СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ
METHOD OF GENERATING FREQUENCY-TO-VOLTAGE CONVERSION CHARACTERISTIC

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для построения преобразователей частоты в напряжение.
Характеристика преобразования частоты в напряжение, или иначе детекторная характеристика, как вариант, определяется избирательной линейной цепью, т.е. цепью с неравномерной амплитудно-частотной характеристикой (см., например, Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006 г., стр. 350).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ формирования характеристики преобразования частоты в напряжение, заключающийся в использовании двух параллельно включенных полосовых избирательных цепей и настройке их добротностей и резонансных частот выше и ниже центральной частоты рабочей полосы частот (см., например, Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006 г., стр. 351).
Недостатком такого способа формирования характеристики преобразования частоты в напряжение является низкая точность преобразования в широкой полосе рабочих частот. Обусловлено это тем, что точность преобразования частоты в напряжение одновременно зависит от крутизны наклона характеристики преобразования в рабочей полосе частот и близости ее к линейному закону (см., например, Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006 г., стр. 351). Однако при использовании всего двух расстроенных относительно центральной частоты полосовых избирательных цепей при увеличении крутизны наклона характеристики преобразования, формируемая характеристика сильно отклоняется от линейного закона, что особенно критично при широкой рабочей полосе частот. Кроме того, при использовании полосовых цепей максимум амплитудно-частотной характеристики равен единице, что с физической точки зрения означает то, что в параллельном колебательном контуре, используемом в прототипе, выходное напряжение по амплитуде не может превосходить напряжение на входе, а наибольшее его значение равно входному напряжению (см., например, Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2006 г., стр. 283; Змий Б.Ф. Основы теории цепей: учебник. - Воронеж: ВУНЦВВС ВВА, 2013 г., стр. 210).
Техническим результатом изобретения является повышение точности преобразования частоты в напряжение за счет формирования характеристики преобразования частоты в напряжение близкой к линейной при больших значениях крутизны наклона.
Технический результат достигается тем, что в известном способе формирования характеристики преобразования частоты в напряжение, заключающемся в использовании параллельно включенных избирательных цепей и настройке их добротностей и резонансных частот выше и ниже центральной частоты рабочей полосы частот, используют по меньшей мере две последовательно соединенные избирательные цепи верхних и нижних частот на частотах выше и ниже центральной частоты соответственно, резонансные частоты и добротности которых определяют из условия обеспечения минимального отклонения формируемой характеристики от линейного закона преобразования.
Сущность изобретения поясняется фигурой, где обозначено: пунктирная линия 1 - линейный закон преобразования частоты в напряжение; сплошная линия 2 - характеристика преобразования частоты в напряжение, сформированная известным способом с использованием двух полосовых избирательных цепей; сплошная линия 3 - характеристика преобразования частоты в напряжение, сформированная предлагаемым способом с использованием 2-х избирательных цепей нижних частот и 2-х избирательных цепей верхних частот; Δ - отклонение сформированной характеристики от линейного закона;  - формируемые характеристики преобразования частоты в напряжение, представленные в диапазоне нормированных угловых частот;  - нормированная угловая частота.
Из фигуры видно, что в случае применения параллельно включенных и расстроенных относительно центральной частоты полосовых цепей линейный закон 1, обладающий высокой крутизной в широкой полосе частот, реализовать невозможно. При этом видно, что даже при существенной меньшей крутизне в полосе рабочих частот характеристики 2, она имеет большую нелинейность.
Из фигуры видно, что характеристика преобразования, образованная включением двух последовательно соединенных избирательных цепей нижних частот и двух последовательно соединенных избирательных цепей верхних частот (график 3) имеет малое отклонение Δ от линейного закона преобразования (график 1). Это достигается за счет выбора резонансных частот и добротностей цепей верхних и нижних частот путем минимизации отклонения их совместной амплитудно-частотной характеристики от требуемой характеристики преобразования частоты в напряжение в рабочей полосе частот. При этом резонансные частоты каждой избирательной цепи отличаются друг от друга. Кроме того, избирательные цепи верхних и нижних частот характерны тем, что максимум их амплитудно-частотной характеристики равен добротности, что позволяет реализовать высокую крутизну (см., например, Попов В.П. Основы теории цепей: учеб. для вузов. 3-е изд., испр., - М.: Высш. шк. 2000 г., стр. 191; Змий Б.Ф. Основы теории цепей: учебник. - Воронеж: ВУНЦ ВВС ВВА, 2013 г., стр. 257). С физической точки зрения это означает то, что напряжение на выходе таких цепей на резонансной частоте превосходит по амплитуде входное напряжение в добротность-раз.
Задача минимизации отклонения Δ формируемой характеристики преобразования от линейного закона в рабочей полосе частот может быть решена, например, как задача приближения функций одной или нескольких независимых переменных посредством других функций, по методике изложенной в источниках 1). Коллатц Л., Крабс В. Теория приближений. Чебышевские приближения и их приложения. М.: Наука, 1978 г., 9-65 с.; 2). Ремез Е.Я. Основы численных методов Чебышевского приближения. Киев: Наукова думка, 1969 г., 624 с. Критерием получения максимального приближения формируемой характеристики к линейному закону являются равные отклонения в рабочей полосе частот, при этом количество отклонений должно быть N+2, где N - общее число избирательных цепей.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить точность преобразования частоты в напряжение при детектировании частотно-модулированных сигналов, за счет повышения крутизны линейного участка характеристики преобразования частоты в напряжение.
Изобретение может быть реализовано во всевозможных элементных базисах выпускаемых электронной промышленностью: на аналоговых схемах из пассивных элементов (RLC-базис), на аналоговых схемах из пассивных элементов с усилителями (ARLC-базис), на цифровых схемах, на коммутируемых конденсаторах и т.д.