Балансный преобразователь частоты

Изобретение относится к радиотехнике для преобразвания частот в приемопередающей аппаратуре и измерительной технике. Технический результат заключается в увеличении подавления гетеродинного сигнала на выходе преобразователя частоты (ПЧ) при высоком входном сопротивлении и несимметричных входах. Балансный ПЧ содержит две пары полевых транзисторов (ПТ) (1) и (3), (2) и (4), резисторы (Р) (5, 6, 7, 10), конденсатор (К) (9), трансформатор (ТР) (8). В нагрузочных Р (7) и (10), образующих расщепленную нагрузку ПЧ, будут протекать токи, одинаковые по величине, но противоположные по фазе и пропрциональные разности амплитуд входных сигналов. Продукты суммарной и разностной частот выделяются на нагрузке, подключенной к вторичной обмотке (ТР) (8). К (9) обеспечивает гальваническую развязку по постоянному току. Низкий уровень нелинейных искажений связан с квадратичной зависимостью тока стока ПТ от напряжения на затворе. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при преобразовании частот в приемопередающей аппаратуре, измерительной технике.

Из уровня техники известен балансный преобразователь частоты (Авторское свидетельство СССР №1517116, 1989 г.), содержащий две пары биполярных транзисторов, каждая из которых состоит из транзисторов разного типа проводимости. Они имеют объединенные вместе коллекторы транзисторов разного типа проводимости, которые также объединены со стоками полевых транзисторов, используемых в режиме управляемого сопротивления, изменяемого с частотой входного сигнала. Однако данный тип преобразователя требует наличия по входам гетеродина и преобразуемого сигнала применения входных трансформаторов, формирующих противофазные входные напряжения, что усложняет реализацию преобразователя, ухудшает его частотные свойства и является существенным недостатком устройства. Высокая степень подавления сигнала гетеродина и преобразуемого сигнала возможна в узкой полосе частот и требует высокой степени симметрии трансформаторов.

Известен кольцевой преобразователь частоты (Авторское свидетельство СССР №1587616, 1988 г.), содержащий две пары биполярных транзисторов разного типа проводимости, каждая из которых имеет объединенные базы и коллекторы, соединенные с противофазными обмотками выходного дифференциального трансформатора. Преобразуемый сигнал подается на базы транзисторов разного типа проводимости с вторичной обмотки входного дифференциального трансформатора, а гетеродинный сигнал - на среднюю точку вторичной обмотки входного дифференциального трансформатора. Недостаток данного кольцевого преобразователя частоты - необходимость применения входного и выходного дифференциального трансформатора, что усложняет реализацию преобразователя, ухудшает его частотные свойства, а также повышенный уровень шума, вследствие охвата транзисторов местной отрицательной обратной связью по току. Высокая степень подавления сигнала гетеродина и преобразуемого сигнала возможна в узкой полосе частот и требует высокой степени симметрии трансформаторов.

Наиболее близким техническим решением является, балансный преобразователь частоты (Авторское свидетельство СССР №540346, 1976 г.), содержащий две пары биполярных транзисторов разного типа проводимости с объединенными эмиттерами. Причем коллекторы транзисторов одного типа проводимости из разных пар соединены, подключены к нагрузкам и являются выходами смесителя, а базы транзисторов разного типа проводимости из разных пар соединены между собой и представляют два входа смесителя. Однако данный тип преобразователя частоты при наличии несимметричного сигнального и гетеродинного входов обеспечивает низкое входное сопротивление, обусловленное применением биполярных транзисторов.

Технический результат изобретения заключается в увеличении подавления гетеродинного сигнала на выходе преобразователя частоты при высоком входном сопротивлении и несимметричных входах.

Технический результат достигается за счет того, что балансный преобразователь частоты, содержащий две пары транзисторов, каждая из которых состоит из транзисторов разного типа проводимости, и два резистора, подключенных к выводам источника питания, отличается от прототипа тем, что первая пара образована первым и третьим, а вторая пара - вторым и четвертым полевыми транзисторами, имеющими объединенные истоки. Первый и четвертый, второй и третий разнотипные полевые транзисторы имеют объединенные затворы, которые одновременно являются первым и вторым входами балансного преобразователя частоты и последовательно соединены с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с корпусом. При этом стоки однотипных первого и второго полевых транзисторов объединены и последовательно соединены с первым выводом третьего резистора, который также подключен к первичной обмотке трансформатора. Второй конец первичной обмотки трансформатора подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, который также подключен к объединенным стокам однотипных третьего и четвертого полевых транзисторов.

На чертеже приведена принципиальная схема балансного преобразователя частоты, где:

1 - первый полевой транзистор;

2 - второй полевой транзистор;

3 - третий полевой транзистор;

4 - четвертый полевой транзистор;

5 - первый резистор;

6 - второй резистор;

7 - третий резистор;

8 - трансформатор;

9 - конденсатор;

10 - четвертый резистор.

Балансный преобразователь частоты содержит две пары транзисторов с разным типом индуцированного канала, одна из которых образована первым полевым транзистором 1 и третьим полевым транзистором 3, а вторая - вторым полевым транзистором 2 и четвертым полевым транзистором 4, имеющими объединенные истоки. Затворы транзисторов с разным типом индуцированного канала из разных пар, а именно, первого полевого транзистора 1, четвертого полевого транзистора 4 и второго полевого транзистора 2, третьего полевого транзистора 3 также объединены и являются одновременно первым и вторым входами преобразователя. Стоки первого и второго полевых транзисторов 1, 2, а также третьего и четвертого полевых транзисторов 3,4 с одинаковым типом индуцированного канала объединены и соединены с третьим резистором 7 и четвертым резистором 10. Продукты суммарной и разностной частот выделяются на нагрузке, подключенной к вторичной обмотке трансформатора 8. Конденсатор 9 обеспечивает гальваническую развязку по постоянному току. Преобразователь частоты обеспечивает подавление в нагрузке сигналов входных частот.

Балансный преобразователь частоты работает следующим образом. Сигналы преобразуемых частот подаются на входы 1 и 2. При этом увеличение напряжения на затворе третьего полевого транзистора 3, включенного по схеме с общим истоком, при согласованных вольтамперных характеристиках полевых транзисторов вызовет увеличение напряжения на истоке третьего полевого транзистора 3 и увеличение тока стока третьего полевого транзистора 3. Одновременно, произойдет увеличение напряжения на истоке первого полевого транзистора 1, включенного по схеме с общим затвором по отношению к третьему полевому транзистору 3, что вызовет увеличение тока стока первого полевого транзистора 1. Увеличение напряжения на затворе третьего полевого транзистора 3, объединенного с затвором второго полевого транзистора 2, приведет к уменьшению тока стока второго полевого транзистора 2 и уменьшению тока стока четвертого полевого транзистора 4. Таким образом, в нагрузочных резисторах 7 и 10, образующих расщепленную нагрузку преобразователя частоты, будут протекать токи одинаковые по величине, но противоположные по фазе.

При одновременном поступлении на преобразователь частоты сигналов преобразуемых частот мгновенные значения тока стока полевых транзисторов первого 1, второго 2, третьего 3, четвертого 4 определяются мгновенным значением преобразуемых сигналов, прикладываемых между затворами и истоками соответствующих полевых транзисторов. На нагрузочных резисторах 7 и 10 образуются продукты преобразования, пропорциональные разности амплитуд входных сигналов, но находящиеся в противофазе. На третьем резисторе 7, подключенном к первичной обмотке трансформатора 8, выделяются продукты преобразования сигналов входных частот. Низкий уровень нелинейных искажений объясняется квадратичной зависимостью тока стока полевых транзисторов от напряжения на затворе. Входное сопротивление практически определяется величиной сопротивления первого резистора 5 и второго резистора 6 и может быть достаточно большим.

Балансный преобразователь частоты отличается высоким подавлением сигналов преобразуемых частот в спектре выходного сигнала, обладает высоким входным сопротивлением при несимметричных входах, характеризуется низким уровнем нелинейных искажений вследствие применения полевых транзисторов с квадратичной проходной характеристикой.

Балансный преобразователь частоты, содержащий две пары транзисторов, каждая из которых состоит из транзисторов разного типа проводимости, и два резистора, подключенных к выводам источника питания, отличающийся тем, что первая пара образована первым и третьим, а вторая пара - вторым и четвертым полевыми транзисторами, имеющими объединенные истоки, а также первый и четвертый, второй и третий разнотипные полевые транзисторы имеют объединенные затворы, которые одновременно являются первым и вторым входами балансного преобразователя частоты и последовательно соединены с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с корпусом, при этом стоки однотипных первого и второго полевых транзисторов объединены и последовательно соединены с первым выводом третьего резистора, который также подключен к первичной обмотке трансформатора, второй конец которой подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, который также подключен к объединенным стокам однотипных третьего и четвертого полевых транзисторов.