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

Все остальные новости обитают на главной странице



Схема приёмника прямого преобразования на мультиплексоре 74НС4053

Простой всеволновый ППП на "идеальном" двойном балансном ключе- вом смесителе без диапазонных фильтров

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, (помимо 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 условно обозначим как – полный КВ диапазон: 10 - 160 метров, однако следует отметить, что при частотах приёма выше 14 МГц наблюдается существенное снижение характеристик.

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) Доступность и невысокая цена микросхемы;
2) Высокая линейность и больший динамический диапазон смесителя;
3) 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 подобный преобразователь 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.

Схема приёмника прямого преобразования на 74НС4053
Рис.1 Схема приёмника прямого преобразования на 74НС4053

Приведём характеристики преобразователя, указанные в статье Г. Брагина:
Чувствительность при с/ш =10 дб равна ~ 0,35 мкВ;
Динамический диапазон по блокированию (DD1) – 155 дБ;
Динамический диапазон по перекрёстным помехам (DD2) – более 110 дБ;
Динамический диапазон по интермодуляции (DD3) – 110 дБ.

Двойной балансный смеситель, построенный на ИМС 74НС4053, осуществляет фазовое подавление каналов приёма на гармониках сигнала гетеродина. Это позволяет нам самым наглым образом отказаться от применения громоздких диапазонных фильтров и ограничиться простейшим фильтром нижних частот (ФНЧ) на входе, обрезающим частоты выше 30 МГц и защищающим вход смесителя от сигналов мощных УКВ вещалок. ФНЧ выполнен на элементах L1, С1-С2.
А чтобы в связи с подобным отказом нас не постигло разочарование – необходимо скрупулёзно позаботиться о должной балансировке схемы! Однако обо всём по порядку.

Трансформатор Тr2 предназначен для формирования противофазных (сдвинутых по фазе на 180°) сигналов, необходимых для корректной работы смесителя. Трансформация сопротивлений, которую он осуществляет, составляет 1:2. Это означает, что цепь, подключенная к первичной (левой по схеме) обмотке трансформатора, увидит в качестве нагрузки половину величины сопротивления каждой ветви смесителя, равной сумме сопротивлений: открытого ключа мультиплексора ≈ 50 Ом плюс R6 = R7 = 390 Ом, т. е. (390 + 50)/2 = 220 Ом.
Исходя из этой величины и рассчитано характеристическое сопротивление ФНЧ 3-го порядка (L1, С1-С2) с частотой среза 30 МГц.

Входной трансформатор Tr1 призван согласовать импеданс антенны (50 Ом) с характеристическими сопротивлениями ФНЧ. Он обладает коэффициентом трансформации 2 по напряжению (4 по сопротивлению) и, помимо согласования сопротивлений, обеспечивает 2-кратное усиление входного сигнала.

Для согласования входных цепей приёмника со всякого рода суррогатными антеннами произвольного импеданса в схему добавлен переменный резистор R1. Его положение выбирается по наилучшему соотношению "сигнал-шум" на выходе приемника. Помимо этого, данный резистор выполняет функцию простейшего (пусть и не совсем "правильного", но достаточно эффективного) аттенюатора, который может оказаться полезным при работе с полноразмерными антеннами.

Оба трансформатора выполнены на кольцах из низкочастотного феррита с проницаемостью 600...2000. Tr1 содержит 2 одинаковые обмотки, выполненные обмоточным проводом 0,25...0,5 мм, которые следует наматывать одновременно двумя слегка скрученными проводами (около трёх скруток на сантиметр). Количество витков каждой из обмоток следует рассчитать исходя из проницаемости и размеров кольца, так чтобы индуктивность каждой из них составляла около 20 мкГн.
То же самое можно сказать и про Tr2, только обмоток там три, а индуктивность каждой из них должна составлять уже около 150 мкГн.
В качестве L1 можно использовать стандартный китайский дросселёк.

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 ППП. 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 R8. Это важно!!!

С помощью ключей мультиплексора на его выходах образуется противофазная пара сигналов, которая поступает на конденсаторы С6 и С7, представляющие собой простейшие цепи 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 R6, R7. И это тоже важно!!!

Переходим к низкочастотной части.
Схема низкочастотной части ППП на 74НС4053
Рис.2 Схема низкочастотной части ППП на 74НС4053

Фильтр, выполненный у Г. Брагина 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 фильтрах не столь важны абсолютные значения элементов, сколь подбор номиналов этих элементов по парам: R2 c R3, R4 c R5, R6 c R7, C2 c C4, C3 c C5.

С выходов фильтров противофазные сигналы поступают на дифференциальные (разнополярные) входы операционного усилителя DA1, где происходит их предварительное усиление в ~ 5,3 раза (14,5 дБ), а далее на R-C-L фильтр.
Характеристики фильтра, образованного элементами R15, С11, С10, L1, С12, R16, С9, мы рассмотрели на странице –  (ссылка на страницу). Там же мы рассмотрели и работу ещё одного каскада усиления на ОУ DA2 с цепью АРУ, осуществляемой за счёт изменения сопротивления канала полевого транзистора Т3.


 

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

     
     

Схема приёмника прямого преобразования на мультиплексоре 74НС4053

Простой всеволновый ППП на "идеальном" двойном балансном ключе- вом смесителе без диапазонных фильтров

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, (помимо 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 условно обозначим как – полный КВ диапазон: 10 - 160 метров, однако следует отметить, что при частотах приёма выше 14 МГц наблюдается существенное снижение характеристик.

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) Доступность и невысокая цена микросхемы;
2) Высокая линейность и больший динамический диапазон смесителя;
3) 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 подобный преобразователь 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.

Схема приёмника прямого преобразования на 74НС4053
Рис.1 Схема приёмника прямого преобразования на 74НС4053

Приведём характеристики преобразователя, указанные в статье Г. Брагина:
Чувствительность при с/ш =10 дб равна ~ 0,35 мкВ;
Динамический диапазон по блокированию (DD1) – 155 дБ;
Динамический диапазон по перекрёстным помехам (DD2) – более 110 дБ;
Динамический диапазон по интермодуляции (DD3) – 110 дБ.

Двойной балансный смеситель, построенный на ИМС 74НС4053, осуществляет фазовое подавление каналов приёма на гармониках сигнала гетеродина. Это позволяет нам самым наглым образом отказаться от применения громоздких диапазонных фильтров и ограничиться простейшим фильтром нижних частот (ФНЧ) на входе, обрезающим частоты выше 30 МГц и защищающим вход смесителя от сигналов мощных УКВ вещалок. ФНЧ выполнен на элементах L1, С1-С2.
А чтобы в связи с подобным отказом нас не постигло разочарование – необходимо скрупулёзно позаботиться о должной балансировке схемы! Однако обо всём по порядку.

Трансформатор Тr2 предназначен для формирования противофазных (сдвинутых по фазе на 180°) сигналов, необходимых для корректной работы смесителя. Трансформация сопротивлений, которую он осуществляет, составляет 1:2. Это означает, что цепь, подключенная к первичной (левой по схеме) обмотке трансформатора, увидит в качестве нагрузки половину величины сопротивления каждой ветви смесителя, равной сумме сопротивлений: открытого ключа мультиплексора ≈ 50 Ом плюс R6 = R7 = 390 Ом, т. е. (390 + 50)/2 = 220 Ом.
Исходя из этой величины и рассчитано характеристическое сопротивление ФНЧ 3-го порядка (L1, С1-С2) с частотой среза 30 МГц.

Входной трансформатор Tr1 призван согласовать импеданс антенны (50 Ом) с характеристическими сопротивлениями ФНЧ. Он обладает коэффициентом трансформации 2 по напряжению (4 по сопротивлению) и, помимо согласования сопротивлений, обеспечивает 2-кратное усиление входного сигнала.

Для согласования входных цепей приёмника со всякого рода суррогатными антеннами произвольного импеданса в схему добавлен переменный резистор R1. Его положение выбирается по наилучшему соотношению "сигнал-шум" на выходе приемника. Помимо этого, данный резистор выполняет функцию простейшего (пусть и не совсем "правильного", но достаточно эффективного) аттенюатора, который может оказаться полезным при работе с полноразмерными антеннами.

Оба трансформатора выполнены на кольцах из низкочастотного феррита с проницаемостью 600...2000. Tr1 содержит 2 одинаковые обмотки, выполненные обмоточным проводом 0,25...0,5 мм, которые следует наматывать одновременно двумя слегка скрученными проводами (около трёх скруток на сантиметр). Количество витков каждой из обмоток следует рассчитать исходя из проницаемости и размеров кольца, так чтобы индуктивность каждой из них составляла около 20 мкГн.
То же самое можно сказать и про Tr2, только обмоток там три, а индуктивность каждой из них должна составлять уже около 150 мкГн.
В качестве L1 можно использовать стандартный китайский дросселёк.

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 ППП. 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 R8. Это важно!!!

С помощью ключей мультиплексора на его выходах образуется противофазная пара сигналов, которая поступает на конденсаторы С6 и С7, представляющие собой простейшие цепи 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 R6, R7. И это тоже важно!!!

Переходим к низкочастотной части.
Схема низкочастотной части ППП на 74НС4053
Рис.2 Схема низкочастотной части ППП на 74НС4053

Фильтр, выполненный у Г. Брагина 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 фильтрах не столь важны абсолютные значения элементов, сколь подбор номиналов этих элементов по парам: R2 c R3, R4 c R5, R6 c R7, C2 c C4, C3 c C5.

С выходов фильтров противофазные сигналы поступают на дифференциальные (разнополярные) входы операционного усилителя DA1, где происходит их предварительное усиление в ~ 5,3 раза (14,5 дБ), а далее на R-C-L фильтр.
Характеристики фильтра, образованного элементами R15, С11, С10, L1, С12, R16, С9, мы рассмотрели на странице –  (ссылка на страницу). Там же мы рассмотрели и работу ещё одного каскада усиления на ОУ DA2 с цепью АРУ, осуществляемой за счёт изменения сопротивления канала полевого транзистора Т3.


  ==================================================================