Электрическая цепь, вольтамперная характеристика которой непрямолинейна (рис. 74,6), называется нелинейной, а элементы, создающие нелинейность цепи,— нелинейными. В нелинейной цепи ток изменяется непрямо пропорционально приложенному напряжению. Кроме полупроводниковых диодов и транзисторов нелинейными элементами являются также электронные лампы, дроссели, трансформаторы с ферромагнитными сердечниками и др.
Если в нелинейную цепь подать два напряжения с частотами © и Q, то на сопротивлении R появятся токи с частотами ю, Q, 2to и 2Q, а также токи суммарных и разностных частот, так называемых комбинационных продуктов преобразования. На этом принципе основано действие модулятора, в котором преобразуемый сигнал имеет частоту Й. Этот сигнал подают на нелинейный элемент и подключают также другое колебание с частотой Щ На выходе преобразователя будут токи с частотой о (несущая частота), (верхняя боковая частота) и со—Й (нижняя боковая частота). Частота со называется несущей потому, что с ее помощью информационный сигнал с частотой Й переносится в область частот, т. е. осуществляется преобразование частоты информационного сигнала. На рис. 75 показано расположение частот тока на выходе модулятора.
В реальных условиях информационный сигнал является многочастотным, т. е. содержит не одну частоту Й, а составляющие с частотами от Q1 до Й2. Поэтому на выходе преобразователя будут не боковые частоты, а боковые полосы частот: верхняя и нижняя.
Схемы преобразователей частоты и принцип их работы. Преобразователь частоты состоит из модулятора М и фильтра Ф (рис. 76). На вход преобразователя (зажимы 1—1) подается преобразуемый сигнал звуковой частоты us, а на выходе (зажимы 4—4) должна быть только полезная частота или полоса частот. Одновременно в схему модулятора поступает сигнал несущей частоты и На выходе модулятора (зажимы 3—5) преобразованный сигнал будет содержать целый ряд частот и в том числе верхнюю (сИ-Й) и нижнюю (со—Й) боковые частоты полезного сигнала. Все остальные частоты являются паразитными и должны задерживаться фильтром Ф.
На рис. 77, а приведена схема простейшего модулятора с одним нелинейным элементом — диодом Д. Необходимым условием работы, схемы является неравенство ит S. Предположим, что при положительных полуволнах напряжения несущей частоты к зажиму 7 диода будет подаваться положительный потенциал, а к зажиму 8 — отрицательный. В этом случае диод Д открывается, его сопротивление становится малым (примерно 50—200 Ом) и через сопротивление нагрузки RB будет проходить ток. При отрицательных полуволнах напряжения несущей частоты и диод закрывается, его сопротивление становится очень большим (сотни килоом) и ток на выходе схемы будет близок к нулю. На рис. 77, б пока-. заны графики работы схемы. В период времени A7i положительная полуволна напряжения сигнала и положительные полуволны напряжения несущей частоты будут находиться в фазе, т. е. воздействующее на диод напряжение равно их сумме. В этом случае амплитуды импульсов тока увеличиваются. На отрезке времени
АТ2 отрицательная полуволна напряжения сигнала и положительные полуволны напряжения несущей частоты будут находиться в противофазе, т. е. на диод воздействует напряжение, равное их разности. В этом случае амплитуды импульсов тока уменьшаются. Таким образом амплитуды импульсов тока в нагрузке Ra будут зависеть от амплитуды напряжения сигнала, а. их длительность будет соответствовать длительности положительных полупериодов напряжения несущей частоты. Такой модулятор называется амплитудным.
На рис. 78 показана схема последовательно-балансного преобразователя. Напряжение несущей частоты подается в средние точки дифференциальных трансформаторов ДТр1 и ДТр2. При одинаковом числе витков в полу обмотках трансформаторов и равных сопротивлениях диодов Д1 и Д2 образуется схема уравновешенного моста. При положительных полуволнах напряжения несущей частоты и отсутствии сигнала на входе преобразователя диоды Д1 и Д2 открываются и возникают токи t1 и i2. При полной уравновешенности схемы ток t'i равен току г2, а их суммарный магнитный поток, а значит, и ЭДС во вторичной обмотке ДТр2 будут равны нулю. На выходе балансной схемы (на сопротивлении RB) ни токов несущей частоты со, ни ее гармоник 2со, и т. д. не будет. Ток в нагрузке возникнет только при подаче на вход модулятора сигнала. |