Diode ring balanseng mga mixer. Double Balance Mixer SA612A

Si8901 high dynamic range mixer
Pinatataas ang resistensya sa intermodulation sa HF at VHF, na may pinababang kapangyarihan ng lokal na oscillator

Ed Oxner, KB6QJ
(Mula sa Ham Radio, Marso 1988, pp. 10…14)

Ang dynamic na hanay ng isang radyo ay malapit na nauugnay sa kung gaano karaming mga intermodulation na produkto ang pinipigilan sa mixer nito, kung gaano kahusay na nakayanan ng mixer ang mataas na antas ng signal, at kung gaano kababa ang sariling antas ng ingay ng mixer. Ang katotohanan na mayroong pakinabang o pagkawala sa mixer ay pangalawa sa pakinabang sa dynamic na hanay. Sa pagsasagawa, inililipat lang ng conversion gain ang mga alalahanin sa dynamic range sa mga downstream gain stage. Hanggang ngayon, ang mga mixer na nagbibigay ng higit pa o mas kaunting sapat na dynamic range ay nangangailangan ng mataas na antas ng LO boltahe, tulad ng ipinapakita sa graph ng paghahambing (Fig. 1).

kanin. 1. Comparative analysis ng double balanced mixer

Ang sikat na ring double balanced diode mixer na ipinapakita sa Fig. 2 madalas, dahil sa kinakailangang lokal na kapangyarihan ng oscillator, nagreresulta sa hindi bababa sa 6 dB compression ng input signal.

kanin. 2. Ring diode double balanced mixer

Ang Si8901 Dual Balanced Mixer mula sa Siliconix (Fig. 3) ay isang monolithic ring demodulator na binubuo ng apat na insulated gate field effect transistors (MOSFETs), partikular na angkop para sa operasyon sa HF at VHF mixer, kung saan ito gumagana sa switch mode ("digital" mixer ), nagbibigay ito ng third-order intermodulation crossover point na hanggang +37 dBm, na may 2 dB compression at +30 dBm desensitization. Ang lahat ng ito ay may lokal na lakas ng oscillator na +17 dBm (50 mW) lamang. Ang karagdagang benepisyo ng mababang LO power na sinamahan ng mataas na paghihiwalay ng signal at LO port mula sa isa't isa ay nasa dual balanced mixer: ang LO signal ay mas malamang na gumapang sa mga signal circuit. Ang Si8901 IC ay available sa isang selyadong TO-99 package, na angkop para sa paggamit sa industriya ng militar, available din sa isang SO-14 surface-mount package, na naaangkop sa mga amateur na disenyo ng radyo saanman ang pangangailangan para sa isang malaking dynamic range ay kanais-nais.

kanin. 3. Prototype ng switching double balanced mixer

Conversion Efficiency Theory

Hindi tulad ng ring diode mixer, umaasa ang switching mixer sa mga katangian ng paglipat ng apat na FET na kumikilos bilang isang mixer. Sa katunayan, ang mixer ay isang pares ng mga switch na binabaligtad ang yugto ng signal ayon sa batas na tinutukoy ng dalas ng lokal na oscillator. Sa isip, walang ingay na inaasahan. Dahil ang field-effect transistors (FETs) ay may limitadong halaga ng resistensya kapag naka-on, ang kahusayan ng conversion ay ipinahayag bilang isang pagkawala. Ang mga pagkalugi na ito ay dahil sa dalawang magkakaugnay na salik: una, ang on-state drain-to-source resistance, na nauugnay sa parehong signal at IF circuit impedances, at pangalawa, ang conversion ng signal sa mga hindi gustong frequency.

Ang epekto ng on-state drain-source resistance ng FET - rDS sa signal at IF circuit impedances (Rg at RL, ayon sa pagkakabanggit) ay maaaring mahihinuha mula sa katumbas na circuit analysis (Fig. 4), kung ang lokal na oscillator boltahe ay ipinapalagay na mahigpit na hugis-parihaba. Ang expression na 4/π² ay ang power function ng Fourier series sa representasyon ng idealized rectangular oscillations.

kanin. 4. Katumbas na circuit ng switching mixer (r on - resistance ng open channel ng FET, r off - closed)

Ang pagkawala ng conversion ng isang perpektong mixer na may pinaikling mga port ng imahe at mga sum frequency (frequency ng signal RF + local oscillator frequency LO) ay maaaring ipahayag sa drain-to-source resistance ng FET - rDS, Rg at RL tulad ng sumusunod:

Kung kukuha kami ng rDS = 0, at i-load ang mga port ng mirror channel at ang kabuuang IF na may mga resistors, kung gayon ang pinakamababang matamo na pagkalugi ay bababa sa:

Pagkatapos ng pagkalkula, makukuha natin ang: Lc = -3.92 dB. Sa praktikal na kahulugan, kailangan nating magdagdag ng 3.92 dB sa mga resulta na nakuha sa equation (1) o sa Fig. 5 upang makakuha ng tunay na pagkawala ng conversion.

kanin. 5. Pagkawala ng pagpapasok bilang isang function ng rDS, RL at Rg

Ang equation 1, na idinisenyo para sa pagkalkula sa iba't ibang mga ratio ng Rg, RL at rDS (sa estado ng pagsasagawa) ay inilalarawan sa Fig. 5 at ipinapakita kung gaano kalubha ang paglaban ng mga bukas na channel ng mga transistor na epekto ng field na nakakaapekto sa mga pagkalugi ng conversion.

Intermodulation distortion

Ang mga single-ended, single-balanced, at double-balanced na mga mixer ay naiiba sa kanilang kakayahang piliing putulin ang nakakasagabal na mga bahagi ng dalas, gaya ng ipinahiwatig sa Talahanayan 1.

Talahanayan 1

Paghahambing ng mga produkto ng modulasyon sa isa
at dalawang-balanseng mixer (hanggang sa ikaanim na order)

Isang panghalo ng balanse

Double Balance Mixer

f1 + f2

f1 + f2

f1 + 3f2

f1 + 3f2

f1 + 5f2

f1 + 5f2

2f1 + f2

3f1 + f2

3f1 + f2

3f1 + 3f2

3f1 + 3f2

4f1 + f2

5f1 + f2

5f1 + f2

(Tandaan sa Talahanayan 1: Tulad ng makikita mula sa talahanayan, may mga harmonika sa input signal sa isang solong balanseng mixer, dahil ang ganitong uri ng mixer ay balanse lamang ng lokal na boltahe ng oscillator - UA9LAQ)

Sa karamihan ng mga application ng mixer, ang pinaka 'nakakatakot' na mga intermodulation na produkto (IMD) ay yaong mga kakaibang pagkakasunud-sunod, lalo na ang ikatlong order (IMD3). Kahit na ang diode balanced mixer ay isang single-balanced na uri, ang pinaka makabuluhang intermodulation distortion dito ay nangyayari kapag ang lokal na oscillator boltahe waveform ay lumihis mula sa isang hugis-parihaba. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring makita sa pamamagitan ng isang malapit na pagsusuri ng Fig. 6, na nagpapakita ng epekto ng sinusoidal LO boltahe sa pagbabago sa lumilipas na tugon.

kanin. 6. Ang epekto ng sinusoidal form ng lokal na oscillator signal sa linearity ng output signal ng IF

Dahil ang pinakamainam na operasyon ng IMD ay nangangailangan ng switching mixer switch upang gumana sa isang 50% cycle (ibig sabihin ay ganap na naka-on o ganap na naka-off sa mga regular na pagitan), kailangan ng bias na boltahe.

Ang Walker [1] ay nagmula ng isang formula na nagpapakita ng hinulaang pagbawas sa antas ng mga third-order na intermodulation na produkto kapag nag-aaplay ng two-tone signal, bilang isang function ng mga oras ng pagtaas at pagbaba ng boltahe ng lokal na oscillator:

Kung saan: Ang Vc ay ang lokal na boltahe ng osileytor (peak-to-peak); Ang Vs ay ang pinakamataas na boltahe ng signal; tr ay ang pagtaas at pagbaba ng oras ng lokal na oscillator boltahe Vc; ω LO = 2πf LO, kung saan ang f LO ay ang lokal na dalas ng oscillator.

Ang equation (3) ay nagpapakita na habang bumababa ang Rg (na binabawasan naman ang amplitude ng boltahe Vs), bumababa ang antas ng intermodulation distortion, at ganoon din ang nangyayari kapag tumaas ang lokal na oscillator na boltahe na Vc. Sa wakas, kung makakapagbigay kami ng perpektong LO square wave, mayroon kaming isang mahusay na mixer! Bukod pa rito, nakikita namin na ang iniksyon mula sa "mababa" na bahagi ay mas mahusay kaysa sa "mataas" na bahagi. (Kami ay nagsasalita, tila, tungkol sa mababang-impedance na iniksyon ng lokal na boltahe ng oscillator - UA9LAQ).

Ang karagdagang kumpirmasyon ng bentahe ng hugis-parihaba na hugis ng lokal na boltahe ng oscillator, sa sinusoidal, ay ang kawalan ng huli: sa kaso ng isang kalahating alon na papalapit, sa mga pagitan ng kalahating ikot, sa zero crossing, ang mga FET , sa katunayan, mawala ang kanilang offset, at ang isang malubhang signal boltahe labis na karga makabuluhang exacerbates intermodulation . Ang epekto sa FET gate bias sa ilalim ng sinusoidal control ay malinaw na nakikita sa Fig. 6.7.

kanin. 7. Quadratic na katangian na nagpapakita ng epekto ng paglipat ng boltahe sa paglitaw ng mga distortion sa malaking signal mode.

talahanayan 2

Paghahambing ng FET gate AC boltahe kumpara sa lokal na oscillator power sa pagitan ng non-resonant at resonant circuit na may load Q factor = 14 (frequency 150 MHz)

Kapangyarihan, mW

Non-resonant na boltahe sa FET gate, V

Resonance voltage sa FET gate, V

0,29

0,33

0,44

13,3

Bumubuo kami ng isang panghalo

Batay sa kaalamang natamo mula sa pagsusuri ng Equation (3), ang mababang source resistance, Rg, at mataas na lokal na oscillator voltage, Vc, ay mainam na kondisyon para sa isang mixer. Ang Si8901 IC na ginamit bilang mga mixing switch ay nagbibigay ng on-state channel resistance na humigit-kumulang 23 ohms sa pagbubukas ng potensyal sa gate na 15 V. Paggamit ng sikat na 4:1 IF output transformer para sa isang preamplifier na may input impedance na 50 ohms (RL / rDS ≈ 8), Fig. 5 ay nag-aalok ng pinakamataas na kahusayan sa conversion sa Rg = 92 ohms. Ito ay sumasalungat sa equation (3), na nagpapakita na ang pinakamababang intermodulation distortion ay tumutugma sa pinakamababang posibleng halaga ng Vs. Ang resultang ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagbabawas ng Rg. Ngayon ay nagiging malinaw na ang isang paraan sa labas ng sitwasyong ito ay kinakailangan. Alinman sa naghahanap kami ng mga kundisyon para sa pagkuha ng mababang pagkalugi sa conversion at, sa parehong oras, nakakakuha kami ng mababang antas ng ingay, o kami ay tiyak na mapapahamak na makabuo ng mas mataas na antas ng intermodulation distortion. Sa kabutihang palad, na may mas maraming mixer output, tumataas ang dynamic range dahil ang isang walang kapares na signal port ay may mas kaunting epekto sa signal-to-noise ratio kaysa sa isang katugmang signal port sa intermodulation distortion.

Itakda ang halaga ng switching boltahe

Kapag gumagamit ng isang komersyal na wideband transmission line transpormer, ang pagganap ng diode ring balanced mixer ay nangangailangan ng paggamit ng isang malakas na lokal na oscillator upang makuha ang kinakailangang switching boltahe upang matugunan ang mga kondisyon ng equation (3). Ang mga naunang disenyo ng FET mixer ay nangangailangan ng watts ng LO power para makamit ang mataas na dynamic range! [2]. Ang isang malinaw na paraan ng pagkuha ng mataas na switching boltahe ay ang resonant na paraan. Ang boltahe na nakuha sa resonant circuit, at, samakatuwid, sa mga pintuan ng FET ay maaaring kalkulahin bilang:

Kung saan ang P ay ang lokal na oscillator power na ibinibigay sa resonant circuit; Ang Q ay ang load quality factor ng resonant circuit; Ang X ay ang reactance ng FET gate.

Dahil ang kapasidad ng gate ng FET ay nakasalalay sa inilapat na boltahe, ang reactance ay nakasalalay sa inilapat na boltahe ng drive. Kung ang lahat ay naiwan na, ito ay lubos na mabawasan ang dynamic na hanay ng panghalo para sa intermodulation. Gayunpaman, ang pag-asa na ito ng reactance sa boltahe ng drive ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng kumbinasyon ng bias ng gate at supply. Tulad ng nakita natin mula sa Fig. 6, ang offset na boltahe ay nakakatulong upang makamit ang kinakailangang 50% duty cycle upang makuha ang pinakamainam na antas ng intermodulation.

Talahanayan 2 at Fig. Ang Figure 8 ay nagbibigay ng isang kawili-wiling paghahambing sa pagitan ng resonant power supply ng FET gate circuits na may load loop Q factor na 14 at pang-industriya (broadband) power gamit ang 50 hanggang 200 ohm (100-0-100) 4:1 na transpormer. Isang buong view ng ang mataas na boltahe ng gate drive boltahe ay makikita sa Rice. 9, na nagpapakita ng kinakalkula sa pamamagitan ng equation (3) at ang sinusukat na halaga ng intermodulation distortion.

kanin. Fig. 8. Impluwensiya ng load quality factor ng circuit sa boltahe sa mga gate ng FET (switching boltahe) depende sa kapangyarihan ng lokal na oscillator

Bumuo kami ng isang panghalo

Ang pagkamit ng mababang impedance para sa isang maliit na pinagmumulan ng signal ay madaling makuha sa pamamagitan ng paggamit ng 1:1 T1 hanggang 1T broadband transpormer mula sa Mini-Circuits. Sa katulad na paraan, ang transpormador na T4-1 (4: 1) ay napatunayang mabuti sa mga tuntunin ng IF. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang pagpapatupad ng resonant power supply ng FET gate, na nagpapahiwatig ng pangangailangan para sa mahusay na kaalaman ng parehong microcircuit mismo at ang kasalukuyang capacitive load nito. Ang teknikal na data para sa microcircuit ay nagpapahiwatig ng karaniwang halaga nito na katumbas ng 4.4 pF. Upang makamit ang mahusay na paghihiwalay sa pagitan ng mga mixer port, ang circuit at mounting symmetry ay kritikal. Kung ang resonant circuit ay pinapakain mula sa isang hindi balanseng lokal na output ng oscillator (coaxial cable), kung gayon ang isang balancing transpormer ay maaaring magbigay ng simetrya (tingnan ang kumpletong mixer circuit sa Fig. 3).

kanin. 9. Epekto ng paglipat ng boltahe sa antas ng intermodulation distortion

Ang operasyon ng Si8901 switching mixer

Ang mga sumusunod na pagsubok ay isinagawa sa saklaw ng dalas na 2…30 MHz:

  • kahusayan ng conversion (pagkawala)
  • 2-tone na mga pagsubok, 3rd order intercept point determination
  • antas ng compression
  • antas ng desensitization (pagharang, desensitization)
  • pigura ng ingay

Ang pagkawala ng conversion at ang nagresultang crossover point ay naka-plot sa Fig. 10 bilang isang function ng kapangyarihan upang himukin ang mixer mula sa lokal na oscillator.

kanin. 10. Crossover point at pagkawala ng conversion

Ang 2dB compression (dynamic range compression) at ang mga antas ng desensitization ay sumasalungat sa isa't isa, na inaasahan batay sa +17dBm LO drive power ng mixer, tandaan na ang epektibong operasyon ng mixer ay nakasalalay sa boltahe ng gate ng FET, at hindi sa gate paggulo, ipinahayag bilang kapangyarihan. Ang parehong mga parameter ay sinusukat sa +30 dBm na antas. Ang antas ng ingay ng single-sideband ay 7.95 dBm.

Kung susundin ng taga-disenyo ng mixer ang konseptong nakabalangkas sa artikulong ito, ang Si8901 IC ng Siliconix ay magbibigay ng pinakamataas na dynamic na hanay ng anumang magagamit na modernong mixer. Ang pagkamit ng mataas na boltahe ng kontrol sa pamamagitan ng resonant na paraan ay hindi nangangahulugan na ang mixer ay makitid na banda. Ang muling pagsasaayos ng circuit ay maaaring isagawa ng marami sa mga kilalang pamamaraan, halimbawa, sa elektronikong paraan gamit ang varicaps. Nauunawaan na ang resonant circuit ay maaaring maging output para sa isang elektronikong kontroladong symmetrical local oscillator circuit.

Panitikan:

1. H.P. Walker, "Mga Pinagmulan ng Intermodulation sa Diode-Ring Mixers", Radio at Electronic Engineer, Vol. 46, hindi. 5, Mayo 1967, pp. 247…255.
2.R.P. Rafuse, "Mga Symmetric MOSFET Mixer ng High Dynamic Range", Digest of Technical Papers, 1968 International Solid-State Circuits Conference, p. 122…123.

Dapat tandaan na ang mga FET converter na may mga insulated gate na inilagay sa parehong substrate ay napakahusay. Ang isang halimbawa ay ang sikat na panghalo ngayon sa IC K590KN8A. Gumagana ba ito ayon sa nararapat, sa 150 MHz - ang tanong ay? Sa palagay ko ang isinalin na artikulo ay makakatulong sa mga taga-disenyo na mahusay na lapitan ang disenyo ng mga mahahalagang yunit ng kagamitan sa transceiver bilang isang mixer. – UA9LAQ.

Libreng pagsasalin mula sa Ingles: Viktor Besedin (UA9LAQ) [email protected]
Tyumen Disyembre, 2004

Dahil sa kanilang pagiging simple, mataas na sensitivity at selectivity, mahusay na pagiging maaasahan, direktang conversion receiver at transceiver ay sikat sa mga radio amateurs. Ngunit hindi palaging sa apparatus, kahit na ginawa ayon sa isang mahusay na itinatag na pamamaraan, ang mga kakayahan at mga parameter na likas dito ay natanto mula pa sa simula.

Bilang resulta ng maraming taon ng pagpapatakbo ng may-akda ng artikulo ng pangkat na ito ng mga kagamitan sa komunikasyon, lumabas na ang mga low-frequency node (pangunahin ang mga bass amplifier) ​​ay nananatiling gumagana kapag ang supply boltahe ay bumaba sa 2 ... 6 V (sa isang nominal na halaga ng 9 ... 12 V). Kasabay nito, ang kanilang pakinabang, bilang panuntunan, ay bumababa.

Ang pangunahing dahilan para sa hindi kasiya-siyang operasyon ng mga direktang conversion receiver at transceiver ay ang hindi pinakamainam na operasyon ng mixer. Ang mga mataas na parameter ay nakakamit lamang sa maingat na pagpili ng heterodyne high-frequency na boltahe sa mga mixer diode. Dapat itong nasa loob ng 0.6 ... 0.75 V sa mga diode ng silikon at 0.15 ... 0.25 - sa germanium. Sa mas mababang mga lokal na boltahe ng oscillator, bumababa ang nakuha ng mixer. Bumababa din ito sa mataas na boltahe, dahil ang mga diode ay bukas halos sa lahat ng oras. Pinapataas nito ang ingay ng panghalo.

Ang katatagan ng dalas at amplitude ng boltahe na ibinibigay sa mixer mula sa lokal na oscillator (lalo na sa mga HF amateur band) ay higit sa lahat ay nakasalalay sa katatagan ng supply boltahe.

Sa halos lahat ng mga circuit na ibinigay sa panitikan, walang circuit para sa pagsasaayos ng heterodyne boltahe sa mga mixer diodes. Inirerekomenda na pumili ng isang lokal na oscillator coupling capacitor na may mixer o baguhin ang bilang ng mga liko ng coupling coil. Ngunit ang prosesong ito ay napakatagal at, bukod dito, ay hindi nagbibigay ng kumpiyansa na ang aparato ay nai-set up nang maayos.

Ang kawalan ng pamamaraang ito ay din na sa proseso ng pagtatatag ay kinakailangan upang patayin ang receiver (transceiver) at maghinang ang kapasitor o i-rewind ang likid. Ngunit sa panahong ito, ang amateur station, ang dami ng pagtanggap na kung saan ay nakatutok, ay madalas na humihinto sa pagtatrabaho, at samakatuwid ay imposibleng malaman kung ang sensitivity ng device na inaayos ay tumataas o bumababa. Ito ay mas kapaki-pakinabang na magsagawa ng pag-tune ayon sa mga senyas ng isang "mahina" na istasyon sa panahon ng isang matatag na pagpasa ng mga radio wave, i.e. kapag walang kapansin-pansing pagbabagu-bago sa antas ng natanggap na signal.

Dahil sa kakulangan ng kinakailangang mga instrumento sa pagsukat, ang mga direktang conversion na receiver at transceiver ay madalas na nakatutok "sa pamamagitan ng tainga", na hindi ang pinakamahusay na paraan upang maipakita ang kanilang mga parameter.


Fig.1

Sa fig. Ang 1 ay nagpapakita ng isang diagram ng isang voltmeter probe, na binago alinsunod sa mga rekomendasyong ibinigay sa. Pinapayagan ka nitong tumpak na sukatin ang boltahe ng lokal na oscillator nang direkta sa mga diode ng panghalo.

Isaalang-alang ang mga simpleng paraan upang ibagay at pinuhin ang mga direktang conversion na receiver at transceiver, na nagbibigay-daan sa iyong alisin ang mga bahid ng disenyo sa itaas.


Figure 2

Una sa lahat, kapag tinatapos, kinakailangan upang ipakilala ang isang circuit para sa pag-stabilize ng supply boltahe ng lokal na oscillator. Ang stabilizer circuit ay ipinapakita sa fig. 2. Ang Zener diode VD1 ay pinili na may boltahe ng stabilization 1.5 ... 2 beses na mas mababa kaysa sa nominal na boltahe ng supply ng receiver (transceiver). Ang Resistor R 1 ay nagtatakda ng pinakamainam na kasalukuyang sa pamamagitan ng zener diode. Ang paglaban ng risistor R1 ay dapat na tulad na ang kasalukuyang stabilization ng zener diode VD1 ay hindi lalampas sa maximum na pinahihintulutang halaga. Binabawasan ng Capacitor C1 ang "leakage" ng ingay ng zener diode, na nagreresulta sa pagbawas ng modulasyon ng ingay ng lokal na boltahe ng oscillator, at nabawasan ang pangkalahatang ingay ng receiver.

Ito ay maginhawa upang baguhin ang RF boltahe sa mixer diodes na may tuning non-inductive risistor konektado kahanay o sa serye sa coupling coil (R1, ayon sa pagkakabanggit, sa Fig. 3 at 4).


Sa huling kaso, maaari mong gamitin ang parehong transpormer (Larawan 4, a) na koneksyon ng lokal na oscillator na may mixer, at autotransformer (Larawan 4.6). Sa isang mas tumpak na pagsasaayos ng boltahe ng lokal na oscillator (halimbawa, kapag tumatanggap ng mga signal mula sa mga istasyon na mahirap marinig "sa pamamagitan ng tainga"), ang RF voltmeter ay naka-off.


Dapat pansinin na kung ang mga pagpapabuti sa itaas ay inilapat, ang bilang ng mga pagliko ng mga coupling coils ay dapat na bahagyang tumaas, dahil ang pagpapakilala ng isang tuning resistor ay binabawasan ang output boltahe ng lokal na oscillator. Ito ay totoo lalo na para sa variant, ang scheme ng kung saan ay ipinapakita sa Fig. 3. Sama-sama, ang bilang ng mga liko ng coupling coil, ang paglaban ng risistor R1 at ang kapasidad ng capacitor C2 ay dapat na tulad na ang boltahe sa silicon diodes ng mixer ay maaaring iakma mula 0 hanggang 1.2 ... 2 V, sa germanium - mula 0 hanggang 0.5 ... 1 V. Sa kasong ito, ang pinakamainam na boltahe ay nakamit ng humigit-kumulang sa gitnang posisyon ng risistor R1 slider.

Maaari mong i-regulate ang output boltahe ng lokal na oscillator sa pamamagitan ng pagpapalit ng supply boltahe, gaya ng, halimbawa, ginawa sa [3]. Gayunpaman, ito ay angkop lamang sa mga frequency hanggang 3...4 MHz. Sa mas mataas na mga frequency (sa itaas 7 MHz), ang naturang pagsasaayos ay maaaring humantong sa isang makabuluhang pagbabago sa lokal na dalas ng oscillator.

Sa fig. Ang 5 ay nagpapakita ng isang diagram ng isang lokal na oscillator na may buffer node, kung saan ipinakilala ang isang output voltage regulation circuit. Kapag umuulit, dapat itong isaalang-alang na ang tagasunod ng emitter ay hindi nagbibigay ng boltahe na nakuha, at samakatuwid ang mataas na dalas ng boltahe sa coupling coil ay dapat na dalawang beses na mas mataas. kaysa sa kinakailangan para sa normal na operasyon ng mixer.


Sa amateur radio practice, ang mga diode balanced mixer ay pinakamalawak na ginagamit. Ang kanilang mga pangunahing bentahe ay ang pagiging simple ng disenyo at pagsasaayos, ang kawalan ng high-frequency na paglipat kapag lumilipat mula sa pagtanggap hanggang sa paghahatid. Ang mga balanseng mixer sa field-effect at bipolar transistor ay hindi gaanong ginagamit.

Sa simpleng balanseng diode mixer, ang lokal na oscillator boltahe at ilang output conversion by-product ay maaaring sugpuin ng 35 dB o higit pa. Ngunit ang mga naturang resulta ay nakamit lamang sa isang direksyon: kung saan ang panghalo ay balanse. Sa disenyo ng may-akda ng transceiver, ang mixer ay balanse lamang patungo sa power amplifier. Kung gumamit ng double balanced mixer, bababa ang ingay, tataas ang sensitivity, at gaganda ang noise immunity.

Ang dalawahang balanseng mixer ay balanse sa parehong mga input (output). Pinipigilan nila hindi lamang ang mga lokal na oscillator oscillations, kundi pati na rin ang na-convert na signal, na iniiwan lamang ang mga produkto ng kanilang paghahalo at sa gayon ay tinitiyak ang kadalisayan ng spectrum. Ang paggamit ng mga naturang mixer ay ginagawang posible na bawasan ang mga kinakailangan para sa paglilinis ng filter na kasama sa output ng mixer, at kahit na iwanan ito nang buo sa pamamagitan ng direktang pagkonekta sa output ng mixer sa IF amplifier, sa output kung saan dapat mayroong pangunahing pagpipilian. filter (halimbawa, isang EMF o isang quartz filter). Ang isang makabuluhang mas mataas na antas ng signal ay maaaring mailapat sa isang double mixer sa panahon ng pagtanggap, dahil ito ay matalas na nagpapahina sa epekto ng direktang signal o interference detection, i.e. walang pagtuklas nang walang partisipasyon ng mga lokal na oscillator oscillations, tulad ng kaso sa isang maginoo amplitude detector.

Kadalasan sa mga disenyo ng amateur na radyo, ginagamit ang isang dobleng balanseng panghalo, ang diagram kung saan ay ipinapakita sa Fig. 6. Tinatawag din itong singsing, dahil ang mga diode sa loob nito ay kasama ngunit sa singsing.



Kapag nagtatrabaho sa mga low-frequency range, ang mga high-frequency na mga transformer ay nasugatan, bilang panuntunan, sa ferrite rings ng laki K7x4x2 na may magnetic permeability na 600 ... 1000 na may tatlong baluktot (3-4 twists bawat 1 cm ng haba) PELSHO 0.2 wires sa pagitan nila. Humigit-kumulang 25 na pagliko ang ginawa (hanggang sa ganap na mapuno ang singsing). Kapag nag-i-install ng isang transpormer, ang mga windings nito ay phased ayon sa Fig. 6 at 7.

Mayroong dalawang pangunahing mga opsyon para sa pagsasama ng isang dual balanced mixer sa isang transceiver. Sa una, ang signal ay pumasa pareho sa panahon ng pagtanggap at paghahatid sa isang direksyon mula sa input hanggang sa output ng mga mixer. Kaya, halimbawa, ginawa ito sa mga kilalang transceiver na "Radio-76" at "Radio-76M2". Maraming mga eksperimento na isinagawa ng may-akda ang nagsiwalat na kapag ang boltahe ng heterodyne ay mas mababa kaysa sa pinakamabuting kalagayan, ang sensitivity sa receive mode ay lumala nang malaki, at sa isang mas mataas na boltahe, ang carrier suppression sa transmit mode ay bumaba nang malaki (ang sensitivity ay bumababa rin, ngunit ito ay hindi gaanong kapansin-pansin sa tainga kaysa sa nakaraang kaso). Ang qualitative dependence ng mga pangunahing parameter ng mga transceiver sa antas ng boltahe ng lokal na oscillator na ibinibigay sa mixer ay ipinapakita sa fig. 8 (curve 1 - sensitivity sa panahon ng pagtanggap, tinutukoy ng tainga, 2 - sensitivity na sinusukat ng mga device, 3 - carrier suppression sa panahon ng transmission).


Sa pangalawang variant, ang signal sa receive mode ay pinapakain sa input ng balanseng mixer, at sa transmission mode - sa output. Sa pagsasama na ito, ginagamit ang prinsipyo ng reversibility ng mixer. Ito ay kung paano inilarawan ang RF path ng transceiver. Ang pag-set up ng mixer sa kasong ito ay bumababa din sa pagtatakda ng pinakamainam na boltahe ng heterodyne at maingat na pagbabalanse nito. Lalo na dapat tandaan na ang operasyon ng pagsasaayos ay hindi nakasalalay sa prinsipyo ng pagtatayo ng RF path ng transceiver.

Una sa lahat, kailangan mong i-set up ang mga mixer. Noong nakaraan, ang mga makina ng pagbabalanse resistors sa kanila ay nakatakda sa gitnang posisyon. Susunod, ang GSS ay konektado sa antenna jack ng transceiver at ang boltahe ng heterodyne sa mga mixer ay unti-unting tumaas. Ang signal mula sa GSS ay ibinibigay ng isang antas na lumalampas sa sensitivity ng receiving path ng ilang beses. Ito ay kinakailangan upang makamit ang pagtanggap ng signal. Kung walang generator, ang operasyon ay isinasagawa sa pamamagitan ng tainga, tumatanggap ng signal mula sa isang amateur radio SSB radio station o isang noise generator sa isang low-power na zener diode.

Pagkatapos ay halili na ayusin ang bawat isa sa mga mixer. Una, napili ang pinakamainam na boltahe ng heterodyne. Upang gawin ito, ito ay unti-unting nadagdagan at sinusuri ng tainga: kung ang dami ng pagtanggap ng signal ng GSS, ang istasyon ng radyo o ang generator ng ingay ay tumataas. Tulad ng nabanggit ng may-akda, habang ang heterodyne na boltahe na inilapat sa mixer ay tumataas, ang dami ng pagtanggap ng pandinig ay unang tumataas, umabot sa maximum, at pagkatapos ay halos hindi nagbabago (Larawan 8, curve 1). Ang boltahe ng heterodyne ay dapat itakda sa isang paraan na kapag ito ay bahagyang nabawasan, ang dami ng pagtanggap ay bumababa, at kapag ito ay bahagyang tumaas, hindi ito tumaas. Sa pagsasagawa, ito ay natanto sa pamamagitan ng paglipat sa loob ng isang maliit na hanay ng risistor engine na kumokontrol sa antas ng output boltahe ng lokal na oscillator. Kung walang ganoong posibilidad sa transceiver, dapat baguhin ang device.

Bilang isang patakaran, ang isang tagasunod ng emitter ay nakabukas sa output ng isa o isa pang lokal na oscillator. Sa kasong ito, ang pagpipino ay naging napaka-simple: ang pare-pareho na risistor sa emitter circuit ng transistor ay pinalitan ng isang non-inductive trimming risistor ng parehong halaga ng pare-pareho.

Matapos i-optimize ang heterodyne boltahe, ang mga mixer ay kailangang maging mas maingat na balanseng muli. Ang isang RF millivoltmeter o isang oscilloscope ay konektado sa input o output (depende sa pagbuo ng transceiver), at sa pamamagitan ng paglipat ng slider ng risistor R1, at pagkatapos ay pagsasaayos ng mga capacitor C1 at C2 (tingnan ang Fig. 7), isang minimum ng mga pagbabasa ay nakamit. Kung ang mga aparato na may mataas na input impedance ay ginagamit, pagkatapos ay ang mga resistor na malapit sa paglaban (sa loob ng 50 ... 100 Ohms) ay dapat na konektado sa input at output ng mixer.

Ang kagustuhan ay dapat ibigay sa pagbabalanse patungo sa output ng landas ng pagpapadala. Ang pagkakaiba sa balanse sa pagitan ng input at output ng mixer ay dapat maliit (ilang decibels). Kung umabot ito sa 10 dB o higit pa, kung gayon ito, bilang panuntunan, ay bunga ng katotohanan na ang heterodyne boltahe na inilapat sa panghalo ay mas mataas kaysa sa pinakamainam.

Upang suriin at balansehin ang mga mixer, lumikha ang may-akda ng mga simpleng device. Sa fig. 9, a ay nagpapakita ng isang circuit ng isang RF amplifier, sa input kung saan ang isang mixer ay konektado, at isang high-frequency voltmeter ay konektado sa output para sa coarse tuning (Fig. 9, b), para sa fine tuning - isang RF probe (Larawan 9, c). Kasabay nito, hindi kinakailangang mag-install ng mga karagdagang resistors na may pagtutol na 50 ... 100 Ohm sa panghalo.


Sa wakas, ang mga mixer ay na-configure pagkatapos na mai-install ang mga ito sa transceiver (ito ay inilalagay sa transmission mode). Dapat munang itakda ang device upang tumanggap ng mode. Upang maiwasan ang ingay ng mikropono na makagambala sa pagbabalanse, ang input ng amplifier ng mikropono ay short-circuited. Ang pinakamababang-frequency mixer ay balanse muna, at pagkatapos ay ang natitira sa pagkakasunud-sunod ng signal na dumadaan sa kanila sa transmission mode, na nakakamit ng isang minimum na RF readings sa dummy load (Fig. 10) na konektado sa transceiver power amplifier. Pagkatapos nito, ayusin ang mga setting ng natitirang mga node. Maipapayo na ulitin ang pamamaraang ito ng dalawa o tatlong beses.


Vladislav Artemenko (UT5UDJ), Kyiv. Ukraine

PANITIKAN

1. Polyakov V.T. Radio amateurs tungkol sa direktang pamamaraan ng conversion. - M.: Patriot, 1990, p. 264.
2. Stepanov B. Pagsukat ng maliliit na RF voltages. - Radyo, 1980, N 7, p. 55-56.
3. Artemenko V. Isang simpleng SSB mini-transceiver para sa 160 m. - Radio amateur, 1994, N 1.c. 45, 46.
4. Artemenko V.A. Isang simpleng transceiver na may EMF. - RadioAmator, 1995, N 2, p. 7-10.
5. Bunin S.G., Yaylenko L.P. Handbook ng amateur shortwave. - K .: Teknik, 1984, p. 264.
6. Stepanov B., Shulgin G. Transceiver "Radio-76". - Radyo, 1976, N 6, p. 17-19, Blg. 7, p. 19-22.
7. Stepanov B., Shulgin G. Transceiver "Radio-76M2". - Radyo, 1983, N 11, p. 21-23, B 12, p. 16-18.
8. Vasiliev V. Reversible path sa transceiver. - Radyo, N 10, p.20,21.

Mga uri ng panghalo

Ang mga diode frequency converter ay ginagamit sa halos lahat ng microwave receiver dahil sa kanilang mababang antas ng ingay at kakayahang gumana sa napakataas na frequency.

1) Hindi balanseng panghalo. Halos hindi ginagamit, dahil hindi ito nagbibigay ng katanggap-tanggap na paghihiwalay sa pagitan ng mga port, at ang kapangyarihan ng kapaki-pakinabang na signal ay nakasalalay sa mga antas ng parehong input at reference signal.

3) Panghalo na may dobleng pagbabalanse. Madalas na tinutukoy bilang singsing. Sa fig. Ang 3.3 ay nagpapakita ng isang double balanced mixer na may mga transformer at isang diode ring (4 na diode ay maaaring konektado sa isang singsing o isang bituin).

kanin. 3.3

Sa IF na output ng circuit na ito, ang mga produktong kumbinasyon ng pantay na pagkakasunud-sunod ay binabayaran. Ang saklaw ng dalas ng pagpapatakbo ay nililimitahan ng simetrya ng mga transformer at ang kanilang frequency overlap ratio. Ang lahat ng mga output ng mixer ay talagang nakahiwalay sa isa't isa. Kapag gumagawa ng mga singsing ng diode sa loob ng isang integrated circuit, posible na makamit ang napakahusay na pagtutugma at simetrya, dahil ang mga diode ay gawa sa parehong materyal, sa parehong substrate, at may parehong mga parameter. Ang ganitong mga istruktura ay balanse para sa parehong heterodyne at RF input.

Mga Benepisyo ng Dual Balanced Diode Mixer

Ang mga bentahe ng naturang mga mixer ay:

1) nadagdagan ang linearity, mas malawak na dynamic na hanay ng device;

2) Ang mga signal ng RF at lokal na oscillator ay pinigilan sa output;

3) sa output ng mixer, ang mga kumbinasyon ng mga produkto ng lokal na oscillator at RF signal ng kahit na mga order ay pinigilan;

4) magandang mutual isolation ng mixer port.

Mga Disadvantage ng Dual Balanced Diode Mixer

Bilang karagdagan sa mga pakinabang na gumagabay sa amin sa pagpili ng uri ng panghalo, dapat din nating isaalang-alang ang mga disadvantages, dahil, alam kung ano ang haharapin, mas madali nating maaayos ang mga problema sa pagpapatakbo ng circuit.

Mayroong mga sumusunod na pangunahing kawalan:

1) ang paggamit ng dalawang pagbabalanse ng mga transformer ng RF, na mga teknolohikal na kumplikadong elemento, at dahil dito, mahirap ipatupad ang gayong mga istruktura ng panghalo sa mga pinagsama-samang istruktura;

2) ang tunay na hanay ng mga operating frequency ay limitado sa pamamagitan ng teknolohikal na simetrya ng mga RF transformer na nakamit;

3) kinakailangang gumamit ng mga bahagi ng semiconductor na may magkaparehong katangian.

Pagpili ng isang mixer para sa operasyon sa signal conditioning unit ng auxiliary local oscillator

Ngayon, ang isang malawak na hanay ng mga mixer ay ipinakita sa merkado ng mga bahagi ng radyo. Sa aming trabaho, gagamitin namin ang catalog ng dayuhang kumpanya na MiniCircuits.

Kinakailangan ang mixer na na-rate para sa 10 mW input power, isang input frequency na 350-400 MHz, isang tunable local oscillator channel na na-rate para sa 2600-2650 MHz, at na ang mixer ay na-rate upang makagawa ng 3000 GHz signal sa output. Iyon ay, ito ay dapat na isang upconverting mixer.

Ang pagpili ng frequency mixer ay ginawa mula sa surface mount models na gumagawa ng frequency upconversion. Pinili ko ang modelo ng SIM-U432H + na may mga parameter na tinalakay nang mas detalyado sa Appendix 1.

Ang mga tampok ng mixer na ito ay mababa ang pagkawala ng kadahilanan na humigit-kumulang 6 dB sa 3 GHz, mataas na antas ng IP3 na 26dBm, magandang port isolation, ang katunayan na ang mixer ay gawa sa mga keramika, pati na rin ang maliit na sukat nito. Ang isang mahalagang parameter ay ang halaga ng panghalo - mga 350 rubles.

Anumang radio receiver ay naglalaman ng mga signal converter mula sa HF sa IF at IF sa LF (maaaring mayroong ilang intermediate frequency). Sa PPP, mayroon lamang isang ganoong converter, mula sa HF nang direkta sa LF. Tinawag sila mga panghalo at matatagpuan kaagad pagkatapos ng antenna at ang DFT, o higit pa - pagkatapos ng UHF, UHF, kaya "pagkonekta", kaya, ang mga pangunahing bahagi ng receiver na may VPA, OG. Samakatuwid, ang mga parameter ng buong receiver ay higit na nakasalalay sa kahusayan at kalidad ng conversion ng signal. Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga mixer - pasibo at aktibo. Ang una ay may pakinabang na mas mababa sa 1, habang ang huli ay nagbibigay ng signal amplification na mas malaki kaysa sa pagkakaisa, gayunpaman, upang mapanatili ang dynamic na hanay, ang pakinabang ay hindi ginawang malaki, kadalasan ay hindi hihigit sa 10 beses ang boltahe.

Anumang panghalo, lalo na ang pinakauna, bilang karagdagan sa koepisyent ng paghahatid, ay dapat ding magkaroon ng mababang antas ng ingay (upang mapataas ang sensitivity). Ang isang pantay na mahalagang tagapagpahiwatig ay ang kakayahang sugpuin ang mga malalakas na signal sa labas ng banda, dahil sa kung saan maaaring mangyari ang direktang pagtuklas at "pagbara" ng pangunahing signal.

Ang mga aktibong uri ng mixer ay hindi isasaalang-alang sa artikulong ito, dahil. ito ay isang hiwalay na paksa. Ang artikulo ay nakatuon sa mga passive mixer, na ginawa sa mga passive na elemento - semiconductor diodes, bilang ang pinaka-tinatanggap na ginagamit sa iba't ibang mga amateur na disenyo ng radyo. Ang mga passive mixer circuit batay sa field transistors, kabilang ang mga makapangyarihan, na tumatakbo sa mga pangunahing mode, pati na rin ang mga mixer circuit sa mga electronic switch ng iba't ibang uri (multiplexers / demultiplexers), ay naging laganap din. Gayunpaman, ito rin ay isang paksa para sa isang hiwalay na artikulo.

Una sa lahat, ang mga balanseng mixer ng iba't ibang uri ay simetriko circuit kung saan pinaghalo ang dalawang signal (input RF at heterodyne). Sa mga circuit ng radyo, ang dobleng balanseng mga mixer ay malawakang ginagamit. Ang mga ito ay balanse hindi lamang na may kaugnayan sa mga lokal na oscillator oscillations, kundi pati na rin sa input signal. Ang ganitong uri ng mixer ay nagpapalakas ng parehong lokal na oscillator at ang input signal sa output. Natural, ang output ay isa ring mas mababang antas ng conversion by-products kumpara sa conventional balanced mixer.

Sa mga frequency ng HF amateur radio bands (hanggang sa 30 MHz), ang mga conventional high-frequency na silicon diode, halimbawa, KD503, KD509, KD514, KD521, KD522 at germanium type GD508, ay mayroon ding medyo mahusay na mga katangian ng conversion.

Sa dobleng balanseng mga mixer, kanais-nais na gumamit ng Schottky diodes (halimbawa, i-type ang KD922). Ang isang medyo karaniwang pagkakamali ay upang isaalang-alang ang KD514 silicon diodes bilang Schottky diodes. Ang mga ito ay hindi Schottky diodes, ngunit ayon sa ilang mga katangian ay medyo malapit sila sa kanila. Minsan ang error na ito ay nangyayari sa lumang reference literature, dahil. ayon sa teknolohiya, ang isang diode na may contact na METAL-SEMICONDUCTOR ay dating tinatawag na diode na may istrakturang Schottky (ayon sa may-akda ng teknolohiyang ito). Ang teknolohiya ng produksyon nito ay isang krus sa pagitan ng isang conventional diode na may p-n junction at isang diode na may Schottky barrier. Ayon sa pisika (hindi teknolohiya!) Ang mga Silicon Schottky diode ay may mas mababang boltahe sa pasulong kaysa sa maginoo na mga diode ng silikon (gamit ang anumang iba pang teknolohiya). Bilang karagdagan, ang isang malaking ratio ng reverse resistance sa forward resistance at bale-wala na kapasidad sa zero bias. Ang mga Schottky diode ay may napakaikling oras ng paglipat, na nagpapalawak sa saklaw ng dalas ng kanilang aplikasyon (hanggang sa ilang daang GHz).

Ang paggamit ng silicon, pulsed, epitaxial-planar, high-speed, low-recovery diodes na KD514 (tama na tawag sa kanila!) , posibleng dagdagan ang gain ng IF path (at, bilang resulta, ang sensitivity). Minsan sa pagsasanay, ang pag-install ng KD514 na nakikita, sa pamamagitan ng tainga, ay nagbibigay ng epekto, nang hindi pumipili ng mga diode, na hindi masasabi tungkol sa KD503 at iba pang mga uri ng diode.

Ang pagkawala sa isang diode mixer ay karaniwang 6-10 dB. Ito ay hindi gaanong, ngunit karamihan sa mga taga-disenyo ay nais na magkaroon ng mas kaunting pagkawala. Iminumungkahi nito ang pangangailangang gumamit ng aktibong panghalo sa circuit ng receiver. Ngunit ang dynamic range (DR) ng isang receiver na may passive mixer ay kadalasang mas malaki kaysa sa isang receiver na may aktibong mixer. Bilang karagdagan, ang DD ay kinakailangan kapag ang radio receiver ay inilaan upang gumana sa mga malalakas na kalapit na istasyon ng radyo, o sa mga kondisyon ng amateur radio contests, kapag sa pangkalahatang air dump mahina na mga istasyon ay katabi ng makapangyarihang mga kapitbahay. Sa ilalim ng normal na mga pangyayari, ito ay halos hindi mangyayari. Kaya, ang magnitude ng dynamic na hanay ng receiver ay hindi dapat maging partikular na alalahanin sa amin.

Kung ang mixer ay ang unang yugto ng receiver, at ito ay madalas na nangyayari, kung gayon ang lahat ng mga pangunahing katangian ng receiver ay halos nakasalalay sa kalidad ng mixer. Ang antas ng ingay ng panghalo ay mahalaga. Kung mas maliit ito, mas mataas ang matamo na sensitivity ng receiver. Mula sa nabanggit, nagiging malinaw na sa mga diode, ang kagustuhan ay dapat ibigay sa mga may pinakamaliit na direktang panloob na pagtutol ng p-n junction. Ang mas maliit na ito ay, ang mas kaunting ingay ay nabuo sa diode sa parehong kasalukuyang sa pamamagitan ng diode. Tandaan na ang yugto na sumusunod sa mixer ay dapat ding may mababang ingay. Ito ay napakahalaga upang mapagtanto ang mga benepisyo ng isang passive mixer.

Ipinapakita ng Figure 1 ang mga diagram ng isang simpleng balanced mixer at isang ring (double balanced) mixer na ginawa sa mga diode.

Ang pagbabalanse ng mga transformer T1 at T2 ay ginagamit sa mga mixer na ito, na nasugatan sa mga ring ferrite core na may twist ng tatlong wire.

Upang makamit ang maximum na sensitivity kapag nagse-set up ng mixer, kailangan mong piliin ang lokal na boltahe ng oscillator. Ang hindi sapat na boltahe ay binabawasan ang koepisyent ng paghahatid at pinapataas ang impedance ng input, at ang sobrang boltahe ay nagpapataas ng ingay ng mixer mismo. Sa parehong mga kaso, bumababa ang sensitivity. Ang pinakamainam na boltahe ay mula sa mga fraction ng isang bolta hanggang 1-1.5 V (peak value) at depende sa uri ng diode.

Sa mga mixer na may back-to-back diodes (VPD), ang boltahe ay inilapat nang sabay-sabay sa pamamagitan ng coupling coil - ang signal mula sa input circuit at ang lokal na oscillator boltahe (Fig. 2).

Ang boltahe ng lokal na oscillator ay mas mataas kaysa sa boltahe ng signal. Para sa normal na operasyon ng naturang mixer sa mga diode ng silikon, ang boltahe ng lokal na oscillator ay dapat na 0.6-0.7 V (peak na halaga). Ang isa sa mga diode ay bubukas sa mga taluktok ng mga positibong kalahating alon ng lokal na signal ng oscillator, at ang isa pa sa mga taluktok ng mga negatibo. Bilang resulta, ang paglaban ng mga diode na konektado sa parallel ay bumababa nang dalawang beses sa panahon ng heterodyne boltahe. Kaya ang mga bentahe ng mixer na ito bilang ang kawalan ng direktang kasalukuyang (ang mixer ay hindi nakakakita ng alinman sa signal o ang lokal na boltahe ng oscillator). At ang lokal na dalas ng oscillator ay pinipili nang dalawang beses na mas mababa kaysa sa dalas ng signal, na nagpapabuti sa katatagan ng dalas at makabuluhang binabawasan ang lokal na oscillator pickup sa mga input circuit ng mixer, dahil ang radiation ng signal nito ay 30-60 dB na mas mababa (dalawang beses na mas mababa kaysa sa signal sa dalas) kaysa sa mga maginoo na mixer.

Sa isang VPD mixer, pinakamahusay na gumamit ng mga diode ng silikon na may threshold na boltahe na humigit-kumulang 0.5 V - nagbibigay sila ng medyo mas mataas na kaligtasan sa ingay kaysa sa mga germanium. Sa anumang kaso, kinakailangan na piliin ang pinakamainam na lokal na boltahe ng oscillator ayon sa maximum na koepisyent ng paglipat. Sa pangkalahatan, ang lahat ng uri ng diode mixer ay nangangailangan ng maingat na pagpili ng boltahe ng GPA upang makuha ang pinakamahusay na mga parameter ng mixer.

Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa pagpapatakbo ng mga mixer, inirerekumenda din namin na sumangguni ka sa mga gawa ng V. T. Polyakov, G. Tyapichev, mga link na kung saan ay ipinahiwatig sa dulo ng artikulo.

Ang pagbubuod sa itaas, dapat tandaan na sa mga diagram sa itaas ng mga diode mixer, kinakailangan (bilang karagdagan sa tamang pagpili ng uri ng diode) pareho ang simetrya (ang parehong mga katangian) ng mga diode mismo, o ang kanilang mga armas ( sa mga ring circuit), at ang simetrya ng disenyo. Kaya, para sa normal na operasyon ng mga diode sa mga circuit ng mixer, maaari nating pag-usapan ang pangangailangan para sa kanilang tamang pagpili at pag-install sa circuit board (ang disenyo ng pag-install ng mga mixer sa mga diode ay tatalakayin sa dulo ng artikulo).

Kung wala ang pagpili ng mga diode, mahirap tiyakin ang kinakailangang simetrya ng tulay, lalo na sa mga circuit na iyon kung saan walang mga elemento ng pagbabalanse ang ibinigay, tulad ng sa mga circuit sa Fig. 1 at 2. Ang kinakailangang simetrya ng heterodyne boltahe ay nakakamit sa pamamagitan ng ang katotohanan na ang coupling coil (o broadband transformers) ay sinasaktan nang sabay-sabay ng dalawang iba pang twisted wire at inilagay sa isang ferrite ring na mahigpit na simetriko. Ang pagkabigong sumunod sa simpleng panuntunang ito ay humahantong sa katotohanan na ang ilang mga radio amateur, kapag nag-i-install ng mga modernong uri ng diode, ay hindi kinuha ang mga ito sa panahon ng paunang pag-debug ng disenyo ng mixer, na naniniwala na ang kawalaan ng simetrya ng natitirang mga elementong gawa sa bahay ay binabawasan ang makakuha mula sa kanilang pagpili sa zero. Naturally, ang mga dahilan para sa kawalaan ng simetrya ay maaaring maiugnay hindi lamang sa mga transformer sa kanilang sarili, kaya hindi kinakailangan na malinaw na inirerekomenda ang pagmamadali upang gawing muli ang mga ito.

Kapag pumipili ng mga diode para sa isang panghalo ayon sa mga materyales na sanggunian, dapat tandaan na ang kanilang mga kapasidad ay dapat na pareho (at bilang maliit hangga't maaari) sa parehong boltahe. Ito ay kanais-nais na piliin ang minimum at ang oras ng paglipat (pagbawi). V.T.Polyakov, RA3AAE sa kanyang mga gawa ay nagpapahiwatig na ang kagustuhan ay dapat ibigay sa mga diode na may mas mababang kapasidad (hindi hihigit sa 1 ... 3 pF) at ang pinakamaikling oras ng pagbawi ng reverse resistance (hindi hihigit sa 10 ... 30 ns). Ang impormasyong ito ay matatagpuan sa mga sangguniang aklat. Kapag nagtatrabaho sa VHF, mas tumataas ang mga kinakailangan.

Sa maraming mga kaso, ang pinakamahusay na pagpipilian ay maaaring ang paggamit ng mga yari na diode microassemblies na may mga napiling katangian. Halimbawa, madalas na inirerekomenda ang KDS523A, B, o mga diode na tumugma sa assembly (KDS523VR). Gayunpaman, sa ilang mga kaso, kinakailangan na suriin ang mga pagtitipon na ito ng hindi bababa sa pinakasimpleng paraan, dahil ang pinapayagang pagkalat sa mga ito ay maaaring umabot sa 10% at ito ay maaaring makaapekto sa pagpapatakbo ng mga mixer at nangangailangan ng pagdaragdag ng mga balancing resistors at / o capacitances sa mixer circuit, na sa pangkalahatan ay walang silbi, dahil pinatataas nito ang mga pagkalugi sa mixer. At ito ay palaging hindi kanais-nais.

Ang pagpili ng mga diode sa pamamagitan ng pasulong na paglaban, na kamakailan ay naging laganap, ay tila hindi gaanong nauugnay, dahil ang isang di-perpektong transpormer (tulad ng nabanggit sa itaas) ay magpapakilala pa rin ng isang kawalan ng timbang sa mga balikat ng tulay. Siyempre, kung may kumpiyansa sa kumpletong simetrya ng mga windings at ang kanilang pagkakapantay-pantay ng kabuuang (kumplikadong) resistensya, kung gayon ang paggamit ng isang maginoo na digital multimeter (sa mode na "pagpapatuloy") ay maaaring tanggihan ang mga diode na may malalaking paglihis ng mga pasulong na pagtutol. May pangalawang dahilan, mas makabuluhan. Ang punto ay ang pagkakapantay-pantay ng mga direktang pagtutol ay nagsasabi lamang na sa parehong amplitude ng lokal na oscillator, ang parehong kasalukuyang ay dadaloy sa diode. Ngunit ito ay mahalaga para sa mataas na boltahe mula sa GPA, ngunit para sa mga signal ng input, ang amplitude na kung saan ay mas maliit at namamalagi sa antas ng microvolt, ang pinakamahalagang bagay ay ang pagkakapareho ng CVC ng mga diode nang tumpak sa rehiyon ng mababang boltahe. , ibig sabihin. sa pinakadulo simula ng CVC, at hindi sa rehiyon ng mataas na boltahe.

Sa kasamaang palad, ang mga domestic diode, kahit na mula sa parehong batch, hindi banggitin lamang ang parehong uri, ay may napakalaking pagkalat ng mga parameter, kaya ang isang simpleng pagpili sa pamamagitan ng paglaban (pasulong na boltahe) sa isang punto ng katangian ng I-V ay hindi epektibo. Ang paliwanag kung bakit hindi epektibo ang naturang pagpili ay ginawa sa figure sa ibaba. Sa katunayan, ang pagkakalat ng mga katangian ng I-V ng mga diode ay maaaring masyadong malaki, ngunit dahil sa isang random na pagkakataon, nasa punto ng pagsukat na ang panloob na paglaban ng mga diode ay magiging pareho na may medyo mataas na katumpakan. Sa katunayan, ito ay posible nang madalas. Gayunpaman, ito ay ang hitsura lamang ng pagkakakilanlan ng mga katangian ng I-V ng mga diode. Ang 2-point na pagpili ay mas tumpak. Ngunit ang gayong pagpili, din, ay isang pagsusuri lamang ng pagkakataon ng mga static na katangian, at hindi mga dinamiko.

Samakatuwid, madalas na inirerekomenda na gumamit ng mga na-import - ang parehong 1N4148 (katulad ng KD522). Mayroon silang isang makabuluhang mas maliit na pagkalat, na ginagarantiyahan ang mahusay na operasyon ng mixer kahit na walang pagpili. Bagaman napakasimpleng gumawa ng pagpili sa isang punto ng CVC na may digital multimeter (sa continuity mode). Dapat pansinin na sa circuit na ito para sa pagpili (at sa iba pa!) Ang mga diode ay dapat na konektado sa mga clip ng buwaya o katulad nito, ngunit sa anumang kaso sa pamamagitan ng paghihinang. Kahit na pagkatapos kumonekta sa mga clamp, kailangan mong maghintay ng ilang sandali - ang pag-init ng mga diode sa pamamagitan ng kamay ay nagbabago sa mga resulta ng pagsukat (hindi sa pagbanggit ng paghihinang). At kailangan nilang makarating sa temperatura ng silid ...

Ang mga diode ay maaaring mapili ayon sa "forward boltahe" sa pamamagitan ng pag-assemble ng pinakasimpleng circuit: mula sa isang matatag na mapagkukunan na may boltahe na hindi bababa sa 10 V, ang isang direktang kasalukuyang sa pamamagitan ng diode ay itinakda sa pamamagitan ng isang risistor (halimbawa, 1 mA). At sinusukat nila ang pagbaba ng boltahe sa anumang voltmeter na may mataas na resistensya ng input (uri ng tubo VK7-9, o anumang digital, na mas mahusay). Ang mga diode ay pinili na may pinakamalapit na sinusukat na mga halaga ng boltahe. Maaari mong subukan ang dalawang puntos, halimbawa, sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga alon na 1 mA at 0.1 mA.

Isang karaniwang pamamaraan na inirerekomenda para sa pagpili ng mga ring balanced mixer diodes at inilarawan B.Stepanov, RU3AX. Inihahambing nito ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng mga diode sa pasulong na direksyon. Dahil ang isang semiconductor diode ay isang non-linear na elemento, ang direktang pagsukat ng pasulong na paglaban nito sa isang ohmmeter ay hindi pinapayagan ang gayong paghahambing. Dapat itong gawin sa ilang (hindi bababa sa dalawa) na mga punto ng katangian ng kasalukuyang boltahe ng diode, na sinusukat ang pagbaba ng boltahe sa buong diode sa mga nakapirming halaga ng kasalukuyang pasulong. Ang isang diagram ng pinakasimpleng aparato na nagpapahintulot sa pagpili ng mga diode ay ipinapakita sa figure.

Para sa pagpili ng mga diode, ang eksaktong mga halaga ng nagpapatatag na kasalukuyang ay hindi mahalaga - lahat ng mga diode ay ihahambing sa parehong kasalukuyang mga halaga. Kinakailangan lamang na ang mga halagang ito ay magkaiba ng halos sampung beses ... Ang mga detalye ng pagpupulong at pagpapatakbo ng aparatong ito ay ibinigay .

Mayroong mas malubhang diskarte sa pagpili ng mga diode sa mga mixer. Ang mga bihasang radio amateur ay minsan ay nag-aalinlangan sa mga pamamaraan na nakabalangkas sa itaas at hindi inirerekomenda ang pagpili ng mga diode para sa isang direktang kasalukuyang panghalo, sa paniniwalang ang gayong pagpili ay kaunti ang nagagawa, lalo na para sa isang napaka-dynamic na panghalo.

Halimbawa, ang pagbuo ng ideya ng pagsukat ng pagbaba ng boltahe sa pamamagitan ng mga nagpapatatag na alon (sa pangkalahatan, paghahambing ng mga katangian ng I-V), iminungkahi na magbigay ng boltahe ng AC na 12 ... 24 V, sa pamamagitan ng isang risistor na tumutukoy sa kasalukuyang sa mga anti-parallel diodes. Susunod, pagkatapos ng RC filter, ang boltahe ay sinusukat gamit ang isang multimeter. Ang mga pares ay pinili ayon sa pinakamababang pagkalat ng boltahe sa iba't ibang mga alon (mas mababa ang boltahe at mas maliit ang pagkalat, mas mahusay ang pares, mas komplementaryo).

Sinusuri ang gayong pamamaraan, ang konklusyon ay nagmumungkahi mismo na ang dalas ng alternating boltahe ay dapat na tumutugma sa dalas ng pagpapatakbo, ibig sabihin, HF.

Ang pamamaraan at pamamaraan ng pagpili na ito ay sinubukan V.Lifarem, RW3DKB, nang bumuo ng kanilang direktang conversion transceiver at nagpakita ng napakagandang resulta. Ang functional diagram para sa pagpili ng mga diode ay ipinapakita sa Fig.6.

Sa output ng GSS (mula 0 hanggang 1 V sa dalas ng ilang MHz), isang pares ng mga diode na konektado sa anti-parallel ay konektado sa pamamagitan ng isang risistor. Ang pangalawang dulo ay konektado sa lupa sa pamamagitan ng 30-50 µA microammeter na may MIDDLE POINT. Unti-unting pagtaas ng boltahe sa output ng generator sa isang maximum, obserbahan ang paglihis mula sa zero ng indicator arrow.

Kaya, kapag pumipili ng isang pares ng mga diode, ang kaugalian ng kasalukuyang sa pointer device na may zero sa gitna ay tinutukoy. Siyempre, mainam na ang paglihis ng arrow ay hindi "plus o minus". Ang isang paglihis ng 1 µA ay itinuturing na katanggap-tanggap, bagaman, sa isang tiyak na pagtitiyaga, posible na makahanap ng perpektong magkatugma na mga pares, apat at kahit walo.

Naturally, sa ganitong paraan "hindi bababa sa dalawang ibon na may isang bato ang napatay." Dito, ang isang TUNAY na pagkakataon ng mga parameter ng mga diode sa OPERATING frequency at sa operating voltages ay sinusunod. Kasabay nito, ang pagkakapantay-pantay ng mga capacitance ng diode ay isinasaalang-alang din. SO lang kailangan mong pumili ng mga diode para sa mga highly dynamic na mixer.

At, pangalawa, sa gayong pagpili, hindi maaaring pag-usapan ang anumang pagtagas ng mga signal at direktang pagtuklas, dahil isang tulay ng perpektong katugmang mga diode ay perpektong simetriko sa LAHAT ng mga parameter nito.

Nagbabala ang may-akda na ang proseso ng pagpili ay mahaba. Bilang karagdagan, ang mga diode ay pinili lamang para sa direktang paglaban (pagpapatuloy) - nagbigay sa tunay na disenyo ng CCI ng isang mahinang resulta, na hindi maihahambing sa paraan ng pagpili na inilarawan sa itaas at inirerekomenda, lalo na sa HF. Sa kawalan ng isang GSS, ang papel ng isang pinagmumulan ng signal ay maaaring gawin ng isang GPA na ginawa ng isang radio amateur para magamit sa parehong disenyo. Dapat itong magbigay ng isang regulator ng antas ng signal ng output, ang papel na maaaring maisagawa ng isang potentiometer na may mababang resistensya.

Hanggang ngayon, pinag-uusapan natin ang pagpili ng mga diode para sa operasyon sa mga mixer sa mga tuntunin ng simetrya, na tinutukoy ng pagkakapareho (pagkakatulad, pagkakapantay-pantay) ng kanilang mga parameter. Ngunit kahit isang diode (tulad ng anumang iba pang aktibo at passive na elemento na ginagamit sa isang receiver o transceiver circuit) ay maaaring aktibong gumawa ng ingay.

Ang isyu sa ingay ng mga elemento ng circuit ay palaging napaka-kaugnay at lahat ng mga developer ng hardware, parehong mga propesyonal at amateurs, ay kailangang lutasin ito. Ito ay mas madali para sa mga propesyonal, dahil armado sila ng mga espesyal na kagamitan sa pagsukat. Ang mga amateur sa radyo ay kailangang manumpa sa lahat sa kanilang sariling paraan. Ngunit ang bawat normal na baguhan na taga-disenyo ay may pagkakataon na gumamit ng mga simpleng low-frequency voltmeters para sa mga naturang layunin, kung saan maaari mong sukatin ang antas ng ingay sa speaker (isang uri ng output meter). Sa teorya, kailangan mo ng RMS voltmeter, ngunit sa prinsipyo ay gagawin ng sinuman. Ito, siyempre, ay hindi isang tumpak na aparato, ngunit dahil ang sariling mga tainga ay ginagamit nang magkatulad, "gumana" sa parehong "mas-mas mababa" na sukat, ang ingay ay natukoy nang maayos.

Ang pamamaraan na ginamit, umaasa ako, ay medyo malinaw mula sa artikulo. , tanging sa halip na ang buong radio receiver, isang bahagi nito ang ginagamit sa panahon ng pagsukat - isang sensitibong low-noise ultrasonic frequency converter. Isinulat ito ni V.T. Polyakov sa isang pagkakataon, na nagmumungkahi na suriin ang ingay ng isang diode sa pamamagitan ng pag-on nito sa pamamagitan ng isang decoupling capacitor na may kapasidad ng ilang microfarads sa input ng isang sensitibong ultrasonic frequency converter, na maaaring magamit bilang isang mababang dalas. amplifier na naka-assemble na para sa PPP. Ang diode ay forward at reverse biased. Ang isang mahusay na diode ay hindi dapat kapansin-pansing tumaas ang ingay sa output ng UZCH na may mga pasulong na alon hanggang sa ilang milliamps at reverse bias hanggang sa ilang volts. Ayon sa data mula sa lahat ng mga parameter sa itaas, ang mga diode ng uri ng KD514 ay naging pinakamahusay. Ang ilang iba pang mga uri ng diodes ay inihambing sa isang heterodyne receiver na may balanseng mixer sa 20 MHz. Ang mga sumusunod na halaga ​​ng noise figure ng buong receiver (nang walang URF) ay nakuha: KD503A - 32, D311 - 37, GD507A - 50, D9 - 200, D18 - 265. Ang huli sa mga nakalistang diode ay hindi dapat gamitin nang tahasan.

V.N. Lifar, RW3DKB, ikinonekta ang isang diode sa input ng kanyang ultrasonic frequency converter (isang amplifier circuit batay sa mga modernong discrete na elemento ay maaaring kunin mula sa artikulo

) katod sa lupa. Ang isang pasulong na bias ay inilapat sa anode sa pamamagitan ng isang 10 kΩ potentiometer, at ang pagbabago sa antas ng ingay na may at walang bias ay inihambing sa output. Maaaring mapalitan ang offset gamit ang isang potentiometer. Siyempre, mayroon ding oscilloscope sa output ng ultrasonic frequency converter upang makita kung ano ang nangyayari sa track ng ingay. Ang pagkakaiba ay nakikita. Dahil ang ingay ay mababa ang dalas, maaari mong gamitin ang isang PC sound card sa pamamagitan ng pag-install ng naaangkop na programa sa PC, pagkuha nito mula sa Internet.

Sa pamamagitan ng pagbabago ng dami ng kasalukuyang dumadaloy sa diode, natutukoy ang pinakamababang ingay ng diode. Dapat itong isipin na sa napakababang alon, ang mga diode ay gumagawa ng higit pang ingay, dahil. ang kanilang panloob na pagtutol ay napakataas din. At ito ay hindi kanais-nais, dahil ang halaga ng paglaban ay kasama sa formula ng boltahe ng ingay.

Habang tumataas ang kasalukuyang, ang antas ng ingay ng diode ay unang bumagsak, pagkatapos ay pumasa sa pinakamainam na labangan, at pagkatapos ay nagsisimulang tumaas muli (na may pagtaas sa pasulong na kasalukuyang sa pamamagitan ng diode). Iyon ang dahilan kung bakit napakahalaga para sa mga mixer ng diode na itakda nang tama ang amplitude ng paggulo upang ang pinakamataas na kasalukuyang sa pamamagitan ng diode ay bumagsak nang tumpak sa guwang na ito upang matiyak ang pinakamababang intrinsic na ingay ng diode mixer. Sa kasong ito, ito ay lumalabas na isang minimum-minimorum para sa ganitong uri ng mga diode, at hindi na ito maaaring gawing mas maliit. Maliban kung palitan ng hindi gaanong maingay na mga diode ng ibang uri.

Ang lokasyon ng mga diode sa board ay dapat na mahigpit na simetriko na may paggalang sa mga nakapaligid na elemento at mga screen. Ang disenyong ito ay nagbibigay ng kinakailangang pagbabalanse sa lokal na bahagi ng oscillator nang hindi nag-i-install ng mga karagdagang elemento. Sa pangkalahatan, ang naka-print na circuit board ng panghalo ay dapat na lapitan sa pinaka-seryosong paraan. Ang pag-install ay dapat gawin nang SYMMETRIALLY hangga't maaari, kahit na sa kapinsalaan ng mga sukat. Hindi ka dapat madala sa microminiaturization ng mga mixer circuit, dahil sa parehong oras, ang mga parasitic capacitances ng mounting pagtaas ng kapansin-pansin. Halimbawa, sa variant ng TPP V. Lifar, RW3DKB, ang mga mixer diodes, na konektado sa anti-parallel, ay naka-install nang pahalang sa isa sa itaas ng isa sa isang "istante", i.e. nakahiga sila sa pisara, at hindi tumayo sa tabi ng isa't isa, at kasama ang kanilang mga natuklasan ay ipinasok sa ISANG butas sa pisara. Naturally, ang butas sa board ay bahagyang mas malaki kaysa sa kapal ng isang diode output. Bagaman, marahil, pinahihintulutan na ilagay ang mga ito nang hiwalay. Gayunpaman, ang hindi nabilang na mga mounting resistance at capacitance ay maaaring lumitaw, kaya ang panganib ay hindi makatwiran.

Kasama sa mga device ng conversion ng dalas ang anumang circuit kung saan ang dalas ng signal sa output ay hindi katumbas ng dalas ng pag-input nito. Ang ganitong mga aparato para sa pagbabago ng dalas ng signal ay gumagamit ng iba't ibang mga di-linear na elemento. Kadalasan, ang mga diode ng semiconductor ng iba't ibang uri ay kumikilos bilang mga elementong ito. Ang paggamit ng mga diode ay lalong popular sa mga maliliit na signal circuit, kung saan ang mataas na mga kinakailangan ay inilalagay sa mga parameter ng ingay at mga parameter ng sensitivity ng mga converter. Pangunahing kasama sa mga diode frequency converter ang mga mixer, pati na rin ang iba't ibang frequency multiplier at divider, at ilang uri ng autodyne converter. Ang pinakalaganap ay ang mga mixer at frequency multiplier, na tinatalakay sa ibaba.

Mga gripo- ito ay mga frequency conversion device na, na mayroong dalawang signal sa input, bumubuo sa output ng signal na may frequency na mahigpit na nakadepende (karaniwang katumbas ng kabuuan o pagkakaiba) ng mga frequency ng input signal.

Ang operasyon ng mixer ay batay sa mutual modulation ng dalawang oscillations sa isang non-linear (converting) na elemento. Kung ang katangian ng direktang paghahatid ng isang nonlinear na elemento ay quadratic (inilalarawan ng equation \(I = b U^2\)), pagkatapos ay kapag ang dalawang oscillations na may mga frequency \(\omega_1\), \(\omega_2\) at amplitudes \ (U_1) ay inilapat sa nonlinear na elemento \), \ (U_2 \) ang kasalukuyang sa pamamagitan nito ay magiging katumbas ng:

\(b (\left(U_1 \sin(\left(\omega_1 t \right))) + U_2 \sin( \left(\omega_2 t \right) ) \right))^2 = \cfrac(b)(2 ) \kaliwa(U_1^2 + U_2^2 \kanan) - \cfrac(b U_1^2)(2) \cos( \kaliwa(2 \omega_1 t \kanan)) - \)

\(- \cfrac(b U_2^2)(2) \cos( \left(2 \omega_2 t \right)) + b U_1 U_2 \cos( \left(\left(\omega_1 - \omega_2 \right) t \kanan) ) - b U_1 U_2 \cos( \left(\left(\omega_1 + \omega_2 \right) t \right))\).

Yung. sa agos ng isang non-linear na elemento magkakaroon ng pagbabagu-bago ng tinatawag. kumbinasyon ng mga frequency: \(\omega_1 - \omega_2\) at \(\omega_1 + \omega_2\). Ang isa sa mga kumbinasyon ng dalas ng oscillations ay kapaki-pakinabang at maaaring ihiwalay sa pumipili na pagkarga ng mixer. Ang lahat ng iba pang mga bahagi na nasa output signal ay nakakasagabal.

Ang mga sumusunod ay maaaring kumilos bilang isang non-linear na elemento ng mixer: semiconductor diodes, field-effect at bipolar transistors sa ilang switching circuits, combined circuits.

Mga diode mixer nailalarawan sa pamamagitan ng isang mababang antas ng ingay, mataas na pagiging maaasahan, mababang input impedance para sa lokal na boltahe ng osileytor, mababang koepisyent ng paglipat ng boltahe (0.3 ... 0.5) at kapangyarihan (0.1 ... 0.3), ay maaaring gumana sa mas mataas na mga frequency kaysa sa mga transistorized mixer. Sa mga diode mixer, kanais-nais na gumamit ng mga high-frequency na silicon diode na may malaking ratio ng reverse at forward resistances at mababang junction capacitance (halimbawa, KD503), at mas mahusay na Schottky barrier diodes, na nailalarawan sa mababang antas ng ingay (halimbawa, , uri KD419), reverse diodes. Ang mga espesyal na mixing diode ay idinisenyo para magamit sa hanay ng microwave. Para sa mga mixer kung saan dapat gamitin ang ilang mga diode na may pinakamalapit na posibleng mga parameter, ang mga pares at quadruples ng diodes, pati na rin ang mga diode assemblies, ay ginawa sa isang tiyak na paraan.

Ang pinakasimpleng circuit ng isang solong diode mixer ay ipinapakita sa fig. 3.6-21.

kanin. 3.6-21. Scheme ng isang simpleng mixer sa isang solong diode

Ang mga di-linear na katangian ng isang semiconductor diode ay hindi maaaring ipahayag ng isang simpleng quadratic na relasyon, tulad ng ipinapakita sa itaas. Sa pangkalahatang kaso, tinatantya ang CVC ng diode ng isang serye ng Taylor, nakukuha namin ang sumusunod na pag-asa:

\(I_d = I_0 + aU_d + bU_d^2 + c U_d^3 + ... \)

Isinasaalang-alang na ang kabuuan ng mga boltahe ng signal at ang lokal na oscillator ay inilapat sa diode), pagkatapos ng pagpapalit ay nakuha namin ang sumusunod na expression para sa kasalukuyang diode:

\(I_d = I_0 + a U_c \sin(\left(\omega_c t \right)) + a U_r \sin(\left(\omega_r t \right)) - \cfrac(b U_c^2)(2) \ cos(\kaliwa(2 \omega_c t \kanan)) - \)

\(- \cfrac(b U_r^2)(2) \cos(\left(2 \omega_r t \right)) + b U_c U_r \cos(\left(\left(\omega_r - \omega_c \right) t \kanan)) - b U_c U_r \cos(\left(\left(\omega_c + \omega_r \right) t \right)) + ... \).

Makikita na ang mixer load ay maglalaman ng mga sangkap na may dalas ng input signal at lokal na oscillator signal, pati na rin ang maraming harmonika at kumbinasyon ng frequency signal (kabilang dito ang lahat ng signal na may mga frequency: \(m \omega_c \pm n \ omega_r\), kung saan \( m\) at \(n = 0, 1, 2, 3, ...\)). Kabilang sa mga ito, ang mga bahagi na may signal at lokal na mga frequency ng oscillator at ang kanilang mga harmonika ay lalong nakakapinsala.

kanin. 3.6-22. Mga scheme ng mga balanseng mixer na may in-phase (a) at anti-phase (b) na supply ng lokal na boltahe ng oscillator

kanin. 3.6-23. Scheme ng isang annular balanced mixer

panghalo ng balanse (Larawan 3.6-22a) ay naglalaman ng dalawang diode na konektado upang ang kanilang mga alon ay dumaloy sa pangunahing paikot-ikot ng output transpormer sa magkasalungat na direksyon. Sa kasong ito, ang mga in-phase na bahagi ng magnetic flux ay kapwa nabayaran, at ang mga anti-phase na bahagi ay idinagdag. Ang boltahe ng lokal na oscillator ay inilalapat sa mga diode sa phase, at ang boltahe ng signal ay antiphase. Iyon ay, ang kabuuan ng mga boltahe ng signal at ang lokal na oscillator \ (U_ (d1) (t) = U_g (t) + U_s (t) \) ay inilapat sa unang paghahalo diode, at ang kanilang pagkakaiba \ (U_ (d2) ( t) \u003d U_g (t) - U_c (t)\). Nagreresulta sa kasalukuyang sa pangunahing paikot-ikot ng output transpormer:

\(I_\Sigma = I_(d1) - I_(d2) \approx 2 a U_c \sin(\left(\omega_c t \right)) + 2b U_c U_r \cos(\left(\left(\omega_r - \ omega_с \right) t \right)) - \)

\(-2b U_c U_r \cos(\left(\left(\omega_c + \omega_r \right) t \right)) + ... \).

Mula sa ipinakita na pormula makikita na ang mga bahagi ng mga alon na may dalas ng lokal na osileytor ay kapwa nabayaran at ang ingay ng lokal na oscillator ay hindi pumapasok sa output ng mixer. Ang pagkakaroon ng mga katulad na kalkulasyon para sa mga alon sa input transpormer, makikita na ang isang balanseng mixer ay maaaring makabuluhang bawasan ang kapangyarihan ng lokal na oscillator na tumutulo sa yugto na nauuna nito (halimbawa, sa receiver antenna).

Ang scheme ng mixer sa fig. 3.6-22(b) ay hindi pangunahing naiiba sa circuit sa fig. 3.6-22(a). Ang pagkakaiba lamang ay ang boltahe ng lokal na oscillator ay inilalapat sa mga diode sa antiphase, at ang boltahe ng signal ay nasa phase. Gayunpaman, dahil sa kontra-koneksyon ng mga diode, ang parehong mga relasyon sa phase at ang parehong mga katangian ay napanatili sa circuit na ito tulad ng sa balanseng panghalo ayon sa circuit sa Fig. 3.6-22(a). Ang output na tumutugma sa transpormer \ (Tr2 \) ay maaaring mapalitan ng isang maginoo na RF choke (konektado sa pagitan ng output at ground) na may intermediate frequency reactance na katumbas ng kinakailangang output impedance ng mixer, at sa pinakasimpleng mababang kalidad na mga circuit, na may isang maginoo na risistor. Ang karagdagang feature ng scheme na ito ay ang equivalence (functional identity) ng signal input \(U_с\) at ang output \(U_(IF)\), na maaaring malayang palitan, habang ang mixer operation mode ay nananatiling hindi nagbabago.

Doble(o annular) balanseng panghalo (Fig. 3.6-23) ay may karagdagang bentahe ng mataas na selectivity sa forward channel. Madali itong ma-verify sa pamamagitan ng paghahanap ng nagresultang kasalukuyang ng pangunahing paikot-ikot ng output transpormer, sa parehong paraan tulad ng ginawa para sa isang maginoo na balanseng panghalo:

\(I_\Sigma \approx 4b U_c U_r \cos(\left(\left(\omega_r - \omega_c \right) t \right)) + ... \).

Dito, sa kaibahan sa balanseng panghalo, walang bahagi na may dalas ng signal. Kaya, dahil sa simetrya ng mga transformer at diode na ginagamit sa circuit, ang panloob na mutual decoupling ng mga input ng signal, lokal na oscillator at mixer output ay ibinigay.

Bilang karagdagan sa scheme ng konstruksiyon, ang mga mixer ay karaniwang inuri ayon sa antas ng kapangyarihan ng lokal na signal ng oscillator na ibinibigay sa mixer. Ang sumusunod na klasipikasyon ay pinagtibay:

Tab. 3.6-1. Pag-uuri ng mixer

Antas ng kalidad ng mixer

\(P_G\)

Napakababa

napaka taas

Sa isang pagtaas sa kapangyarihan ng lokal na oscillator, ang mode ng pagpapatakbo ng mga mixer diodes ay medyo nagbabago. Napakababa at mababang antas ng mga mixer (madalas na tinutukoy bilang "standard power level mixer") ay nailalarawan sa tinatawag na. parisukat na mode, at para sa mga mixer ng medium, high at very high level - switching mode. Ang operasyon ng square mode ay nailalarawan sa pamamagitan ng mas mababang conversion ng mga by-product sa output at medyo maliit na mixer gain, ang pagpapatakbo ng switching mode ay nailalarawan sa pamamagitan ng mas mababang ingay at mas malawak na hanay ng mga by-product.

Ginagamit ang quadratic mode sa mga mixer para sa mga radio sa sambahayan, mga simpleng instrumento sa pagsukat, atbp. Ang pinakamainam na boltahe ng lokal na oscillator para sa quadratic na operasyon ay 0.1 ... 0.3 V (para sa isang ring mixer na walang input transpormer, kaunti pa). Sa mode na ito, pinapanatili ang linear transformation hanggang sa mga signal amplitude na katumbas ng 0.1 ng lokal na oscillator voltage amplitude. Sa fig. 3.6-24 ... 3.6-26 ay nagpapakita ng ilang mga diagram ng mga simpleng diode mixer para sa mga radio sa sambahayan.

Sa mataas na kalidad na kagamitan at mga landas ng broadband, ang mga medium, mataas at napakataas na antas ng mixer lamang ang ginagamit. Ang mga mixer na ito ay may mga scheme na katulad ng mga napag-isipan na. Sa halip na mga resonant circuit sa mga input at output, kadalasan ay gumagamit sila ng mga broadband transformer sa mga ferrite ring. Upang ma-optimize ang mga parameter ng mixer at makuha ang maximum na pakinabang, ang mga espesyal na hakbang ay ginawa upang itugma ang mga input ng mixer sa mga output ng yugto ng pre-amplifier at ang lokal na oscillator, gayundin sa output ng mixer. Ang mga Schottky barrier diode ay naging halos pamantayan sa mga naturang mixer, na nagbibigay ng mas mataas na mixer dynamic range at mababang self-noise.

kanin. 3.6-24. Ang pinakasimpleng balanseng panghalo para sa radyo ng sambahayan

kanin. 3.6-25. Balanseng mixer para sa home radio (opsyon 2)

kanin. 3.6-26. Ring Balanced Displacer para sa Home Radio

Sa fig. Ang 3.6-27 ay nagpapakita ng balanse at ring balanced mixer circuit para sa mga medium power signal at ang kanilang mga comparative na katangian. Ang ipinakita na mga mixer ay nagpapatakbo sa mga frequency na 30 ... 300 MHz, gamit ang mga naaangkop na diode at ilang pagbabago sa winding data ng mga transformer, maaari rin silang magamit sa iba pang mga frequency.

kanin. 3.6-27. Balanse at ring balanced mixer ng medium power level at ang kanilang mga parameter

Ang mga high-power mixer ay naiiba sa medium-level na ring balanced mixer na inilarawan sa itaas lamang na ang bawat braso ng mixing ring ay nabuo ng hindi isa, ngunit dalawang Schottky diode na konektado sa serye, tulad ng ipinapakita sa Fig. 3.6-28.

kanin. 3.6-28. Ring Balanced Mixer Circuit para sa High Power Signals

Sa napakataas na power mixer, ang bawat diode sa singsing ay konektado sa serye na may isang risistor at kapasitor na konektado sa parallel (Figure 3.6-29). Ang capacitance ng capacitor ay pinili upang ang reactance nito sa pinakamababang frequency ng operating range ay \(\le 50 (Ohm)\). Sa fig. Ang 3.6-30 ay nagpapakita ng isa pang mixer circuit para sa mga ultra-high power signal. Mayroon itong pinahabang dynamic na hanay. Ang mataas na kahusayan ay nakakamit sa pamamagitan ng pagkonekta ng dalawang singsing sa paghahalo nang magkatulad at paggamit ng isang binagong transpormer ng pagbabalanse. Ang halaga ng mga capacitor sa circuit na ito ay pinili upang ang kanilang reactance sa minimum na dalas ng operating ay 25 ohms.

kanin. 3.6-29. Diagram ng isang ring balanced mixer para sa mga ultra-high power signal

kanin. 3.6-30. High Dynamic Range Ring Balanced Mixer Circuit para sa Ultra-High Power Signal

Mayroong higit pang mga sopistikadong diode mixer circuit na idinisenyo upang mahawakan ang mga ultra-high power signal. Ang isang halimbawa ay ang tinatawag na. “ dalawahang panghalo”, na binuo batay sa dalawang sangay ng ring balanced mixer at phase matching circuits.

Sa pangkalahatan, kapag nagdidisenyo ng mga broadband diode mixer, ang sumusunod na hanay ng mga patakaran ay dapat sundin:

  • ang IF signal ay dapat kunin mula sa parehong transpormer kung saan ang natanggap na signal ay ibinibigay, ang lokal na signal ng oscillator ay ipinakain sa isa pang mixer transpormer (ito ay mahalaga upang maiwasan ang pagtagos ng lokal na oscillator signal sa IF path);
  • kinakailangan upang matiyak ang pinaka kumpletong pagtutugma ng elektrikal (phase at amplitude balance) ng mga diode at mga transformer na ginamit, para dito kinakailangan: pagpili ng mga kopya ng mga diode na may parehong mga parameter (may mga espesyal na diode na naitugma sa mga pares at quadruples sa proseso ng produksyon), pati na rin ang pagkakakilanlan ng disenyo ng mga windings ng transpormer;
  • ang espesyal na pansin ay dapat bayaran sa pagtutugma ng impedance sa output ng IF, kung saan ang isang espesyal na filter-diplexer ay konektado, na ginagamit bilang isang mixer load at pag-filter ng isang hindi kinakailangang bahagi ng salamin;
  • ang lokal na signal ng oscillator ay dapat na ipakain sa mixer pagkatapos ng amplification sa isang linear broadband power amplifier;
  • sa panahon ng pag-install, ang mga transformer at mga elemento ng kuwadrante ay dapat na mailagay nang mahigpit na simetriko at konektado sa parehong mga conductor ng pinakamababang haba.

Ang lahat ng mga mixer na inilarawan sa itaas ay idinisenyo upang makatanggap ng mga signal ng IF na may dalas na katumbas ng kabuuan o pagkakaiba ng dalas ng orihinal na signal ng RF at ang signal ng lokal na oscillator. Tulad ng ipinakita sa itaas, ang output ng mixer ay naglalaman din ng mga sangkap na may iba pang mga frequency ng kumbinasyon, ngunit ang kanilang mga amplitude ay masyadong maliit, na ginagawang ganap na hindi mahusay ang conversion sa naturang mga frequency. Ang limitasyong ito, bilang panuntunan, ay hindi nakakasagabal sa pagtatayo ng mga de-kalidad na circuits ng anumang pagiging kumplikado at ganap na nabayaran ng mataas na katangian ng balanseng at balanseng singsing na mga mixer na inilarawan sa itaas.

Gayunpaman, mayroong isang medyo makitid na pangkat ng mga aparato kung saan ang kakayahang mag-convert ayon sa ibang batas ay maaaring maging kapaki-pakinabang. Ang isang halimbawa ay ang malawakang ginagamit sa amateur na teknolohiya ng komunikasyon direktang mga tatanggap ng conversion. Ang pagiging simple at mababang halaga ng konstruksyon, mataas na sensitivity at selectivity ay ginagawang napaka-maginhawa para sa paggamit sa lugar na ito. Sa ganitong mga receiver, ang isang mataas na kalidad na mixer ay ang pinakamahalagang circuit node, at ang mga katangian nito ay tumutukoy sa lahat ng mga pangunahing katangian ng receiver sa kabuuan. Siyempre, ang paggamit ng isang ring balanced mixer (halimbawa, ayon sa scheme ng Fig. 3.6-29) ay tiyak na nagbibigay-daan sa iyo upang makamit ang napakataas na pagganap, gayunpaman, ang tumpak na pagbabalanse nito sa isang malawak na hanay ng dalas sa mga kondisyon ng amateur ay medyo mahirap. dahil sa impluwensya ng marami, madalas na hindi maituturing na mga kadahilanan (kalidad na mga transformer ng RF at shielding, mga kapasidad ng bahagi, atbp.). Ang isang mahinang nakatutok na mixer ay makabuluhang nagpapababa sa mga parameter ng receiver - ang lokal na signal ng oscillator ay tumagas sa antenna, at ang mga signal ng makapangyarihang mga istasyon ay direktang nakita sa mixer. Ang solusyon sa problemang ito ay ang paggamit ng isang espesyal na uri ng mga mixer, kung saan ang conversion ay isinasagawa hindi sa kabuuan o dalas ng pagkakaiba, ngunit sa isa sa mga kumbinasyon ng mga frequency ng mas mataas na pagkakasunud-sunod.

Upang makabuo ng mga naturang mixer, kinakailangan na gumamit ng mga nonlinear na elemento na may isang kasalukuyang boltahe na katangian na naiiba mula sa maginoo na paghahalo ng mga diode (tulad ng ipinakita sa itaas, ang katangiang ito ay malapit sa quadratic). Ito ay naka-out na ang isang pares ng mga diode ng silikon ng parehong uri na konektado sa anti-parallel ay ganap na tumutugma sa kondisyong ito (Larawan 3.6-31). Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng pares na ito ay maaaring humigit-kumulang na inilarawan ng cubic parabola equation:

\(I_d = aU_d + bU_d^3 \).

kanin. 3.6-31. Anti-parallel na koneksyon ng mga diode at ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng naturang node

Kung nagsasagawa kami ng isang mathematical analysis ng pagpapatakbo ng itinuturing na nonlinear na elemento (katulad ng ginawa sa simula ng seksyong ito para sa isang solong diode) kapag ang dalawang signal na may mga frequency \(\omega_r\) at \(\omega_c\\ ) ay inilapat dito, pagkatapos ito ay lumalabas na sa nagreresultang kasalukuyang ay dominado ng mga sangkap na may kumbinasyon na mga frequency na katumbas ng \(2 \omega_g \pm \omega_c\) .

kaya, mixer na binuo sa isang anti-parallel na pares ng diode , kapag inilapat sa receiver direktang conversion ay mangangailangan ng dalas ng lokal na oscillator signal na maging kalahati ng dalas ng input signal. Sa kasong ito, ang lokal na signal ng oscillator na tumutulo sa mga input circuit ay makabuluhang mapapahina ng input circuit (ang circuit ay nakatutok sa frequency ng signal, at hindi sa lokal na frequency ng oscillator). Dahil sa simetrya ng mga katangian ng non-linear na elemento, ang epekto ng direktang pagtuklas ng mga malakas na signal ay ganap ding inalis (sa kondisyon na ang mga diode na ginamit ay magkapareho).

Ang mga halimbawa ng dalawang circuit ng pinakasimpleng mga mixer, na binuo ayon sa isinasaalang-alang na prinsipyo, ay ipinapakita sa fig. 3.6-32, 3.6-33. Ang pagsasaayos ng naturang mga mixer ay napakasimple at bumababa sa pagpili ng mga diode na may katulad na mga katangian at tumutugma sa mga impedance ng input at output. Kung kinakailangan upang makamit ang mas mahusay na mga parameter (ang ipinakita na mga scheme ay nailalarawan sa pamamagitan ng ilang pagkawala ng kuryente sa circuit ng komunikasyon kasama ang lokal na oscillator at ang pagkakaroon ng isang medyo malaking bilang ng mga bahagi ng kumbinasyon sa output), lahat ng parehong mga solusyon na isinasaalang-alang para sa maaaring gamitin ang mga conventional diode mixer. Halimbawa, sa diagram sa Fig. 3.6‑34 ang pagsasama ayon sa balanseng pamamaraan ay inilalapat.

kanin. 3.6-32. Ang pinakasimpleng mixer sa isang anti-parallel na pares ng diode (opsyon 1)

kanin. 3.6-33. Ang pinakasimpleng mixer sa isang anti-parallel na pares ng diode (opsyon 2)

kanin. 3.6-34. Balanseng mixer sa mga anti-parallel na pares ng diode

Sa konklusyon, dapat tandaan na ang saklaw ng mga mixer batay sa mga elemento na may "kubiko" na katangian ay hindi limitado sa mga direktang tatanggap ng conversion. Maaari silang magamit sa mga transmitter modulator, superheterodyne receiver na may mataas na dalas ng input, atbp.

© 02stroy.ru