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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Convertitore di frequenza ad alta efficienza basato su chiavi elettroniche. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore Al giorno d'oggi è difficile sorprendere i lettori con nuove soluzioni circuitali: sembra che tutto sia stato inventato molto tempo fa. Eppure lo stupore è vicino. Questa volta la sorpresa è stata presentata dal microcircuito 74NS4066 semplice e noto a molti radioamatori, contenente chiavi elettroniche ad alta velocità. Sulla base di questo microcircuito, l'autore ha sviluppato un convertitore di frequenza originale, la cui descrizione viene offerta all'attenzione dei lettori. Attualmente, gli elementi chiave ad alta velocità, realizzati, di regola, utilizzando transistor ad effetto di campo, sono ampiamente utilizzati nelle unità mixer di apparecchiature di trasmissione e ricezione. L'uso di tali tasti può migliorare significativamente i parametri dinamici dei mixer. Tuttavia, come si è scoperto, le capacità delle chiavi elettroniche ad alta velocità non si limitano alla commutazione di segnali analogici e digitali. I tasti elettronici possono essere utilizzati non solo come mixer, ma anche come oscillatore locale. Inoltre, 4 interruttori analogici ad alta velocità inclusi nel chip 74NS4066. con estrema semplicità i circuiti permettono di realizzare un convertitore di frequenza di elevata qualità, ovvero un nodo contenente sia un mixer che un oscillatore locale. Lo schema a blocchi di un tale convertitore di frequenza, utilizzato in un ricevitore a conversione diretta, è mostrato in Fig. 1.
La caratteristica principale del circuito è che la conversione avviene ad una frequenza 2 volte superiore alla frequenza dell'oscillatore locale. Un principio di conversione simile viene utilizzato in un mixer basato su diodi back-to-back, proposto da VT Polyakov [1]. Consideriamo il funzionamento del convertitore sulle chiavi elettroniche. L'oscillatore locale è realizzato sugli elementi DD1.3 e DD1.4, che fanno parte del microcircuito 74NS4066. Quando il rapporto tra le resistenze dei resistori R1 e R2 e R3 è di circa 18:1, la componente di tensione costante sui condensatori C1 e C2, che fanno parte del circuito dell'oscillatore locale, è di circa 1,7 V, e il valore di ampiezza della corrente alternata componente della tensione dell'oscillatore locale è di circa 1,3 V . Dai grafici di Fig. 2 si può vedere che la tensione sui condensatori C2 e C1, a cui sono collegati gli ingressi di controllo dei tasti DD2 e DD1.1, raggiunge una soglia di apertura di 1.2 V a livello di tensione alternata di circa 2.5 del valore di ampiezza. Con questo rapporto tra le componenti di tensione alternata e continua sul circuito, la durata dello stato aperto dell'interruttore è ¼" del periodo di oscillazione dell'oscillatore locale.
Poiché la tensione dell'oscillatore locale sui condensatori C1 e C2 è in antifase, TODD1.1 e DD1.2 si aprono a loro volta per % del periodo dell'oscillatore locale con un intervallo anche pari a ½ del periodo dell'oscillatore locale. Pertanto, il tempo degli stati aperto e chiuso dell'interruttore formato da una connessione parallela di DD1.1 e DD1.2 è ½ del periodo di oscillazione con una frequenza 2 volte superiore alla frequenza dell'oscillatore locale ed è ottimale dal punto di vista della massima efficienza di conversione a una frequenza che è 2 volte superiore alle frequenze dell'oscillatore locale. Va notato che il circuito mixer è completamente reversibile e quando un segnale a bassa frequenza viene applicato a uno degli ingressi, sull'altro viene generato un segnale DSB ad alta frequenza. Un oscillatore locale realizzato sugli interruttori del microcircuito 74NS4066. funziona stabilmente a frequenze fino a 11 MHz (con una tensione di alimentazione di 5 8) e 18 MHz (con una tensione di alimentazione di 10 V), mentre la frequenza di conversione è rispettivamente di 22 e 36 MHz. È ovvio che l'uso di moderni interruttori elettronici ad alta velocità nel convertitore di frequenza (ad esempio FST3126) migliorerà i parametri del convertitore, aumenterà la frequenza massima di conversione e ridurrà le perdite nel mixer. L'uso di un convertitore di frequenza il cui oscillatore locale funziona ad una frequenza 2 volte inferiore a quella di ricezione offre numerosi vantaggi. Innanzitutto, a una frequenza più bassa è più facile ottenere la necessaria stabilità di frequenza. In secondo luogo, il livello del segnale dell'oscillatore locale che penetra nell'antenna viene ridotto, il che fornisce una significativa riduzione della probabilità di interferenza sotto forma di uno sfondo moltiplicativo. In terzo luogo, dato che i circuiti di ingresso e dell'oscillatore locale sono sintonizzati su frequenze diverse, questi circuiti possono essere posizionati vicini l'uno all'altro senza timore di aumentare la penetrazione del segnale dell'oscillatore locale nei circuiti di ingresso del ricevitore e lo squilibrio del mixer . Di conseguenza, il design del ricevitore è semplificato e le sue dimensioni sono ridotte. Inoltre, il convertitore ha un basso consumo energetico, cosa particolarmente importante per i ricevitori autoalimentati. Ad esempio, la corrente consumata dal convertitore di frequenza durante il funzionamento nel raggio di 80 m (3,6 MHz) è di soli 3,2 mA con una tensione di alimentazione di 5 V. Allo stesso tempo, gli elevati parametri dinamici inerenti ai mixer montati sugli interruttori 74NS4066 sono mantenuto. Questo convertitore di frequenza può essere utilizzato con successo anche in un ricevitore o ricetrasmettitore supereterodina. Poiché la frequenza ricevuta differisce dalla frequenza dell'oscillatore locale per il valore IF. in alcuni casi è conveniente effettuare la conversione alla frequenza dell'oscillatore locale e il mixer viene eseguito utilizzando un circuito bilanciato. Questa versione dell'implementazione del mixer è mostrata in Fig. 3. In questo circuito, quando il rapporto tra le resistenze dei resistori R1 e R2 e RЗ è di circa 2:1, la componente di tensione costante sui condensatori C1 e C2 sarà vicina a 2,5 V e, come si può vedere dalla Fig. 4, il tempo di stato aperto dei tasti DD1.1 e DD1.2 .0.5 sarà di circa XNUMX cicli della tensione del segnale eterodina. Sulla base di questo convertitore di frequenza, è possibile realizzare un rilevatore sincrono di segnali AM. Il circuito del rilevatore è mostrato in Fig. 5. L'oscillatore locale funziona ad una frequenza 2 volte inferiore alla frequenza del segnale ricevuto. La sincronizzazione della frequenza dell'oscillatore locale con la frequenza portante del segnale ricevuto viene effettuata utilizzando il metodo di cattura diretta. Il funzionamento del rilevatore sincrono è stato testato durante la ricezione di stazioni radio sulla banda di trasmissione di 41 m. La qualità di ricezione delle stazioni radio ricevute a volume medio era elevata. Va notato che con questa connessione del transistor ad effetto di campo, la gamma dei livelli del segnale di ingresso accettati senza distorsione è limitata. Per espanderlo, è necessario aggiungere al circuito un resistore sintonizzato con una resistenza di 680 Ohm. Uno dei terminali esterni è collegato invece dello scarico del transistor ad effetto di campo al punto di connessione dei tasti, lo scarico, a sua volta, è collegato al terminale del contatto mobile del resistore. L'altro pin più esterno è collegato al filo comune. Utilizzando un resistore variabile, è ora possibile regolare la banda di cattura della frequenza dell'oscillatore locale in base al livello del segnale all'ingresso del rilevatore, ottenendo la migliore selettività. Nella produzione pratica di convertitori di frequenza secondo gli schemi sopra, l'induttanza della bobina I e la capacità dei condensatori C1-C2 del circuito dell'oscillatore locale vengono calcolati utilizzando le formule: C1 \u2d C3618 \uXNUMXd XNUMX / Fg, dove L è l'induttanza in microhenry; C è la capacità in picofarad; Fg - frequenza dell'oscillatore locale in megahertz. Letteratura
Autore: O. Shipilov, Kobryn.
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