Принципът на работа на миксера (честотен преобразувател)
Както вече разгледахме по-рано, за да се прехвърли честотата на получения сигнал към междинна честота, е необходимо входният сигнал да се умножи по синусоидалното напрежение на локалния генератор (локален осцилатор). Устройствата, които умножават два аналогови сигнала в радиоприемници и радиопредаватели, се наричат миксери. Обикновено операцията по умножаване на два аналогови сигнала се извършва поради характеристиката ток-напрежение на нелинеен елемент. Пример за характеристика ток-напрежение на нелинеен елемент е показан на фигура 1.
Фигура 1 Умножение на два аналогови сигнала поради характеристиката ток-напрежение на нелинеен елемент
В реалните смесителни схеми амплитудата на сигнала на локалния осцилатор (локалния осцилатор) е многократно по-голяма от амплитудата на входния сигнал. Следователно динамичното съпротивление (или усилването) на нелинеен елемент може да се разглежда като функция на напрежението на локалния осцилатор. Коефициентът на предаване на нелинеен елемент се определя по формулата:
,
следователно наклонът може да се разглежда като производна на характеристиката ток-напрежение на нелинеен елемент. Тогава напрежението на изхода на миксера ще бъде написано, както следва:
Тази формула показва, че описаната промяна в режима на работа на нелинеен елемент под въздействието на напрежението на локалния осцилатор е еквивалентна на умножаване на входния сигнал по това напрежение. Ако характеристиката ток-напрежение еквадратична зависимостна тока от напрежението, тогава нейната производна ще бъде линейна функция и в този случай наклонът на нелинейния елемент ще зависи линейно от напрежението на локалния осцилатор, което означава, че в смесителя няма да се появят нелинейни изкривявания на полезния сигнал.
Сега определяме коефициента на пренос на смесителя(честотен преобразувател). За да направим това, използваме зависимостта на стръмността на нелинеен елемент с квадратична характеристика от входното напрежение. Графика на наклона спрямо входното напрежение за нелинеен елемент с квадратична характеристика е показана на фигура 2.
Фигура 2. Наклон спрямо входно напрежение за нелинеен квадратичен елемент
За съжаление, в допълнение към описаната полезна трансформация, на изхода на нелинейния елемент ще присъстват и допълнителни компоненти на спектъра. На първо място, това е напрежението на самия локален осцилатор и неговите хармоници. В края на краищата, нелинейният елемент също има статичен коефициент на предаване. Същото може да се каже и за входния сигнал. В случай на квадратична характеристика на нелинеен елемент напрежението на първия и втория хармоник както на локалния осцилатор, така и на входния сигнал ще присъства на неговия изход.
Когато обсъждахме принципите на работа на суперхетеродинен приемник, вече обсъдихме, че формулата се използва за прехвърляне на спектъра на полезен сигнал към междинна честота:
Въпреки това, в разглежданата ситуация, хармониците на входния сигнал и локалния осцилатор присъстват на нелинейния елемент. Междинната честота може да се формира не само от първите хармоници, но и от хармоници от по-висок порядък. В резултат на това тази формула се модифицира до следния вид:
В резултат на това в приемника се образуват допълнителни странични канали за приемане. Къде се намират тези канали и механизмът на тяхното възникване е илюстриран на фигура 2.
Фигура 2. Механизмът на образуване на странични канали поради продуктите на нелинейността от втория и третия ред
Най-близкият страничен канале каналътfс'половината от междинната честота. Той се формира чрез умножаване на неговия втори хармоник и втория хармоник на локалния осцилатор. Честотната разлика между тях отговаря точно на междинната честота. В резултат на преобразуването сигналът на този канал преминава към изхода на междинния честотен филтър без затихване. Появата на този страничен канал се превръща в затягане на изискванията към радиочестотния филтър.
За борба с този страничен канал на приемане се използват симетрични схеми на миксери, като балансирани и пръстеновидни миксери. В допълнение, нивото на сигнала на локалния осцилатор играе важна роля. Тъй като нивото на сигнала на локалния осцилатор се увеличава, нивото на хармониците на получения сигнал намалява. Това се дължи на факта, че нелинейният елемент всъщност преминава в ключовия режим на работа.
По абсолютно същия начин се формира страничен канал чрез умножаване на третия хармоник на страничния каналfc" и локалния осцилатор. Обикновено в миксера нивото на продуктите на преобразуване от трети ред е по-високо от нивото на продуктите на преобразуване от втори ред, но този страничен канал на приемане е по-далеч от полезния сигнал (с 2/3fpf) и следователно може да бъде потиснат по-лесно с помощта на лентов филтър на преселектора ctor.
При проектирането на миксер броят на хармониците на сигнала и локалния осцилатор, който се взема предвид, зависи от вида на характеристиката на тока и напрежението на нелинейния елемент и формата на сигнала на локалния осцилатор. Смесителите, изградени върху нелинейни елементи с квадратични характеристики на тока и напрежението, имат най-малък брой хармоници и, следователно, най-малък брой странични канали.
Напоследък широко се използват честотни преобразуватели с правоъгълна форма на напрежението на локалния осцилатор. Активните елементи на миксера (диоди или транзистори)работа почти в ключов режим. В същото време, както в отворено, така и в затворено състояние, те представляват почти линейно съпротивление. В резултат на това хармониците на полезния сигнал практически не се формират. Нелинейните свойства на активните елементи се проявяват само при превключване на работния режим и колкото по-кратък е този интервал, толкова по-добре. В резултат на това локалните хармоници на осцилатора нямат какво да взаимодействат.
За потискане на нежеланите компоненти на спектъра се използват лентови филтри, настроени на честотата на работния канал. В допълнение, някои смесителни вериги използват различни методи за компенсиране на напреженията и токовете на локалния осцилатор и сигнала. Смесителите, базирани на диоди и транзистори, се използват най-широко в суперхетеродинните приемници. Нека започнем да изучаваме работата на честотните преобразуватели с най-простата схема - диоден смесител
- Богданович Б. М. "Нелинейни изкривявания в приемно-усилвателни устройства" - М .: "Комуникация", 1980 стр. 196
- "Проектиране на радиоприемници" изд. А.П. Сиверс - М .: "Висше училище", 1976 г., стр. 6
- Палшков В.В. "Радиоприемници" - М .: "Радио и комуникация" 1984 г. стр. 32
- http://www.rfdesign.ru/components/mixers/mix-fet.htm Миксери и преобразуватели на сигнали за мобилни устройства
- Тайните на честотното преобразуване или как работи ключ миксер
Заедно със статията "Принципът на действие на смесителя (честотен преобразувател)" прочетете:
Параметри на миксера Истинските миксери са трудни за анализиране и поради това тяхната производителност се определя от много параметри. http://digteh.ru/WLL/ParSmes.php
Диоден смесител В диоден преобразувател, към входа на нелинеен елемент, който е диод,подават се два сигнала. http://digteh.ru/WLL/DiodSmes.php
Балансирани миксери За да се премахне напрежението на локалния осцилатор от изходния сигнал, обикновено се използва двутактна схема, наречена балансиран миксер. http://digteh.ru/WLL/BalSmes.php
Пръстенови миксери Схемата на пръстеновидния миксер позволява да се намали нивото на радиосигнала на изхода на честотния преобразувател. http://digteh.ru/WLL/KolSmes.php
Смесители за потискане на изображение В някои случаи е много трудно за суперхетеродинен приемник да изпълни едновременно изискванията за потискане на честотата на изображението и съседния канал. http://digteh.ru/WLL/kvSmes.php
Автор Микушин А. В. Всички права запазени. 2001 г. 2019 г