Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
12. СМЕСИТЕЛИ
Важными компонентами радиостанции являются преобразователи частоты, которые, как правило, состоят из смесителя, генератора и выходного фильтра. Такие преобразователи смещают сигналы с одной частоты на другую. В радиотехнике они позволяют сдвинуть сигнал с рабочей частоты, используемой для передачи и приема сигнала, в область звуковых частот, которые воспринимает человек. Преобразователи частоты - устройства гораздо более сложные, нежели отдельные усилители и генераторы, поскольку их входные и выходные сигналы имеют разные частоты. Для выбора желаемых частот в преобразователях используются фильтры. В этой главе рассматриваются основные компоненты преобразователей частоты - смесители. На рис. 12.1а показано схемное изображение смесителя.
Сигнал МГ Сигнал ПГ Сигнал ГБ Сигнал ПГ
ВЧ
ВЧ Смесительный
ситель . детектор Смеситель
передатчика
а) б) в)
Рис. 12.1. Схемное изображение смесителя и обозначения его входных и выходных сигналов (а). Смесители приемника NorCal 4OA (б). Смеситель передатчика NorCal 4OA (в)
Входной сигнал традиционно принято называть радиосигналом (или ВЧ сигналом) - RF Кроме того, в смеситель поступает сигнал от генератора - местного гетеродина (МГ) - LO. Такое название устройство получило потому, что генерирует сигнал непосредственно в самом приемнике, то есть локально. Выходной сигнал называется сигналом промежуточной частоты (ПЧ) - IF, а частота этого сигнала является либо суммой, либо разностью радиосигнала и сигнала местного гетеродина. Смеситель характеризуется коэффициентом передачи G, который определяется
[282І 12. СМЕСИТЕЛИ
тем же способом, что и коэффициент усиления, за исключением того, что частоты входного и выходного сигналов различны:
G = P/P+ (12.1)
где P - мощность выходного сигнала промежуточной частоты, a P+ - полная мощность источника радиосигнала.
В приемнике NorCal 4OA используются два смесителя (рис. 12.16). В первом, смесителе частоты радиосигнала, ВЧ сигнал смешивается с сигналом перестраиваемого генератора (ПГ), что в результате дает сигнал промежуточной частоты. Сигнал ПЧ, в свою очередь, является входным сигналом для второго смесителя, смесительного детектора. Здесь сигнал ПЧ смешивается с сигналом генератора биений (ГБ), тем самым образуется выходной сигнал звуковой частоты (34). Приемник, в котором присутствует сигнал промежуточной частоты, называется супергетеродинный приемник, в отличие от приемника с прямым преобразованием, где имеется только детектор. Преимущество супергетеродинного приемника заключается в том, что все побочные сигналы приема подавляются фильтрами. Этот процесс будет рассмотрен в задачах в конце главы.
В передатчике используется только один смеситель (рис. 12.1в), в котором для получения выходного радиосигнала смешиваются сигналы перестраиваемого генератора и генератора передатчика (ГП).
о ПЧ 2
МГ 2
12.1. Ячейка Гильберта
Смесители в радиостанции NorCal 4OA называются еще ячейками Гильберта (рис. 12.2). Эта схема была изобретена в 1967 году Барри Гильбертом (Ваггіе
Gilbert) и является одной из важнейших в электронных системах связи.
Схема достаточно сложная, поскольку содержит пересекающиеся соединения. Проще всего начать анализ схемы снизу, где, находится дифференциальный усилитель, входными сигналами которого являются ВЧ сигналы. Однако между коллекторами транзисторов дифференциального усилителя и резисторами в цепях этих коллекторов вставлены четыре перекрестно связанных транзистора. Они используются в качестве нагрузки местного гетеродина. Чтобы разобраться, как работает местный гетеродин, предположим, что напряжение на входе МП высокое, таким образом, транзисторы Q3 и Q5 открыты. Следовательно, транзистор Ql соединен с резистором Rl, а транзистор Q2 - с резистором R2, и схема работает как обычный дифференциальный усилитель. Теперь рассмотрим, что произойдет, если напряжение на входе МГ2 будет высоким, то есть транзисторы Q4 и Q6 будут открыты. Тогда транзистор Ql соединится с резистором R2, а транзистор Q2 - с резистором Rl. Схема снова будет работать как дифференциальный
Ч 2
Рис. 12.2. Смеситель на ячейке Гильберта
__12.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЯ [283]
12.2. Математическое описание работы смесителя
В смесителе местный гетеродин управляет транзисторными ключами, которые попеременно, в фазе и вне фазы, направляют входной сигнал на выход. С математической точки зрения это похоже на умножение входного сигнала на меандр (колебания прямоугольной формы). Стоит заметить, что схема линейна, поэтому все: гда будет выполняться умножение на +1 или -1. Однако этот параметр является динамическим, то есть изменяется со временем, поскольку изменяется множитель. Линейные динамические цепи могут сдвигать частоту сигнала, чем отличаются от линейных стационарных (не зависящих от времени) цепей, которые оставляют частоту неизменной. На практике ключи не могут изменить фазу мгновенно, и, следовательно, входной сигнал действительно умножается на колебания, форма которых - нечто среднее между меандром и косинусоидой. Но для того чтобы упростить математическое описание, будем использовать прямоугольную форму колебаний (меандр). Нарисовать в общих чертах форму выходного сигнала легко (рис. 12.3), гораздо сложнее различить частотные составляющие.
