מיקסרים המבוססים על טרנזיסטורי אפקט שדה. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

מערבלי טרנזיסטור אפקט שדה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / תקשורת רדיו אזרחית

המאמר שהוצג לתשומת לב הקוראים בוחן ודן בגרסאות של מעגלי מיקסר המיוצרים על טרנזיסטורי אפקט שדה המשמשים במצב התנגדות מבוקרת (ללא מקור כוח). למיקסרים כאלה יש מספר יתרונות שיכולים להרחיב משמעותית את הטווח הדינמי של מקלטים, במיוחד מקלטים הטרודינים (המרה ישירה).

בסביבת ההפרעות החמורות של היום באוויר, חשוב לטווח דינמי גדול של המיקסר, המאפשר להיפטר משמעותית משיחות צולבות, אינטרמודולציה והפרעות דומות מאותות חזקים מחוץ לפס, אשר למעשה אינם מוחלשים. על ידי אשדות המותקנים מול מסנן הבחירה הראשי.

אם עדיין ניתן לנקוט במספר אמצעים בממיר תדר ה-RF המגדילים את הליניאריות שלו, אז מערבלים נעשים לרוב על אלמנטים לא ליניאריים (דיודות, טרנזיסטורים), אשר מעצם עיקרון הפעולה של מערבלים רבים הממירים תדר. , חייב להיות לא ליניארי. מסיבה זו, הטווח הדינמי של מיקסר בדרך כלל גרוע יותר מ-AMP.

מיקסרים המבוססים על טרנזיסטורי אפקט שדה במצב התנגדות אקטיבית מבוקרת הוצעו ונעשה בהם שימוש במשך זמן רב למדי, שיתרונותיהם עדיין לא הוערכו מספיק. המעגל של המיקסר הפשוט ביותר באמצעות טרנזיסטור אפקט שדה אחד מוצג באיור. 1.

מערבלי FET

האות ממעגל הכניסה מוזן למקור הטרנזיסטור, ואות ה-IF או LF (במקלט הטרודיין) מוסר מהניקוז. אין צורך במקור כוח. מתח המתנד המקומי מופעל על השער של הטרנזיסטור ושולט בהתנגדות הערוץ.

ידוע שבמתחים נמוכים הפער (תעלה) מקור-ניקוז של טרנזיסטור אפקט שדה מתנהג כמו נגד ליניארי, ללא קשר לקוטביות של המתח המופעל. יחד עם זאת, התנגדות הערוץ יכולה להשתנות בהתאם למתח מקור השער, מעשרות אוהם למגה אוהם רבים. זה מאפשר להשתמש בטרנזיסטור אפקט השדה במיקסרים כאלמנט ליניארי מבוקר.

היתרונות העיקריים של המיקסר כוללים רגישות גבוהה, שכן לא זרם ההספק ולא זרם המתנד המקומי עוברים בערוץ הטרנזיסטור, אלא רק זרם אות חלש, בעוד שהטרנזיסטור רועש יותר מנגד קונבנציונלי עם אותה התנגדות, וליניאריות גבוהה , שכן עם מתח כניסה קטן, המוליכות של הערוץ אינה תלויה בו.

בנוסף, המיקסר מאופיין בחדירה נמוכה של אות המתנד המקומי למעגל הכניסה (רק דרך קיבול קטן בין השער לערוץ הטרנזיסטור) והספק נמוך במיוחד הנדרש מהמתנד המקומי, שכן התנגדות הכניסה לאורך השער המעגל גבוה.

מיקסר פשוט כזה מספק רגישות של כ-1 µV (ללא AMP) וטווח דינמי של כ-65 dB. ניתן להגדיל את הטווח הדינמי בדרכים הקלאסיות הבאות: לעבור למעגל מאוזן, לוודא שהמיקסר פועל במצב מפתח, ולהתאים את המיקסר לעומס על פני פס תדרים רחב. מעגלי מיקסר מאוזנים על טרנזיסטורי אפקט שדה נולדו ממעגלים דומים על דיודות, כאשר ערוץ הטרנזיסטור מחובר במקום דיודה, והקוטביות של האחרונה מתאימה לחיבור הפאזי או האנטי פאזי של השער למתנד המקומי. .

באיור. איור 2 מציג מעגל של מערבל מאוזן באמצעות שני טרנזיסטורי אפקט שדה. האות מסופק למקורות הטרנזיסטורים בפאזה, והמתח ההטרודיני לשערים הוא באנטיפאז, מה שמבטיח שהטרנזיסטורים נפתחים לסירוגין עם חצאי גלים חיוביים.

מערבלי FET

בניקוז הטרנזיסטורים, אותות ה-IF (LF) נמצאים מחוץ לפאזה, מה שמצריך שימוש בשנאי בתדר נמוך T2 (בכל הדיאגרמות, הליבות המגנטיות של שנאי ה-IF (LF) מוצגות כקו מלא , בניגוד לאלה של HF, שבהם הליבות המגנטיות מוצגות כמגנטודיאלקטריות). המיקסר מאוזן הן עבור כניסות הטרודין והן עבור כניסות אות. המשמעות הראשונה היא שהמתח ההטרודין אינו מגיע לכניסת האות, מכיוון ששני קיבולי ערוץ שערים טפיליים מחוברים למסופים האנטי-פאזיים של הפיתול המשני של השנאי T1. המשמעות השנייה היא שמוצרי המרה טפיליים, למשל, זרמים בתדר נמוך הנובעים מזיהוי ישיר של אותות כניסה, מופעלים על הכניסות האנטי-פאזיות של שנאי LF ומתוגמלים הדדית.

גרסה נוספת של מעגל מיקסר מאוזן פשוט מוצגת באיור. 3.

מערבלי FET

כאן האות מסופק לערוצי הטרנזיסטור באנטי-פאזה, ומתח המתנד המקומי לשערים נמצא בשלב. כמו קודם, המיקסר מאוזן במתח הטרודיני. פחות ברור שהמיקסר מאוזן גם לזיהוי ישיר של אותות כניסה. העובדה היא שמוצרי הזיהוי הישיר מתבררים כבפאזה בניקוז הטרנזיסטורים (המכשיר פועל כמיישר גל מלא) ומפוצים בשנאי בתדר נמוך T2. החסרונות של המיקסרים המאוזנים הפשוטים המתוארים כוללים דיכוי לא שלם של תוצרי לוואי של המרה, בפרט, ההרמוניות השנייה של אותות הקלט וההטרודין.

הטוהר הגבוה ביותר של הספקטרום מסופק על ידי מיקסרים מאוזנים כפולים (אנלוגים של מיקסרים טבעתיים). המעגל של מערבל כזה עם ארבעה טרנזיסטורים מוצג באיור. 4.

מערבלי FET

המיקסר דורש שלושה שנאי באלון מותקנים בכל הכניסות/יציאות. כאן, הערוצים של הטרנזיסטורים VT1, VT2 ו-VT3, VT4 מצוירים לסירוגין, מחברים את המסופים של הפיתולים הסימטריים של השנאים T1 ו-TZ ישירות (VT1 ו- VT2 מבוצעים), או חוצים (VT3 ו- VT4 מתבצעים) . מיקסר זה נותן תוצאות מצוינות במקלטי סופרהטרודין, ומספק כמעט את הטווח הדינמי המקסימלי שניתן להשיג כיום. כמובן, יש צורך לנקוט בכל האמצעים כדי להגדיל את הסימטריה של שנאים ולבחור טרנזיסטורים עם אותם מאפיינים.

בשימוש במקלטי הטרודיין, מערבלים לפי המעגלים באיור. ל-2-4 יש חיסרון גדול הקשור לנוכחות של שנאי בתדר נמוך, שהוא עתיר עבודה לייצור ורגיש להפרעות שונות, כולל רעשי רשת בתדר של 50 הרץ. לא ניתן לשלול עיוותים הקשורים לא-לינאריות של המאפיינים המגנטיים של המעגל המגנטי.

אין שנאי בתדר נמוך במיקסר לפי התרשים באיור. 5, שבו אותות הקלט וההטרודיין מסופקים לשני טרנזיסטורים באנטיפאז.

מערבלי FET

בעיקרו של דבר, זהו אנלוגי טרנזיסטור של מערבל מאוזן שתי דיודות. עם זאת, למיקסר יש חסרונות שאינם נראים מיד. זה לא מאוזן על פני כניסת המתנד המקומי. אות המתנד המקומי מחוץ לפאזה בשערי הטרנזיסטור דולף דרך קיבולים טפיליים אל המסופים הקיצוניים של הפיתול הסימטרי של השנאי T1 ואינו מפוצה. בנוסף לנזק הברור הנגרם מקרינת אות המתנד המקומי דרך האנטנה, כלומר יצירת הפרעות למקלטים סמוכים אחרים, הדבר כרוך בקליטת האות שלו, אך כבר מאופנן על ידי הרקע של זרם החילופין ועוד. הַפרָעָה.

יש לפחות שתי דרכים לפתור את הבעיה. הראשון מורכב מהוספת קיבולים מנטרלים - קבלים C1 ו-C2, המחוברים לרוחב ביחס לקיבולים הטפיליים של הטרנזיסטורים VT1 ו-VT2. על ידי התאמת הקיבול שלהם, אתה יכול להשיג דיכוי משמעותי של אות המתנד המקומי בכניסה. זה שימושי גם בעת שימוש במיקסר בנתיבי שידור (אחרי הכל, כל המיקסרים הפסיביים המתוארים הפיכים לחלוטין), כאשר אות שמע מסופק לכניסת LF, ואות DSB מאופנן מאוזן מוסר מכניסת HF.

דרך נוספת היא להשתמש במהפך פאזה טרנזיסטור במקום שנאי balun T1, ראה איור. 6.

מערבלי FET

במקור ובניקוז של הטרנזיסטור VT1, נוצרים מתחי אותות שווים ואנטי-פאזיים, המסופקים דרך קבלים מפרידים C2 ו-C3 למקורות של טרנזיסטורי מיקסר VT2 ו-VT3. במקלט הטרודיין, הקבלים חייבים להיות בעלי קיבולת משמעותית, שכן לא רק זרמים בתדר גבוה, אלא גם תדרי שמע עוברים דרכם. במקום VT1, אתה יכול להשתמש בטרנזיסטור דו קוטבי, אבל יש לו ליניאריות גרועה יותר והתנגדות כניסה נמוכה יותר.

המיקסר מאופיין בדיכוי גבוה של אות המתנד המקומי בכניסה, מה שמתאפשר על ידי חיבור אנטי-פאזי של טרנזיסטורי המיקסר לשנאי T1 ולשלב הכניסה הפאזית. אבל למכשיר הזה יש גם חיסרון: התנגדויות הפלט לאורך מעגלי המקור והניקוז של המפל בטרנזיסטור VT1 שונות (הראשון נמוך יותר) ומהפך הפאזה, באופן כללי, הוא א-סימטרי.

במיקסר המאוזן המוצג באיור. 7, חדירת אות המתנד המקומי למעגל הקלט מופחתת בשל העובדה שטרנזיסטורים VT1, VT3 עם ערוץ p מחוברים במקביל לטרנזיסטורים VT2, VT4 עם ערוץ n, ומתח המתנד המקומי מ הפיתול הסימטרי של שנאי T2 מוחל על טרנזיסטורים בעלי מוליכות הפוכה באנטיפאז. במקרה זה, טרנזיסטורים VT1 ו-VT2 נפתחים על חצי גל אחד של המתח ההטרודין, ו-VT3 ו-VT4 בצד השני. חיבור מקביל של ערוצים מפחית את ההתנגדות של זרועות המיקסר במצב פתוח, וגם משפר את הליניאריות של המיקסר. אגב, זה כבר מזמן בשימוש במתגי לוגיקה דו-כיוונית של CMOS.

מערבלי FET

ניתן להשתמש במתגים שהוזכרו במיקסרים, אך למרבה הצער, באלמנטים לוגיים של CMOS, אות בקרת האנטי-פאזה (heterodyne) עבור טרנזיסטור p-channel נוצר מהאות המגיע לשער של טרנזיסטור p-channel באמצעות מהפך. לאחרון יש זמן השהיה ארוך למדי (כ-50 ns עבור ה-K561 מסדרת MS), וכתוצאה מכך מופיע הסטת פאזה נוספת, אשר מחמירה את פעולת המיקסר בתדרים גבוהים במיוחד, את מעבר האות ההטרודיני לכניסת המיקסר לא בוטלה לחלוטין.

לסיכום, הבה נבחן את פעולתו של מערבל מעניין ופשוט מאוד, המוצע במיוחד עבור מקלטי הטרודיין (איור 8). הוא עשוי על שני טרנזיסטורי אפקט שדה זהים, שערוצים שלהם מחוברים במקביל, ומתחים הטרודיניים אנטי-פאזיים מהפיתול הסימטרי של השנאי T1 מסופקים לשערים. יש לכבות טרנזיסטורים במתח שער אפס ולפתוח רק בשיאי מתח הטרודיניים. כתוצאה מכך, המיקסר נפתח פעמיים במהלך תקופת מתח המתנד המקומי, ותדר המתנד המקומי נבחר להיות מחצית מתדר האות.

מערבלי FET

זה מאוד מועיל, בפרט, עבור מקלטי VHF (נדרשים פחות שלבי כפל תדרים) ובאופן כללי עבור כל המקלטים ההטרודיים, שכן אות המתנד המקומי "הודלף" למעגל האנטנה נדחק למעשה על ידי מסנן הקלט. השימוש במיקסר זה במקלטי VHF סינכרוניים הטרודיינים הוא מבטיח, כאשר חדירה נמוכה של אות המתנד המקומי לתוך מעגלי הכניסה היא חשובה ביותר.

עם זאת, מערבל זה מאוזן רק בכניסת המתנד המקומית, אך לא בכניסת האות. לכן, זיהוי ישיר טפילי של אותות מפריעים רבי עוצמה על חוסר הלינאריות של המעבר, טרנזיסטורי ניקוז מקור, אפשרי.

מחבר: M. Syrkin (UA3ATB)

ראה מאמרים אחרים סעיף תקשורת רדיו אזרחית.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מאיץ לייזר באורך של כמה מילימטרים 12.10.2013

קבוצת חוקרים ממספר מרכזי מחקר בארצות הברית פיתחה ויצרה במעבדה אב טיפוס מאיץ לייזר בעל יעילות שיא. המכשיר, שגודלו מילימטרים בודדים בלבד, הוכיח יכולת להקנות אנרגיה של עד 250 מגה-אלקטרון-וולט למטר לחלקיקים, דבר שבעיקרון אינו ניתן להשגה עם מאיצים מסורתיים.

כדי להאיץ אלקטרונים, הפיזיקאים השתמשו בשדה האלקטרומגנטי של קרן לייזר בניצב לווקטור התאוצה. בתנאים רגילים, חלקיק הנתפס בגלים אלקטרומגנטיים יאיץ תחילה בכיוון אחד, ולאחר מכן יאט ויתחיל לנוע בכיוון ההפוך. כדי להימנע מכך, יצרו הפיזיקאים ערוץ שקוף של חתך רוחב משתנה - עקב האינטראקציה של השדה האלקטרומגנטי עם החומר, משרעת הגלים בו השתנתה בהתאם לרוחב התעלה, ובחתכים צרים התברר שהשדה הוא להיות חזק יותר מאשר ברחבים.

על ידי התאמת אורך הקטעים הצרים והרחבים, כמו גם המהירות ההתחלתית של האלקטרונים, דאגו המדענים שהאלקטרון עף דרך הקטעים הצרים של התעלה בדיוק כאשר גלי האור שם מאיצים את החלקיקים בכיוון הנכון. עד שהגל הגיע לשלב ההפוך והחל להאט את החלקיקים, האלקטרון הספיק להגיע לשבר רחב עם משרעת שדה קטנה יותר ולכן האט פחות ממה שהוא האיץ.

במאיצים רגילים משתמשים בדרך כלל בגלים אלקטרומגנטיים בתחום המיקרוגל להאצת חלקיקים טעונים, ובאופן עקרוני הם אינם יכולים לספק רווח אנרגטי של יותר מכמה עשרות מגה-אלקטרון-וולט למטר. טכנולוגיית הלייזר מספקת יעילות גדולה יותר בסדר גודל, שלפי פיסיקאים ממעבדות ההאצה הלאומיות של סטנפורד, יכולה להוביל למהפכה לא רק במדע, אלא גם בטכנולוגיה. אחד המפתחים, ג'ואל אינגלנד, משווה את המעבר מאיצים קונבנציונליים למעבר הלייזר מצינורות רדיו לטרנזיסטורים. לדבריו, השוואה כזו מוצדקת, במיוחד משום שהחוקרים השתמשו באותן טכנולוגיות המשמשות בייצור מעגלים מיקרו לייצור תעלות מאיץ בשבב שקוף.

מאיצים קומפקטיים עם אנרגיות אלקטרונים של עשרות או מאות מגה-אלקטרון-וולט יכולים לשמש ליצירת קרני רנטגן באנרגיה גבוהה ובצורת אלומה קוהרנטית ממוקדת מאוד. קרינה כזו משמשת כיום באופן פעיל במדעי החומרים, בביולוגיה (כדי לקבוע את מבנה הגביש של חלבונים, כמו גם להארת מאובנים מאובנים), עם זאת, לייזרים של קרני רנטגן עבור משימות אלה תופסים לעתים קרובות מתחמים תת-קרקעיים שלמים עם מנהרות באורך של כמה קילומטרים ומחירם עולה. מאות מיליוני דולרים. קורות בעלות הספק נמוך יותר ואנרגיית חלקיקים נמוכה יותר משמשות ברפואה כדי להקרין ניאופלזמות ממאירות.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מסכי קשקשת דגים

▪ נוירוני צמא התגלו

▪ מצלמה של 70 טריליון פריימים לשנייה

▪ Toshiba TC3567x Bluetooth Low Energy 4.1 IC

▪ Samsung Portable T7 Shield 4 TV SSD

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר סינתיסייזרים תדרים. מבחר מאמרים

▪ מאמר נפרדנו כמו ספינות בים. ביטוי עממי

▪ מאמר מי ומתי קיים יחסי מין על אדמת הירח? תשובה מפורטת

▪ מאמר עבודה חמה בתחנות דלק. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר CAN bus במכוניות מודרניות. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר Scheme, pinout (pinout) של כבל סימנס C62. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר