Свежие новости
02.07.2019 Простой всеволновый приёмник прямого преобразова- ния (ППП) на двойном балансном ключевом смесителе - мультип- лексоре 74НС4053

Все остальные свежие новости обитают на главной странице.
ссылка на страницу

Схема приёмника прямого преобразования на мультиплексоре 74НС4053.
Простой всеволновый ППП на "идеальном" двойном балансном ключевом смесителе.


Продолжаем нащупывать области применения приобретённому китайскому модулю DDS генератора.
Чем хорош синтезатор прямого синтеза, выполненный на современной микросхеме буржуйского производителя Analog Devices?
Да всем! Прежде всего - высокой стабильностью частоты и амплитуды выходного сигнала. Шаг перестройки может составлять доли Герца! Что касается шумовых характеристик, то они так же находятся на приемлемом уровне и, при наличии фильтрующих элементов на выходе микросхемы, позволяют использовать модуль в качестве синтезатора частоты достаточно высококлассного КВ приёмника или трансивера.

Исходя из вышеизложенного, будем сочинять приёмник прямого преобразования с характеристиками (а соответственно и качеством приёма однополосных сигналов) значительно лучшими, чем у всякого рода простеньких ППП, а также различных фабричных изделий типа Дагенов и Туксанов.

И конечно, сразу после качественных характеристик акцентируем внимание на простоте, как правило, присущей приёмникам прямого преобразования, тем более, что данный вид приёмной техники не универсален и рассчитан лишь на приём любительских радиостанций, работающих телеграфом (CW), либо однополосной модуляцией (SSB). Диапазон принимаемых частот обозначим как - полный КВ диапазон: 10 - 160 метров.

В качестве основы ППП был выбран двойной балансный смеситель, выполненный на недорогой и расхожей микросхеме-мультиплексоре 74НС4053 (Рис.1). Чем обусловлено такое решение?

Достоинства очевидны:
1) Повышенная линейность и больший динамический диапазон устройства;
2) При достаточном уровне балансировки и подаче на управляющие входы ключей чистого меандра - спектр сигнала на выходе двойного балансного смесителя похож на спектр идеального умножителя. Т.е. сигналы РЧ и гетеродина, а также комбинационные продукты сигналов гетеродина и РЧ чётных и нечётных порядков на выходе подавляются.

"Идеальным" смесителем для приёмника прямого преобразования назвал подобную реализацию преобразователя частоты на 74НС4053 небезызвестный радиолюбитель, а также издатель сборника «Радиодизайн» - Геннадий Брагин. Познакомиться с описанием и характеристиками его устройства можно на странице  Ссылка на страницу.
Приёмник прямого преобразования на 74НС4053
Рис.1

Учитывая высокую степень доверия к заслуженному радиолюбителю, а также в связи с отсутствием полного комплекта необходимых измерительных приборов, приведу параметры преобразователя, указанные в статье Г. Брагина:
Чувствительность при с/ш =10 дб равна ~ 0,35 мкВ;
Динамический диапазон по блокированию (DD1) составил 155 дБ;
Динамический диапазон по перекрёстным помехам (DD2) - более 110 дБ;
Динамический диапазон по интермодуляции (DD3) - 110 дБ.

Использование двойного балансного смесителя, осуществляющего фазовое подавление каналов приёма на гармониках сигнала гетеродина, позволяет самым наглым образом отказаться от применения громоздких диапазонных фильтров и ограничиться простейшим полосовым фильтром на входе, обрезающим частоты ниже 1,5 МГц и выше 30 МГц. ПФ выполнен на элементах L1-L2, С1-С4.
Чтобы в связи с подобными действиями нас не постигло разочарование - необходимо скрупулёзно позаботиться о должной балансировке схемы! Однако обо всём по порядку.

На кой, спрашивается, нам нужен входной транзисторный каскад ОБ на транзисторе Т1, да ещё и с таким недетским током покоя? Тем более что в схеме Брагина его не проглядывается!
Объясняю - этот каскад позволяет нам:
а) отказаться от необходимости всегда держать на входе полностью согласованную антенну со строгим 50-омным сопротивлением во всём диапазоне принимаемых частот,
б) максимально упростить конструкцию симметрирующего трансформатора Тr1, что, в свою очередь, благотворно скажется на его симметрирующих свойствах, а полная симметрия - это, как мы помним, залог успеха при условии полного отсутствия ДПФ.

Довольно большая величина тока покоя транзистора необходима для достижения необходимых динамических характеристик каскада.
С выхода транзисторного каскада далее сигнал поступает на симметрирующий трансформатор Тr1, предназначенный для формирования противофазных (сдвинутых по фазе на 180°) выходных сигналов, необходимых для корректной работы смесителя. Трансформация сопротивлений составляет 1:2. Это означает, что коллектор транзистора Т1 увидит в качестве нагрузки половину величины сопротивления каждой ветви смесителя, равной сумме сопротивлений: открытого ключа мультиплексора ≈50 Ом плюс R12 = R13 = 360 Ом. Т.е. Rсм = 360 + 50 = 410 Ом. Именно такое значение считается оптимальным для компенсации некоторого разброса величин сопротивлений открытых ключей, входящих в состав мультиплексора без существенного снижения быстродействия преобразователя.

Трансформатор выполнен в строгом соответствии со справочным пособием по ВЧ схемотехнике Э. Рэда. Для иллюстрации перенесу рисунок прямиком из его книги.

Приёмник прямого преобразования на 74НС4053
Рис.2

Изделие намотано на низкочастотном ферритовом кольце и содержит 3 одинаковые обмотки. Обмотки следует наматывать одновременно 3-мя слегка скрученными проводами (около 2 скруток на сантиметр). Количество витков рассчитывается исходя из магнитной проницаемости и размеров сердечника. Индуктивность каждой обмотки должна составлять величину 150-200 мкГн.

Входное сопротивление приёмника определяется номиналами резисторов R1, R2, R3 и составляет величину R2ll(R1+R3) ≈ 55 Ом. Усиление каскада - около 3дБ.

Для управления ключами мультиплексора применён формирователь противофазных прямоугольных сигналов со скважностью 2 и длительностью фронтов около 2 nS/V на микросхеме DD2. Меандр с малой длительностью фронтов сводит к минимуму время нахождения ключевых элементов смесителя в нелинейном переходном состоянии и служит цели минимизации как перекрёстных, так и других видов помех. При таком способе формирования сигналов управления приём осуществляется на частоте работы гетеродина.
На самом деле, применение DDS синтезатора в качестве гетеродина не является обязательным условием хорошего функционирования данного приёмника прямого преобразования. Вполне сгодится и любой генератор, имеющийся в радиолюбительском хозяйстве и обладающий необходимой стабильностью, низкими шумами и амплитудой выходного сигнала - не менее 1В.
Для получения на выходах микросхемы DD2 чистого меандра может потребоваться подбор номинала резистора R14. Это важно!!!

С помощью ключей мультиплексора на его выходах образуется противофазная пара сигналов, которая поступает на конденсаторы С11, С12, представляющие собой простейшие устройства выборки-хранения. Кто-то называет эти ёмкости запоминающими, кто-то конденсаторами ФНЧ - не суть. Значения этих ёмкостей на схеме Г. Брагина мне показались маловатыми. Покопавшись по различным источникам, я остановился на номинале этих элементов - 22n. Причём тут важны не столько сами абсолютные величины ёмкостей, сколько их строгое равенство между собой. Поэтому, как не крути, но их придётся подобрать так же, как, собственно, и резисторы R12, R13. И это тоже важно!!!

Так, ну, слава богу, со смесителем разобрались, переходим к низкочастотной части.
Приёмник прямого преобразования на 74НС4053
Рис.3

Что-то в меня закралось смутное сомнение, что параметры динамических диапазонов, приведённые уважаемым Г. Брагиным, ограничены сверху именно характеристиками смесителя 74НС4053. Скорее, как мне кажется, это связано с перегрузкой операционного усилителя, следующего за смесителем! Фильтр, выполненный у автора с использованием головки от кассетного магнитофона, как ни крути, не в состоянии обеспечить достаточную степень подавления внеполосных сигналов, поступающих на вход операционника, ввиду крайне низкой добротности моточного изделия. К тому же расхождение в величинах индуктивностей обмоток не дадут возможности получения приемлемой балансировки схемы.

Исходя из этих соображений, было принято решение применить активные фильтры 2-го порядка c частотой среза около 3 кГц, выполненные на малошумящих транзисторах Т1 и Т2 (Рис.3). И опять-таки, в этих фильтрах не столь важны абсолютные значения элементов, сколь подбор номиналов этих элементов по парам: R2✓R3, R4✓R5, R6✓R7, C2✓C4, C3✓C5.

С выходов фильтров сигналы поступают на дифференциальные входы операционного усилителя DA1, где происходит их предварительное усиление в ~ 5,3 раза (14,5 дБ).
И последний элемент, который возможно придётся подкорректировать - это R12. Подав через разделительные ёмкости одновременно на оба входа фильтров 1-килогерцовый сигнал с генератора, следует подобрать номинал резистора R12, соответствующий минимальной амплитуде сигнала на выходе операционника.

Характеристики фильтра, образованного элементами R15, С11, С10, L1, С12, R16, С9, мы подробно рассмотрели на странице  Ссылка на страницу. Там же рассмотрели работу операционного усилителя DA2 со схемой АРУ, осуществляемой за счёт изменения сопротивления канала полевого транзистора Т3.
Поэтому повторяться не буду, напишу лишь, что подавление сигналов, при отстройке от частоты несущей на 6кГц, определяющее избирательность по соседнему каналу, составляет величину ~ 56 дБ.

Ну а для особо недоверчивых приведу для кучи и схемотехническую реализацию данного приёмника с диапазонными фильтрами на борту.
Рис.4

Поскольку для ППП с высоким динамическим диапазоном полосовые фильтры никакого практического смысла не имеют, поэтому диапазонные фильтры, представленные на Рис.4, представляют собой ФНЧ 5-го порядка. Они выполняют функцию дальнейшего подавление каналов приёма на гармониках сигнала гетеродина и выполнены на элементах L3-L4, С6-С8.
Приводить номиналы этих элементов я не буду - их можно очень легко рассчитать на калькуляторе, расположенном на странице -  Ссылка на страницу .



 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved