Каталог статей

Главная » Все схемы » Радиосвязь » Трансиверы и радиостанции

Выбранная схема!!!


3953
Схемотехника - УКВ аппаратура_смесители
                                                                           АЗБУКА УКВ-АППАРАТУРЫ

Часть 1. Блоки УКВ аппаратов
Статья 4. Смесители высоких частот.

Требования к смесителям

Параметры приемной части любого радиоприемника во многом зависят от смесителя расположенного сразу же после усилителя поступающих от антенны сигналов.

Смеситель должен иметь:

• высокий коэффициент передачи;

• малый уровень шума (для повышения чувствительности);

• также смеситель должен хорошо подавлять мешающие сигналы мощных радиостанций, те не детектировать их (для повышения помехоустойчивости).

Кроме этих основных требований имеютсяспецифические требования, предъявляемые к смесителям связных УКВ приемников, - это достаточно высокий коэффициент передачи и малый уровень собственных шумов при большом динамическом диапазоне.

В настоящее время широко применяют два типа смесителей:

• на активных элементах (транзисторах), позволяющие получить усиление сигнала при преобразовании;

• на пассивных элементах (чаще всего полупроводниковых диодах), коэффициент передачи которых меньше единицы.

 Широкое применение находят так назывемые балансные смесители, представляющие собой обычно симметричные мостовые схемы, в которых можно осуществить подавление нежелательных продуктов смешивания двух сигналов.
 В балансных смесителях применяют высокочастотные диоды или мощные полевые транзисторы, допускающие большие уровни входных сигналов и колебаний гетеродина.

 Многие разработчики схем радиоприемников широко применяют двойные балансные смесители, т.е. смесители, балансные не только по отношению к колебаниям гетердина, но и к входному сигналу. Иными словами эти типы смесителей позволяют на выходе иметь ослабленные сигналы и гетеродина и входные сигналы. Т.е. они обеспечивают на выходе меньший уровень побочных продуктов преобразования по сравнению с обычными балансными смесителями В двойных балансных смесителях желательно использовать диоды Шоттки (например, типа АД112А, КД514). Основное преимущество диодов Шоттки перед диода-
ми на р-п-переходах - это большое отношение обратного сопротивления к прямому и незначительная емкость при нулевом смещении. Благодаря этому диоды Шоттки имеют очень малое время переключения и, следовательно, широкий частотный диапазон (до 300 ГГц). На частотах до 20...30 МГц достаточно хорошими преобразовательными свойствами обладают и обычные высокочастотные кремниевые диоды, например, типа КД503 и германиевые типа ГД507.

При конструировании приемников со смесителями на диодах следует принимать во внимание, что сигнал ПЧ по уровню меньше входного сигнала на величину потерь в смесителе (на 6... 10 дБ).

 Коэффициент преобразования смесителя любой конструкции в значительной мере зависит от согласования сопротивлений его входов и особенно согласование выхода отсмесителя с сопротивлением подключенных
к этому выходу каскадов в широкой полосе частот. Рассогласование приводит к уменьшению коэффициента преобразования и увеличению шумов смесителя. Кроме того, снижается на 6...10 дБ динамический диапазон смесителя.

 Согласование сопротивлений в широкой полосе частот является сложной задачей, поскольку высокоизбирательные фильтры, включаемые обычно после преобразователей, обладают большой частотной нерав-номерностью входного сопротивления. Для улучшения условий работы диодного смесителя между ним и фильтром часто включают малошумящий усилитель на полевомтранзисторе по схеме с общим затвором и работающем при токе канала, обеспечивающем требуемое входное сопротивление.

 При разработке приемника или трансивера часто возникает вопрос: какой использовать смеситель - активный или пассивный? Многие радиолюбители считают, что наличие усиления у активных смесителей является
решающим фактором. На самом деле это не всегда так. Динамический диапазон приемника с пассивным смесителем зачастую бывает больше, чем у приемника с активнымсмесителем.

 Нужно иметь в виду, что каскад, следующий за смесителем, должен быть с низким коэффициентом шума. Это очень важно для реализации преимуществ пассивного смесителя.
 И еще. Уделять внимание созданию большого динамического диапазона стоит только тогда, когда радиоприемник предназначаетсядля работы с соседними мощными радиостанциями. Если радиоприемник будет рабо-
тать в небольшом городке или в сельской местности, то величина динамического диапазона этого приемника вас нисколько не должна беспокоить
.
Смесители на транзисторах
Простые смесители на транзисторах

В предыдущей статье 3 на рис. 3.1 и рис. 3.2 вы уже встречали смеситель, выполненный на полевом транзисторе КПЗОЗ.  Достоинства этого смесителя заключаются в простоте его схемы, в малых шумах, а также
большое значение во многих случаях имеет его высокое входное сопротивление.

Смеситель с отдельным гетеродином

На рис. 4.1 приведена схема простого конвертера, в котором смеситель выполнен на биполярном высокочастотном транзисторе.  Эта схема приведена здесь мною только в учебных целей, как один из возможных
вариантов исполнения смесителя на Сверхвысоких Частотах (СВЧ). Схема значительно упрощена. Желающим познакомиться с практическими вариантами схем, в которых используются подобные смесители,
предлагаю посетить в Интернете сайт по адресу http://www.shustikov.by.ru/.


 Частота гетеродина зависит от длины полосковой линии L2. Сигнал гетеродина подается на базу смесителя через конденсатор очень маленькой емкости С7. Практически С7 выполнен в виде кусочка жести 3x6 мм.

 Цепи питания должны быть отделены от основной схемы экраном (на схеме не показано), конденсаторы СЗ, С6, С8, С9, С11, С12 и С15 - это проходные конденсаторы.
Гетеродин от УВЧ также должен быть отделен экраном.
 Параметры контуров приводить не буду, т.к. схема приводится не для повторения.

 Смеситель на двухзатворном полевом транзисторе

На рис. 4.2 приведена широкораспространенная схема ВЧ смесителя на двухзатворном полевом транзисторе. Её достоинством является сравнительно малый уровень шумов и большое усиление сигнала на выходе.


Режимы работы транзистора подбираются путем изменения величин резисторов R2 и R4. Схема аппарата с этим смесителем будет приведена в следующих главах, поэтомуданные деталей здесь не привожу.

Смеситель, совмещенным с гетеродином

На рис. 4.3 приведена схема, в которой транзистор VT1 является одновременно и гетеродином и смесителем.


 Подобные схемы применяются в дешевых бытовых радиоприемниках с УКВ диапазоном. В радиолюбительской практике подобные схемы могут применяться в различных вспомогательных устройствах или в схемах
простейших приемников УКВ диапазона.  В этой схеме сигнал от усилителя высокой частоты через конденсатор С1 поступает на эмиттер транзистора На транзисторе VT1 выполнен УВЧ, сигнал от которого через конденсатор С4 поступает на базу транзистора VT2, который работает в режиме смесителя. Режим работы этого транзистора задается переменным резистором R8. На транзисторе VT3 выполнен гетеродин .

 VT1. Питание на эмиттер поступает через дроссель Др1, который для приходящего ВЧ сигнала представляет собой большое сопротивление. Конденсаторы С2 и СЗ служат для согласования входящего ВЧ сигнала с транзисторным генератором на VT1. Контур Этогденсатором С2. Через контур связи L2 сигнал подается на эмиттер транзистора VT1. Транзистор VT1 одновременно с функциями смесителя является гетеродином, вырабатывающим электромагнитные колебания с частотой, на которую настроен контур L3C8. На величину этой частоты также будут влиять внутренние емкости транзистора, попадающие на контур через конденсатор С7.

В контуре L4C9 выделяются сигналы промежуточной частоты, являющиеся результатом смешивания сигнала гетеродина с сигналом от УВЧ. Дроссель Др1 препятствует попаданию на контур L4C9 высокочастотных сигналов от гетеродина. Через катушку связи L5 сигнал ПЧ по коаксиальному кабелю может подаваться на вход приемника ПЧ сигналов.

 Перестройка гетеродина может выполняться путем изменения напряжения источника питания транзистора VT1. Изображенные на схеме контурные индуктивности могут иметь следующие размеры: L1 - 30...40 мм длиной из медной проволоки диаметром 2...2,5 мм, L1 - 20 мм длиной из проволоки  диаметром 1мм. L3 - 25. ..30 мм.

 В цепи коллектора VT1 располагается контурная катушка L2, которая совместно с конденсаторами С6, С9 и С11 является первой ячейкой фильтра ПЧ и представляет собой контур, настроенный на промежуточ-
ную частоту. 

 Приводить данные контуров, по моему мнению, не имеет смысла, т.к. при желании эти параметры всегда можно рассчитать.

 Еще один вариант однотранзисторного смесителя с совмещенным гетеродином представлен на рис. 4,4. Схема рассчитана на применение в диапазоне дециметровыхволн. Например, в конверторах для приема
телевизионных сигналов на ДМВ диапазонах, или в простейшем конвертере для приема сигналов любительских радиостанций в диапазоне 432...436 МГц.


Сигнал от УВЧ поступает через конденсатор С1 на контур L1C2, который настраивается на частоту поступившего сигнала кон-ной из проволоки диаметром 1 мм.

Катушка L4 может быть намотана на каркасе с подстроечным сердечником диаметром 4 мм и иметь 4...6 витков провода ПЭЛ-0,3. Катушка L5 имеет 3...4 витка изолированного  провода и наматывается поверх катушкиL4 возле ее заземленного конца.
 
Далее в цикле статей будет напечатана полная схема одного из вариантов подобного конвертера.

Балансные смесители на транзисторах

Балансные смесители работают на принципах сбалансированного ВЧ моста. Важным достоинством таких смесителей является хорошее подавление мешающих сигналов, в том числе и сигналов гетеродина. Существуют также схемы с двойной балансировкой, которые кроме подавления сигнала гетеродина подавляют и входной ВЧ сигнал. Если балансный смеситель выполнен на малошумящих элементах, то это еще больше увеличивает достоинства такого смесителя.

 Особого внимания заслуживают смесители на полевых транзисторах, включенных как управляемые активные сопротивления. Схема балансного смесителя дана на рис. 4.5.

 

К достоинствам такого смесителя относится также очень малая мощность, потребляемая  от гетеродина, поэтому гетеродин почти не нагружается, что очень важно для УКВ аппаратуры, в смысле стабильности частоты.

 При малых напряжениях сток-исток, независимо от его полярности, канал полевого транзистора ведет себя как обычное активное сопротивление. Значение этого сопротивления можно изменять от нескольких МОм
при запирающем напряжении на затворе до сотен Ом. Таким образом, если подать гетеродинное напряжение на затвор, получится почти идеально подходящий для смесителей линейный элемент, управляемый только
напряжением гетеродина (но не напряжением сигнала), что обеспечивает высокую помехоустойчивость и реальную селективность. В схеме рис. 4.5 транзисторы отпираются лишь положительными полуволнами гетеродинного напряжения. Если в эти моменты мгновенное напряжение сигнала также положительно, на выходе смесителя выделится постоянное положительное напряжение. При перемене фазы входного сигнала на
обратную, к каналам транзисторов в моменты его отпирания будет приложено отрицательное напряжение, такое же напряжение будет и на выходе. Поскольку частоты ВЧ сигнала и гетеродина различны (на ПЧ) на
выходе выделится сигнал ПЧ, поступающий через ФСС в УПЧ.

 В схеме хорошо работают транзисторы КП301, КП302, КПЗОЗ, КП305. Желательно выбрать тип транзистора с напряжением отсечки, близким к нулю. В противном случае правый по схеме вывод резистора R1
следует подключить к источнику смещения с напряжением, примерно равным напряжению отсечки.

 Мощность входного ВЧ сигнала может достигать десятков милливатт. Шумы смесителя малы, поскольку через канал транзистора протекает лишь очень слабый ток сигнала. При этом полевые транзисторы шумят не-
многим больше обычного активного резистора с сопротивлением, равным усредненному сопротивлению канала.

 Развязка входных и гетеродинных цепей определяется емкостью затвор-сток транзистора и является значительной в балансной схеме. Здесь паразитные емкости и симметричная катушка связи L2 образуют для
гетеродинного напряжения сбалансированный мост. Катушки L2 и L3 могут быть намотаны непосредственно поверх обмоток соответствующих катушек УВЧ и УПЧ. При этом каждая из этих катушек может иметь
3...6 витков скрученных вместе двух изолированных проводов, затем начало одного провода этой катушки соединяется с концом провода второго. Это соединение образует точку, которая должна быть заземлена.     
  Конец первого и начало второго провода соединяются с соответствующими выводами транзисоров VT1 и VT2.
 Более подробно создание катушек связи из скрученных вместе проводов будет рассмотрено в этой статье далее.

В радиолюбительской литературе описана схема еще одного интересного смесителя. На рис. 4.6 приведена схема подобного смесителя, но предназначенного для выделения промежуточных частот.


Смеситель содержит два полевых транзистора, каналы которых соединены параллельно и включены в цепь сигнала На затворы транзисторов подано противофазное напряжение гетеродина с симметричной вторичной
обмотки ВЧ трансформатора 11.

  Интересно то, что этот смеситель не требует симметрирующего ПЧ трансформатора, а частота гетеродина должна быть вдвое ниже обычной для этого диапазона.
Развязка входных и гетеродинных цепей весьма значительна (более 60. ..70 дБ), во-первых, благодаря тому, что паразитные емкости затвор-сток транзисторов включены в диагонали сбалансированного моста, и, во-вторых, за счет селективных свойств входного контура, настроенного на частоту, вдвое отличающуюся от частоты гетеродина.

 В смесителе по схеме рис. 4.6 хорошо работают транзисторы КП301 или им подобные с «правой» характеристикой. Канал этих транзисторов начинает проводить при напряжении на затворе около 5 В, поэтому амплитуда гетеродинного напряжения на каждой из половин вторичной обмотки трансформатора Т1 должна достигать 6...7 В.

 Смеситель можно собрать и на полевых транзисторах с р-п переходом, например серии КПЗОЗ. На средний вывод обмотки трансформатора в этом случае следует подать напряжение смещения около - 3 В, чтобы при
отсутствии переменного напряжения гетеродина каналы транзисторов были заперты. Оптимальное напряжение гетеродина для транзисторов КПЗОЗ составляет 1,5...2 В.

  Практические испытания этого смесителя в диапазоне 28 МГц в конструкции приемника прямого преобразования подтвердили его ожидаемые высокие параметры. Чувствительность приемника с этим смесителем достигала 0,25...0,3 мкВ даже без УВЧ. Подавление внедиапазонных AM сигналов превосходило 70 дБ, такого же порядка было и ослаблениегетеродинного напряжения на входе приемника.

                                                                                                                                                                                               Тягичев И.М.
продолжение следует 


Категория: Трансиверы и радиостанции | Добавил: Vovka (28.12.2011)
Просмотров: 10661 | Теги: УКВ, азбука, схемотехники, аппаратура_смесители | Рейтинг: 0.0/0


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016