Электрические схемы бесплатно. КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ

 






КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ

Категория: Разные схемы

Узлы радиолюбительской техники КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ С.Макаркин, RX3AKT
На тот самый раз - схемотехника смесителей на электронных ключах и несколько практических схем. Допустим что-то подобное уже было, но не даром говорят: "повторение - мать учения". Откуда узнают молодые радиолюбители о принципе работы смесителя. если старые журналы - на помойке, а новая литература - только о компьютерах? Тем временем схемотехника смесителей непрерывно совершенствуется. Разработчики стремятся получить смеситель с идеальными параметрами: большим динамическим диапазоном. простой, экономичный, технологичный, и широкополосный. Таким, быть может, будет смеситель собранный на сверхскоростных ключах, управляемых быстродействующими КМОП цифровыми микросхемами.
У радиолюбителей не уменьшается интерес к схемотехнике смесителей. Современная элементная база позволяет конструировать необычные смесители с удивительными свойствами. Но сначала немного теории и терминологии. В радиолюбительской среде бытует разделение смесителей на ключевые и "гладкие" - по виду сигнала гетеродина, прямоугольному или синусоидальному. Также говорят о пассивных и активных смесителях - пассивные смесители в отличие от активных не усиливают преобразуемый сигнал.
По принципу действия, обобщенно, все смесители являются коммутаторами фазы входного сигнала с частотой сигнала гетеродина. В качестве коммутирующих элементов обычно используются диоды, транзисторы или электронные ключи. Причем, активными, безусловно, могут быть смесители только на транзисторах. Хотя нс все транзисторные смесители являются активными. Например, смеситель, вызвавший большой читательский интерес и рассмотренный в RD №1-97 на стр.11, не является активным.
В принципе работы смесителя легко разобраться, рассматривая схему классического диодного кольцевого балансного смесителя, рис.1.

КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис 1 Кольцевой балансный смеситель на диодах
Напряжение гетеродина Uгет. в момент, когда его полярность в точке А относительно точки В положительна, открывает пару диодов VD1 и VD4. В случае появления сигнала, он проходит от входа к выходу смесителя именно через эти диоды. Так продолжается до тех пор, пока напряжение гетеродина не сменит знак на противоположный. При этом диоды VD1, VD4 закрываются, а диоды VD2, VD3 открываются. Через эти диоды проходит тот же самый сигнал, что и в первом случае, только его фаза на выходе смесителя меняется на обратную - начинают работать противоположные выводы вторичной обмотки трансформатора Т2. Токи гетеродина в симметричных обмотках трансформаторов Т1 и Т2 в любой момент времени направлены в противоположные стороны и взаимоуничтожаются. Конечно, без специальных мер, достичь приемлемой компенсации этих токов трудно, и на выходе смесителя появляется остаток сигнала с частотой гетеродина (несущая). Для балансировки смесителя в разрыв одной из симметричных обмоток трансформаторов включается переменный резистор. Но глубокого подавления несущей и в этом случае достичь трудно - тут сказываются разбросы технологических сопротивлений диодов, асимметрия обмоток трансформаторов, монтажные емкости и другие факторы.
Теперь представим, что диоды мы заменили на электронные ключи - коммутаторы, по своим свойствам близкие к обычным контактам реле, но с существенно большим быстродействием, рис.2.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис 2 Кольцевой балансный смеситель на ключах
В этом случае цепи менеджмента и цепи прохождения сигнала разделены, что в значительной мере снижает их взаимное проникновение. Но это ещё вдали не все получаемые преимущества. Современные электронные коммутаторы ( например МАХ361 фирмы MAXIM) имеют сопротивление в открытом состоянии менее 2 Ом и скорость переключения приблизительно 100 наносекунд. К тому же, свои параметры каждый из четырех ключей, находящихся в корпусе микросхемы, сохраняет в диапазоне изменения коммутируемого напряжения в пределах +/-20 В. Это значит, что открытый ключ совершенно не вносит нелинейные искажения в проходящий через него сигнал.
Электронные ключи управляются сигналами с цифровыми уровнями, подаваемыми на выводы "Ф1" и "Ф2" в противофазе от микросхемы формирователя сигнала гетеродина. Схема формирователя приведена на рис.3.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис 3 Формирователь сигнала менеджмента ключами
Входное сопротивление определяется величиной резисторов R1, R2, а амплитуда подаваемого на вход сигнала гетеродина приблизительно равна 0,5 В. Ослабление сквозного проникновения управляющего сигнала в коммутируемые цепи по техническим условиям на микросхемы серии 1561 превышает величину (-130 дБ), что позволяет в смесителе, собранном на таких ключах, без особого труда добиться подавления несущей практически до 100 дБ!
Мною были испытаны ещё несколько схем смесителей, которые использовались в качестве формирователей DSB сигнала и как смесители - переносчики на рабочую частоту при работе на низкочастотных KB диапазонах - от 160 до 40 метров. В самой простой схеме применяется всего один ключ. На рис.4 показана схема этого смесителя. Он используется в качестве DSB-формирователя.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис.4 Смеситель на одном ключе
Микрофонным усилителем служит любой операционный усилитель. Исходный сигнал на него подается с злектретного конденсаторного микрофона. Вход ключа соединен непосредственно с выходом "операционника", а цепи R1, R2, С1 автоматически поддерживают балансировку смесителя. Резонансные свойства подключенного электромеханического фильтра восстанавливают горизонтальную симметричность выходного сигнала. Достоинством данной схемы является ее простота, а так же то, что сигналом менеджмента служит однополярный сигнал с частотой гетеродина. При использовании миниатюрного пьезокерамического ЭМФ типа ФЭМ4-031 -500-3,1В-2 конденсатор С2 можно исключить, а резисторы Rl и R2 - подобрать для согласования смесителя с входным сопротивлением фильтра, которое в этом случае будет приблизительно 5 кОм.
Следующий балансный модулятор, рис.5 хорошо работает на частотах до 12 МГц, но в отличие от предыдущего смесителя, тот самый так же требует парафазного менеджмента.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис 5 Балансный смеситель на двух ключах
В качестве трансформатора Т1 используется согласующий НЧ трансформатор от приемника, а тем у кого аллергия на трансформаторы, можно порекомендовать схему Рис.6.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис 6 Микрофонный усилитель с парафазным выходом
При частоте гетеродина 500 кГц подавление несущей в этой схеме было 94 дБ. Эта же схема с успехом применялась в качестве второго смесителя - переносчика на диапазон, а также в качестве демодулятора или SSB детектора, Рис.7.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис 7 Второй смеситель-демодулятор
На основе этих узлов мною был собран и эксплуатируется уже несколько лет малогабаритный НЧ компрессор, позволивший мне запамятовать что такое перекачка выходных каскадов передатчиков. Его упрощенная схема показана на Рис.8.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис.8 ВЧ-компрессор с ключевыми смесителями
Идея .этого устройства известна давнехонько, но, судя по публикациям, до сих пор находит отклики у радиолюбителей в виде той или иной технической реализации. Принцип работы состоит в ограничении сформированного SSB сигнала с последующей фильтрацией его на дополнительном ЭМФ. Предлагаемая схемотехника смесителей позволила получить более линейный сигнал. Так, при степени ограничения приблизительно 15 дБ корреспонденты в эфире не замечали появления заметных искажений, обычно сопутствующих компрессии, но отмечали прирост уровня сигнала на 1,5 балла.
Линейность тракта обусловлена отсутствием искажений в смесителях. За счет сравнительно большего уровня сигналов и малых токов в целях схемы, нет необходимости в экранировке отдельных ее частей, и упомянутое подавление несущей достигается при совершенно произвольном монтаже. Компрессор имеет три выхода, что облегчает эксперименты с ним. На первый выход подастся линейный нс компрессированныи сигнал с микрофонного усилителя. На второй - низкочастотный компрессированыи сигнал. А на третий выход - SSB компрессированый сигнал.
Все устройство умещается в корпусе ручного микрофона от портативного трансивера. Ток потребления от источника 12 В составляет приблизительно 15 мА. Одно час я использовал тот самый "микрофон" в качестве формирователя для однодиапазонной передающей приставки к приемнику с одним преобразованием. Добавил только второй смеситель, рис.7, двухтактный драйвер, схема которого приведена в R-D №1-97 на стр.15, и усилитель мощности (R-D №2-97, стр.3). Получилась малогабаритная, но мощная "вещь для дачи". В перспективе предполагается поэкспериментировать с ключами в смесителях трансиверных приставок к более сложным приемникам, а так же к трансиверам прямого преобразования.
На рис.9 приведена схема ещё одного смесителя. Он использовался у меня как первый смеситель для передатчика с набором фильтров "Кварц 35" и хорош тем, что не требует вывода средней точки трансформатора.


КЛЮЧЕВЫЕ СМЕСИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ
ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ (УМЕНЬШИТЬ) СХЕМУ, НАЖМИТЕ НА КАРТИНКУ

Рис.9 Смеситель на ключах с простым трансформатором
Хочу ещё раз отметить, что приведенные выше схемы испытывались мною только в трактах формирования сигнала передатчиков для низкочастотных любительских диапазонов. Использование ключей на верхних KB диапазонах затруднено отсутствием у меня информации о более быстродействующих микросхемах. Я буду благодарен радиолюбителям, предоставившим такую информацию.
Что касается применения данной схемотехники в приемниках, то это тема для дальнейших опытов По моему мнению, полностью быть может применение таких смесителей, например, в качестве SSB детекторов. А скоростные ключи могут быть использованы и в первых смесителях приемников. Представляю какой у них будет динамический диапазон, когда они способны коммутировать без искажений двадцати вольтовый сигнал!
(Радио - Дизайн N 1-98, c.38-42)






Похожие схемы:

Управление сетевой нагрузкой ТТЛ-микросхемой
Управление сетевой нагрузкой ТТЛ-микросхемой
Приведенная ниже схема позволяет управлять сетевой нагрузкой (220 В) от устройств, выполненных на микросхемах и имеющих выходной ТТЛ-уровень. Схема имеет оптронную развязку, что позволяет хорошо отстоять устройство, выполненное на микросхемах. Подобное устройство удобно применять, когда надобно управлять с компьютера сетевыми устройствами через LPT порт. В качестве оптопары можно использовать отечественные оптроны. "Radio Fernzehen Elektronik", N6/1983.


Управление сетевой нагрузкой ТТЛ-микросхемой
Управление сетевой нагрузкой ТТЛ-микросхемой
Радиолюбителю-конструктору Управление сетевой нагрузкой ТТЛ- микросхемой Приведенная ниже схема позволяет управлять сетевой нагрузкой (220 В) от устройств, выполненных на микросхемах и имеющих выходной ТТЛ-уровень. Схема имеет оптронную развязку, что позволяет хорошо не дать в обиду устройство, выполненное на микросхемах. Удобно применять подобное устройство, когда необходимо управлять с компьютера сетевыми устройствами через LPT порт. В качестве оптопары можно попробовать использовать


БЛОКИРАТОР МЕЖГОРОДА
БЛОКИРАТОР МЕЖГОРОДА
Телефония БЛОКИРАТОР МЕЖГОРОДА Данное устройство предназначено для запрещения междугородной связи с телефонного аппарата, который через него подключен к линии. Устройство собрано на ИМС серии К561 и питается от телефонной линии. Потребляемый ток - 100 150 мкА. При его подключении к линии надобно соблюдать полярность. Устройство работает с АТС, имеющими напряжение на линии 48 60В. Некоторая сложность схемы вызвана тем, что алгоритм работы устройства реализован аппаратно, в отличие от похожих устройств [1], где


ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ В СПОРТИВНОЙ АППАРАТУРЕ
ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ В СПОРТИВНОЙ АППАРАТУРЕ
Узлы радиолюбительской техники ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ В СПОРТИВНОЙ АППАРАТУРЕ Т. КРЫМШАМХАЛОВ (UA6XAC), мастер спорта СССР, г. Нальчик В последнее пора радио-спортсмены — коротковолновики, ультракоротковолновики и охотники на лис— всё чаще применяют в своей аппаратуре интегральные микросхемы. Сейчас на микросхемах можно реализовать практически весь приемный и большую часть передающего тракта трансивера, изготовить радиоприемник для охоты на лис. Использование микросхем не только существенным образом


ИНДИКАТОР ОДИНОЧНОГО ИМПУЛЬСА
ИНДИКАТОР ОДИНОЧНОГО ИМПУЛЬСА
Радиолюбителю-конструктору ИНДИКАТОР ОДИНОЧНОГО ИМПУЛЬСА При проверке работоспособности устройств на интегральных микросхемах возникает необходимость индикация прохождения одиночного импульса. Зарегистрировать появление одиночного импульса, порой очень короткого, в несколько десятков наносекунд, трудно более того с помощью специальных осциллографов. На рис. 1 приведена принципиальная схема простого индикатора появления одиночного отрицательного импульса. Puc.1 Элементы D1.1 и D1.2 образуют


ТРАНСВЕРТЕР 14428 МГц
ТРАНСВЕРТЕР 14428 МГц
Радиопередатчики, радиостанции ТРАНСВЕРТЕР 144/28 МГц Гетеродин трансвертера имеет три каскада. Выходная частота - 116 МГц. Кварцевый генератор собран на транзисторе КП312А и работает на частоте 58 МГц. Резонатор - вакуумный. Далее следуют удвоитель частоты и усилитель гетеродина на транзисторах типа КТ368А, КТ355, 2Т311. С гетеродина сигнал поступает на смесители приемного и передающего тракта. /img/ trsv1441.gif Смеситель приемного тракта собран на транзисторе КП350. УВЧ на частоту 144 МГц - на





Оставить комментарий