MIESZACZE CZĘSTOTLIWOŚCI

Przeznaczenie – odbiorniki, nadajniki, syntezery częstotliwości

Podstawowy parametr mieszacza = konduktancja (nachylenie) przemiany

s

)

(

p

p

p

U

I

S

g

h

s











ogólnie: częstotliwość użyteczna

Podział mieszaczy: parametryczne,

sumacyjne,

iloczynowe,

zrównoważone / niezrównoważone

Nie jest to klasyfikacja rozłączna





t

)

cos(

t

)

cos(

2

A

A

k

)

t

(

a

s

h

s

h

h

s

p

















Najlepszy teoretycznie układ mieszacza = mnożnik
analogowy

)

t

(

a

p

…i nic więcej !

Dlaczego jest to ważne?

Rząd przemiany

2f

h

- f

s

3f

h

- f

s

,

f

h

- 2f

s

,

2f

h

- 2f

s

2f

h

- 3f

s

cz. sygnału, który

wytworzy cz.

pośrednią = 1 MHz

11 MHz
13 MHz

17 MHz
19 MHz

2,5 MHz
3,5 MHz

5,5 MHz
6,5 MHz

3,67

MHz

4,33

MHz

Jeżeli mieszacz, oprócz składowych f

s

+ f

h

i f

s

- f

h

, będzie wytwarzał

np. składowe

2f

h

– f

s

, 3f

h

- f

s

, f

h

- 2f

s

, 2f

h

- 2f

s

, 2f

h

-

3f

s

, …

i będzie użyty w odbiorniku o cz. pośredniej 1 MHz, nastrojonym na

odbiór f

s

= 5 MHz,

odbiornik będzie „skłonny” odbierać następujące inne częstotliwości

(oprócz lustrzanej 7 MHz)

dobry mieszacz

zły mieszacz

Dla uzyskania dobrej selektywności odbiornika dla tzw. dużych odstrojeń,

istotna jest czystość widma wyjściowego mieszacza

Mieszacz na elemencie nieliniowym

Niech element nieliniowy opisany jest następująco

...

u

c

u

b

u

a

i

3

2















t

cos

U

t

cos

U

u

h

hm

s

sm









.)..

.

c(.

t

cos

bU

t

cos

t

cos

U

bU

2

t

cos

bU

t

cos

aU

t

cos

aU

i

h

2

2

hm

h

s

hm

sm

s

2

2

sm

h

hm

s

sm





























TYLKO składnik zależny w kwadracie od napięcia daje mieszanie

(tzn. częstotliwość różnicową)

t

)

cos(

2

1

t

)

cos(

2

1

s

h

s

h















...

u

)

u

(

F

2

1

u

)

u

(

F

)

u

(

F

)

u

u

(

F

i

2

s

h

s

h

h

s

h























s

h

h

u

)

u

(

F

)

u

(

F

i









u

h

- funkcja okresowa sinusoidalna

F(u

h

) - funkcja okresowa (ogólnie niesinusoidalna)

F’(u

h

) - funkcja okresowa ( - ” - )

F’(u

h

) = g(t) – ma wymiar konduktancji – jest zależna od czasu

Mieszacz na elemencie nieliniowym jako parametryczny

s

h

u

u 

szereg Taylora…

Element nieliniowy zachowuje się tu jako element parametryczny,

o konduktancji sterowanej napięciem heterodyny

dla napięcia sygnału jest to układ liniowy !

)

u

(

F

h



g(t)

= g

m

(t)

– funkcja okresowa niesinusoidalna

...

t

3

cos

g

t

2

cos

g

t

cos

g

g

)

t

(

g

h

3

m

h

2

m

h

1

m

0

m

m

















s

h

h

u

)

u

(

F

)

u

(

F

i









s

m

h

u

)

t

(

g

)

u

(

F

i







t

cos

U

)

t

(

g

)

u

(

F

i

s

sm

m

h









t

)

cos(

U

g

2

1

i

s

h

sm

1

m

pcz











1

m

p

g

2

1

g 

t

cos

U

...)

t

2

cos

g

t

cos

g

g

(

)

u

(

F

i

s

sm

h

2

m

h

1

m

0

m

h























Najlepszym nieliniowym elementem mieszającym

jest element o charakterystyce „czysto” kwadratowej

)

t

(

u

t

cos

g

)

t

(

g

h

h

1

m

m











Najlepsza zależność na konduktancję elementu mieszającego

)

u

(

'

F

)

t

(

g

h

m



ale

 

2

h

h

h

u

)

u

(

'

F

)

u

(

F











wtedy nie będzie
niepożądanych
składowych widma

pochodne względem napięcia

Tranzystor bipolarny jako mieszacz

T

be

U

U

cs

c

e

I

I 

T

h

T

0

BE

U

)

t

(

u

U

U

cs

c

e

e

I

)

t

(

i





złącze EB

)

t

(

u

U

)

t

(

u

)

t

(

u

U

)

t

(

u

h

0

BE

s

h

0

BE

be











T

c

U

U

cs

T

be

c

m

U

I

e

I

U

1

dU

dI

g

T

be







I

c

= 0,1 mA I

c

= 0,5 mA I

c

= 1 mA

g

m

= 4 mS g

m

= 20 mS g

m

= 40 mS

t

cos

U

)

t

(

u

h

hm

h





)

u

(

F

h

spoczynkowy

prąd tranzystora

)

u

u

(

h

s



)

u

(

F

h



T

h

hm

T

h

T

h

0

BE

U

t

cos

U

T

c

U

)

t

(

u

T

c

U

)

t

(

u

U

T

cs

m

m

e

U

I

e

U

I

e

U

I

)

t

(

g

g













g

m0

T

h

U

)

t

(

u

0

m

h

e

g

)

u

(

F



























































...

U

)

t

(

u

!

3

1

U

)

t

(

u

!

2

1

U

)

t

(

u

1

g

)

u

(

F

3

T

h

2

T

h

T

h

0

m

h

tylko ten składnik daje mieszanie

























...

U

t

cos

U

1

g

)

u

(

F

T

h

hm

0

m

h

t

)

cos(

U

U

U

g

2

1

...

t

cos

U

U

t

cos

U

1

g

)

t

(

u

)

u

(

F

s

h

T

sm

hm

0

m

s

sm

T

h

hm

0

m

s

h









































prąd p.cz. =

T

hm

0

m

p

U

U

g

2

1

g 

g

m0

mierzone

w punkcie pracy

ograniczenia…

Sposoby podawania napięć u

s

i u

h

do tranzystora

uwaga na małą rezystancję
wejściową od strony emitera

Tranzystor unipolarny jako mieszacz

)

t

(

u

U

)

t

(

u

)

t

(

u

U

)

t

(

u

h

0

GS

s

h

0

GS

gs











2

p

gs

DSS

d

U

U

1

I

I







































p

gs

p

DSS

gs

d

m

U

U

1

U

I

2

dU

dI

g

t

cos

U

)

t

(

u

h

hm

h





























p

h

hm

0

GS

p

DSS

m

m

U

t

cos

U

U

1

U

I

2

)

t

(

g

g

t

cos

U

U

U

I

2

U

U

1

U

I

2

g

h

p

hm

p

DSS

p

0

GS

p

DSS

m

























i koniec –
nie ma
wyższych
harmonicznych !

hm

2

p

DSS

p

U

U

I

g 

Mieszacze oparte na parze różnicowej (iloczynowe)

)

t

(

u

g

I

)

t

(

i

s

3

m

Eo

3

c







)

t

(

k

)

t

(

i

)

t

(

i

3

c

wy













































...

t

3

cos

3

1

t

cos

2

2

1

)

t

(

i

)

t

(

i

h

h

3

c

wy

...

t

cos

2

)

t

(

u

g

...

)

t

(

i

h

s

3

m

wy















t

)

cos(

1

U

g

)

t

(

i

s

h

sm

3

m

pcz





















3

m

p

g

g

dlaczego brak U

h

?

dużo „śmieci” na wyjściu

duże

wy

i





3

m

p

g

g

amplituda napięcia heterodyny tak duża, aby
tranzystory T1 i T2 pracowały jak przełączniki

Przy zamianie miejscami heterodyny i sygnału

T

hm

3

m

p

U

U

g

8

1

g 

)

t

(

u

g

I

)

t

(

i

s

3

m

Eo

3

c







wtedy

Mieszacze w pełni iloczynowe (zrównoważone)

hm

p

U

2

1

g





2

3

3

V

A

10

170

10

7















obliczenia g

p

…

częstotliwości f

s

i f

h

nie „przechodzą” na wyjście

Układ Gilberta – najbardziej popularny

Mieszacz na tetrodzie MOS (tranzystorze dwubramkowym)

Mieszacze „samodrgające”

„oszczędność” elementu aktywnego – kiedyś było to ważne

schemat uproszczony

schemat z obwodami polaryzacji

Mieszacze „samodrgające”

Mieszacze diodowe

brak wzmocnienia, dlatego tylko w zakresie b.w.cz. i gdy istotne są szumy