Преобразователь частоты (смеситель)

Схема преобразователя частоты на полевом транзисторе

с внешним гетеродином ([4]):

В преобразователе частоты на двухзатворном ПТШ АП 328-2 напряжения сигнала и гетеродина подаются на разные затворы, что позволяет добиться лучшей развязки между сигнальной и гетеродинной цепью по сравнению со смесителем на однозатворном ПТ ([3]). Преобразование частоты обеспечивается за счет изменения крутизны сток - затворной характеристики по сигнальному затвору под воздействием переменного напряжения на гетеродинном затворе.

Рис.3

Основные параметры транзистора берём из справочника [ 5 ].

U_си=2 В.

R_и=200 Ом.

I_{с о}=5 мА.

U_{зи о}=0,5 В.

S_нач=6 мА/В

Пользуясь характеристиками ПТ (рис.3), выбираем напряжение смещения:

E_см=U_ЗИотс/2=0,5/2=0,25 В

Сумма амплитуд сигнала и гетеродина не должна превышать E_см.

Полагаем,что для ПТ крутизна при U_ЗИ=0: S_нач=6 мА/В,

при U_ЗИ=U_ЗИотс/2: S_нач/2=1,5 мА/В

Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток U_ЗИ имеет вид:

I_С=0,5×S_нач×(1+ U_ЗИ / U_ЗИотс)²

При подаче на вход смесителя напряжений сигнала u_c=U_сcosw_c t и гетеродина u_г=U_гcosw_г t получаем амплитуду тока частоты w_п=w_г-w_с:

I_п=0,5×S_нач×U_ñ×U_r/ U_ЗИотс

Крутизна преобразования:

S_пр=1/2×S_м1=1/2×(S_макс - S_мин)/2=(6-1,5)/4=1,12 мА/В

Зададимся L₁ = L₂ = 1 мкГн;

Ñ₃ =С₄=1/((2×f₀)²×L)=1/((2×3,14×3×10⁷)²×10^-6)=

=28×10^-12=28 пФ

Характеристическое сопротивление контуров:

r_к= ÖL_к/Ñ_к = Ö10^-6/28×10^-12=1,9×10²

По таблице 6.1 [3] находим отношение полосы пропускания двухконтурного резонансного каскада к полосе приёмника:

Y(n)=1,56

Полоса пропускания одного каскада УПЧ по уровню -3 дБ:

П_iупч=П×Y(n)=6×1,56=9,3 МГц

Эквивалентное затухание контуров:

d_э= П_iупч/Ö2×f₀ =9,3/Ö2×1,3×10⁹=0,05

Полагаем коэффициент включения транзистора в

резонансный контур m₁=1;

d_э/r_к = d₀ + m₁²× g_вых.ПТ + m₂²× g_вх.УПЧ

Исходя из условий [3] зададимся собственными затуханиями:

d₀ @0,006..0,01. Принимаем: d₀ = 0,006; g_выхПТ @ 0.

Коэффициент подключения m₂:

Коэффициенты передачи смесителя:

по напряжению:

К_u= m₁×m₂×S_пр×r_к /2×d_э =1×0,8×1,12×10^-3×1,9×10²/2×0,05=1,7

по мощности:

К_р= К_u²×R_а/ R_вхУПЧ=1,7×75/1×10² = 2,2

Для расчета коэффициента шума смесителя на ПТШ необходимы матрицы S-параметров транзистора АП328А2, которые, как правило, определяются экспериментально (в справочной литературе не обнаружены). Поэтому оценим коэффициент шума транзистора в режиме преобразования частоты:

Ш_ПЧ=(2..3)×Ш_тр=(2..3)×1,5 @ 3 дБ

Расчёт смесителя по постоянному току:

Напряжение смещения:

Е_см=U_си0= I_{c о}×R₂ =0,25 В

R₂ =0,25/5×10^-3=50 Ом

Напряжение источника питания:

Е_п=U_си0+I_{c о}×R_и=0,25+5×10^-3×0,2×10³=1,25 В

Так как необходимо согласовать ВЦ и вход смесителя с волновым сопротивлением антенно-фидерного тракта 75 Ом, то взяв R₁=R_óò=75 Oм получим входное сопротивление смесителя R_вх=75 Ом (т.к. входное сопротивление ПТШ достаточно велико).