Көптеген радиотехникалық қосымшаларда дыбыстарды функциональды түрлендірулер қолданылады: радиотасымалдаушы құрылғыларда берілген жиіліктерді бұрышты модульдеу және жиіліктерді жоғарыға түрлендіру жүргізіледі; радиоқабылдағыштарда – қабылданған дыбыс жиіліктерін төменге түрлендіру және қайта модульдеу; резонансты емес көбею немесе жиіліктерді бөлу дыбыстарды құрастыру жән өңдеу құрылғыларын техникалық құрастыруды жеңілдет үшін қолданылады. Мұндай операциялар сызықты емес түйінмен орындалады – жиіліктерді араластырғышпен (См). Дыбыстарды сызықты емес түрлендіру талдау үшін қиын, себебі шығысында пайдалы құраушылардан басқа өзара біріккен деңгейі См сұлбасынан, кіріс дыбыстарының санынан және олардың жиілік қатынастарынан, олардың әрқайсысының амплитудаларынан тәуелді болатын өзара жинақталған өнімдердің көпшілігі пайда болады. Сонымен қатар, кіріс және шығыс порттарының әр жұбы арасында байланыс пайда болады, ол радиожүйелерді құрастыруды қиындатады. Осы құбылыстардың нәтижесі ретінде шығарылатын См атаулары өте кең, ал олардың техникалық негізделген сипаттамалары аса ерекшеленеді.
Жиілікті түрлендірушілерге қойылатын негізгі талаптар
Барлық түрлендірушілерге қойылатын негізгі талаптарды бөліп қарастырайық:
1. Жиілікті түрлендірушілерде көбею функциясы максимал нақты орындалуы тиіс, яғни түрлендіруші пайдалы дыбыстар үшін сызықты болуы тиіс. Бұл қосымша қабылдау каналдарының пайда болу мүмкіндіктерін азайту, пайдалы хабарлама модульдерін сызықты емес сақтауды азайту және қиылысатын және интермодуляциялы кедергілердің деңгейін азайту үшін қажет.
2. Дыбыс тізбектері мен гетеродин өзара байланысуы тиіс. Егер дыбыстардың тербелісі гетеродин тізбегіне кіретін болса, онда оның тербелу жиіліктері пайдалы дыбыс жиіліктері жағына жылжитын гетеродиннің созылу құбылысы байқалуы мүмкін. Гетеродиннің тербелуі пайдалы дыбыс тізбегіне өту кезінде қосымша кедергілердің пайда болуы немесе қоршаған ортаға гетеродиннің тербелуі үшін арналған шарттар пайда болуы мүмкін.
3. Дыбыстар мен гетеродиннің тербелуі аралық жиіліктер аралығына енбеуі тиіс.
Жиілік араластырғыштары
Араластырғыштардың жалпы қасиеттері. Жақсартылған аралас-тырғыштарда шығыс RF-дыбыстарының аралығында тек fLO±fIF жиіліктерінің қосынды және әртүрлі алғашқы қатарының құралғыштары ғана болады. Тек осындай араластырғыш ғана алуға ұмтыламыз, бірақ бұл нақты араластырғыштар жұмыс принциптеріне қарағанда мүмкін емес. Нақты араластырғыштарды құрастыруды қарастырайық.
ВЧ-аралығының балансты емес См сұлбасы uRF(t) және uLO(t) квазигармониялы кернеу көздеріне біріккен диодтар мен жүктемелерден тұрады. Диодтың вольт-амперлі сипаттамалары экспоненциялы функциялармен сипатталады: i(e)=Sexp(α e), мұнда S – тік, е – диод кернеуі, α – сызықты емес көбейткіш.
Егер бұл функцияны келесі түрде қарастыратын болсақ: i(e)=S[1+ αe+…+(1/n!) αnen+…], ал кернеуді жиіліктері fLO және fRF болатын синусоидалы құраушылардың қосындысы ретінде, онда тригонометриялық түрлендірулерден кейін диод токтарының аралықтарында қысқа жиіліктер мен жинақталған жиіліктер құрашыларымен кіріс дыбыстары қатары болады:
fIF=| ±mfRF ±nfLO | , (3.1)
мұнда m және n – толық сандар.
Сонымен қатар См тогында жоғары қатарлы паразитті жинақталған құралғыштар бар, егер дыбыс шығысында жақын жиіліктерімен гармониялы құраушылар болатын болса.
Әр құралғыштың қуаты араластырғыш сұлбасынан тәуелді және кіріс дыбыстарының амплитудаларымен сызықты емес байланыста болады.
Зерттелетін сұлбада паразитті құралғыштарды жою үшін аралыстырғыштан кейін сызықты-өткізгіш үзгіш қойылады, ол қосынды жиіліктерімен бірінші қатарлы құралғыштарды бөледі.
Араластырғыштар қазіргі заманғы радиоқабылдағыш құрылғыларында жиілікті түрлендірудің басты элементі болып табылады. Араластырғыштардың негізгі қасиеттерін қарастырайық.
Көбею функциясын тура жүзеге асыратын араластырғыштар аса ерекше сипаттамаларға ие, себебі олар жинақталған жиіліктермен ғана гармониялы. Мұндай араластырғыштардың жеткілікті жалпы қасиеттеріне олардың алдымен кіріс кернеуін токка беретінін жатқызуға болады, ал содан кейін токтың көбеюі жүзеге асады. Нақты араластырғыштар талдау үшін қиын, және сондықтан олардың пайдалану сапасы көптеген сипаттамалармен анықталады. Араластырғыштардың электронды аппаратураларды құру кезінде ескерілетін негізгі көрсеткіштерін үш топқа бөліп қарастыруға болады: номинал дыбыс көрсеткіштерінің сипаттамалары; беріліс және паразитті байланыс коэффициенттері; кіріс дыбыстары мен сыртқы әсер көрсеткіштеріне түрлену сезімталдылығы.
Номинал көрсеткіштері:
1. f, f, fпорттарының әрқайсысынан жұмыс жиіліктерінің аралықтары.IFRFLO
Араластырғыштар, ережеге сәйкес, өте төмен жиіліктерден бастап ондаған гигагерцке дейінгі жиіліктермен жұмыс жасайтын қабылдағыштарда қолданылады. Бір типті сериялы шығарылатын араластырғыштардың максимал жұмыс жиіліктері 100 МГц-тен 2,5 ГГц аралығын құрайды. Жұмыс жиіліктерінің аралығы көптеген жағдайларда араластырғыш түрінің соңғы түрін таңдау үшін қолданылады.
1. Динамикалық аралық.
Бұл араластырғыштың аса маңызды техникалық сипаттамаларының бірі болып табылады. Қолданылатын кедергі көздерін таратқыштар санының артуы қазіргі заманғы радиоқабылдағыштардың, ережеге сай, қатал кедергі шарттарында жұмыс жасайтынын көрсетеді. Пайдалы дыбыс аса төмен деңгейге ие жағдайда да, мысалы, байланыстың спутникті жүйелерінде, қабылдағыштың күшті араластырғыш дыбыстары кезінде жұмыс қабілеттілігі мен сипаттамаларын сақтауы талап етіледі. Араластырғыштардың динамикалық аралығының төменгі аралығы оның шу коэффициентімен анықталады, және жоғарғы аралығы интермодуляциялы құраушылардың тасымалдау коэффициенттері деңгейімен анықталады.
Пайдалы PRF және тіреу PLO дыбыстарының қуаттары. Қуат мәні жиіліктердің жұмыс аралығының орталығы үшін 1 мВт (дБмВт) деңгейі қатынасында децибелмен беріледі. PIF (PRF) араластырғышының амплитудалы сипаттамаларының сызықты еместігі (3.2 сурет) RF-кірісінде бір гармониялы дыбыс кезінде ала отырып, 1-дБ компрессия (1-dB-CompressionPoint) деңгейімен сипатталады, яғни араластырғыштың тасымалдау коэффициенті 1 дБаз дыбысты мәнмен салыстырғанда берілетін P-1дБ кіріс дыбысының қуатымен. Араластырғыштың динамикалық аралығын P-1дБ нүктесіндегі шығыс қуаты мен шу қуатының деңгейі арасындағы айырмашылық ретінде анықтауға болады, ол децибелмен өлшенеді.
Динамикалық аралық – бұл келесі қатынас:
мұнда - дыбыстың максимал деңгейі; - сезімталдылық (өз шуларының шектлеген деңгейі).
ІР3 деңгейінің көрсеткіштері өте жиі кездеседі. 3.2 суретте ІР3 нүктесін араласудың негізгі және жақын паразитті өнімдерінің қуаттары қиыласатын нүктесі деп атайды.
«Бірінші (q=1), үшінші (q=3) және төртінші (q=4) қатарлы пайдалы өнімдерге арналған араластырғыштардың амплитудалы сипаттамалары»
Сурет 3.1
Гетеродинді (тіреу) дыбыстары. Нақты араластырғыш гетеродин дыбыстарына, олардағы қысқа гармония құралғыштарына сезімтал емес, бірақ нақты жағдайлардда тіреу гетеродин көрсеткіштері араластырғыыш көрсеткіштеріне сәйкес келуі мүмкін. Белсенді емес қос балансты диодты араластырғыштар +7-ден +23 дБм дейінгі гетеродин деңгейін талап етеді. Белсенді араластырғыштар -20 +30 дБм дейінгі аралықтағы гетеродин деңгейін талап етеді. Осыдан гетеродинді генераторды өңдеу араластырғыштың таңдап алынған түрімен тығыз байланыста екені анықталады.
Шу коэффициенті. Шу коэффициенттеріне тіреу дыбыстарының қуаты әсер етеді. Ережеге сәйкес, араластырғыштар 6-дан 20 дБ дейінгі шу коэффициенттеріне ие. Белсенді емес араластырғыштардың шу коэффициенттері онда қолданылатын элементтердің түрлері мен сұлбаларының конфигурацияларынан тәуелді болады. Алғашқы араластырғыштан кейін қабылдағыштың шу коэффициентін азайту үшін аз шулы күшейткішті толықтай қосу қажет.
Номинал деңгей кезіндегі тасымалдау коэффициенттері.Тасымалдау коэффициенттері. Жиілікті аралықтың әртүрлі аймақтарын жоятын дайын күшейткіштердің болуы араластырғыштың қандай да бір күшею талаптарын азайтады. Сонымен қатар, араластырғыштың жеке күшеюі жүйенің динамикалық аралығына толығымен әсер етуі мүмкін. Көптеген жағдайларда, араластырғышты түрлендіруде енгізілетін көптеген шығындар аса маңызды емес, әсіресе белсенді емес араластырғыштарды қолдану кезінде. Белсенді араластырғыштар -1-ден +17 дБ дейінгі аралықта тасымалдау коэффициенттерін қамтамасыз етеді, ал белсенді емес араластырғыштар 5,5-тен 8,5 дБ дейінгі түрлену шығынының типті мәніне ие.
Тасымалдау коэффициенті ретінде жиі қолданылады:
СR-I түрлену коэффициенттері. Белсенді араластырғыштың бқл көрсеткішін СG (ConversionGain) күшею коэффициенті ретінде белгілейді, ал белсенді емес См – шығын коэффициенті СL (ConversionLoss) ретінде.
LO, IF және RF порттары арасындағы байланыс немесе оқшаулау коэффициенттері. Байланыс араластырғыштың қандай да бір портына берілген дыбыстың өту деңгейін сипаттайтын көрсеткіш болып табылады. Араластырғыштың шығысында болатын жалғыз дыбыс – ол аралық жиілік дыбысы. Байланыс мәні араластырғыштың балансты, қарапайым балансты немесе қос балансты болуынан тәуелді болады. Балансты емес араластырғыштарда порттар арасындағы байланыс мүлдем жоқ. Қос балансты араластырғыштар барлық үш шығыстар арасында байланысқа ие, осы себеппен оларды жиі қолданады.
Импеданстарды сәйкестендіру. Араластырғыштың барлық үш порты да сәйкес жолдармен бірдей болуы тиіс. Белсені араластырғыштарда әдетте күшею коэффициенті төмендейді. Белсенді емес араластырғыштар аралық жиілік шығысында сәйкес келмеуі мүмкін, нәтижесінде түрленудің және түрленудің паразитті өнімдерінің жоғары деңгейінің шығыны артады. Қоршаған орта мен кіріс дыбыстарының көрсеткіштерінің өзгеруі жұмыс температураларының Цельсий градусында СR-I ±1 дБ кем емес аралықта бағаланады.