Mieszacze częstotliwości (Uwagi ogólne) Mieszacze częst. to układ elektroniczny przetwarzający sygnał wejściowy o f_s w sygnał wyjściowy o f_p-pośrednia różniącą się od f_s o f_h-heterodyny. Dodatkowo od częst. mieszacza wymaga się żeby cechy(amplituda, faza) w f_s były w f_h.Heterodyna to klasyczny generator.

Opis rysunku: jest to mieszacz trójwrotnikowy z wej syg, S i heterod.H oraz wyj pośredniej częst. P. W katalogo oznaczamy RF, LO i IF Związek miedzy częst-mi mieszacza: F_p=|mf_s±nf_h|

Na wyjściu mieszacza są składowe różnicowe i sumacyjne, wybiera się jeden z nich. 1. m,n>1 dokonuje przemiany harmonicznego syg. z harmonicznymi heterod. – jest to mieszacz harmoniczny 2. m,n=1 stosowany jest w superheterodynowym odbiorniku radio, TV. Na wyższych częst korzysta ze składowych różnicowych by obniżyć częst. Korzysta się: f_p=f_h-f_s lub f=f_s-f_h syg pośredni podlega takim samym zmianom co syg wej. Co ilustruje rysunek:

(Lekko krzywa linia)

Rys. Zasada przemiany częst w odbiorniku superheterod.

Wada przemiany częst to występowanie częst lustrzanej patrz rysunek:

Syg lustrzany jest eliminowany przez preselektor. Jest wtedy gdy pojawią się równoległe dwa sygnały od częst heterod to f_s1 jest syg użytecznym a f_s2 zakłuceniem i odwrotnie.

WZÓR: warunki nieliniowe, do wej nieliniowego doprowadzony są dwa syg harmoniczne i charakter będzie wielomian 3. stopnia to:

i_wy=I₀+I₁₁cosω₁t+I₁₂cosω₂t+I₂₁cos2ω₁t+I₂₂cos2ω₂t+I₃₁cos3ω₁t+I₃₂cos3ω₂t+I_11,12cos(ω₁±ω₂)t+I_11,22cos(ω₁±2ω₂)+I_21,11cos(2ω₁±ω₂)t – składnik podkreślony podstawowy produkt przemiany, gdy w torze sygnałowym będzie użyty element nieliniowy to po wysterowaniu dostaniemy produkt pośredniej częst. Mieszaczach musi być optymalizowany pod kątem poziomu tego produktu.

Dla wrót wej mieszacza jest praca małosygnałowa(rzędu µV i mniej).Amplituda powinna być mV, cyzli dla wrt heterodznz jest praca wieloszgnaowa. W takich warunkach miedzy pośrednia czest a f_s przybliża się do liniowego.Jest to korzystne syg wej ma wszystkie cechy dynamiczne przeniesione na inna czest. Mieszacz jest nieliniowy ale może być traktowany jako liniowy przez ch-ke przejscowa. Heterod. jest niezbedna do przeprowadzenia przemiany, ale składowa o czest. heterod jest niepożądana na wyj, gdyż ma niekorzystny wpływ na prace stopni wzmacniających pośredniej czest pracującej w pracy malosyg.

Do podstawowych parametrow roboczych mieszacza należą: 1.Wzmocnienie G lub straty L mieszacza(przemiany) 2.impedancja wej oraz wyj 3.wspolczynnik szumow 4.zakres liniowości dla sygnału 5.poziom produktow intermodulacji 6.wymaganz poziom mocy(napięcia) heterodyny 7.izolacja miedzy wrotami sygnal-posredni, heterod-pos, heterod-syg 8.wrazliwosc powyższych parametrow mieszacza na zmiany(temp., poziomu heterod, napięcia zasilania itp)

Jeśli U_p jest wyżej od U_swe to mamy doczynienia ze wzmocnieniem, a jeśli niższy to ze stratami L(jak na rys). Współczynnik szumow to iloraz stosunku syg-szum na wrotach w syglowych (f_s) i stosunek syg-szum wrotach pośrednich czest(f_p). Zakres liniowości dla syg okresla się przez jednodecybelowej kompresji i punktu itermodulacji rzędu trzeciego IP3.

Produktem intermodulacji w mieszaczu nazywamy produkt w wyniku oddziaływania na wej syg dwóch syg o takich czest, ze ich liniowa kombinacja(nf_s1± mf_s2) pomniejszona(powiększona) o czest heterod przyjmie wartość czest pośredniej. Rys:

Czest produktu intermodulacji:f_IM3=||±mf_s1±nf_s2|±f_h|

Mieszacz jednodiodowy. Obwód wejściowy mieszacza jest dostrojony do częstotliwości sygnału a wyjściowy do częstotliwości pośredniej. W obwód diody jako elementu nieliniowego włączone jest źródło polaryzacji E₀ służące do doboru optymalnego dla mieszacza statycznego punktu pracy diody. Doprowadzenie do diody jako elementu nieliniowego sygnałów o częstotliwości f_s i f_h powoduje powstanie szeregu składowych prądu diody: składowe podstawowe, ich harmoniczne a w szczególności omówione wcześniej produkty intermodulacji będące liniową kombinacją częstotliwości sygnałów wejściowych.

Mieszacze tranzystorowe w tych mieszaczach wykorzystuje się nieliniową zależność prądu kolektora (drenu) od napięcia baza-emiter (bramka-źródło). Najprostsza struktura selektywnego mieszacza tranzystorowego.

Sygnał jest doprowadzony do bazy a heterodyna do emitera . w efekcie na złącze baza-emiter oddziałuje ich suma. Ponieważ charakterystyka wejściowa tranzystora bipolarnego jest jakościowo taka sama jak charakterystyka diody (złącza p-n) więc nielioniowści tych złączy niezbędne w mieszaczu diodowym i tranzystorowym mają zbliżony charakter. Podłączenie heterodyny od strony emitera powoduje, że rezystancja wejściowa wrót heterodyny jest bardzo mała i wymagana jest znaczna moc heterodyny. Pewną poprawę tej rezystancji wejściowej uzyskuje się stosując zabieg polegający na zastosowaniu rezystora R_E. Odbywa się to jednak kosztem skuteczności przemiany gdyż linearyzuje się wtedy charakterystyka przejściowa złożonego elementu aktywnego zaznaczonego linią przerywaną. Napięcie na złączu baza emiter u_be=U_BE+U_Scosω_S t +U_kcosω_kt. Postępuąc analogicznie jak przy mieszaczu diodowym podstawiamy do tego wyrażenia na prąd kolektora (dla uproszczenia przyjęto R_E=0) i_C≈I_O(e^γ-1) oznaczając x_S=γU_S=U_S/U_T i x_h= γU_h=U_h/U_T otrzymujemy wzór na składową pośredniej częstotliwości prądu kolektora I_ep≈2I_C[B₁(x_s)/B_O(x_s)]* [B₁(x_h)/B_O(x_h)] z właściwości funkcji Bessela wynika że dla x_s<<1 (praca małosygnałowa od strony wrót sygnałowych) wartości funkcji Bessela B₀(x_s)≈1 a B₁(x_s)≈0,5 więc I_ep≈I_CγU_s(B₁(x_h)/B_O(x_h))≈[g_m(B₁(x_h)/B_O(x_h)]U_s gdzie g_m jest nachyleniem charakterystyki tranzystora. Po przekształceniu otrzymujemy wyrażenie na nachylenie przemiany mieszacza- parametru charakterystycznego dla mieszaczy tranzystorowych g_p=I_ep/U_s≈g_m(B₁(x_h)/B₀(x_h)).

Znając wartość nachylenia przemiany można łatwo wyznaczyć wzmocnienie mieszacza gdyż G_um=U_wy/U_we=I_epR_L/U_S=g_pR_L gdzie R_Ljest wartością rezystancji obciążenia wrót wyjściowych mieszacza. W odróżnieniu od mieszacza diodowego wzmocnienie mieszacza tranzystorowego może być więc większe od jedności. Jest to praktycznie jedyna zaleta tego mieszacza w stosunku do mieszacza jednodiodowego. Zauważmy że g_p jest mniejsze od g_m więc wzmocnienie układu tranzystorowego pracującego jako mieszacz jest zawsze mniejsze od wzmocnienia takiego układu pracującego jako wzmacniacz.

W układzie a) wykonany na bazie tranzystora polowego. Heterodyna jest doprowadzona bezpośrednio do obwodu bazy wraz z sygnałem. Rezystancja wejściowa dla wrót heterodyny jest w tym wypadku znacznie większa od rezystancji dla układu z rys.1 co jest zjawiskiem korzystnym lecz separacja między wrotami S H jest nadal mała i zależy od selektywności obwodu sygnałowego. Innym możliwym rozwiązaniem mieszacza tranzystorowego jest mieszacz zbudowany na bazie wzmacniacza różnicowego rys.b. warunkiem uzyskania zadowalających parametrów mieszacza jest nieliniowa praca wzmacniacza różnicowego, co jest możliwe przy dużych poziomach heterodyny