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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Ремонт труб под землей 07.03.2010 По данным Всемирного банка, из-за прохудившихся водопроводных труб в городах мира ежедневно теряется 88 миллиардов литров очищенной воды. Специалисты считают приемлемой потерю 3500 литров воды в день на километр магистральных труб. Чтобы справиться даже с такими "небольшими" потерями, надо либо менять всю систему, либо уменьшать давление воды в водопроводе. В Израиле предложен новый способ борьбы с трещинами в подземных магистральных трубах. Воду в районе отключают. В трубу запускается "сцепка" из двух поршней, выполненных из эластичного материала. В промежутке между ними - вязкий раствор специального состава. Давление воды гонит эту систему по трубе. Когда она доползает до трещины, то напор воды выдавливает в трещину немного ремонтной смеси, вскоре затвердевающей. После этого надо трубы промыть и снова пустить воду в жилые кварталы. Метод можно применять также на нефте- и газопроводах.

Другие интересные новости:

▪ Металлическая пена - теплоизолятор

▪ Двухъядерный Atom для нетбуков

▪ ИС объединяет РЧ-коммутатор, цепь регулируемой емкости и микроконтроллер

▪ Космическая миссия по спасению планеты

▪ MB86064 - 14-разрядные цифро-аналоговый преобразователь

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрические счетчики. Подборка статей

▪ статья Эрих Зелигманн Фромм. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какие два персонажа Симпсонов имеют по пять пальцев на руках и ногах? Подробный ответ

▪ статья Лотос. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Null Modem 9-25 pin (COM-COM). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Коварная клякса. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026