Высокоэффективный преобразователь частоты на электронных ключах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

В наше время трудно удивить читателей какими-либо новыми схемными решениями - кажется, что все давно уже придумано. И все-таки удивительное - рядом. На этот раз сюрприз преподнесла простая и хорошо известная многим радиолюбителям микросхема 74НС4066, содержащая быстродействующие электронные ключи. На основе этой микросхемы автором был разработан оригинальный преобразователь частоты, описание которого предлагается вниманию читателей.

В настоящее время в узлах смесителей приемо-передающей аппаратуры широко используются быстродействующие ключевые элементы, выполненные, как правило, на полевых транзисторах. Применение таких ключей позволяет заметно улучшить динамические параметры смесителей.

Однако, как оказалось, возможности быстродействующих электронных ключей вовсе не исчерпываются коммутацией аналоговых и цифровых сигналов. На электронных ключах можно выполнить не только смеситель, но и гетеродин. Более того, 4 аналоговых быстродействующих ключа, входящих в состав микросхемы 74НС4066. при предельной простоте схемы позволяют создать высококачественный преобразователь частоты, т.е. узел, содержащий и смеситель, и гетеродин.

Структурная схема такого преобразователя частоты, который применен в приемнике прямого преобразования, приведена на рис.1.

Основная особенность схемы заключается в том, что преобразование происходит на частоте, которая в 2 раза выше частоты гетеродина. Аналогичный принцип преобразования используется в смесителе на встречно-параллельных диодах, предложенном В.Т.Поляковым [1].

Рассмотрим работу преобразователя на электронных ключах. Гетеродин выполнен на элементах DD1.3 и DD1.4, входящих в состав микросхемы 74НС4066. При соотношении сопротивлений резисторов R1 и R2 к R3 около 18:1 постоянная составляющая напряжения на конденсаторах С1 и С2, входящих в состав гетеродинного контура, - около 1,7 В, а амплитудное значение переменной составляющей напряжения гетеродина при этом - около 1,3 В.

Из графиков на рис.2 видно, что 2 видно, что напряжение на конденсаторах С1 и С2, к которым подключены управляющие входы ключей DD1.1 и DD1.2, достигает порога открывания 2.5 В при уровне переменного напряжения около 0,7 от амплитудного значения. При таком соотношении переменной и постоянной составляющих напряжения на контуре длительность открытого состояния ключа составляет ¼ " периода колебания гетеродине.

Так как напряжение гетеродина на конденсаторах С1 и С2 находится в противофазе, TODD1.1 и DD1.2 открываются по очереди на % периода колебания гетеродина с промежутком также в ½ периода колебания гетеродина. Таким образом, время открытого и закрытого состояний ключа, образованного параллельным соединением DD1.1 и DD1.2, составляет ½ периода колебания с частотой в 2 раза выше частоты гетеродина и является оптимальным с точки зрения максимальной эффективности преобразования на частоте, которая в 2 раза больше частоты гетеродина.

Следует отметить, что схема смесителя полностью обратима, и при подаче на один из входов НЧ сигнала на другом формируется высокочастотный DSB сигнал. Гетеродин, выполненный на ключах микросхемы 74НС4066. устойчиво работает на частотах до 11 МГц (при напряжении питания 5 8) и 18 МГц (при напряжении питания 10 В), при этом частота преобразования составляет 22 и 36 МГц соответственно.

Очевидно, что применение в преобразователе частоты современных микросхем быстродействующих электронных ключей (например. FST3126) позволит улучшить параметры преобразователя - увеличить максимальную частоту преобразования и снизить потери в смесителе.

Применение преобразователя частоты, гетеродин которого работает на частоте, в 2 раза ниже частоты приема, обеспечивает несколько преимуществ. Во-первых, на более низкой частоте легче получить необходимую стабильность частоты. Во-вторых, уменьшается уровень сигнала гетеродина, проникающего в антенну, что обеспечивает значительное снижение вероятности появления помехи в виде мультипликативного фона. В-третьих, учитывая, что входной и гетеродинный контуры настроены на разные частоты, эти контуры можно располагать в непосредственной близости друг от друга, не опасаясь увеличения проникновения сигнала гетеродина во входные цепи приемника и разбаланса смесителя. Следовательно, упрощается конструкция приемника, и уменьшаются его размеры.

Кроме того, преобразователь имеет низкое энергопотребление, что особенно актуально для приемников с автономным питанием. Например, ток, потребляемый преобразователем частоты при работе в диапазоне 80 м (3,6 МГц), составляет всего 3,2 мА при напряжении питания 5 В. При этом сохраняются высокие динамические параметры, присущие смесителям, собранным на ключах 74НС4066.

Данный преобразователь частоты можно успешно применить и в супергетеродинном приемнике или трансивере. Так как принимаемая частота отстоит от частоты гетеродина на величину ПЧ. в некоторых случаях преобразование удобно осуществлять на частоте гетеродина, а смеситель выполнить по балансной схеме. Такой вариант реализации смесителя приведен на рис.3. В этой схеме при соотношении сопротивлений резисторов R1 и R2 к RЗ около 2:1 постоянная составляющая напряжения на конденсаторах С1 и С2 будет близка к 2,5 В, и, как видно из рис.4, время открытого состояния ключей DD1.1 и DD1.2 будет составлять приблизительно 0.5 периода напряжения гетеродинного сигнала.

На основе данного преобразователя частоты можно выполнить синхронный детектор AM сигналов. Схема детектора приведена на рис.5. Гетеродин работает на частоте, которая в 2 раза ниже частоты принимаемого сигнала. Синхронизация частоты гетеродина с несущей частотой принимаемого сигнала осуществляется методом прямого захвата.

Работа синхронного детектора была проверена при приеме радиостанций вещательного диапазона 41 м. Качество приема радиостанций, принимаемых со средней громкостью, было высоким. Надо отметить, что при таком включении полевого транзистора диапазон уровней входных сигналов, принимаемых без искажений, ограничен. Для его расширения в схему нужно добавить подстроенный резистор сопротивлением 680 Ом. Один из крайних выводов подключается вместо стока полевого транзистора к точке соединения ключей, сток, в свою очередь, соединяется с выводом подвижного контакта резистора. Другой крайний вывод подключается к общему проводу. Переменным резистором теперь можно регулировать полосу захвата частоты гетеродина в зависимости от уровня сигнала на входе детектора, добиваясь наилучшей избирательности.

При практическом изготовлении преобразователей частоты по приведенным схемам индуктивность катушки И и емкости конденсаторов С1-С2 контура гетеродина рассчитываются по формулам:

С1 = С2 = 3618/Fг,

где L - индуктивность в микрогенри; С - емкость в пикофарадах; Fг - частота гетеродина в мегагерцах.

Литература

1. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990.

Автор: О.Шипилов, г.Кобрин.

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Недорогой способ очистки воздуха от углекислого газа 15.06.2018 Специалисты канадской компании Carbon Engineering разработали метод, позволяющий добывать углекислый газ напрямую из атмосферы с помощью цикла химических реакций. По словам создателей технологии, ее отличительная черта - невысокие расходы по сравнению с другими методами. Углекислый газ, полученный с помощью новой технологии, сможет стать основой топлива. Сегодня существуют несколько методов получения топлива из CO2: для этого используют особые мембраны, позволяющие разделить кислород и угарный газ, а также специально разработанные катализаторы. Метод, предложенный канадскими инженерами - не первый в этой области, есть немало способов получения CO2 из атмосферы. Однако большинство этих технологий обходятся дорого: по разным оценкам, стоимость получения тонны газа может составлять от 600 долларов до тысячи. Представители Carbon Engineering говорят, что газ, полученный по их технологии, будет стоить от 94 до 232 долларов за тонну. Авторы нового метода предлагают собирать воздух, насыщенный углекислым газом, с помощью особых конструкций, напоминающих современные градирни (охладительные башни). Воздух закачивается внутрь с помощью вентиляторов и взаимодействует с щелочным раствором. Полученную жидкость замораживают, а затем постепенно нагревают, доводя до консистенции густой суспензии. Вещество проходит цикл химических реакций, взаимодействуя с гашеной известью, затем выделяется углекислый газ. Его можно использовать в производстве бензина и дизельного топлива. По словам инженеров, с учетом всех издержек такое топливо будет дороже привычного бензина. При этом его производители все равно смогут конкурировать с предприятиями, получающими топливо стандартными методами: в цену "обычного" бензина заложены высокие экологические налоги, и их объем постоянно растет. Carbon Engineering уже испытала технологию на небольшом предприятии в Британской Колумбии. Если компании удастся найти спонсоров, инженеры планируют построить крупный завод для получения CO2 по новой технологии не позднее 2021 года.

Другие интересные новости:

▪ Обучаемый компьютерный чип, работающий по принципу мозга

▪ Собаки тоже плачут от радости

▪ Сеть Li-Fi протестирована на скорости 150 Мбит/с

▪ Изучение математики влияет на развитие мозга

▪ 325-дюймовый телевизор LG DVLED Extreme Home Cinema

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовая электроника. Подборка статей

▪ статья Поспорят, пошумят и разойдутся. Крылатое выражение

▪ статья Откуда пришла курица тикка масала? Подробный ответ

▪ статья Береговой матрос. Должностная инструкция

▪ статья Паяльник-эконом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой импульсный стабилизатор на микросхеме КРЕН142ЕН1, 8-10/5 вольт 5 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026