3.4 Смеситель

В смесителе происходит преобразование колебаний высокой частоты принимаемых сигналов в колебания более низкой (промежуточной) частоты, которая для любой частоты принимаемого сигнала остается неизменной. Преобразование частоты осуществляется с помощью нелинейных элементов (полупроводниковых диодов и транзисторов, электронных ламп) или элементов с изменяющимися параметрами (полевых транзисторов с двумя затворами, электронных ламп с двумя управляющими сетками).

План выполнения работы по этапу:

-Выбор схемы смесителя и его обоснование

-Расчет параметров элементов контура L, C, R для схемы c учетом варианта задания

-Определение АЧХ смесителя с применением функции AC Analysis

-Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep

-Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point

-Расчет передаточных характеристик смесителя с применением функции Transfer Function

-Измерение спектра сигналов а на входе и выходе смесителя с применением анализатора спектра

-Анализ спектра внутренних шумов с применением функции Noise Analysis

-Анализ интермодуляционных искажений с применением функции Distortion Analysis

-Анализ устойчивости смесителя с применением функции Pole-Zero

Выбор схемы смесителя и его обоснование

Я выбрал смеситель на биполярном транзисторе. Это связано с тем, что смесители на биполярных транзисторах компактные и дешевые в производстве. Типичные серийно выпускаемые смесители имеют максимальную рабочую частоту от 100 МГц до 2,5 ГГц. Схема для исследования приведена на рисунке 3.4.1

Рисунок 3.4.1 Смеситель с подключением гетеродина в цепь эмиттера

Расчет параметров элементов контура L, C, R для схемы c учетом варианта задания

Выходной контур смесителя должен быть по заданию настроен на промежуточную частоту приемника f_п=15500 кГц.

Рассчитаем параметры контура, зададим номинал L=1 нГн, для наибольшей добротности контура выберем R=1 Ом, тогда

С=1/[(2πf_п)² L]=1/[(2*3,14*15500*10³)²*1*10^-9 ] = 10,55*10^-8Ф = 106 нФ

Выберем ближайшее значение из стандартного ряда номиналов С =106 нФ.

Определение АЧХ смесителя с применением функции AC Analysis

АЧХ смесителя представлена на рисунке 3.4.2

Рисунок 3.4.2 АЧХ смесителя

На графике видно, что резонансная частота составляет 15500 кГц, что и требуется в моем задании.

Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep

В этом пункте мне нужно будет определить оптимальную величину источника питания Е. Семейство характеристик представлено на рисунке 3.4.3

Рисунок 3.4.3 Семейство характеристик АЧХ смесителя при различных напряжениях источника питания.

Из рисунка 3.4.3 видно, что величина напряжения источника питания не оказывает влияния на АЧХ смесителя. Однако этот источник нужен для питания всей цепи смесителя, поэтому я беру стандартное напряжение источника питания 12 В.

Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point

Список оптимальных значений токов и напряжений приведен в таблице 3.4.1

Таблица 3.4.1

Расчет передаточных характеристик смесителя с применением функции Transfer Function

Передаточные характеристики смесителя, определенные с помощью функции Transfer Function, показаны в таблице 3.4.2

Таблица 3.4.2

Измерение спектра сигналов на входе и выходе смесителя с применением анализатора спектра

В данном пункте я буду измерять спектр на входах и на выходе смесителя. Спектры входных сигналов представлены на рисунках 3.4.4 – 3.4.5 Спектр выходного сигнала представлен на рисунке 3.4.6

Рисунок 3.4.4 Спектр сигнала на входе 1 (принимаемый сигнал) смесителя

Рисунок 3.4.5 Спектр сигнала на входе 2 (с гетеродина) смесителя

Рисунок 3.4.6 Спектр сигнала на выходе смесителя

Таким образом, при подаче на вход двух высокочастотных колебаний с разницей частот равной промежуточной частоте, я получил на выходе смесителя колебание промежуточной частоты, которая установлена заданием.

Анализ спектра внутренних шумов с применением функции Noise Analysis

Результат анализа внутренних шумов представлен на рисунке 3.4.7

Рисунок 3.4.7 Анализ внутренних шумов

Внутренние шумы присутствуют в смесителе, как и в любом радиотехническом устройстве. Шумы имеют незначительную величину, и никак не повлияют на наш сигнал.

Анализ интермодуляционных искажений с применением функции Distortion Analysis

В данном пункте я проведу анализ интермодуляционных искажений. Результат представлен на рисунке 3.4.8

Рисунок 3.4.8 Интермодуляционные искажения

Анализ устойчивости смесителя с применением функции Pole-Zero

Результат анализа представлен в таблице 3.4.3

Таблица 3.4.3

Результаты анализа показывает, что схема обладает необходимой устойчивостью, так как все вещественные части полюсов имеют отрицательные значения, а комплексные корни попарно сопряжены.

Выводы по разделу:

В этом разделе мною был разработан смеситель. Разработанный смеситель обладает всеми необходимыми параметрами для стабильной работы: устойчивостью, стабильностью работы.