Смеситель частот

Смеситель частот

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при преобразовании частот в приемопередающей аппаратуре, измерительной технике.

Из уровня техники известен смеситель (Авторское свидетельство СССР №1510067, 1987 г.), содержащий входной колебательный контур, полевые транзисторы, имеющие объединенные истоки и стоки, нагрузку, фазовращатель, источник напряжения смещения, источник гетеродинного сигнала. Полевые транзисторы использованы в пассивном режиме, при этом суммарная проводимость сток - исток изменяется. На затворы полевых транзисторов подается открывающее напряжение с выхода фазовращателя, определяющего фазу нахождения в открытом состоянии у всех полевых транзисторов, в результате чего происходит преобразование частоты входного сигнала на удвоенной частоте гетеродина при улучшенной развязке между цепями входного сигнала и гетеродина.

Недостатком данного типа смесителя является низкий коэффициент преобразования, вызванный использованием полевых транзисторов в пассивном режиме, и малая развязка цепей гетеродина и входного сигнала вследствие значительной входной емкости затвор - исток полевых транзисторов с p-n переходом.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь частоты (Авторское свидетельство СССР №1020969, 1983 г.), который и выбран в качестве прототипа. Данный преобразователь частоты содержит входной колебательный контур, два однотипных полевых транзистора, имеющих объединенные стоки и истоки, нагрузку, дифференциальный трансформатор, источник гетеродинного сигнала. Полевые транзисторы использованы в пассивном режиме и открываются на пиках гетеродинного напряжения, поступающего с дифференциального трансформатора дважды за период гетеродинного напряжения, при этом суммарная проводимость между колебательным контуром и нагрузкой изменяется дважды за период гетеродинного напряжения, в результате чего происходит преобразование частоты входного сигнала на удвоенной частоте гетеродина.

Недостатком данного типа смесителя является низкий коэффициент преобразования, вызванный использованием полевых транзисторов в пассивном режиме, и сложность реализации, вызванная необходимостью использования дифференциального трансформатора.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей смесителя частот, а именно в увеличении развязки между цепями входного сигнала и сигнала гетеродина при обеспечении возможности преобразования частоты напряжения входного сигнала на удвоенной частоте напряжения сигнала гетеродина.

Технический результат достигается за счет того, что в смеситель частот, содержащий два полевых транзистора, истоки и стоки которых соединены между собой, введены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой конденсаторы, первый, второй, третий, четвертый резисторы, катушка индуктивности, первый транзистор, источник питания постоянного тока, причем второй и третий полевые транзисторы разнотипные и соединены параллельно. При этом первый вывод первого конденсатора, первый вывод первого резистора, первый вывод четвертого конденсатора и первый вывод катушки индуктивности соединены между собой и подключены к положительному выводу источника питания постоянного тока. Второй вывод первого конденсатора, второй вывод второго резистора, второй вывод третьего резистора, объединенные истоки второго и третьего транзисторов, второй вывод четвертого резистора соединены между собой и подключены к отрицательному выводу источника питания постоянного тока, соединенного с корпусом. Второй вывод второго конденсатора подключен к второму выводу первого резистора, первому выводу второго резистора и базе первого транзистора, коллектор которого подключен к второму выводу четвертого конденсатора и второму выводу катушки индуктивности, подключенному к первому выводу пятого конденсатора, второй вывод которого является выходом сигнала промежуточной частоты. Эмиттер первого транзистора подключен к точке соединения первого вывода третьего резистора и первого вывода шестого конденсатора, второй вывод которого подключен к объединенным стокам второго и третьего транзисторов, объединенные затворы которых подключены к первому выводу четвертого резистора и второму выводу третьего конденсатора, первый вывод которого является входом напряжения гетеродина, а первый вывод второго конденсатора является входом напряжения сигнала.

На чертеже приведена схема электрическая принципиальная смесителя частот, где:

С1 - первый конденсатор;

С2 - второй конденсатор;

С3 - третий конденсатор;

С4 - четвертый конденсатор;

С5 - пятый конденсатор;

С6 - шестой конденсатор;

R1 - первый резистор;

R2 - второй резистор;

R3 - третий резистор;

R4 - четвертый резистор;

L1 - катушка индуктивности;

VT1- первый транзистор;

VT2 - второй транзистор;

VT3 - третий транзистор;

GB1 - источник питания постоянного тока;

Вход 1 - вход напряжения сигнала;

Вход 2 - вход напряжения гетеродина;

Выход - выход сигнала промежуточной частоты.

Первый транзистор VT1, первый конденсатор С1, являющийся блокировочным, второй конденсатор С2, пятый конденсатор С5, являющиеся разделительными по постоянному току, первый резистор R1, второй резистор R2, третий резистор R3, определяющие режим первого транзистора VT1 по постоянному току, а также четвертый конденсатор С4 и катушка индуктивности L1, составляющие колебательный контур, образуют каскад усиления с расщепленной нагрузкой, выполненный по схеме с общим эмиттером.

К точке соединения эмиттера первого транзистора VT1 и первого вывода третьего резистора R3 через разделительный шестой конденсатор С6 подключены параллельно соединенные полевые разнотипные второй транзистор VT2 и третий транзистор VT3, имеющие объединенные стоки, истоки и затворы, при этом к объединенным затворам подключен третий конденсатор С3, являющийся разделительным по постоянному току, а также четвертый резистор R4, который устраняет возможность пробоя затворов второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3 зарядами статического электричества и определяет входное сопротивление смесителя по входу 2. Такое построение схемы дает возможность обеспечить высокую степень развязки между цепями напряжения входного сигнала и напряжения сигнала гетеродина, так как позволяет получить малую проходную емкость затвор-сток второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3, низкое входное сопротивление каскада усиления со стороны подключения второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3 и исключения возможности протекания тока с частотой гетеродина в цепях каскада усиления.

Смеситель частот работает следующим образом.

На первый вход смесителя частот поступает напряжение входного сигнала, которое далее через второй конденсатор С2 подается на вход каскада усиления.

На второй вход смесителя частот поступает напряжение сигнала гетеродина синусоидальной формы, которое далее через третий конденсатор С3 подается на объединенные затворы второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3.

Так как каскад усиления охвачен местной последовательной отрицательной обратной связью по переменному току, его коэффициент усиления определяется глубиной отрицательной обратной связи и зависит от сопротивления третьего резистора R3 и дифференциального сопротивления открытого канала второго полевого транзистора VT2 и открытого канала третьего полевого транзистора VT3.

При поступлении на вход 2 синусоидального напряжения гетеродина дифференциальное сопротивление Rдиф второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3 изменяется от величины 1/SVT2, VT3 (на пиках синусоиды) до бесконечно большой величины (в запертом состоянии), где SVT2, VT3 - дифференциальная крутизна каналов открытых полевых транзисторов VT2, VT3.

При открывающем уровне напряжения сигнала гетеродина (на пиках синусоиды), Rдиф≪R3, коэффициент передачи каскада усиления определяется следующим соотношением: К≈Rн/Rдиф.

При запертых втором транзисторе VT2 и третьем транзисторе VT3 коэффициент передачи каскада усиления на первом транзисторе VT1 определяется следующим соотношением: K=Rн/К3, где

R_н - эквивалентное сопротивление нагрузки, определяемое индуктивностью катушки L1, емкостью четвертого конденсатора С4 и сопротивлением нагрузки, подключенной к выходу смесителя частот.

С учетом того, что второй транзистор VT2 и третий транзистор VT3 разнотипные и включены параллельно, изменение дифференциального сопротивления суммарной проводимости каналов происходит дважды за период гетеродинного напряжения, коэффициент передачи канала усиления К изменяется от минимального значения, определяемого как K=Rн/R3 до максимального значения, определяемого как К=Rн/R_диф, дважды за период гетеродинного напряжения и является периодической функцией времени, определяемой напряжением гетеродина, и может быть представлен в следующем виде:

K(t)=Ko+K₁cos(2ω_гt)+K₂cos(4ω_гt)+...

где: Ко - модуль коэффициента передачи на частоте входного сигнала,

K₁, K₂... - модуль коэффициента передачи на соответствующих частотах, кратных четным частотам гетеродина.

При поступлении на вход смесителя частот напряжения сигнала, определяемого по формуле: Uc(t)=Umc cos(ωct), где:

Umc - амплитуда входного сигнала,

ωс - круговая частота входного сигнала,

на эквивалентном сопротивлении нагрузки R_н появляются следующие составляющие:

Uвых(t)=Umc cos(ωct) K(t)=Umc cos(ωct)(K₀+K_1cos(2ωгt)+K_2cos(4ωгt)+...)=Umc cos(ωct)K₀+Umc cos(ωct)K_1cos(2ωгt)+U_mc cos(ωct)K_2cos(4ωгt)+...=

где ωг - круговая частота гетеродина.

В спектре выходного сигнала имеются частоты вида: ωпч=±2nωг±mωс (где n и m - целые положительные числа), которые выделяются параллельным колебательным контуром, образованным катушкой индуктивности L1 и четвертым конденсатором С4.

Высокая степень развязки между цепями входного напряжения и напряжения гетеродина обеспечивается за счет исключения возможности протекания тока с частотой гетеродина в цепях каскада усиления, низким входным сопротивлением усилительного каскада со стороны подключения второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3 и малой проходной емкостью затвор-сток второго транзистора VT2 и третьего транзистора VT3.

Смеситель частот, содержащий два полевых транзистора, истоки и стоки которых соединены между собой, отличающийся тем, что в него вновь введены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой конденсаторы, первый, второй, третий, четвертый резисторы, катушка индуктивности, первый транзистор, источник питания постоянного тока, причем второй и третий полевые транзисторы разнотипные и соединены параллельно, при этом первый вывод первого конденсатора, первый вывод первого резистора, первый вывод четвертого конденсатора и первый вывод катушки индуктивности соединены между собой и подключены к положительному выводу источника питания постоянного тока, второй вывод первого конденсатора, второй вывод второго резистора, второй вывод третьего резистора, объединенные истоки второго и третьего транзисторов, второй вывод четвертого резистора соединены между собой и подключены к отрицательному выводу источника питания постоянного тока, соединенного с корпусом, второй вывод второго конденсатора подключен к второму выводу первого резистора, первому выводу второго резистора и базе первого транзистора, коллектор которого подключен к второму выводу четвертого конденсатора и второму выводу катушки индуктивности, подключенному к первому выводу пятого конденсатора, второй вывод которого является выходом сигнала промежуточной частоты, эмиттер первого транзистора подключен к точке соединения первого вывода третьего резистора и первого вывода шестого конденсатора, второй вывод которого подключен к объединенным стокам второго и третьего транзисторов, объединенные затворы которых подключены к первому выводу четвертого резистора и второму выводу третьего конденсатора, первый вывод которого является входом напряжения гетеродина, а первый вывод второго конденсатора является входом напряжения сигнала.