Двойной кольцевой преобразователь частоты

(51) 03 7/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ нетехнологического трансформатора позволяет упростить, удешевить устройство в целом и улучшить масса-габаритные показатели, что дает возможность изготовления интегральной микросхемы. Сущность решения технической задачи варианта с развитием заключается в том, что в устройстве(решенной в основной задаче) удалось диодный мост, участвующий только в фазовращательном процессе, задействовать для дополнительного увеличения мощности преобразуемого сигнала. При этом, в предлагаемых устройствах сохраняются основные достоинства устройства прототипа - расширенный частотный диапазон и повышенная точность преобразования при снижении требовании к подбору диодов, что исключает регулировку(балансировку) преобразователя. Эффективность предлагаемых устройств существенно проявляется в аппаратуре,использующая преобразование частоты,предъявляющая жесткие требования к балансировке преобразующего сигнала в длительных и сложных дестабилизирующих условиях.(54) ДВОЙНОЙ КОЛЬЦЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ(57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоприемной,передающей и электро- радиоизмерительной аппаратуре. Предлагаемое основное техническое решение и вариант с развитием относится к преобразователям частоты, выполненных на полупроводниковых диодах. Сущность решения основной технической задачи заключается в том, что устройство содержит два диодных моста и, в отличие от известных, в нем отсутствуют сложные многообмоточные трансформаторы, а введенные резисторы и конденсаторы, выполняющие функции выходного дифференциального трансформатора, позволяет достичь повышенную линейность амалитудночастотной характеристики. Исключение сложного 20347 Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемо-передающих устройствах и электро-радиоизмерительной аппаратуре. Известен кольцевой преобразователь частоты(А.с. СССР 743162, опубл. 25.06.08, МПК Н 03 Д 7/02), в состав которого входят диодный мост,входной и выходной трансформатор. Хотя это устройство и обеспечивает повышенную точность преобразования при снижения требования к подбору диодов, но наличие выходного дифференциального трансформатора существенно снижает линейность амплитудно-частотной характеристики. В тоже время, наличие двух сложных нетехнологических трансформаторов существенно усложняет и удорожает устройство в целом и не отвечает современным масса-габаритным требованиям, что значительно затрудняет изготовление интегральной микросхемы. Известен кольцевой преобразователь частоты(А.с. СССР 1228215, опубл. 30.04.86, МПК Н 03 Д 7/02), в состав которого входят диодный мост и три дифференциальных трансформатора. Хотя это устройство и обеспечивает повышенную точность преобразования при снижении требований к подбору диодов и обладает расширенным рабочим диапазоном в области высоких частот, но наличие выходного дифференциального трансформатора существенно снижает линейность амплитудночастотной характеристики. В тоже время, наличие трех сложных нетехнологических трансформаторов усложняет и удорожает устройство в целом и не отвечает современным масса - габаритным требованиям,что исключает изготовление интегральной микросхемы. Наиболее близким по технической сущности(прототип) являются кольцевой преобразователь частоты (А. с. СССР 1370721 опубл. 30.01.88,МПК Н Д 7/02), содержащих первый и второй диодный мост, вторые диагонали, которых включены параллельно между собой и являются входом одного из преобразуемых сигналов, два ограничительных резистора, первые выводы которые подключены к первой диагонали второго диодного моста, а вторые выводы являются входом второго преобразуемого сигнала, а также общую нагрузку. Хотя это устройство и обеспечивает повышенную точность преобразования при снижении требований к подбору диодов и не содержит двух входных дифференциальных трансформаторов и поэтому обладает расширенным частотным диапазоном, но наличие частого зависимого выходного дифференциального трансформатора существенно снижает линейность амплитудно-частотной характеристики, усложняет,удорожает устройство в целом и не отвечает современным масса - габаритным требованиям, что затрудняет возможность изготовления интегральной микросхемы. В тоже время, это устройство не обеспечивает достаточную мощность преобразуемого сигнала, так как это мощность определяется работой лишь первого диодного моста,2 а второй диодный мост совместно с первым участвует только в фазовращательном процессе. Первая задача изобретения - избавиться от сложного выходного дифференциального трансформатора и тем самым повысить линейность амплитудно-частотной характеристики, улучшить массагабаритные показатели устройства и обеспечить возможность использования современной технологии изготовления интегральной микросхемы,при сохранении основных достоинств устройства-прототипаповышенную точность преобразования при снижении требований к подбору диодов и расширенный частотный диапазон. Вторая задача изобретения - обеспечить работу второго диодного моста (нагрузить), участвующий лишь в фазовращательном процессе,для дополнительного повышения мощности преобразуемого сигнала. Решение постановленной задачи достигается тем, что в двойном кольцевом преобразователе частоты, содержащем первой и второй диодный мост, вторые диагонали, которых включены параллельно между собой и являются входом одного из преобразуемых сигналов,два ограничительных резистора, первые выводы которых подключены к первой диагонали второго диодного моста, а вторые выводы являются входом второго преобразуемого сигнала, а также общую нагрузку, в него введены два переходных и один разделительный конденсаторы, и пара первичных нагрузочных резисторов, первые выводы которых подключены к первой диодного моста и выводам одного из переходного конденсатора, а вторые выводы - подключены к первым выводам ограничительных резисторов и выводам другого переходного конденсатора,общая нагрузка подключена через разделительный конденсатор к первому выводу одного из первичных нагрузочных резисторов и к второму выводу другого первичного нагрузочного резистора. Решение поставленной второй задачи достигается тем, что в двойном кольцевом преобразователи частоты (решенной в первой задаче), в него введены третий конденсатор и вторая пара первичных нагрузочных резисторов, первые выводы которых подключены к первой диагонали второго диодного моста и выводам третьего переходного конденсатора, а вторые выводы подключены к первым выводам ограничительных резисторов, общая нагрузка подключена через разделительный конденсатор диагонально к первым выводам первичных нагрузочных резисторов разных пар. Это позволяет первое (в соответствии с решенной первой задачи) - достичь повышенной линейности амплитудно-частотной характеристики,так как удалось избавиться от частотозависимого выходного сложного трансформатора, функции которого выполняют пара первичных нагрузочных резистора и два переходных конденсатора. При этом, предлагаемое устройство стало без трансформаторным, что улучшает масса 20347 габаритные показатели, упрощает и удешевляет преобразователь в целом и дает возможность изготовления интегральной микросхемы, при сохранении основных достоинств устройствапрототипа второе (в соответствии с решенной второй задачи) - повысить мощность преобразуемого сигнала, так как введение второй дополнительной пары первичных нагрузочных резисторов и переходного конденсатора удалось обеспечить работу обоих диодных мостов не только в фазовращательном процессе, но и для дополнительной передачи энергии (мощности) от источника преобразуемого сигнала в общую нагрузку. Сущность изобретения поясняется чертежом(принципиальной электрической схемой),приведенным на фиг.1 на фиг.2 - то же, вариант с развитием. Предлагаемый двойной кольцевой преобразователь частоты по фиг.1 содержит первый диодный мост 1, второй диодный мост 2, источник преобразующего (несущего) сигнала 3, два ограничительных резистора 4. Источник преобразуемого (входного - звукового) сигнала 5,пару первичных нагрузочных резисторов 6, общую нагрузку 7, диоды 8, 9, 10 и 11 диодного моста 1,диоды 12,13,14 и 15 диодного моста 2, два переходных конденсатора 16 и 17 и один разделительный конденсатор 18. Резисторы 4 служат для ограничения тока через каждые пары открытых диодов диодного моста 1 и 2 во время действия,в соответствующие полупериоды, источника преобразующего сигнала 3. резисторы 6, включены последовательно с первой диагональю первого диодного моста и источником преобразующего сигнала 3 и параллельно относительно источника преобразуемого сигнала 5,являются первичными нагрузочными резисторами,где выделяются предварительно продукты преобразования. Конденсаторы 16 и 17 служат для перехода последовательной работы первичных нагрузочных резисторов 6 в параллельную работу. Конденсатор 18 необходим для гальванической развязки 9 разделения) общей нагрузки 7 от всего устройства преобразования сигналов,осуществляющийся на первичных нагрузочных резисторах, являются выходом преобразователя. Общая нагрузка 7 подключена через разделительный конденсатор 18 либо - к первому выводу нижней по схеме резистора 6 и к второму выводу верхней по схеме резистора 6 либо - к второму выводу нижней по схеме резистора 6 и к первому выводу верхней по схеме резистора 6 два варианта подключения общей нагрузки стало возможным ввиду симметричности схемы устройства. Предлагаемый двойной кольцевой преобразователь частоты, приведенный на фиг. 1,работает следующим образом. Источник 3 преобразующего (несущего) сигнала управляет процессом открывания и закрывания двух диодов в каждом из диодных мостов 1 и 2. В положительный полупериод источника 3 открыты диоды 8 и 9 диодного моста 1 и диоды 12 и 13 диодного моста 2, а другие пары каждого моста в этот момент заперты. Ток преобразуемого (входного-звукового) сигнала на выход (в общую нагрузку 7) двойного кольцевого преобразователя частоты проходит при обоих полупериодах напряжения преобразующего сигнала. При этом в положительный полупериод напряжения, преобразующего сигнала ток входного сигнала первоначально проходит через пару первичных нагрузочных резисторов по двум параллельным цепям верхний - по схеме конец источника 5, открытые диоды 12 и 13 диодного моста 2, резисторы 6, открытые диоды 8 и 9 диодного моста 1 и нижний - по схеме конец источника 5. Ток входного сигнала, проходя через первичные нагрузочные резисторы 6, создает на них падения напряжения и посредством включаются параллельно между собой одноименными полярностями и поэтому складываются, и суммарный ток проходит через разделительный конденсатор 18 в общую нагрузку 7. В отрицательный полупериод преобразующего сигнала прохождения тока входного сигнала в общую нагрузку происходит аналогично. Отличие заключается в том, что в работе участвуют открытые диоды 14 и 15 диодного моста 2 (другая пара диодов диодного моста 2 закрыты) и открыты диоды 10 и 11 диодного моста 1 (другая пара диодов диодного моста 1 закрыты). При этом в общую нагрузку 7 проходит суммарный ток, но противоположный тому, что был в положительный полу период напряжения источника преобразующего сигнала. Таким образом,обеспечивается двухтактное преобразование частоты. Высокая степень компенсации (балансировка) напряжения преобразующего сигнала в общей нагрузке достигается следующим образом. В положительный полупериод ток преобразующего сигнала проходит по двум параллельным цепям первая цепь - резисторы 4, открытые диоды 12 и 13 диодного моста 2 и вторая цепь - резисторы 4,первичные нагрузочные резисторы 6 и открытые диоды 8 и 9 диодного моста 1. Проходя через первичные нагрузочные резисторы 6, ток преобразующего сигнала во второй цепи создает на этих резисторах падения напряжения и посредством переходных конденсаторов 16 и 17, эти напряжения включаются параллельно между собой разоименными полярностями и поэтому вычитаются(компенсируются) и в результате компенсации ток преобразующего сигнала в общей нагрузке 7 отсутствует. При этом, если диоды 8, 9,12 и 13 не идентичны по своим параметрам или изменяются из-за дестабилизирующих факторов, то высокая степень компенсации тока преобразующего сигнала не нарушается, так как ток преобразующего сигнала во -второй цепи протекает последовательно через открытые диоды 8 и 9 и нагрузочные резисторы 6,где создаются равные по абсолютной величине падения напряжения и при параллельном противофазном включении всегда компенсируется. Степень (точность) компенсации зависит только от равенства сопротивлений (величин) между собой 3 20347 нагрузочных резисторов 6. Это условие на практике выполняются просто соответствующим выбором класса точности резисторов 6. Ток преобразующего сигнала, протекающий по первой цепи, на компенсацию никакого влияния не оказывает, так как этот ток не проходит через первичные нагрузочные резисторы 6. В отрицательный полупериод тока преобразующего сигнала процесс компенсации аналогичен описанному, только вместо диодов 8,9 и 12,13, которые в этот полупериод закрыты, в работе участвуют другие пары диодов каждого моста - 10,11 и 14,15. Вышеизложенное показывает, что в предлагаемом устройстве сохранены основные достоинства устройства-прототипа - повышенная точность преобразования при снижении требований к подбору диодов и расширенный частотный диапазон. В предлагаемом устройстве, изображенном фиг. 1, по сравнению с устройством- прототипом удалось избавиться от выходного сложного трансформатора,роль которого успешно выполняют резисторы 6 и конденсаторы 16 и 17. Известен, что активные сопротивления резисторов,в отличии от индуктивного сопротивления обмоток трансформатора, не зависят от изменений частоты сигнала, и поэтому в предлагаемом устройстве достигнуто повышенная линейность амплитудно частотной характеристики. При этом, устройство стало безтрансформаторным, что упрощает и удешевляет преобразователь в целом и улучшается массогабаритные показатели, позволяющая использовать современную технологию изготовления интегральной микросхемы. Двойной кольцевой преобразователь частоты,приведенный на фиг. 2, то же, что и на фиг. 1 вариант с развитием и содержит дополнительно вторую пару первичных нагрузочных резисторов 19 и один переходной конденсатор 20. Ограничительные резисторы 4 в этом варианте можно исключить, так как роль успешно могут выполнить первичные нагрузочные резисторы 19 и 6. Переходные конденсаторы 16,17 и 20 аналогично,как и в устройстве по фиг. 1, обеспечивает переход последовательной работе первичных нагрузочных резисторов 6 и 19 в параллельную работу. При этом,конденсатор 17 является общим для обоих пар первичных нагрузочных, резисторов. Для передачи предварительных результатов преобразования,происходящих на первичных нагрузочных резисторах 19 и 6, изменено место подключения общей нагрузки 7. Общая нагрузка 7 подключается через разделительный конденсатор 18 либо - к первым выводам верхней по схеме резистора 19 и нижней схеме резистора 6 (соответствует приведенной на фиг. 2) либо к первым выводам нижней по схеме резистора 19 и верхней по схеме резистора 6, то есть диагонально. Два варианта подключения общей нагрузки стало возможным ввиду симметричности схеме устройства. Двойной кольцевой преобразователь частоты,приведенный на фиг. 2, работает следующим образом. Цепи прохождения от источника 4 преобразующего сигнала 3 и преобразуемого сигнала 5 аналогичны описанным выше устройства по фиг. 1. Ниже будут изложены отличия. В положительный полупериод напряжения преобразующего сигнала ток входного сигнала первоначально проходит через,первичные нагрузочные резисторы 19 и 6 по двум параллельным цепям верхний -по схеме конец источника 5, открытые диоды 12 и 13 диодного моста 2, верхние - по схеме нагрузочные резисторы 19 и 6, нижние - по схеме нагрузочные резисторы 19 и 6 открытые диоды 8 и 9 диодного моста 1 и нижний - по схеме конец источника 5. Ток входного сигнала, проходя последовательно через каждые верхние и нижние - по схеме первичные нагрузочные резисторы 19 и 6, создает на них падения Напряжения и посредством переходным конденсатором 16 и 20 прикладываются параллельно к общей нагрузке 7 через разделительные разделительный конденсатор 18 одноименными полярностями,и поэтому складываются. При этом,суммарный ток обеспечивает передачу в общую нагрузку 7 максимально возможную мощность преобразуемого сигнала от обоих пар первичных нагрузочных резисторов. В отрицательный полупериод преобразующего сигнала прохождения тока входного сигнала в общую нагрузку происходит аналогично. Также сохраняется принцип двухтактного преобразования. Высокая степень компенсации (балансировка) напряжения преобразующего сигнала в общей нагрузке достигается в устройстве по фиг. 2 аналогично вышеизложенному устройству по фиг.1. При этом, падения напряжения на нагрузочных резисторах 19 и 6 включается параллельно между собой в каждой паре посредством конденсаторов соответственно 20, 17 и 16, 17 противоположными полярностями,и поэтому полностью компенсируются. Условие балансировки - равенство сопротивлений (величин) нагрузочных резисторов между собой в каждой паре, что легко выполняется соответствующим выбором класса точности резисторов. Интересно отметь, что высокая степень компенсации преобразующего сигнала в общей нагрузке не нарушается и в том, случае, если исключить конденсатор 17, при этом, процесс компенсации происходит несколько иначе и в два этапа. На первом этапе - падения напряжения на верхних по схеме нагрузочных резисторах 19 и 6 включаются последовательно между собой противоположными полярностями и прикладываются к общей нагрузке 7 через конденсаторы 18 и 16, и поэтому компенсируются,но не полностью остается некомпенсированный остаток преобразующего сигнала. Это происходит потому, что токи, проходящие через нагрузочные резисторы 19 и 6 и соответствующие диоды разных диодных мостов 1 и 2 не равны между собой, так как параметры диодов не идентичны. Аналогично процесс компенсации происходит на нижних по схеме нагрузочных резисторах 19 и 6 через 20347 конденсаторы 20 и 18 и также остается некомпенсированный остаток преобразующего сигнала. На втором этапе - некомпенсированные остатки напряжения на верхних и нижних - по схеме,нагрузочных резисторах включается параллельно между собой посредством конденсаторов 16 и 20 противоположными полярностями, и поэтому теперь полностью компенсируются. Условием балансировки и в этом случае остается равенство сопротивлений (величин) между собой в каждой паре нагрузочных резисторов. Интересно,что неравенство сопротивлений одной пары нагрузочных резисторов по отношению к другой паре не нарушает высокой точности компенсации преобразующего сигнала в общей нагрузке. Следовательно, нет необходимости выбора равенства четверки резисторов, а достаточно попарный выбор нагрузочных резисторов по классу точности. В устройстве, изображенном на фиг. 2, которое является вариантом развития устройства,приведенном на фиг.1, удалось (путем введения дополнительной пары первичных нагрузочных резисторов) обеспечить работу второго диодного моста не только в фазовращательном процессе, но и для дополнительного увеличения мощности преобразуемого сигнала. Предлагаемое устройство (фиг.1, фиг.2) названо двойным кольцевым преобразователем частоты ввиду того, что основу составляют два диодных моста, в каждом из которых диоды включены проводимостью последовательно - по кольцу. По принципу действия, как было изложено выше,относится к классу двойных балансных преобразователей частоты. Таким образом,предлагаемый двойной кольцевой преобразователь частоты. Приведенный на фиг. 1, при его реализации, позволяет повысить линейность амплитудно - частотной характеристики и при необходимости изготовить интегральную микросхему, так как не содержит в своем составе трансформаторов, а предлагаемое устройство,изображенном на фиг.2, дополнительно позволяет увеличить мощность преобразуемого сигнала. При этом,сохраняются основные достоинства устройство - прототипа - повышенная точность преобразования при снижении требований к подбору диодов и расширенный частотный(балансировки). Эффективность предлагаемых устройств существенно проявляется в устройствах,использующие преобразование частоты, предъявляющие жесткие требования к балансировке преобразующего сигнала в длительных и сложных дестабилизирующих условиях. В тоже время, достоинства предлагаемых устройств дает возможность более широко его. использовать в самых различных приемопередающих устройствах и электрорадиоизмерительных аппаратуре. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Двойной кольцевой преобразователь частоты,содержащий первый и второй диодный мост, вторые диагонали, которых включены параллельно между собой и являются входом одного из преобразуемых сигналов, два ограничительных резисторов, первые выводы которых подключены к первой диагонали второго диодного моста, а вторые выводы являются входом второго преобразуемого сигнала, а также общую нагрузку, отличающийся тем, что введены два переходных и один разделительный конденсатор, и пара первичных нагрузочных резисторов, первые выводы которых подключены к первой диагонали первого диодного моста и выводам одного из переходного конденсатора, а вторые выводы - подключены к первым выводам ограничительных резисторов и выводам другого переходного конденсатора,общая нагрузка подключена через разделительный конденсатор к первому выводу одного из первичных нагрузочных резисторов и к второму выводу другого первичного нагрузочного резистора. 2. Двойной кольцевой преобразователь частоты по п.1, отличающийся тем, что введены третий переходной конденсатор и вторая пара первичных нагрузочных резисторов, первые выводы которых подключены к первой диагонали второго диодного моста и выводам третьего переходного конденсатора, а вторые выводы - подключены к первым выводам ограничительных резисторов,общая нагрузка подключена через разделительный конденсатор диагонально к первым выводам первичных нагрузочных резисторов разных пар.