих целей тиристоры не обладают достаточным быстродействием и работают с большими помехами.

Для включения режима «торможения» двигателя в схему может быть установлен управляемый транзистор с мощным резистором, рассеивающим энергию. Такой прием позволяет убирать генерируемое двигателем напряжение для защиты конденсаторов фильтра от перезарядки и выхода из строя.

Способ векторного управления частотой преобразователя позволяет создавать схемы, осуществляющие автоматическое регулирование сигнала системами САР. Для этого используется система управления:

1. амплитудная;

2. ШИМ (широтного импульсного моделирования).

Метод амплитудного регулирования основан на изменении входного напряжения, а ШИМ - алгоритма переключений силовых транзисторов при неизменном напряжении входа.

При ШИМ регулировании создается период модуляции сигнала, когда обмотка статора подключается по строгой очередности к положительным и отрицательным выводам выпрямителя.

Поскольку частота такта генератора довольно высокая, то в обмотке электродвигателя, обладающего индуктивным сопротивлением, происходит их сглаживание до синусоиды нормального вида.

Способы ШИМ управления позволяют максимально исключить потери энергии и обеспечивают высокий КПД преобразования за счет одновременного управления частотой и амплитудой. Они стали доступны благодаря развитию технологий управления силовыми запираемыми тиристорами серии GTO или биполярных марок транзисторов IGBT, обладающих изолированным затвором.

Принципы их включения для управления трехфазным двигателем показаны на картинке.

Каждый из шести IGBT-транзисторов подключается по встречно-параллельной схеме к своему диоду обратного тока. При этом через силовую цепь каждого транзистора проходит активный ток асинхронного двигателя, а его реактивная составляющая направляется через диоды.

Для ликвидации влияния внешних электрических помех на работу инвертора и двигателя в конструкцию схемы преобразователя частоты может включаться , ликвидирующий:

радиопомехи;

наводимые работающим оборудованием электрические разряды.

Их возникновение сигнализирует контроллер, а для уменьшения воздействия используется экранированная проводка между двигателем и выходными клеммами инвертора.

С целью улучшения точности работы асинхронных двигателей в схему управления частотных преобразователей включают:

ввода связи с расширенными возможностями интерфейса;

встроенный контроллер;

карту памяти;

программное обеспечение;

информационный Led-дисплей, отображающий основные выходные параметры;

тормозной прерыватель и встроенный ЭМС фильтр;

систему охлаждения схемы, основанную на обдуве вентиляторами повышенного ресурса;

функцию прогрева двигателя посредством постоянного тока и некоторые другие возможности.

Эксплуатационные схемы подключения

Частотные преобразователи создаются для работы с однофазными или трехфазными сетями. Однако, если есть промышленные источники постоянного тока с напряжением 220 вольт, то от них тоже можно запитывать инверторы.

Трехфазные модели рассчитываются на напряжение сети 380 вольт и выдают его на электродвигатель. Однофазные же инверторы питаются от 220 вольт и на выходе выдают три разнесенных по времени фазы.

Схема подключения частотного преобразователя к двигателю может быть выполнена по схемам:

звезды;

треугольника.

Обмотки двигателя собираются в «звезду» для преобразователя, запитанного от трехфазной сети 380 вольт.

По схеме «треугольник» собирают обмотки двигателя, когда питающий его преобразователь подключен к однофазной сети 220 вольт.

Выбирая способ подключения электрического двигателя к преобразователю частоты надо обращать внимание на соотношение мощностей, которые может создать работающий двигатель на всех режимах, включая медленный, нагруженный запуск, с возможностями инвертора.

Нельзя постоянно перегружать частотный преобразователь, а небольшой запас его выходной мощности обеспечит ему длительную и безаварийную работу.

Рассмотренные выше преобразования спектра при различных разновидностях амплитудной модуляции состоят в смещении спектра передаваемого сигнала в область радиочастот. Такое смещение может рассматриваться как частный случай более общей линейной операции, называемой преобразованием частоты. Под преобразованием частоты в общем случае подразумевается смещение спектра сигнала по шкале частот в ту или другую сторону, т.е. в область как более высоких, так и более низких частот.

При приеме сигналов под преобразованием частоты понимают преобразование модулированного высокочастотного колебания, связанное с переносом его спектра из окрестности несущей частоты 0 в окрестность более низкой (так называемой промежуточной) частоты пр, совершаемое без изменения закона модуляции.

Преобразователь частоты представляет собой устройство, в котором принимаемые сигналы высокой частоты (с) преобразуются в сигналы более низкой промежуточной частоты (пр).

В состав преобразователя входят гетеродин и смеситель.

Гетеродин представляет собой автогенератор электрических колебаний, частота которых изменяется пропорционально изменению частоты принимаемых сигналов. Смеситель может быть реализован на нелинейных (полупроводниковые диоды, транзисторы) или параметрических (например, аналоговые перемножители) элементах.

Принимаемые сигналы с частотой с и электрические колебания гетеродина с частотой г подаются на смеситель, где формируются сложные колебания, содержащие составляющие с частотами с + г и с - г.

Колебания разностной (промежуточной ) частоты пр = с - г выделяются с помощью фильтра (настроенного на пр). Фильтр в виде одиночного контура является простейшим. Обычно применяется система из двух или большого числа связанных контуров, пьезоэлектрический или электромеханический фильтры.

Выбор промежуточной частоты производится с учетом ряда требований. В частности, промежуточная частота выбирается в диапазоне, в котором не работают мощные радиостанции, и вне диапазона частот, в которых осуществляется настройка входных цепей приемника. Для приемников радиовещательных станций установлены стандартные значения промежуточной частоты f пр - 465 кГц и 10.7МГц. В телевизионных приемниках f пр сигналов изображения составляет 38.0 МГц, а для сигналов звукового изображения - 31.5 МГц и 6.5 МГц.

В качестве примера рассмотрим реализацию смесителя на базе аналогового перемножителя, на вход Х которого поступает напряжение сигнала а на вход Y - напряжение гетеродина

Процесс смещения аналогичен балансной амплитудной модуляции. Выходное напряжение перемножителя содержит две составляющие - с разностной и суммарной частотами:

При смещении важна только составляющая с разностной частотой, т.е. с промежуточной частотой

Для выделения промежуточной частоты в выходную цепь перемножителя включают либо узкополосный фильтр (например, колебательный контур), либо фильтр низких частот.

В итоге выходное напряжение смесителя

В преобразователе частоты модуляция входного сигнала переносится на напряжение промежуточной частоты. Для амплитудно-модулированного сигнала

напряжение промежуточной частоты

Преобразование частоты широко используется в радиоприемных устройствах, называемых супергетеродинными приемниками, структурная схема которых приведена на рис. 9.

Сигнал, принятый антенной, через фильтрующие входные цепи и усилитель радиочастоты поступает на преобразователь частоты. Выходной сигнал преобразователя является модулированным колебанием с несущей частотой, равной промежуточной частоте приемника. Основное усиление приемника и его частотная избирательность, т.е. способность выделить полезный сигнал на фоне помех с другими частотами, обеспечивается узкополосным усилителем промежуточной частоты.

Большое достоинство супергетеродинного приемника - неизменность промежуточной частоты. Для настройки приемника на нужную станцию в пределах установленного диапазона частот требуется перестраивать лишь частоту гетеродина.

Отметим, что преобразователь частоты одинаково реагирует на сигналы с частотами и, т.е., как говорят, возможен прием как по основному, так и по зеркальному каналу.

При использовании промежуточной частоты полное сохранение структуры преобразуемого сигнала возможно только в том случае, когда Если же то имеет место переворачивание спектра сигнала, т.е. в преобразованном спектре макс и мин меняются местами.

При преобразовании частоты обычного амплитудно-модулированного колебания переворачивание спектра внешне никак не проявляется, просто верхняя и нижняя боковые полосы меняются местами.

Спектра сигнала по частоте без изменения формы спектра. П. ч. возникает при воздействии колебаний сигнала н гетеродина на нелинейное устройство, наз. смесителем; в результате в спектре выходного сигнала наряду с др. частотами образуются разностная и суммарная частоты: выделение одной из них и является результатом работы смесителя. Величина сдвига определяется частотой вспомогат. генератора (гетеродина).

П. ч. используют в радиоприёмных устройствах, измерит. технике, эталонных генераторах и т. д., поскольку при этом усиление сигнала в широком диапазоне перестраиваемых частот заменяется усилением неперестраиваемой комбинац. частоты, наз. промежуточной. Постоянство промежуточной частоты = const при перестройке частоты сигнала обеспечивает одноврем. перестройка частоты гетеродина Т. о., усиление сигнала в устройствах с П. ч. осуществляется на сравнительно нпзкой, обычно стандартной частоте.

При передаче информации радиочастотное колебание можно модулировать по разл. параметрам: амплитуде частоте p фазе (см. Модулированные колебания). Для того чтобы при П. ч. была перенесена на промежуточную частоту без искажений, необходимо выполнение . условий: 1) нелинейное устройство (напр., ) должно иметь вольт-амперную характеристику, близкую к квадратичной или аппроксимируемую полиномом чётной степени; 2) амплитуда сигнала должна быть много меньше амплитуды колебаний гетеродина 3) частота должна быть выше

Поскольку в выходной цепи смесителя имеются разл. комбинац. частоты, то для выделения разностной или суммарной частоты выходная цепь должна быть избирательной, т. е. резонансной, настроенной на нужную частоту.

Под П. делителя частоты или умножителя частоты. С . Ф. Литвак.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ" в других словарях:

преобразование частоты - Процесс линейного переноса полосы частот, занимаемой сигналом, в другую область частотного спектра с инверсией или без нее. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева …

преобразование частоты - dažnio keitimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. frequency conversion; frequency transformation vok. Frequenztransformation, f; Frequenzumsetzung, f; Frequenzumwandlung, f; Frequenzwandlung, f rus. преобразование частоты, n pranc.… … Automatikos terminų žodynas

преобразование частоты - dažnio keitimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. frequency conversion vok. Frequenzumsetzung, f; Frequenzumwandlung, f; Frequenzwandlung, f rus. преобразование частоты, n pranc. conversion de la fréquence, f … Fizikos terminų žodynas

преобразование частоты радиосигнала - преобразование частоты Процесс переноса полосы радиочастот, занимаемой сигналом, в другую часть частотного спектра. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины радиоприем Синонимы преобразование частоты … Справочник технического переводчика

преобразование частоты в код числа - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN frequency to number conversion … Справочник технического переводчика

преобразование частоты в направлении её уменьшения - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN frequency down conversionFDC … Справочник технического переводчика

преобразование частоты в напряжение - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN frequency to voltage conversion … Справочник технического переводчика

преобразование частоты с понижением - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN frequency down conversion … Справочник технического переводчика

Преобразование частоты радиосигнала - 163. Преобразование частоты радиосигнала Преобразование частоты Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

преобразование частоты на основе комбинационного рассеяния - Ramano dažnio keitimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. Raman frequency conversion vok. Raman Frequenzumwandlung, f rus. преобразование частоты на основе комбинационного рассеяния, n pranc. conversion Raman de fréquence, f … Radioelektronikos terminų žodynas

Книги

Радиотехнические цепи и сигналы (комплект из 2 книг) , И. С. Гоноровский. Книга является учебником по новому курсу «Радиотехнические цепи и сигналы» и соответствует программе этого курса для специальности «Радиотехника». В первой частиизлагается спектральный и…

Лекция № 7. «Преобразование частоты (ПЧ)

Тема лекции:

«Преобразование частоты (ПЧ). Гетеродинное, синхронное и фазовое детектирование »

План лекции

Оптическое изображение и особенности восприятия 2

Литература

Е. А. Москатов Основы телевидения, 2005р. - 162 с

11.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ

Особенности ПЧ. Преобразование частоты является частным случаем нелинейного преобразования БГС. Его особенности состоят в следующем: во-первых, в состав БГС входят два радиочастотных сигнала, во-вторых, продуктом преобразования является одно из боковых колебаний: верхнее ()или нижнее (). Если оно радиочастотное, для его выделения используют ПФ, если звуко вой частоты − ФНЧ. Эти особенности и отличают схемы ПЧ от схем AM, поскольку нелинейный и параметрический процессы ПЧ и AM аналогичны.

Сохранение модуляции (рис. 11.3, а). Если одним из сигналов (например, частоты ) является АМС, то все его составляющие (НК, ВБК и НБК) преобразуются так, что соотношения между их частотами и амплитудами не нарушаются. Это равноценно изменению несущей частоты (от до ) при сохранении модуляции.

Инверсия спектра происходит, если используется разностная частота . В этом случае в спектре преобразованного сигнала ВБП и НБП меняются местами − инвертируются. Действительно, если до ПЧ частота ВБК равна , то после него , т. е. ВБК превратилось в НБК. (На рис. 11.3, а инверсия подчеркнута различной штриховкой НБП исходного сигнала.) При приеме АМС с симметричным спектром инверсия не играет роли. При приеме ОПС ее необходимо учитывать. Для правильного восстановления исходного спектра УС полное число инверсий спектра в канале связи должно быть четным.

Перемещение спектра преобразованного сигнала по оси частот происходит при изменении частоты . Действительно, если , т. е. оба преобразованных спектра и частота жестко связаны, они перемещаются совместно так, что междучастотные интервалы сохраняются. Следовательно, изменяя частоту , вспомогательного генератора (гетеродина) и сохраняя неизменной частоту сигнала , мы достигаем такого же эффекта − изменения преобразованных частот , как и при изменении .

Супергетеродинное РПУ. Это РПУ, предложенное в 1917 г. Л. Леви во Франции и реализованное в 1919 г. Э. Армстронгом в США, явилось одним из важнейших изобретений в радиотехнике. Оно основано на использовании ПЧ. Попробуем вновь "изобрести" его.

В качестве исходного рассмотрим РПУ прямого усиления (рис. 11.3, б). Он состоит из входной цепи (ВЦ), резонансного УСЧ, амплитудного детектора (АД) и УЗЧ. Его РХ формируется одиночными контурами ВЦ и УРЧ, настраиваемыми на частоту сигнала при помощи сблокированных конденсаторов переменной емкости (КПЕ).

Условие настройки РПУ . Если надо принять сигнал другой частоты то, изменив емкость КПЕ и частоту , надо выполнить условие настройки на другую частоту . С таким способом настройки связаны следующие основные недостатки РПУ прямого усиления:

1) непостоянство показателей РПУ. При изменении происходит не только перемещение, но и деформация РХ, так как меняются параметры и показатели .

Условия приема оказываются весьма различными для сигналов разных частот и, как правило, неоптимальными;

2) плохая фильтрация PC. Любой высококачественный ПФ, начиная с двухконтурного, имеет постоянную настройку и его нельзя применить в диапазонном РПУ прямого усиления. Поэтому в нем используются одиночные контуры, у которых форма РХ далека от идеальной (). Отсюда и плохая фильтрация.

Конечный результат нашей разработки − РПУ, свободное от этих недостатков и удовлетворяющее следующим требованиям:

1. Основные показатели РПУ: чувствительность, полоса пропускания, избирательность по всем каналам должны быть постоянны независимо от частоты настройки.

2. Значения этих показателей должны удовлетворять нормам для РПУ данного назначения, которые соответствуют современным техническим достижениям. Идея супергетеродина проста. Она основана на применении высококачественного ФСИ (в старых РПУ − ФРИ), обеспечивающего требуемую фильтрацию PC (заданные значения ) и настроенного на частоту , называемую промежуточной частотой РПУ ().

Включим этот ФСИ (рис. 11.3, в), настроенный, например, на частоту , на выход нелинейного элемента − смесителя. От антенны на вход смесителя подадим сигнал частоты , а также напряжение от гетеродина , частоту которого , можно изменять в широких пределах.

Эти элементы входят в состав узла ПЧ, после которого (рис. 11.3, а)включены УПЧ, АД, УЗЧ и телефоны. Будем изменять частоту при помощи КПЕ до тех пор, пока сигнал не будет услышан. Очевидно, что в этот момент ФСИ настроен на частоту преобразованного сигнала (обычно резностную), т. е.

Это и есть условие настройки супергетеродина. В нашем случае этому условию соответствует частота гетеродина . Для настройки на другую частоту (например, 400 кГц) надо повысить , чтобы вновь выполнить условие: . Следовательно, настройка супергетеродина определяется частотой гетеродина .

Структурная схема РПУ показана на рис. 11.3, в. После ПЧ сигнал поступает в УПЧ, который обеспечивает основную часть () усиления радиочастотного тракта. Если использована распределенная фильтрация, то каскады УПЧ представляют собой двух- или одноконтурные взаимно расстроенные УРЧ. Если применен ФСИ, выполняющий фильтрацию полностью, то каскады УПЧ могут быть апериодическими − резисторными или трансформаторными. В любом случае усиление УПЧ не зайисит от частоты и достаточно для обеспечения линейного режима детектирования, если уровень сигнала в антенне РПУ не ниже его чувствительности. Каскады АД и УЗЧ особенностей не имеют.

Преселектор (ПРС) , состоящий из ВЦ и УСЧ и включенный между антенной и ПЧ, внешне не отличается от соответствующих каскадов РПУ прямого усиления. На первый взгляд его применение может вызвать недоумение. Действительно, ведь при включении антенны на вход смесителя прием обеспечивается, показатели РПУ высокие и постоянные и поставленная проблема как будто решена. Так для чего же нужен преселектор?

Обратимся к спектральной диаграмме рис. 11.3, в. В ней зафиксирован пример приема при условиях: . А что если из антенны поступает помеха частоты . Если она проникнет на вход смесителя, то после преобразования частоты она пройдет через ФСИ, так как . Такая помеха называется зеркальной, так как ее частота симметрична частоте сигнала относительно т.е. является как бы ее зеркальным отображением.

Помеха промежуточной частоты может пройти через смеситель и ФСИ транзитом − без преобразования частоты и независимо от настройки гетеродина. Поэтому она особенно опасна. На стандартной для вещательных РПУ промежуточной частоте запрещено работать РПДУ. Она находится вне диапазона вещательных РПУ. У профессиональных РПУ, как правило, другое значение . Возникновение этих побочных каналов приема является недостатком супергетеродина. Для подавления помех, действующих по этим каналам, в основном и предназначен преселектор.

Частота настройки контуров преселектора отстоит от н и значительно удалена от . Поэтому побочные каналы являютс удаленными по отношению к и одиночные контуры преселектор обеспечивают достаточную избирательность . Поскольку , для ее подавления можно использовать в преселекторе РФ.

Блокированием КПЕ гетеродина и преселектора и другими мера ми достигается их сопряженная настройка, благодаря которой пр любом положении ротора КПЕ выполняется условие настройки пре селектора: .

Все современные РПУ, кроме простейших, являются супергетеродинами.

Как правило, режим смесителя оказывается параметрическим, так как амплитуда сигнала мала и по отношению к ней рабочий участок ВАХ можно считать линейным.

В схемах рис. 11.3, г, д сохранены обозначения напряжений структурной схемы рис. 11.3, б. Напряжения сигнала и гетеродина поступают на два затвора ПТ. Для получения оптимального режима напряжения смещения на них должны быть различны. Это достигается при помощи делителей питающего напряжения и с которых поступают различные положительные напряжения, вычитаемые из исходного − отрицательного − напряжения авто-истокового смещения, действующего с . В цепи стока включены развязывающий фильтр и разделительные элементы . В качестве ФСИ применен ПКФ.

Балансный (БС) и кольцевой (КС) смесители. Эти смесители нашли широкое применение в современных РПУ благодаря их свойствам, уже выясненным применительно к БМ и КМ. По схеме БС и КС отличаются от БМ и КМ (рис. 11.2, д, е)применением входного радиочастотного трансформатора . Из свойств существенную роль играют следующие:

1) подавление на выходе спектра гармоник и шумов гетеродина. Последнее особенно существенно для РПУ СВЧ, где широко используют БС. На СВЧ трансформаторы неприемлемы и необходимые фазовые соотношения достигаются другими способами;

2) подавление на выходе (особенно КС) большинства побочных колебаний комбинационных частот, прием которых сопровождается свистом;

На рис. 11.3, д приведена схема КС, которая отличается от исходной (рис. 11.2, е)тем, что в ней применен только один симметричный трансформатор в цепи напряжения гетеродина (). Сигнальный вход и выход (ПРК) несимметричны. Если изъять диоды , КС превратится в БС.

В бортовом РЭО БС и КС нашли широкое применение (АРК-11, АРК-15, "Микрон" и др.).

11.4. ГЕТЕРОДИННОЕ, СИНХРОННОЕ И ФАЗОВОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

Гетеродинное детектирование. Гетеродинное детектирование (ГД) является частным случаем ПЧ. Оно отличается тем, что частоты , и близки друг к другу и разность между ними − звуковая частота биений или .

Явление биений уже рассматривалось. Суть его в том, что амплитуда БГС изменяется с частотой биений от до . Огибающая БГС (рис. 4.8) несинусоидальна, она искажена четными гармониками. Эти искажения сохраняются при линейном детектировании БГС. В тех случаях, когда их необходимо устранить, используют либо квадратичный режим АД, либо БД.

Коррекция искажений огибающей БГС при квадратичном детектировании иллюстрируется графиками на рис. 11.4, а применительно к схеме коллекторного АД, в которой нагрузка включена в цепь коллектора и на ней, как и в диодном АД, выделяется напряжение . На рисунке показано два графика огибающей БГС: с большей амплитудой (детектируется линейно) и с меньшей амплитудой (детектируется квадратично). В квадратичном режиме огибающая тока синусоидальна. Искажения устраняются за счет встречного направления кривизны ВАХ и огибающей БГС.

Рассмотрим основные применения гетеродинного детектирования.

Озвучание АМТС. При приеме АМТС на нагрузке АД выделяются импульсы постоянного напряжения, которые на слух воспринимаются как щелчки в телефонах. Для приема таких сигналов на слух их надо "озвучить". Находят применение два метода:

метод местной модуляции, состоящий в том, что в одном из каскадов УПЧ производят модуляцию телеграфного сигнала по амплитуде гармоническим колебаниям тональной частоты (чаще всего 1 кГц). В результате получают амплитудный тональный телеграфный сигнал, который детектируется обычным АД. Такой метод применен, например, в РПУ бортовых АРК;

гетеродинный метод (рис. 11.4, б),который является более совершенным. На вход ГД одновременно с АМТС частоты поступает от второго гетеродина напряжение частоты . В результате детектирования выделяется напряжение частоты , которую можно регулировать, изменяя частоту при помощи КПЕ или варикапа; управляемого ручкой "Тон биений". Эта регулировка позволяет подобрать приятный для оператора тон ТЛГ сигнала, а также выделить его по тону из помех. Питание второго гетеродина включается переключателем "ТЛФ−ТЛГ".

Детектирование ОПС. Детектирование ОПС (рис. 11.4, в)также производится гетеродинным методом и отличается от озвучания АМТС тем, что частота второго гетеродина точно равна несущей частоте, подавленной в РПДУ: . В этих условиях при приеме, например, ВБП частоты биений равны звуковым частотам модуляции, а их совокупность представляет собой спектр УС .

Любое отклонение на величину вызывает такое же смещение спектра . При этом возникают специфические искажения УС, которые уже при искажают ТЛФ сигнал до неузнаваемости. Высокая точность восстановления несущей частоты − вторая техническая трудность осуществления однополосной связи, которую удалось преодолеть путем повышения стабильности частоты гетеродинов (кварцевая стабилизация), а также из автоматической подстройки к опорной несущей частоте пилот-сигнала (системы АПЧ).

Формирование колебаний ЗЧ. Если частота генератора , стабильна, а частота изменяется, то изменяется и частота биений (рис. 11.4, г). Например, если , то перекрывает весь диапазон звуковых частот. Этот принцип используется в некоторых измерительных генераторах ЗЧ.

Измерение и калибровка частоты. Эти операции используются в гетеродинных частотомерах (рис. 11.4, д). Если частоты равны, то . Это можно зафиксировать по пропаданию звука, так как частоты ниже на слух не воспринимаются. Например, если − измеряемая частота РПДУ, а − частота гетеродина, которую можно изменять в широких пределах и точно отсчитывать по шкале, то процесс измерения сводится к следующему.

Повышая частоту приближаем ее к . Разность уменьшается. В момент, когда станет звуковой частотой, в телефонах появится тон биений. Дальнейшее приближение понижает этот тон до нулевых биений. При дальнейшем повышении когда тон биений нарастает (график на рис. 11.4, д). Ширина зоны нулевых биений, равная удвоенному интервалу неслышимых частот шириной в 32...40 Гц, наряду с точностью отсчета частоты ограничивает точность измерения этим методом.

При калибровке частоты − эталонная (опорная) частота кварцевого генератора − постоянна. Изменяя частоту сигнала РПДУ добиваются нулевых биений. В этот момент частота откалибрована.

При использовании АПЧ процесс калибровки автоматизирован. Изменение производится автоматически до совпадения с . Состояние равенства удерживается с высокой точностью, которая при фазовой автоподстройке может быть абсолютна.

Дата публикования: 2014-11-26 ; Прочитано: 912 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы

сайт - Студопедия.Орг - 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.006 с) ...

Отключите adBlock!
очень нужно

При одновременном действии сигнала и гетеродина на нелинейный элемент, в выходной цепи появляются токи комбинационных частот вида , где m и n- целые числа натурального ряда и определяют нелинейность преобразовательного элемента по отношению к сигналу и гетеродину. Если преобразователь по отношению к сигналу является линейным, то m=1, если гетеродин генерирует гармонический сигнал, то n=1.

На всех трех входах преобразователя частоты подключены селективные системы, настроенные соответственно в резонанс на входе с частотой сигнала. При этом к зажимам 3-3 подключается гетеродинная система (задаем n=1) , к зажимам 2-2 подключается селективная система в виде, например, простого колебательного контура.

Основными уравнениями, которые описывают работу 6-полюсника, являются уравнения вида:

(1)

(2)

В выражения (1) и (2) не входит время, так как 6-полюсник мы считаем безинерционным. При выводе уравнений, описывающих процесс преобразования частоты, будем считать, что напряжение сигнала U c имеет порядок десяток – сотен мкВ, что позволяет считать преобразователь частоты линейным. В то же время напряжение с частотой гетеродина U г имеет порядок десятых долей и единиц В. Поэтому, ни U c , ни U пр не вызывают изменение параметров нелинейного элемента, это делает U г.Это позволяет функции f 1 и f 2 разложить в ряд Тейлора по степеням малых переменных U c и U пр, то есть ограничившись учетом членов разложения с U c и U пр в первой степени.

(3)

Производные, являющиеся коэффициентами рядов определяются при и , то есть при действии только напряжения гетеродина;

при

Физический смысл:

Это входной ток при действии U г.

- входная проводимость.

- проводимость обратного преобразования.

Выходной ток при действии гетеродина, при отсутствии сигнала.

- крутизна.

- выходная проводимость.

Поскольку гетеродинное напряжение считается гармоническим, например, косинусоидальным: , то крутизна S(t), как периодическая функция времени, может быть представлена в виде ряда Фурье: