Prof. Stanisław
Kuta
Prof. Stanisław
Kuta
Przebieg sinusoidalny lub zmodulowany w amplitudzie,
częstotliwości czy fazie oprócz reprezentacji w dziedzinie
czasu ma także równoważną reprezentację w dziedzinie
częstotliwości.
W dziedzinie częstotliwości napięcie zmienne w czasie
sinusoidalnie przedstawia się nam jako pojedynczy prążek w
tzw. widmie amplitudowym. Z kolei widmo amplitudowe
sygnału zmodulowanego zajmuje w dziedzinie częstotliwości
pewne pasmo skupione wokół częstotliwości zwanej nośną.
Układy przemiany częstotliwości, zwane też mieszaczami,
służą do przesuwania widma sygnału o pewien odcinek na osi
częstotliwości. Przesunięcie takie jest stosowane między
innymi we współczesnych urządzeniach odbiorczych i to bez
względu na rodzaj modulacji. Na przedstawionym schemacie
blokowym mieszacza do układu są doprowadzone dwa
przebiegi napięciowe:
sygnał u
s
(t)
polegający przemianie oraz
przebieg pomocniczy
u
h
(t)
,najczęściej generowany lokalnie,
nazywany
sygnałem heterodyny
.
Uwidoczniony mieszacz jest układem nieliniowym. Na jego
wyjściu mamy przebieg
u
w
(t)
, zawierający zawsze oprócz
składowej użytecznej (przebieg o częstotliwości
f
p
) także
składowe niepożądane. Liczba składowych niepożądanych oraz
ich charakter zależą od budowy konkretnego mieszacza. Rolą
umieszczonego za mieszaczem filtru pasmowo przepustowego
(tzw. filtr p.cz.) jest odpowiednie wytłumienie wszystkich
składowych niepożądanych. W następnych rozdziałach omówimy
kilka wybranych układów mieszaczy, przedstawimy dla nich
zależności analityczne, definicje parametrów oraz konstrukcję.
pasmowy
filtr p. cz.
Tranzystorowy mieszacz
zrównoważony
Analizując działanie mieszacza, wejście
u
s
przyjmiemy za w
przybliżeniu liniowe, z tym, że zakres liniowości możemy oszacować
na Prądy wyjściowe można wtedy przedstawić w
postaci wyrażeń
jest transkonduktancją tranzystorów dolnej pary różnicowej.
)
2
(
)
(
t
s
U
IR
t
u
t
h
s
m
U
t
u
t
u
g
I
t
i
2
)
(
tanh
)
(
)
(
1
t
h
s
m
U
t
u
t
u
g
I
t
i
2
)
(
tanh
)
(
)
(
2
RI
U
I
du
di
du
di
g
t
s
s
m
2
4
3
Funkcja tanh(x) ma następujące właściwości:
tanh(x) x dla
tanh(x) sgn(x) dla
1
x
1
x
Mieszacz z dwubramkowym tranzystorem MOSFET
Prąd drenu tranzystora jest uzależniony od napięć sterujących każdą z
bramek ze wskazaniem na bramkę 1 (G1) jako wejście o większej czułości.
Stąd przyjmuje się ze wejście G1 jest wejściem sygnałowym, zaś na G2
podaje się względnie duży przebieg napięciowy z generatora lokalnego
(heterodyny)
Nieliniowa funkcja daje się w otoczeniu wybranego punktu pracy:
rozwinąć w szereg Taylor’a z którego zajmiemy się tylko dwoma
pierwszymi wyrazami:
Przyrosty napięć sterujących bramki tranzystora to odpowiednio: sygnał
i heterodyna, co po podstawieniu do wyrażenia daje nam składową
zmienną prądu drenu w postaci:
gdzie G
m
to amplituda zmian konduktancji
g
m
(t),
które zachodzą
sinusoidalnie w takt zmian heterodyny; na rysunku dla punktu pracy i
U
h
=0,5V można dla tranzystora BF998 oszacować wspomnianą
amplitudę na G
m
=0,5 mS. Wprowadzając do obwodu drenu rezystancję
obciążenia
R
obc
otrzymujemy przebieg mieszacza:
const
2
1
DS
u
S
G
S
G
D
,u
u
F
i
V
U
V
U
V
U
DS
S
G
S
G
15
,
75
,
0
,
0
2
1
..........
,
,
1
2
2
2
1
1
1
2
1
S
G
S
G
S
G
S
G
S
G
S
G
S
G
S
G
S
G
D
u
u
U
u
U
u
u
F
U
U
F
i
........
cos
cos
s
s
s
h
m
D
t
U
t
G
t
i
s
p
s
obc
m
p
t
U
R
G
t
u
cos
2
1
• CECHY ODBIORNIKÓW REALIZOWANYCH W POSTACI
UKŁADU SCALONEGO:
Mały pobór mocy prądu stałego
Małe wymiary i masa
Niska cena
Odporność na czynniki zewnętrzne
Implementacja w zakresie częstotliwości 70 MHz – kilka GHz
FWCZ - filtr środkowoprzepustowy w.cz.
M - mieszacz
FDP - filtr dolnoprzepustowy
W - wzmacniacz sygnałów pasma podstawowego
WMS - wzmacniacz niskoszumny
LO - oscylator lokalny
90
o
– przesuwnik fazy
I(t) – Tor synfazowy
Q(t) – Tor
kwadraturowy
a)przenikanie sygnału własnego oscylatora
b) odbiór silnego zakłócającego sygnału obcego
c) wypromieniowanie i odbiór sygnału własnego oscylatora lokalnego
FSL – filtr sygnału lustrzanego M1, M2 – mieszacze LO1,
LO2 – lokalne
oscylatory
FPCZ – filtr pośredniej częstotliwości WPCZ – wzmacniacz pośredniej częstotliwości
Odbiornik można opisać równaniem:
o
-
p.cz.
– częstotliwość pierwszego oscylatora lokalnego LO1
(
o
– częstotliwość
głowicy w.cz.)
p.cz.
-
c
–
częstotliwość drugiego oscylatora lokalnego LO2
t
j
t
j
t
j
c
cz
p
cz
p
e
e
e
t
x
t
y
)
(
)
(
.
.
.
.
0
0
)
(
Re
)
(
f
LO
- częstotliwość oscylatora granicznego
f
L
, f
H
- dolna i górna częstotliwość pasma przenoszenia filtru
2(f
L
-
f
LO
)
MOC SYGNAŁU
SYGNAŁ
LUSTRZANY
SYGNAŁ
POŻĄDANY
CHARAKTERYSTYK
A TŁUMIENIA
FILTRU FSL
f
f
L
f
LO
f
L
a) układ Hartleya
b) układ Weavera
M – mieszacz
LO – lokalny oscylator
FDP – filtr
dolnoprzepustowy
US – układ sumujący
Dziękuję za uwagę!!!
Dziękuję za uwagę!!!