СМЕСИТЕЛЬ

YES-2002

Скачать документацию->

Самый важный узел в трансивере и самый интересный для читателя конечно же входной смеситель. Один из вариантов смесителя TRX 'YES - 2002' предлагается Вашему вниманию. За основу была взята схема Н - смесителя (рис.1), предложенного N6NWP (1). В качестве коммутационных ключей использована как наиболее доступная м/с 590КН8А. Для управления ключами при помощи м/с 74НС86 сформированы противофазные прямоугольные сигналы со скважностью 2 (меандр) с амплитудой около 9 вольт. При изменении частоты ГПД от 5 до 21 мГц длительность фронтов находилась в интервале 0,2:0,4 наносек/вольт (измерено С1-75), а амплитуда меандра уменьшалась (на 21 МГц) до 8 В. Надо полагать характеристики меандра улучшатся при применении более высокочастотной 74АС86. Кстати импортные микросхемы более доступны чем наши и надежно работают при напряжении питания 10 В. на вход формирователя меандра подавалось напряжение с ГПД 1:1,5 В (измеряно В3-43). В качестве ГПД во всех измерениях использовался одноименный блок разработанный для TRX 'YES-98M' (Р-Д ?14).
После ряда экспериментов пришлось подтвердить высказывания G3SBI, опубликованные в (2), о том, что в домашних условиях трудно воспроизвести высококачественные трансформаторы, а тем более пятиобмоточный и получить какие либо приемлемые параметры смесителя.
После прочтения в Р-Д ?14 статьи 'УВЧ' RX3AKT наверное не мне одному пришла в голову мысль о применении 'двухдырочного' ферритового сердечника в Н-смесителе. Сердечник был изготовлен из двух колец 10х6х5 - 600НН. Немного сточив натфилем кольца и склеив их в этом месте получаем нужный сердечник. На противоположных сторонах на половине каждого кольца намотаны обмотки двойным скрученым проводом. Выходную обмотку III Tr2, содержащую два витка, мотаем на средней общей части колец. Именно в таком исполнении Tr2 вся хитрость и принципиальное отличие от Н-смесителя.
Из экспериментов стало ясно, что необходимо обеспечить максимальную развязку выхода смесителя от собственно смесителя, состоящего из 2-х балансных смесителей. Связь выходной обмотки III Tr2 с двумя балансными смесителями осуществляется благодаря магнитной связи через сердечник. В отличие от Н-смесителя здесь практически отсутствует ёмкостная связь, что гарантирует хорошую развязку этих цепей.
Тоже самое, т.е. максимально достижимую развязку, надо сделать и на входе смесителя. Кроме развязки необходимо обеспечить противофазные, одинаковые и максимально симметричные относительно 'земли' входные напряжения. С этими обязанностями успешно справляется Tr1 выполненный на основе длинных линий - ТДЛ.
ТДЛ обладает интересной особенностью (4): в каждом проводе линии текут противофазные и синфазные токи. Противофазные токи создадут в ферритовом сердечнике взаимно уничтожающие магнитные поля. Следовательно, наличие феррита на симметричные токи практически влияние не окажет. Однотактные (синфазные) токи направлены в одну сторону, поэтому, оба провода линии для несимметричной составляющей будут подобны одному проводу с суммарным током. По указанной причине для однотактных токов устройство будет обладать большим индуктивным сопротивлением, т.е. будет являться высокочастотным дросселем, что гарантирует очень хорошую развязку входа и выхода такого ТДЛ. Благодаря этому можно соединить входы двух линий параллельно, а выходы последовательно. В результате получаем ТДЛ с трансформацией нагрузочных сопротивлений в соотношении 1:4 т.е. с 50 Ом до 200 Ом , что необходимо для хорошего согласования не симметричного выхода предшествующего каскада с симметричным входом смесителя.
Благодаря хорошей развязке нивелируется невысокая симметричность изготовления обмоток смесителя и появляется возможность из двух балансных сделать один двухбалансный смеситель, где происходит компенсация колебаний с частотой ГПД, и входного сигнала, а также значительной части других нежелательных составляющих, что наглядно демонстрируется при балансировке смесителя резистором R16 на экране спектроанализатора С4-25.
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что входной сигнал делится на две равные части по мощности и обрабатываются каждая в своем смесителе, а затем суммируются, что позволяет в итоге создать смеситель с очень высокими параметрами.
Изначально ставилась задача сделать трансивер с чувствительностью не хуже 0,1мкВ при соотношении с/ш = 10дб. Для этого требуется УВЧ с высоким входным сопротивлением, так как выходной контур ПДФ подключается к смесителю полностью, максимально линейный и имеющий выходное сопротивление около 50 Ом. Наиболее простым в исполнении и отвечающий предъявленным требованиям является каскад на транзисторе КП903 в режиме истокового повторителя, имеющего, как известно, 100% отрицательную обратную связь, что гарантирует необходимую линейность его АЧХ. За счет трансформации сопротивлений в ПДФ и обратной трансформации КП903 (усиление по мощности) в 50 Ом каскад (УВЧ) ПДФ+КП903 имеет усиление около 18дб (GУВЧ). Коэффициент передачи собственно смесителя равен -8дб. В итоге весь узел со входа ПДФ имеет усиление около 10дб.
Необходимое качественное согласование выхода смесителя с кварцевым фильтром обеспечивается выходным П-контуром C12, C13, L1, C14, C15, C16, тщательной подстройкой элементов которого добиваются минимального уровня продукта интермодуляции.
Так как узел смесителя реверсивный, то в режиме ТХ , при закрытом КП903, используется каскад усиления на КП327 в схеме с общим затвором имеющий усиление около 15дб. В этом же режиме при входном напряжении П-контура смесителя равным 1,5В на выходе ПДФ на нагрузке 50 Ом зафиксирован диапазонный сигнал уровнем 0,5В, что вполне достаточно для раскачки любого драйвера. В режиме RX этот транзистор КП327 надежно закрыт напряжением истока КП903 +6В и практически не ухудшает параметры приемного тракта.
Весь узел выполнен на обычной односторонней печатной плате размерами 42х110мм., и запаян по периметру в жестяную коробочку со съемными крышками. КП903 запаян выводами в печатную плату.
Трансформатор Tr1 намотан на ферритовом кольце К10х6х5 - 600НН. Обмотки I и II намотаны двойным слабо скрученным проводом ПЭВ-021 и содержит по 12 витков. Трансформатор Tr2 состоит из двух склеяных боковыми поверхностями колец К10х6х5 - 600НН. Обмотки I и II намотаны таким же проводом как и Tr1 и содержат по 15 витков. Обмотка III содержит два витка МГТФ. Расположение обмоток на кольцах приведено на рис.2
Рисунок печатной платы приведен на рис.3, а расположение деталей - на рис.4.
Настройка особенностей не имеет.
Как в изготовлении так и в настройке особенностей не имеет.
После того как все спаяно, наступает самый ответственный и самый интересный момент для конструктора - измерение параметров. Для этого необходимы соответствующие приборы.
Чувствительность удобно измерять с помощью прибора 'Динамика'. Чувствительность оказалась на уровне 0,09-0,1 мкВ при соотношении с/ш = 10дб (3,16раза). Такое же значение показал прибор Г4-116. Для подтверждения достоверности измерений такой величины чувствительности приемника дополнительно было проведено измерение этого параметра генератором шума на лампе 2Д3Б в режиме насыщения, что, как известно, гарантирует калиброванный уровень шума. В результате измерений коэффициент шума приемника зафиксирован на уровне 1,8 кТо, что соответствует ЭДС чувствительности 0,2 мкВ при соотношении с/ш = 10дб на сопротивление 50 Ом и полосе 2,75 кГц. На входных зажимах приемника величина чувствительности будет в два раза меньше (6) и будет равна 0,1 мкВ при том же соотношении с/ш. Для дальнейших расчетов понадобится уровень собственных шумов приемника. Он равен 0,1 мкВ/ 3,16 = 0.0316мкВ, что соответствует относительной мощности шумов приемника приведенной ко входу Рш= -143дбм на 50 Ом
Далее для определения уровня блокирования ('забития')на вход ПДФ подавался двухтоновый сигнал с прибора 'Динамика' с частотами 14,140 и 14,155 мГц. Осциллографом С1-75 наблюдался сигнал (огибающая) на выходном П-контуре смесителя. Входной двухтоновый сигнал зафиксирован на уровне, когда выходной сигнал на 3дб меньше ожидаемого при линейной зависимости, что хорошо заметно по уплощению вершины огибающей. Уровень одного тона оказался равен 0,71В. В виду того, что огибающая изменяется от 0 до удвоеной амплитуды одного тона принимаем уровень блокирования равным 1,42В, что соответствует мощности +16дбм на нагрузке 50 Ом. Это так называемая точка компрессии - КР. Динамический диапазон по блокированию равен (5):
DD1 = KP - Pш = +16 - ( - 143 ) = 159 дб.
Следующее не менее важное и интересное измерение динамического диапазона по интермодуляции DD3. На вход ПДФ подается двухтоновый сигнал с 'Динамики', а приемник настраивается на продукт интермодуляции выше или ниже на 15кГц испытательных сигналов. Постепенно увеличивая входной сигнал получаем продукт интермодуляции на уровне чувствительности приемника так же при соотношении с/ш равным 10дб, что соответствует мощности продукта интермодумяции Pi3 = -133дбм на 50 Ом. При этом входной сигнал зафиксирован на уровне 32 мВ одного тона (59+56дб!) что соответствует входной мошности тестирующего сигнала Ртест = -17дбм на 50 Ом. Следует заметить, что минимальный уровень продукта интермодуляции получается при напряжении подложки DA1 (вывод 2) равным -25В. По аттенюатору прибора 'Динамика' подсчитываем значение DD3: более 110дб. Точно измерить DD3 не позволяют боковые шумы используемых кварцевых генераторов прибора.
И так у нас есть две величины, по которым можно точно определить координаты точки пересечения IP3 (5):
IP3=(3Pтест-Pi3)/2 = (3(-17)-(-133))/2 = +41дбм
Следовательно, DD3 будет равен (5):
DD3 = (2*(IP3-Pш))/3 = (2*(41-(-143)))/3 = 122,7 дб
Прибор 'Динамика' измеряет DD3 относительно чувствительности, тогда расчетное значене DD3 будет:
DD3 = (2*(IP3-Pi3))/3 = (2*(41-(-133)))/3 = 11дб
что похоже на ту величину, которую предполагается получить на улучшенном приборе 'Динамика'. Разница 122,7 - 116 = 6,7 дб соответствует тому, что указано в (6) В.Дроздовым о необходимости увеличения показаний прибора 'Динамика' на 6,7 дб, т.к. стандартно DD3 измеряется относительно уровня внутренних шумов приемника.
Но как бы сказал известный автор: 'фишка'-то в том, что смеситель используется с УВЧ. Значит точка пересечения IP`3 этого смесителя (без УВЧ) равна:
IP3 = IP3+GУВЧ = 41+18 = 59дбм !,
что выше аналогичного параметра у прототипа.
Далее на вход (без ПДФ) подавался сигнал с частотой ПЧ = 8,867 мГц, а выходной уровень измерялся ВЧ милливольтметром В3-43 на входе П-контура, при этом очень остро смеситель балансировался на минимум просачивания входной частоты при помощи R16. Кстати этим же резистором балансировался смеситель и на минимум продукта интермодуляции, но там это ощущалось не так остро и немного в другом положении движка R16. В итоге зафиксировано просачивание входного сигнала с частотой ПЧ на уровне -70 дб .
Так же измерялось с помощью селективного микровольтметра HMV-4 подавление сигнала с частотой ГПД на выходе смесителя. Оно оказалось на уровне -73 дб.
В итоге все параметры оказались выше прототипа. А если это так, то можно без ложной скромности 'обозвать' предложенный смеситель НВ-типа. Это нужно сделать еще и по тому, чтобы в последующем легче ориентироваться в различных модификациях смесителя Н-типа, которые непременно появятся.
В заключении можно привести не менее интересные данные измерений, проведенные тем же прибором 'Динамика'

Все трансиверы имели полосу пропускания 2,4 кГц. Следует напомнить, что к величинам DD3 прибора 'Динамика' следует прибавить 6,7дб (см. выше). Приведенные данные измерений хорошо согласуются с усредненными велисинами измерений этих же параметров трансиверов, проведенными Лабораторией ARRL/
Литература:
1. QST, февраль, 1993г.
2. Дайджест.Смеситель с большим динамическим диапазоном. Радио-Дизайн, ?1-97г., стр. 11-14.
3. С. Макаркин. Усилители высокой частоты. Радио-Дизайн, ?1-97г. стр. 15-16.
4. В.И.Бенетов. Измерения и испытания при конструировании и регулировке радиолюбительских антенн. 'Связь', 1971г.
5. Э.Т.Ред. Схемотехника радиоприемников. 'Мир', 1989г.
6. В.В.Дроздов. Любительские КВ трансиверы 'Радио и связь', 1988г.
 
 
г.Чапаевск