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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Mixer de alto nível para transceptores de conversão direta. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Comunicações de rádio civis Os receptores e transceptores de conversão direta de frequência ganharam grande popularidade, mas seu desempenho, alcançado no final da década de 80, não melhorou muito desde então. Um progresso notável nessa direção é obtido, como mostra o autor do artigo publicado, ao usar transistores de efeito de campo no misturador do transceptor (receptor), ligados em modo passivo de resistência controlada. As vantagens dos receptores heteródinos (conversão direta) são amplamente conhecidas. Isto é a simplicidade, a quase completa ausência de canais de recepção laterais, a alta qualidade do sinal demodulado, etc. Esta é uma recepção de dois sinais e uma pequena faixa dinâmica, não superior a 80 dB para receptores com misturadores de diodo. Parece promissor o uso de misturadores baseados em transistores de efeito de campo ligados em modo de resistência controlada. Um misturador semelhante, feito em um único transistor de efeito de campo e descrito em [1], forneceu uma sensibilidade de um receptor heteródino de 1 μV e uma faixa dinâmica de 65 dB. É apropriado dizer aqui que a faixa dinâmica do misturador receptor heteródino é limitada de cima não pela distorção de intermodulação de terceira ordem, como em receptores com alto FI, mas pela detecção direta de sinais interferentes. O limite inferior da faixa dinâmica é considerado igual à sensibilidade (para uma determinada relação sinal-ruído - geralmente 10 ou 12 dB), e o limite superior é determinado aplicando um sinal à entrada do receptor AM com coeficiente de modulação de 30% (m = 0,3), desafinado em frequência em 50 ou 100 kHz, com amplitude fornecendo o mesmo sinal de saída 3H da determinação da sensibilidade. Na literatura americana, a diferença entre os limites da faixa dinâmica de um receptor de conversão direta é frequentemente chamada de relação de rejeição AMRR - AM. A teoria dos circuitos de rádio diz que ao passar de um circuito mixer de ciclo único para um balanceado, a faixa dinâmica se expande em 30...40 dB, o que nos permite esperar obter seu valor para um mixer balanceado usando efeito de campo transistores da ordem de 100 dB. Uma das variantes de um misturador balanceado usando transistores de efeito de campo é descrita em [2], mas contém um transformador balun de baixa frequência, cuja implementação é trabalhosa e suscetível a interferências de rede com frequência de 50 Hz. Uma nova versão do mixer é oferecida aos nossos leitores. Foi utilizado em um receptor heteródino para faixa de 160 metros, cujo circuito é mostrado na figura. Claro, nada impede que você use o mixer em outras faixas, alterando os dados do circuito e do transformador de acordo. O sinal de entrada do pré-seletor (filtro passa-banda de dois e três circuitos, não mostrado na figura) vai para o transformador de RF T1 e depois para o mixer, feito nos transistores de efeito de campo VT1 - VT4.
O oscilador local do receptor é montado em um transistor VT5. Como o oscilador local praticamente não é carregado pelo mixer, ele é feito de estágio único de acordo com o circuito capacitivo de três tons. Pela mesma razão, foi possível abandonar a cascata de buffers. A estabilidade da frequência relativamente baixa do oscilador local (1,8 MHz) revelou-se suficiente. O sinal 3H convertido passa pelo filtro passa-baixa C1L3C2 e entra no filtro ultrassônico, montado em dois transistores bipolares VT6 e VT7 conforme circuito usual com conexão direta entre os estágios. Você pode conectar telefones sensíveis de alta impedância à sua saída, ou melhor ainda, um terminal UMZCH feito de acordo com qualquer circuito conhecido. O dispositivo funciona da seguinte forma: com meio ciclo positivo da tensão do oscilador local nas portas dos transistores VT2 e VT3, elas se abrem. Neste caso, a saída inferior do enrolamento secundário do transformador T1 é conectada ao fio comum através do canal aberto do transistor VT2, e a saída superior do mesmo enrolamento através do canal aberto do transistor VT3 é conectada ao passa-baixa entrada do filtro. Os transistores VT1 e VT4 são fechados neste caso, pois a tensão do oscilador local é aplicada às suas portas em antifase e eles são afetados por uma meia onda negativa. No próximo meio ciclo da tensão heteródina, os transistores VT1 e VT4 abrem e os transistores VT2 e VT3 fecham. Neste caso, a polaridade de conexão do enrolamento secundário do transformador T1 à entrada do filtro passa-baixa é invertida. Se a frequência e a fase do oscilador local e o sinal coincidirem, pulsos de polaridade positiva aparecerão na saída do mixer. Quando a fase do oscilador local muda para a fase oposta na saída do mixer, os pulsos terão polaridade negativa. Suavizados em um filtro passa-baixa, eles produzem uma corrente constante na saída. Em ambos os casos, ocorre a detecção de sinal síncrono. Se as frequências não corresponderem, um sinal de batida aparecerá na saída. Este misturador tem as seguintes características: - não possui transformador de baixa frequência de balanceamento; - o enrolamento do transformador de alta frequência não contém ponto médio, o que elimina a influência da assimetria dos enrolamentos do transformador; - capacitâncias dreno-gate parasitas dos transistores VT1 e VT3, bem como VT2 e VT4 são conectadas aos terminais fora de fase da bobina de acoplamento com o oscilador local L2 e formam uma ponte balanceada que não permite a tensão do oscilador local para entre no circuito de entrada, o que reduz significativamente a radiação do oscilador local através da antena. A radiação do oscilador local, além do dano óbvio - criando interferência com receptores próximos, é repleta de recepção parasita do mesmo sinal, mas já modulada pela corrente alternada de fundo e outras interferências em algum lugar nos fios da rede ou em fontes de energia estranhas [2 ]. Neste caso, ouve-se um rosnado difícil de eliminar, que desaparece quando a antena é desconectada. Algumas palavras sobre as resistências de entrada e saída dos mixers. Como é sabido, as resistências de entrada e saída de um misturador passivo dependem uma da outra, mas seus valores podem ser escolhidos de forma bastante arbitrária. A forma clássica de selecionar a resistência de carga ideal do misturador é determinar a resistência média geométrica dos canais abertos e fechados do misturador, com Rcarga = √Ropen Rfechar. Determinar a resistência do canal aberto Ropen não causa dificuldades. São dezenas de ohms. Quanto à resistência do canal fechado Rclosed, ela é de natureza capacitiva ativa. Se assumirmos uma capacitância parasita de um canal fechado de 1 pF, então sua resistência diminui de 80 kOhm na faixa de 160 m para 5 kOhm na faixa de 10 m, sem falar nas bandas VHF. Tomando Ropen = 50 Ohm, obtemos Rload - 2 kOhm na faixa de 160 m e Rload = 500 Ohm na faixa de 10 M. Além disso, a alta resistência de carga do misturador no receptor heteródino requer a instalação de um baixo Filtro passante com alta impedância característica. As indutâncias desse filtro passa-baixa contêm muitas voltas e sua fabricação exige muito trabalho. Portanto, segundo o autor, faz sentido reduzir a resistência de carga do misturador para um valor da ordem de 10Ropen, ou seja, para aproximadamente 500 Ohms. Neste caso, as perdas adicionais no misturador chegam a 10%, a redução no coeficiente de transmissão do misturador não excede 1 dB em relação ao caso de correspondência ideal, o que parece bastante aceitável. Voltemos ao circuito receptor. Os transistores KP305Zh usados no mixer têm uma resistência de canal de cerca de 400 Ohms na tensão de porta zero e cerca de 25 Ohms no estado aberto. Além disso, eles apresentam uma variação bastante grande na resistência de instância para instância. Quando a tensão heteródina passa por zero, abra simultaneamente os transistores VT1 e VT2, assim como VT3 e VT4, desviando o enrolamento secundário do transformador, reduzindo o coeficiente de transmissão. Portanto, o coeficiente de transferência máximo do misturador é alcançado quando uma tensão de bloqueio de -1,5 V é aplicada às portas. É melhor usar transistores KP305 A ou D, que são praticamente fechados em tensão zero na porta e não requerem polarização constante no portão. Se forem utilizados elementos de maior qualidade, deve-se esperar parâmetros melhorados. Já estão à venda transistores chave com resistência de canal aberto de 1...5 Ohms. Infelizmente, à medida que a resistência diminui (aumenta a condutividade) do canal do transistor, a capacitância porta-fonte parasita também aumenta. É interessante que o produto da condutância do canal pela capacitância parasita seja um valor aproximadamente constante para diferentes transistores de baixa potência da mesma geração. O nível do sinal do oscilador local que vazou através da capacitância porta-fonte parasita é aproximadamente proporcional a este produto. No entanto, todas estas considerações tornam-se irrelevantes quando o mixer muda para o modo key. Isto é conseguido simplesmente aumentando a tensão do oscilador local, porque quando a tensão instantânea da porta é superior a +5 V, os transistores abrem completamente. No receptor descrito, após aumentar a tensão de alimentação de 9 para 15 V, a amplitude da tensão do oscilador local nas portas dos transistores também aumentou de 8 para 14 V. Os transistores praticamente passaram a operar no modo chave, que tinha um efeito benéfico na linearidade do mixer, a saber: a sensibilidade do receptor aumentada em 4 dB e o limite superior da faixa dinâmica é de 6 dB. É interessante notar que o circuito misturador repete exatamente o circuito retificador de ponte de diodos, apenas em vez de diodos, são incluídos canais de transistores de efeito de campo. Além disso, no retificador os diodos são abertos pela tensão alternada de entrada do enrolamento do transformador, e no misturador - pela tensão do oscilador local. Tais dispositivos também podem ser usados com sucesso para retificação síncrona de tensão secundária em conversores de fontes de alimentação de alta frequência, uma vez que as perdas em transistores de efeito de campo de alta potência são menores do que em diodos. O transformador de entrada do misturador T1 é enrolado em um núcleo magnético de anel K10x6x4 feito de ferrite com permeabilidade magnética de 400. O enrolamento primário contém 30 e o secundário - 100 voltas de fio PELSHO 0,1. A bobina do oscilador local é enrolada a granel em uma estrutura plástica regular com bochechas de 8 mm de diâmetro e 10 mm de comprimento. Para ajustar a indutância, é utilizado um núcleo roscado cilíndrico (CTC) feito de ferro carbonílico. O enrolamento é realizado com três fios PEL ou PELSHO 0,2...0,3 dobrados entre si. O número de voltas é 30, é especificado dependendo do tamanho do quadro ao ajustar a faixa de frequência do oscilador local. Dos três enrolamentos resultantes, um é utilizado no circuito oscilador local (L1), e os outros dois, conectados em série, formam a bobina de acoplamento (L2). O ponto médio da bobina é obtido conectando o início de um fio ao final de outro. A bobina do filtro passa-baixa L3 é enrolada em um núcleo magnético de anel K16x10x8 feito de ferrite 2000NM. Contém 200 voltas de qualquer fio fino isolado, recomenda-se PELSHO 0,1. A configuração de uma sirene ultrassônica se resume a selecionar o resistor R1 até que a tensão no coletor VT7 seja igual à metade da tensão de alimentação. Ao configurar um oscilador local, é recomendado selecionar a capacitância do capacitor C8 a mais alta possível, na qual ainda existe geração estável. Os testes do receptor mostraram os seguintes resultados. Ao operar no modo de recepção, o mixer forneceu uma faixa dinâmica limitada pela detecção direta igual a 100 dB com sensibilidade de 0,3 μV. Em outras palavras, um sinal AM interferente com uma desafinação de 50 kHz, m = 0,3 e um nível de 30 mV criou a mesma tensão 3H na saída que um sinal CW útil com um nível de 0,3 μV. O nível de ruído do próprio receptor referente à entrada foi de 0,1 μV. Durante os experimentos, desligar o oscilador local não reduziu significativamente o ruído geral do receptor, o que indica reservas de sensibilidade do mixer. Ressalta-se que durante os experimentos também foi ouvido o ruído intrínseco do transistor GSS, indicando a baixa qualidade do seu sinal de saída. O mixer descrito, como todos os mixers passivos, pode transmitir um sinal em qualquer direção, ou seja, é reversível. Ao operar em transmissão, quando um sinal 3F com tensão de 2 V foi fornecido à entrada de baixa frequência do mixer (no ponto de conexão do filtro passa-baixa), a amplitude da tensão de saída do sinal DSB foi de 1 V em uma carga de 50 Ohm. O restante da transportadora não suprimida foi de 5 mV. Isto significa que a supressão da portadora sem medidas especiais de balanceamento atinge 46 dB. É claro que, para não degradar uma supressão de portadora tão alta, é necessária uma boa blindagem dos circuitos de entrada e do oscilador local. Literatura
Autor: M.Syrkin, UA3ATB
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