Главная страница -> VRTP -> Texнологии -> Для начинающих.

Ух, давно ничего не постил :-)

Цель этого поста - показать принцип работы смесителя на практике. Я заметил, что вопросу работы смесителя уделено много матана и теории, но очень мало практики. И все ограничивается копированием схем и формул из одного источника в другой, сейчас мы это немного подправим)

И так далеко ходить не будем, и скопируем из одного источника в наш схему кольцевого балансного смесителя на диодах)

Собственно он состоит из двух трансформаторов и 4-х диодов, давайте его соберем.

Просьба не ломать, будет много картинок и текста)



Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

По себе знаю, что наличие трансформаторов в схемах, часто ставит в ступор даже бывалых разработчиков, что говорить о начинающих.

В нашем смесителе имеется два одинаковых трансформатора. Каждый трансформатор имеет по три одинаковые обмотки. К трансформаторам для балансных смесителей предъявляются довольно жесткие требования, так как в случае если обмотки трансформаторов будут иметь существенный разброс параметров, то смеситель не будет балансным)))

Но не так страшен черт, как его малюют. Чтобы обмотки были максимально одинаковые их нужно наматывать в один прием. А чтобы намотать 3 обмотки в один прием, мы берем 3 провода в эмалированной изоляции диаметров 0.1..0.2мм и скручиваем их вместе дрелью, так чтобы на 10мм длины было 3..5 витков. Получается что то вроде витой пары, только из 3х проводников.

А дальше берем ферритовое колечко, фиксируем начало обмотки супер клеем, и не спеша, аккуратно, наматываем 10..15 витков фиксируя их тем же супер клеем. Точно также, делаем и второй трансформатор, и в результате получаем вот такие вот трансформаторчики)

Это сообщение отредактировал Philin05 - Apr 12 2017, 12:30 AM

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Для того чтобы не перепутать проводки, зачищаем лаковую изоляцию и позваниваем их тестером. Надеваем на них цветные трубочки. Так как проводки легко порвать, то приклеиваем трансформатор к плате и припаиваем проводки к контактным площадкам. Тут очень важно не перепутать соединения второй и третье обмотки. Начало третьей обмотки подключается к концу второй. Если это перепутать, трансформатор работать не будет. Если все делать не спеша, то получится с первой попытки. Например, вот так:

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Не спешите, запаивать диоды и другой трансформатор. К бабке не ходи ничего не заработает)
Давайте проверим наш трансформатор на исправность и правильность подключения. Для этого на первую обмотку подадим испытательный сигнал, например 13.5 МГц, и посмотрим, что будет на его выходных обмотках.
А что должно быть? У такого трансформатора есть одно замечательное свойство, если центральную точку (соединение 2-й и 3-й обмотки) заземлить, то на оставшихся выводах должен быть сигнал в противофазе (сдвинут на 180 град, один относительно другого).
И так мы должны увидеть такую картину: красный сигнал на осциллограмме это входной сигнал. Желтый сигнал - это выходной сигнал со второй обмотки, сиреневый с третьей обмотки. Как видим красный и желтый синфазны, а сиреневый противофазен им. Также мы видим, что все сигналы одинаковой амплитуды, ну и с небольшим натягом можно сказать, что они идентичны. Ну совсем с небольшим)


Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Дальше запаиваем второй трансформатор, и точно также проверяем его, как и первый.

Следующий тест, это соединяем выходы трансформаторов напрямую (без диодов). Грубо выход второй обмотки первого трансформатора, к выходу второй обмотки второго трансформатора, средние точки, и выход третьей обмотки первого трансформатора, к выходу третьей обмотки второго трансформатора. Подаем испытательный (красный) сигнал на первичную обмотку первого трансформатора, и убеждаемся, что (красный) сигнал дошел до первичной обмотки второго трансформатора.

Если все, ок, то значит, трансформаторы исправны и подключены правильно. Если на каком по этапе тестов нет правильных сигналов, или они не симметричны, то скорее всего перепутаны обмотки, или их начало и конец. Или где-то повреждения обмоток.

Размыкаем тестовую цепь, и запаиваем согласно схеме оставшиеся диоды. В результате мы получаем готовый кольцевой балансный смеситель на диодах, например как на картинке ниже.

Теперь его нужно проверить на исправность, для этого нам нужно составить тест.
На вход смесителя подадим 13.559 Мгц, на вход гетеродина подадим сигнал 13.2243. Согласно теории, на выходе смесителя мы должны получить (13.559 + 13.2243) + (13.559 - 13.2243), что соответствует частотам 26.783Мгц и 0,3347 Мгц. Для наглядности, к выходу смесителя подключим НЧ фильтр, чтобы выделить частоту 0,3347 Мгц.

Это сообщение отредактировал Philin05 - Apr 12 2017, 01:05 AM

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

На самом деле, неподготовленный разработчик смесителя, может оказаться морально не готов, к тому, что он может увидеть на выходе смесителя)) И я совсем не шучу.

Поэтому прежде чем проводить реальный тест, давайте хотя бы промоделируем, что нам там нужно увидеть. Так как мы живем в 21 веке, и у нас есть цифровые осциллографы, то смешивание вышеописанных сигналов мы можем произвести при помощи вычислительных возможностей осциллографа.
И так сначала мы берем входной сигнал (13.559 МГц), и убеждаемся, что он соответствует нашим ожиданиям.


Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Далее мы проверяем сигнал гетеродина, и убеждаемся, что его параметры в норме (похож на синусоиду, частота 13.2243 МГц).
(я сделаю небольшое замечание, амплитуды сигналов на самом деле несколько завышены для работы смесителя на диодах, но он сожрет и это как мы чуть позже убедимся)


Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Дальше, мы просто умножаем входной сигнал, на сигнал гетеродина, и прямо в осциллографе смотрим, что у нас получилось.
На первый взгляд кажется, какая то муть в голубом канале. Но если присмотреться внимательно, то видно, что в сигнале присутствует синусоида с частотой около 27 МГц. Что в принципе и ожидается. Возникает вопрос, где обещанные 334.7 кГц…



Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Да собственно, тут она, где и 26.783 Мгц, есть и 0,3347 Мгц, просто нужно увеличить время развертки, и сразу видно, что в сигнале присутствует и вторая синусоида, с частотой близкой к 335 кГц.
И так, то что нам нужно увидеть на выходе реального смесителя мы уже знаем, поэтому смело подключаемся к нему и смотрим.

Это сообщение отредактировал Philin05 - Apr 12 2017, 01:24 AM

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Голубой канал показывает спектр сигнала, а красный канал показывает сигнал на выходе смесителя.
Как видим сигнал не столь идеальный, как при моделировании (на самом деле это из за слишком большой амплитуды входных сигналов, диодные смесители не работают, на таких напряжения в нормальном режиме) но все же похож.
Самое главное это спектр, как видно, пик в области НЧ, лежит чуть левее 335 кГц, что однозначно подтверждает, что на выходе смесителя имеется сигнал с частотой 334,7 кГц.

Это сообщение отредактировал Philin05 - Apr 12 2017, 02:21 AM

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Теперь посмотрим, что творится около 27 МГц.
Спектр показывает пик на частоте 26.78 МГц, значит, на выходе смесителя имеется сигнал с частотой 26.783 МГц. Смеситель работает.



Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Как известно кольцевой балансный смеситель должен также ослаблять сигналы гетеродина, и входной сигнал. Давайте посмотрим спектр для участка 13,5 МГц.
Как видим, сигнал гетеродина и входной сигнал всеж попадают в выходной спектр, но я не претендую на звание лучший смеситель года. Наш проект учебный) .

Тут важно помнить, что идеальных смесителей не бывает, и все равно входной сигнал, и сигнал гетеродина пролезет в выход, вопрос лишь на сколько дБ он будет слабее чем результат перемножения. В хороших смесителях ослабление будет достигать 40..60 дБ.

Но так как наш смеситель работает на очень больших входных сигналах, то в данном случае ослабление не большое, зато наглядное)


Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

И в заключение посмотрим, как будет выглядеть сигнал, после смесителя, если его пропустить через ФНЧ (tRc = 1,5 мкс, 666 кГц (я не специально)))) )
Видно, что составляющая в 26.783 Мгц сильно подавлена (но все равно осталась), а 334,7 кГц хорошо просматривается.

Тут важно понимать, что в реальных схемах, на выходе смесителя ставят фильтры с очень крутой АЧХ, которая ослабляет ненужные сигналы на десятки дБ, и естественно ФНЧ фильтр первого порядка обладает скромными характеристиками.

На этом свое повествование заканчиваю, уверен , что общее представление как работать со смесителем и что от него ждать я донес наглядно.

Как говорится собаки лают, а караван идет. Смело применяйте смесители в своих схемах. Мотайте и используйте широкополосные трансформаторы, так как они открывают довольно широкий кругозор) Просто все нужно делать поэтапно, на каждом этапе убеждаться, что вы не сбились с верного пути)

Можно коментить)

Это сообщение отредактировал Philin05 - Apr 12 2017, 01:53 AM

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

1. В какую сторону скручиваются провода имеет ли значение?
2. Марка феррита колец?
3. В реале какой гетеродин нужен, одного транзистора с буфером хватит?
4. Можно ли использовать Шоттки, ну типа бат62, они конечно не смесительные, но всё же?

1. Без разницы если мотать все обмотки сразу

2. Ее нужно выбирать, зависит от частоты. Можно брать любой из найденых и проводить тест как я писал выше, если трансформатор работает, то подходит. Для этого опыта я взял то что нашел.

3.В данных тестах я использовал однотранзисторные генераторы по схеме Колпитца, как видим даже перебор.

4. Можно. Нужно ставить опыты. Главное чтобы они переключались на нужной частоте, а не превращались в конденсаторы.

Это сообщение отредактировал Philin05 - Apr 12 2017, 08:49 AM

Спасибо! Просто и понятно, с трансами проблем не возникало, но использую в основном готовую продукцию ее у меня есть в достатке, хороши смесуны тем что двунаправленные в отличии от чипов, вносят минимальные искажения и шумы.

для симметрирования предлагаю внести небольшие изменения в схему:

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

С симулятором тоже совпадает

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Может ли кто рассказать про смесители более подробно, или подсказать где почитать. Интересует: какие смесители предпочтительнее на VHF, UHF, динамический диапазон смесителей, как рассчитать необходимую амплитуду гетеродина, в каких случаях предпочтительней использовать балансные смесители, как посчитать входное/выходное сопротивление смесителя и как его согласовать с фильтром, реальные схемы балансных смесителей на полевых транзисторах.

Да доков воз и маленькая тележка, стоит только гугл поворошить http://news.cqham.ru/articles/detail.phtml?id=519

Смеситель такая штука что ни одна плюс минус средняя схемка без нее не обходится.

Поржать:

Художник я свободный и часто хватаюсь за какой нибудь узел и точу его месяц до полного понимания и повторяемости тем самым заполняя пробелы в образовании практикой, самое главное что надо знать о смесителях- смесителю надо вдуть столько что бы открылись диоды
............

Возился с печатными на 2,,3гГц, самая большая проблема это симметрия, при полной идентичности самой платы, дорог, влетаешь на разности параметров диодов даже из одной ленты( дядюшка Ляо не любит стабильность параметров.

Из более ранних, и на мой взгляд достаточно информативно, можно почитать В.Т.Полякова.

Смеситель можно сделать на любом элементе с нелинейной передаточной характеристикой (НПХ). Сигнал гетеродина - модулятора должен управлять коэффициентом передачи - усиления элемента НПХ.
Для каждого случая необходимо ознакомиться с литературой и подобрать необходимый нелинейный элемент.

Можно отметить, что в кольцевом смесителе диоды играют роль ключей, поэтому его можно построить на полевых транзисторах и даже на КМОП-ключах, однако ограничения по частоте тут значительнее.

Я так понимаю, основное преимущество смесителей с ключевым режимом это больший динамический диапазон, чем у тех смесителей, которые работают в непрерывном режиме? Но уровень гетеродина нужен довольно высокий. Верно?

Как лучше мотать симметричный трансформатор? Я сначала намотал просто самым обычным методом, все три обмотки раздельно. А сейчас смотрю, что мотают скрученным втрое проводом в один проход. Но ведь так же емкость между витками будет выше, раз они все в куче? Или я ошибаюсь?


Видел, что самый лучший результат вообще получается при скрутке всех трех обмоток косичкой, и применением еще одного трансформатора на обмотку входа/выхода, чтобы у нее один конец не сидел на земле.


Желательно подавление синфазной составляющей как можно больше, вот и возник вопрос.

есть проверенный вариант для того чтобы трансформаторы и диоды лучше работали - выташить их из какой-нибудь сборки minicircuits , например MCL-SBL1+

на картинке мой свипер-spectrum analyzer динамический диапазон больше 100dB, аттенюаторами вообще не пользуюсь, si4432 сама автоматом переключает 30dB PGA и LNA

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Не думаю, что подобный разломанный смеситель работает уже так, как раньше. На заводе скорее всего производят калибровку, двигая туда сюда трансформаторы пока не будет норм симметрия.

Я же говорю, что люди мотают уже косичкой, а не скруткой, только так более менее идеально становится.

Мне такие готовые сборки не нужны, мне на частоты 1-2 МГц нужно, даже не для смесителя, а для подавления синфазной составляющей. Смеситель скорее всего будет на двух полевиках, на диодах получается много всякой грязи на выходе из-за гетеродина работающего в меандре.

Вандал!!!!!! Смотреть больно.

пассивный смеситель не дает заметного шума и с генератором на SAW resonator получается отличный front-end

Присоединённое изображение (Нажмите для увеличения)

Я понимаю.
Я буду менять в устройстве смеситель на одном биполярном транзисторе, а он имеет усиление свое, поэтому скорее всего придется дабы не нарушить чувствительность делать смеситель на двух полевиках.

Но суть не в этом. Изначально вопрос стоит в том, как правильно мотать трансформаторы данного типа. Хотя бы ткнуть ссылкой, и уже благодарен был бы.