Каталог статей

Главная » Все схемы » Радиосвязь » Трансиверы и радиостанции

Выбранная схема!!!


3954
Схемотехника - УКВ аппаратура_смесители_2
АЗБУКА УКВ АППАРАТУРЫ

Часть 1. Блоки УКВ аппаратов
Статья 4. Смесители высоких частот.
Смесители на диодах.
Балансные смесители.

При конструировании приемников со смесителями на диодах следует принимать во внимание, что сигнал ПЧ получается по уровню меньше входного сигнала на величину потерь в смесителе (на 6—10 дБ). Однако
смесители на диодах зачастую смогут обеспечить наименьший уровень шумов. Поэтому к выбору схемы смесителя следует походить с большой осторожностью.

 Известно, что параметры радиоприемника во многом зависят от смесителя. Смеситель должен обладать высоким коэффициент передачи, малым уровенем шума (для повышения реальной чувствительности) и хорошо подавлять мешающие AM сигналы, т.е. не детектировать их (для повышения помехоустойчивости). Этим критериям соответствуют широко известные смесители, сделанные по балансным и кольцевым схемам, которые не детектируют ни напряжение сигнала, ни напряжение гетеродина.

На рис. 4.7 показана схема простого балансного смесителя, а на рис. 4.8 показана схема кольцевого смесителя. Обе схемы выполнены на диодах.



В обоих смесителях (рис. 4.7 и рис. 4.8) использованы симметрирующие трансформаторы Тр1 и Тр2, намотанные на кольцевых ферритовых сердечниках жгутом, сложеннымиз трех проводов, скрученных вместе.
На рис. 4.9 показана конструкция такого трансформатора.


Концы проводов в начале жгута помечены как н1, н2 и нЗ. Концы проводов в конце жгута помечены как к1, к2 и кЗ. Обмотка, состоящая из провода 1, служит для входа сигнала, конец провода 2 соединяется с началом провода 3 - это соединение является средней точкой вторичной обмотки трансформатора и либо соединяется с землей, либо от этой точки берётся сигнал для подачи его на УПЧ.
 Трансформатор наматывается на кольце из высокочастотного феррита. Диаметр кольца может быть 4... 10 мм, магнитная проницаемость 20...1000. При этом, чем выше частота используемого сигнала, тем меньшей
должна быть магнитная проницаемость феррита. Кольца с большой магнитной проницаемости применяются для НЧ диапазонов. На ВЧ диапазонах достаточно 5... 15 витков.
 В большинстве случаев первичную обмотку можно настроить в резонанс, подключив параллельно ей конденсатор емкостью  40...500 пФ (подбирается при настройке). Число витков первичной обмотки зависит от сопротивления цепей, подключенных к смесителю.
 Зачастую вместо первичной обмотки трансформатора используется контурная катушка последнего каскада УВЧ или гетеродина, на которую, поверх существующей обмотки, наматывается жгутик из двух скрученных вместе проводов, которые соединяются между собой также, как и вторичная обмотка трансформатора Тр1 или Тр2. Витки, намотанные жгутиком, должны располагаться возле заземленного конца контурной катушки.
 Для достижения максимальной чувствительности, при настройке смесителя нужно подобрать напряжение гетеродина. Недостаточное напряжение уменьшает коэффициент передачи, а излишнее увеличивает шум самого смесителя. В обоих случаях чувствительность падает. Оптимальное напряжение лежит в пределах от долей вольта до 1... 1,5 В (амплитудное значение).

Смесители на встречно-параллельных диодах.

Бывает так, что не удается сделать гетеродин, генерирующий сигнал на очень высокой частоте. Тогда можно использовать схемы смесителей, которые могут работать на половинной частоте гетеродина. Одна из
таких схем уже описывалась выше. Это была схема на полевых транзисторах. На диодах тоже можно создать подобный смеситель.
 На рис. 4.10 изображена схема такого смесителя, работающего с половинной частотой гетеродина.


Встречно - параллельным называется такое включение двух диодов, когда они соединены параллельно друг Другу, но по току располагаются как бы навстречу друг другу.
 В схеме на рис. 4.10 к встречно-параллельным диодам подводится одновременно напряжение сигнала от входного контура L1C1 и напряжение гетеродина через катушку связи L3. Последнее значительно больше
напряжения сигнала, и для нормальной работы смесителя на кремниевых диодах должно быть 0,6...0,7 В (амплитудное значение).
 Частота гетеродина выбирается вдвое ниже требуемой, с учетом промежуточной частоты (в схеме прямого преобразования, вдвое ниже частоты входного сигнала). В этих условиях один из диодов открывается на пиках положительных полуволн сигнала гетеродина, а другой - на пиках отрицательных. В результате сопротивление параллельно включенных диодов уменьшается дважды за период гетеродинного напряжения.
 Главным достоинством описанного смесителя является то, что в цепи нагрузки отсутствует постоянный ток, т.е. смеситель не детектирует ни сигнал, ни напряжение гетеродина. Здесь необходимо отметить, что
для нормальной работы смесителя совсем не требуется замыкать цепь его нагрузки по постоянному току - на входе УПЧ можно установить разделительный конденсатор. Напротив, это даже улучшает работу смеси-
теля из-за некоторой «самобалансировки» отличающихся по параметрам диодов. Поскольку сигналы смесителем не детектируются, ослабляются и помехи от внедиапазонных станций.
 Помехоустойчивость смесителя приемника прямого преобразования характеризуют величиной подавления AM.
 Подавление AM в балансных и кольцевых смесителях обычно не превосходит 60...65 дБ. Для смесителя на встречно-параллельных диодах оно составляет 70...80 дБ. Настройка гетеродина на более низкую частоту позволяет улучшить стабильность частоты и значительно уменьшить наводки гетеродина на входные цепи смесителя. В подавлении наводок теперь участвуют и входные контура, поскольку частота их настройки намного (в два раза!) отличается от частоты гетеродина. Подобные наводки вредны по следующим причинам: напряжение наводки синхронно детектируется смесителем и возникающее на выходе постоянное напряжение разбалансирует смеситель Если же сигнал гетеродина излучается антенной или проводами питания в окружающее пространство, то помимо помех другим приемникам он может промодулироваться фоном переменного тока на плохих контактах электропроводки, окисленных контактах металлических конструкций, диодах выпрямителей и тд. Возвращаясь в приемник, такой сигнал вызывает трудно устранимый фон пере-
менного тока, исчезающий при отключении антенны. Поэтому для хорошей работы любого приемника крайне важно добиться малого излучения сигнала гетеродина. Со смесителем на встречно-параллельных дио-
дах, благодаря пониженной частоте гетеродина, излучение его сигнала получается на 30...60 дБ ниже, чем с обычными смесителями, и описанные неприятные эффекты практически полностью устраняются.
 В смесителе по схеме рис. 4.10 лучше всего использовать кремниевые диоды с пороговым напряжением около 0,5 В - они дают несколько большую помехоустойчивость, чем германиевые. В любом случае требуется
подбор оптимального напряжения гетеродина по максимуму коэффициента передачи.


Дальнейшее улучшение развязки входных гетеродинных цепей, а также уменьшение потерь мощности сигнала в цепях связи с гетеродином достигается в балансной схеме смесителя на встречно-параллельных дио-
дах с автоматическим смещением, показанной на рис. 4.11
 Две пары диодов и симметрично расположенные две катушки L3 и L4, намотанные на контурной катушке L2, настроенной на частоту гетеродина, образуют сбалансированный мост, не позволяющий попадать сигналу
гетеродина ни во входные цепи, ни в ФПЧ. Цепочка R1C2C3, общая для двух пар диодов, создает начальное смещение, пропорциональное напряжению гетеродина. Последнее может изменяться от 0,7 до 4 В без заметного влияния на параметры смесителя. Подавление AM сигналов этим смесителем более 80 дБ, а развязка входных и гетеродинных цепей более 60 дБ.
 Катушку входного и гетеродинного контуров для данных смесителей можно намотать на каркасах диаметром 5...6 мм проводом ПЭЛ или ПЭЛШО 0,15 0,25. В каркасы завинчиваются подстроечные сердечники СЦП-4.
Количество витков этих и других катушек, а также емкости подключенных параллельно катушкам конденсаторов, можно рассчитать используя программу 1NDUKTIW, которая находится на сайте автора, по адресу:
http://r3xb-tga.narod.ru/.
 Оптимальное нагрузочное сопротивление для смесителей, работающих в радиоприемнике, составляет несколько килоом. Такого же порядка получается и входное сопротивление для ВЧ сигнала. Попытки уменьшить это сопротивление к успеху не приводят, поскольку при низком сопротивлении смесителя возрастает мощность, потребляемая от гетеродина, а это увеличивает шум смесителя.
 Для получения большей информации о работе смесителей на встречно - параллельных диодах постарайтесь найти замечательную книгу В. Т. Полякова «Трансиверы прямого преобразования».

Смеситель на СВЧ диоде.

С давних времен и до сего времени на диапазоне волн сантиметровой длины принято использовать диодные смесители, выполненные на специальных СВЧ (Сверх Высоко Частотных) смесительных диодах, например, типа ДК-С или ДК-И. Как показала практика, в таких схемах на более низких частотах можно использовать и другие высокочастотные диоды, например, ГД507, а также некоторые виды переключательных туннельных диодов.

На рис. 4.12 приведена схема, в которой используется смеситель на СВЧ диоде Д408.


Эта схема использовалась мною в одной из конструкций конвертера на диапазон 435 МГц. Подобного типа смесители часто встречаются в различных описаниях любительской УКВ аппаратуры.
 Одним из основных элементов схемы является высокодобротный контур L1C1, к которому одновременно подается сигнал от УВЧ и от гетеродина (через 12). Контур настраивается в резонанс с сигналом от УВЧ.
При наладке устанавливается определенная величина тока через смесительный диод VD1. Измерительный миллиамперметр следует подключить к точке КТ1 и удалить перемычку А1. Миллиамперметр окажется подключенным параллельно резистору R2. величина которого много больше внутреннего сопротивления измерительного прибора, поэтому током через R2 можно пренебречь. Приближая или удаляя L2 от L.1,
устанавливаем величину тока через диод в пределах 0,4...0,6 мА. Принято считать, что при такой величине тока диодный смеситель обладает наименьшими шумами. После проведения измерений следует восстановить
перемычку А1.
 Контур L3C2C3 настраивается на величину ПЧ. Транзистор VT1 является первым усилителем сигнала ПЧ.
Смесители на специальных смесительных СВЧ диодах работают превосходно и почти не шумят.

Смесители на микросхемах.

Широкое внедрение микросхем в радиоустройства позволило существенно улучшить их параметры, уменьшить габариты, упростить монтаж. Особенно удобны универсальные микросхемы, которые можно использо-
вать в самых различных узлах радиоаппаратуры. К ним относятся, например, операционные усилители (ОУ) широкого применения, с успехом работающие в низкочастотной аппаратуре и устройствах автоматики.
 Имеется большая серия микросхем К174, предназначенных для работы в бытовой радиотехнике и которые с успехом применяются в радиолюбительской практике.

Микросхема К174ПС4

Микросхема работает в диапазоне до 1000 МГц как преобразователь частоты. Предназначена для работы в качестве преобразователя частоты, модулятора, демодулятора, усилителя. Можно ее использовать в самых
различных любительских конструкциях, в том числе и системах связи радиолюбительских ИСЗ. Основные параметры К174ПС4 следующие:

1. Напряжение питания............... 5...9 В;

2. Ток потребления.................... 12 мА;

3. Крутизна преобразования ..... 5 мА/В;

4. Ослабление входного и опорного сигналов
не менее 20 дБ,

5. Коэффициент шума ............... 12 дБ.
 

Одно из применений этой МС - в блоках селекторов каналов телевизионных приемников дециметрового диапазона. Преимуществом смесителя на этой МС перед смесителями на дискретных транзисторах является отсутствие или резкое ослабление в спектре выходного сигнала составляющих с частотами гетеродина и сигнала и, что особенно важно, хорошая развязка между цепью гетеродина и входом. Просачивание напряжения гетеродина на вход приемника составляет минус 40...50 дБ от напряжения гетеродина.

На рис. 4.13 показана схема использования МС К174ПС4 в качестве смесителя и УВЧ.


Микросхема К174ПС1.
 

Микросхема К174ПС1 отличается от описанной выше только тем, что может работать только на более низких частотах, однако приобрести её гораздо проще. К174ПС1 обладает большой универсальностью и может
работать в широком диапазоне частот. Ее можно использовать не только в низкочастотной радиоаппаратуре, но и в радиовещательных и телевизионных устройствах. На этой микросхеме можно создавать схемы усилителей, гетеродинов, смесителей ВЧ и многое другое.
 МС представляет собой балансный смеситель, обладающий следующими основными техническими характеристиками.

1. Крутизна преобразования, мА/В, не менее .. 4,5;

2. Коэффициент шума, дБ, не более.... 8;

3. Верхняя частота входного сигнала, МГц,
не менее ... 200;

4. Напряжение питания, В............. 9±10%;

Потребляемый ток, мА, не более..... 2,5;

5. Предельные допустимые напряжения питания, В, при токе нагрузки:

2,5 мА, не менее................................ 4,5;

4,5 мА, не более........................... 15;

6. Масса в корпусе 201.14-1, г, не более,.... 1,5.


На рис. 4.14 показана схема устройства, где на МС К174ПС1 собран смесительный каскад и гетеродин. На вход устройства через С1 поступает сигнал от УВЧ. Контур L2C8 принадлежит гетеродину, а контур L1С9
настроен на промежуточную частоту.
 Гетеродин может перестраиваться по частоте управляющим напряжением, подаваемым на варикап VD1.


Для желающих познакомиться с внутренним устройством МС К174ПС1 на рис. 4.15 приведена электрическая принципиальная схема этой МС.
  Можно предположить, что МС К174ПС4 имеет такое же внутреннее устройство, но в ней применены более высокочастотные транзисторы.

Тяпичев Г.А.

Продолжение следует. . .



Категория: Трансиверы и радиостанции | Добавил: Vovka (29.12.2011)
Просмотров: 8798 | Комментарии: 1 | Теги: УКВ, азбука, аппаратура_смесители_2, схемотехники | Рейтинг: 0.0/0


Всего комментариев: 1
0
1 bravissimo   (05.11.2012 21:22)
Трансформатор лучше мотать скрученным проводом, легче достигается симметрия.

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