Двойной балансный параллельный преобразователь частоты

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемниках, передатчиках, в телефонии. Достигаемый технический результат - уменьшение потерь при преобразовании, повышение помехоустойчивости. Двойной балансный параллельный преобразователь частоты содержит две пары диодов, источник преобразуемого сигнала, два входных трансформатора, имеющих среднюю точку во вторичной обмотке, источник преобразующего сигнала, выходной трансформатор, имеющий первую и вторую обмотки со средними точками и выходную обмотку, входящую в состав резонансной нагрузки. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть применено в различных устройствах в качестве смесителей супергетеродинных приемников, AM модуляторов, демодуляторов и пр., а также в телефонии в многоканальных системах передачи.

Цель изобретения - получение преобразователя частоты, имеющего высокий коэффициент преобразования (К_пр) даже при относительно больших входных напряжениях, с высокой помехоустойчивостью.

Составной частью изобретения является общеизвестный по многим литературным и справочным источникам балансный преобразователь, например: Н.В.Бобров, Г.В.Максимов, В.И.Мичурин Д.П.Николаев "Расчет радиоприемников" М., Воениздат, 1971 496 стр. на стр.254-259 параграф №7.4. "Расчет кристаллических преобразователей частоты" и др. источники.

Двойной балансный параллельный преобразователь частоты (ДБППЧ) состоит из двух особым образом включенных балансных преобразователей частоты (БПЧ), работающих на свою нагрузку, строго в противофазе. Результат работы обоих БПЧ выделяется выходным колебательным контуром (см. чертеж).

Объединение двух БПЧ подобным образом приобретает качественные отличия: значительно увеличивает Кпр устройства, что объясняется тем, что преобразование частоты в ДБППЧ происходит почти непрерывно, за исключением моментов периода колебаний источника преобразующего сигнала (ИПС), когда напряжение ИПС проходит через ноль, точнее от точки закрывания диодов одного БПЧ до точки открывания диодов другого БПЧ. Таким образом, в отличие от БПЧ в ДБППЧ происходит сложение преобразуемого сигнала не с полуволной ИПС, а с целой волной, что обеспечивает двухтактное преобразование частоты. Кроме этого, ввиду того, что все диоды преобразователя подключены одинаково, скажем ко входному трансформатору, либо анодами, либо катодами, то преобразование в них происходит на одинаковом участке характеристики диодов, что сводит потери при преобразовании к минимуму.

В проведенных испытаниях ДБППЧ в сравнении с кольцевым преобразователем показал значительно лучшие технические характеристики. Так ДБППЧ устойчиво работает до относительно высоких напряжений преобразуемого сигнала, более одного вольта, при небольшом уменьшении Кпр и не запирается. Можно также отметить высокую помехоустойчивость, обусловленную тем, что помеха, как и входной преобразуемый сигнал большой амплитуды, не приводит к нарушению в работе ДБППЧ, а также преобразуется по частоте.

Описание конструкции ДБППЧ: Преобразователь состоит из четырех диодов 1, 2, 3, 4, двух трансформаторов 5, 6. Трансформаторы 5, 6 - входные, 5 используется для подачи входного (преобразуемого) сигнала, 6 используется для подачи преобразующего сигнала ИПС на диоды, 7 - выходной колебательный контур.

Перечень позиций чертежа: 1, 2, 3, 4 - диоды; 5, 6 - входные трансформаторы; 7 - выходной колебательный контур; 10 - емкость колебательного контура 7; 11, 13 - концы обмоток трансформатора 5; 12 - средняя точка трансформатора 5; 20, 22 - концы обмоток трансформатора 6; 21 - средняя точка трансформатора 6; 14, 16 и 17, 19 - концы обмоток (катушек связи) выходного колебательного контура 7; 15, 18 - средние точки обмоток (катушек связи) выходного колебательного контура 7; 23, 24 - концы выходной обмотки трансформатора 7; 8 - источник преобразуемого сигнала; 9 - источник преобразующего сигнала (ИПС).

Требования к элементам: диоды 1, 2, 3, 4 желательно должны иметь близкие параметры.

Данные трансформаторов:

5: все три обмотки намотаны симметрично, имеют индуктивность.

6: обмотки 20-21 и 21-22 намотаны симметрично, имеют индуктивность. Обмотка, подключенная к ИПС, намотана отдельно.

7: обмотки (катушки связи) 14-15, 15-16 и 17-18, 18-19 намотаны симметрично, имеют индуктивность, выходная обмотка 23-24 намотана отдельно.

Количество витков трансформаторов и индуктивности сердечников трансформаторов зависят от диапазона рабочих частот преобразователя.

Остальные требования сходны с требованиями на создание подобных устройств.

ДБППЧ состоит из двух БПЧ. Первый БПЧ имеет общий со вторым трансформатор 5. Диоды 1 и 3 первого БПЧ подключены к концам 11 и 13 обмотки трансформатора 5, другими концами диоды подключены к концам 14 и 16 первой обмотки (катушки связи) колебательного контура 7. Диоды второго БПЧ 2 и 4 также подключены к концам 11 и 13 трансформатора 5, другими концами диоды подключены к концам 17 и 19 второй обмотки (катушки связи) колебательного контура 7. Колебательный контур 7 образован индуктивностью обмотки с концами 23 и 24 и емкостью 10. К средней точке 15 обмотки (катушки связи) 14-16 и к средней точке 18 обмотки (катушки связи) 17-19 колебательного контура 7 подсоединены концы 20 и 22 обмотки трансформатора 6, подключенного к ИПС. Средние точки 21 трансформатора 6 и 12 трансформатора 5 соединены. Направление всех четырех диодов может быть сменено на обратное.

Через обмотку 11-13 трансформатора 5 постоянно подается преобразуемый сигнал. Диоды 1 и 3 открываются ИПС, когда в обмотке 20-21 трансформатора 6 ток течет в направлении от вывода 21 к выводу 20 (при общепринятом: движение электронов от "+" к "-"). С входного трансформатора 5 через открытые диоды на обмотку (катушку связи) 14-16 колебательного контура 7 проходит преобразуемый сигнал. Диоды 2 и 4 в этот момент закрыты напряжением обмотки 21-22 трансформатора 6 потому, что на выводе 22 - "+", на выводе 21 - "-". Прохождение преобразуемого сигнала через закрытые диоды 2 и 4 отсутствует. Диоды 1 и 3 закрываются ИПС, когда на выводах обмотки 20-21 трансформатора 6 напряжение на выводе 20 - "+", на выводе 21 - "-". В этом случае прохождение преобразуемого сигнала через диоды 1 и 3 с трансформатора 5 на обмотку (катушку связи) 14-16 колебательного контура 7 отсутствует. Диоды 2 и 4 в этот момент открыты током ИПС: в обмотке 21-22 трансформатора 6 ток течет от вывода 21 к выводу 22. Через открытые диоды с входного трансформатора 5 на обмотку (катушку связи) 17-19 колебательного контура 7 проходит преобразуемый сигнал. ИПС в процессе работы открывает диоды 1, 3 и закрывает 2, 4, затем наоборот открывает 2, 4 и закрывает 1, 3. Результаты работы обоих БПЧ на обмотках (катушках связи) 14-16 и 17-19 складываются в магнитном сердечнике и выделяются выходным колебательным контуром 7.

Технические характеристики ДБППЧ

Входное сопротивление низкое	десятки ом
Выходное сопротивление большое	десятки тысяч ом
Входное напряжение ИПС на концах
обмотки 20-22 трансформатора 6	от 0,6 до 1,3 вольт
Входное напряжение преобразуемого сигнала, ограниченного
шумами диодов (1,2 децибел)	от ˜0,0000001 до 1,0 вольт
Коэффициент преобразования Кпр по мощности	меньше или равен 0,8
Коэффициент преобразования при величине входного преобразуемого
сигнала (Uвх), равной 1 Вольт по мощности,	меньше или равен 0,4
Испытанная верхняя частота
(По причине отсутствия более высокочастотных сердечников
трансформаторов)	150 миллионов герц

Напряжение сигнала с частотой, на которую настроен колебательный контур 7, поданное на вход ДБППЧ, на выходе отсутствует.

Излучение ИПС через ДБППЧ на вход и на выход практически отсутствует.

ДБППЧ всесторонне испытан и устойчиво работает в качестве преобразователя частоты во всеволновом приемнике в диапазоне от 0,15 до 20 миллионов герц и в УКВ-приемнике от 63 до 73 миллионов герц и от 88 до 110 миллионов герц. Приемники с ДБППЧ обеспечивают прием дальних и местных радиостанций без применения автоматической регулировки усиления в усилителях преобразуемой частоты (или УВЧ) и аттенюаторов даже при помехах, создаваемых другими радиостанциями, работающими в непосредственной близости от приемной антенны.

Двойной балансный параллельный преобразователь частоты (ДБППЧ), состоящий из двух пар диодов, источника преобразуемого сигнала, входного трансформатора, подключенного к источнику преобразуемого сигнала первичной обмоткой и имеющего среднюю точку во вторичной обмотке, источника преобразующего сигнала, другого входного трансформатора, подключенного к источнику преобразующего сигнала первичной обмоткой и имеющего среднюю точку во вторичной обмотке, выходного трансформатора, имеющего первую и вторую обмотки со средними точками и выходную обмотку, входящую в состав выходной резонансной нагрузки, отличающийся тем, что первая пара диодов подключена так, что один диод из первой пары диодов подключен одним электродом к одному концу вторичной обмотки входного трансформатора, а другим электродом подключен к одному из концов первой обмотки выходного трансформатора, другой диод из первой пары диодов подключен одним электродом к другому концу вторичной обмотки входного трансформатора, а другим электродом подключен к другому концу первой обмотки выходного трансформатора, вторая пара диодов подключена так, что один диод из второй пары диодов подключен одним электродом к одному концу вторичной обмотки входного трансформатора, а другим электродом подключен к одному из концов второй обмотки выходного трансформатора, другой диод из второй пары диодов подключен одним электродом к другому концу вторичной обмотки входного трансформатора, а другим электродом подключен к другому концу второй обмотки выходного трансформатора, средние точки обоих входных трансформаторов соединены, средние точки первой и второй обмотки выходного трансформатора подключены каждая к различным концам выходной обмотки другого входного трансформатора, подключенного к источнику преобразующего сигнала первичной обмоткой, при этом диоды первой и второй пары диодов подключены к указанным концам вторичной обмотки входного трансформатора одинаковыми электродами.