На цей раз - схемотехніка змішувачів на електронних ключах і кілька практичних схем. Припустимо щось подібне вже було, але не дарма кажуть: "повторення - мати вчення". Звідки дізнаються молоді радіоаматори про принцип роботи змішувача. якщо старі журнали - на смітнику, а нова література - тільки про комп'ютери? Тим часом схемотехніка змішувачів безперервно удосконалюється. Розробники прагнуть отримати змішувач з ідеальними параметрами: великим динамічним діапазоном. простий, економічний, технологічний, і широкосмуговий. Таким, можливо, буде змішувач зібраний на надшвидкісних ключах, керованих швидкодіючими КМОП цифровими мікросхемами.
У радіоаматорів не зменшується інтерес до схемотехніці змішувачів. Сучасна елементна база дозволяє конструювати незвичайні змішувачі з дивовижними властивостями. Але спочатку трохи теорії та термінології. У радіоаматорський середовищі існує поділ змішувачів на ключові і "гладкі" - за видом сигналу гетеродина, прямокутному або синусоїдальним. Також говорять про пасивних і активних змішувачах - пасивні змішувачі на відміну від активних не посилюють перетворений сигнал.
За принципом дії, узагальнено, всі змішувачі є комутаторами фази вхідного сигналу з частотою сигналу гетеродина. Як комутуючих елементів зазвичай використовуються діоди, транзистори або електронні ключі. Причому, активними, природно, можуть бути змішувачі тільки на транзисторах. Хоча нс всі транзисторні змішувачі є активними. Наприклад, змішувач, який викликав великий читацький інтерес і розглянутий у RD №1-97 на 11 стор., не є активним.
В принципі роботи змішувача легко розібратися, розглядаючи схему класичного діодного кільцевого балансного змішувача, рис.1.
Рис 1. Кільцевий балансний змішувач на діодах
Напруга гетеродина Uгет. в момент, коли його полярність в точці А відносно точки В позитивна, відкриває пару діодів VD1 і VD4. У разі появи сигналу, він проходить від входу до виходу змішувача саме через ці діоди. Так продовжується до тих пір, поки напруга гетеродина не змінить знак на протилежний. При цьому діоди VD1, VD4 закриваються, а діоди VD2, VD3 відкриваються. Через ці діоди проходить той самий сигнал, що і в першому випадку, тільки його фаза на виході змішувача змінюється на зворотну - починають працювати протилежні висновки вторинної обмотки трансформатора Т2. Струми гетеродина в симетричних обмотках трансформаторів Т1 і Т2 в будь-який момент часу спрямовані в протилежні сторони і взаємознищуються. Звичайно, без спеціальних заходів, досягти прийнятної компенсації цих струмів важко, і на виході змішувача з'являється залишок сигналу з частотою гетеродина (несуча). Для балансування змішувача розрив однієї з симетричних обмоток трансформаторів включається змінний резистор. Але глибокого придушення несучої і в цьому випадку досягти важко - тут позначаються розкиди технологічних опорів діодів, асиметрія обмоток трансформаторів, монтажні ємкості та інші фактори.
Тепер уявімо, що діоди ми замінили на електронні ключі - комутатори, за своїми властивостями близькі до звичайних контактів реле, але з набагато більшою швидкодією, рис.2.
Рис 2 Кільцевої балансний змішувач на ключах
У цьому випадку ланцюга управління і ланцюги проходження сигналу розділені, що значною мірою знижує їх взаємне проникнення. Але це ще далеко не всі одержувані переваги. Сучасні електронні комутатори ( наприклад МАХ361 фірми MAXIM) мають опір у відкритому стані менше 2 Ом і швидкість перемикання близько 100 наносекунд. До того ж, свої параметри кожен з чотирьох ключів, що знаходяться в корпусі мікросхеми, зберігає в діапазоні зміни комутованого напруги в межах +/-20 Ст. Це означає, що відкритий ключ абсолютно не вносить нелінійні спотворення в що проходить через нього сигнал.
Електронні ключі керуються сигналами з цифровими рівнями, що подаються на висновки "Ф1" і "Ф2" в протифазі від мікросхеми формувача сигналу гетеродина. Схема формувача наведена на рис.3.
Рис 3 Формувач сигналу керування ключами
Вхідний опір визначається величиною резисторів R1, R2, а амплітуда подається на вхід сигналу гетеродина приблизно дорівнює 0,5 Ст. Ослаблення наскрізного проникнення керуючого сигналу комутовані ланцюга за технічними умовами на мікросхеми серії 1561 перевищує величину (-130 дБ), що дозволяє в змішувачі, зібраному на таких ключах, без особливих зусиль домогтися придушення несучої практично до 100 дБ!
Мною були випробувані ще кілька схем змішувачів, які використовувалися як формувачів DSB сигналу і як змішувачі - переносники на робочу частоту при роботі на низькочастотних КВ діапазонах - від 160 до 40 метрів. У найпростішій схемі застосовується лише один ключ. На рис.4 показана схема цього змішувача. Він використовується в якості DSB-формувача.
Рис.4 Змішувач на одному ключі
Мікрофонним підсилювачем служить будь-операційний підсилювач. Вихідний сигнал на нього подається з електретного конденсаторного мікрофона. Вхід ключа з'єднаний безпосередньо з виходом "операційника", а ланцюга R1, R2, С1 автоматично підтримують балансування змішувача. Резонансні властивості підключеного електромеханічного фільтра відновлюють горизонтальну симетричність вихідного сигналу. Перевагою даної схеми є її простота, а так само те, що сигналом управління служить однополярний сигнал з частотою гетеродина. При використанні мініатюрного пьезокерамического ЭМФ типу ФЭМ4-031 -500-3,1 В-2 конденсатор С2 можна виключити, а резистори Rl і R2 - підібрати для узгодження змішувача з вхідним опором фільтра, яке в цьому випадку буде близько 5 кОм.
Наступний балансний модулятор, рис.5 добре працює на частотах до 12 МГц, але на відміну від попереднього змішувача, цей так само вимагає парафазного управління.
Рис 5 Балансний змішувач на двох ключах
В якості трансформатора Т1 використовується узгоджувальний НЧ трансформатор від приймача, а тим, у кого алергія на трансформатори, можна порекомендувати схему Рис.6.
Рис 6 Мікрофонний підсилювач з виходом парафазным
При частоті гетеродина 500 кГц придушення несучої у цій схемі було 94 дБ. Ця ж схема з успіхом застосовувалася в якості другого змішувача - переносника на діапазон, а також в якості демодулятора або SSB детектора, Рис.7.
Рис 7 Другий змішувач-демодулятор
На основі цих вузлів мною був зібраний і експлуатується вже кілька років малогабаритний НЧ компресор, що дозволив мені забути що таке перекачування вихідних каскадів передавачів. Його спрощена схема показана на Рис.8.
Рис.8 ВЧ-компресор з ключовими змішувачами
Ідея .цього пристрою відома давно, але, судячи з публікацій, до цих пір знаходить відгуки в радіоаматорів у вигляді тієї або іншої технічної реалізації. Принцип роботи полягає в обмеженні сформованого SSB сигналу з подальшою фільтрацією його на додатковому ЭМФ. Пропонована схемотехніка змішувачів дозволила отримати більш лінійний сигнал. Так, при ступені обмеження близько 15 дБ кореспонденти в ефірі не помічали появи помітних спотворень, зазвичай супутніх компресії, але відзначали приріст рівня сигналу на 1,5 бала.
Лінійність тракту обумовлена відсутністю спотворень в змішувачах. За рахунок порівняно більшого рівня сигналів і малих струмів в цілях схеми, немає необхідності в экранировке окремих її частин, і згадане придушення несучої досягається при абсолютно довільному монтажі. Компресор має три виходи, що полегшує експерименти з ним. На перший вихід подасться лінійний нс компрессированныи сигнал з мікрофонного підсилювача. На другий - низькочастотний компрессированыи сигнал. А на третій вихід - SSB компрессированый сигнал.
Весь пристрій вміщується в корпусі ручного мікрофона від портативного трансивера. Струм споживання від джерела 12 В становить близько 15 мА. Один час я використав цей "мікрофон" як формувача для однодиапазонной передавальної приставки до приймача з одним перетворенням. Додав тільки другий змішувач, рис.7, двотактний драйвер, схема якого наведена в R-D №1-97 на стор. 15, і підсилювач потужності (R-D №2-97, стор 3). Вийшла малогабаритна, але потужна "річ для дачі". У перспективі передбачається поекспериментувати з ключами в змішувачах трансиверных приставок до більш складним приймачів, а так само до трансиверам прямого перетворення.
На рис.9 наведена схема ще одного змішувача. Він використовувався у мене як перший змішувач для передавача з набором фільтрів "Кварц 35" і хороший тим, що не вимагає виведення середньої точки трансформатора.
Рис.9 Змішувач на ключах з простим трансформатором
Хочу ще раз зазначити, що наведені вище схеми випробовувалися мною тільки в трактах формування сигналу передавачів для низькочастотних аматорських діапазонів. Використання ключів на верхніх KB діапазонах утруднено відсутністю у мене інформації про більш швидкодіючих мікросхемах. Я буду вдячний радіоаматорам, що надала таку інформацію.
Що стосується застосування даної схемотехніки в приймачах, то це тема для подальших експериментів На мою думку, цілком можливе застосування таких змішувачів, наприклад, в якості SSB детекторів. А швидкісні ключі можуть бути використані і в перших змішувачах приймачів. Уявляю який у них буде динамічний діапазон, коли вони здатні комутувати без спотворень двадцативольтовый сигнал!
Автор: С. Макаркін, RX3AKT; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru