Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 132
Текст из файла (страница 132)
3.46). Плечи Ч/1-ЧГ4 образованы отрезками ПЛ длинои Л/4, причем ПЛ плеч тт'1 и %3 имеют волновое сопротивление Яоз а плеч Чг2 и тЧ4 — волновое сопротивление 2о/х/2. На вход 1 подано напряжение гетеродина, с выхода 2 снимают сигналы боковых полос. После выхода 2 следует паласовой фильтр подавления нерабочей полосы. Последовательно с варактором ЧО2 включен шлейф %6 длиной Л/4. В результате на выходе 2 происходит компенсация волн с частотои гетеродина, отраженных от варакторов, а на выходе 1 — компенсация сигналов боковых Р .
9.9 692 693 полос. Отрезки полосковых линий сс)/б и Ч/7 служат для трансформации сопротивлений варакторов в волновое сопротивление 2а. Конденсаторы С1 и С2 являются блокировочными по СВЧ, остальные злементы— блокировочные для ПЧ и постоянного тока. Напряжения сигнала на промежуточной частоте ип,д подают на варакторы противофаэно. Схема (рис. 9.9) составляет основу двойного балансного смесителя, позволяющего разделить на выходах сигналы верхней и нижней боковых полос и улучшить подавление колебаний гетеродина [9.5, п. 4.2.5). Расчет смесителя включает три этапа, энергетический расчет, расчеты элементов согласования, проектирование выходного полосового фильтра.
Энергетический расчет. Состоит в определении выходной мощности Р,„„, мощности гетеродинз Р„,, напряжений смещения У, и модулирующей частоты и . При этом рассчитывают КПД смесителя. При условии /пч й /„,и, мш Р,их/(Рв,т + Рпч) м Рви„/Р„т. Энергетический расчет производят для одного диода, а затем рассчитанные мощности удваивают. В основу расчета схем рис. 9.7 — 9.9 положены следующие допущения. В проходной схеме через каждый варактор пРотекают три тона: вы,, С, и вви„= вы а в схеме отражающего типа четыре: б„, впч, сз и С . В результате на каждом варакторе заряд изменяется по квазипериодическаму закону.
В схеме проходного типа с2 и(с) = 12а+ С)лч созыпчт+ 42„, соз(ыг те + рт т)+ 42+ сов[(ыг т + ыпч)с+ уз), а в схеме отражающего типа СЗс (С) = 42а+ 42ПЧ соз1ппчС+ 42ввв соз(ы„тт+ И-,)+ +424 сот[(ыг т + ыпч)С+ тве] + Се'- сов[(ы„, — ыпч)С+ дв В расчетах используют нормированные величины амплитуд заряда, отнесенные к полному размаху колебаний заряда на диоде 2(42 х — СЗ ), например д(С) = = Свт(С)/[2(Свт СЗа)!. д * = Свт *т/[(2(С)т х — 42 )) и т.д.
Величина С) х соответствует максимальному обратному напряжению на варактаре Ст„„х. Важным моментом в расчете является выбор режима работы варакторных диодов. Используемые в смесителях варакторы относятся к классу диодов с резким переходом. Для них связь между мгновенным зарядом и обратным напряжением и(С) на перекоде достаточно точно описывается соотношением [Е, +и(С)[/(С/ .„+Е,) = д'(С), (9.6) где Š— контактная разность потенциалов.
Различают два режима работы смет сительных диодов. В параметрическом режиме диод работает с запертым переходом, и связь между напряжением на нем и зарядом устанавливается соотношением (9,6). При этом мгновенное обратное напряжение на диоде мажет меняться от и(С)ы,в = — Е„до и(С) х = С,, а заряд — соответственно от нуля до С) В режиме с открывающимся переходом, когда напряжение и(С) становится равным -Е,р, переход открывается, и его можно представит~ в виде большой диффузионной емкости.
На открытом диоде напряжение и„„ж Е, а заряд д(с) отрицателен. В те моменты времени, когда диод заперт, его вольт-куяоновская характеристика описывается соотношением (9.6). При работе в параметрическом режиме получается более чистый спектр выходных колебаний, но варактары отдают мощность в несколько раз меньшую, чем в режиме с открывающимся переходам, когда с наиболее мощных диодов можно снять мощность порядка далей ватта. Поэтому при проектировании смесителя целесообразно вначале выбрать параметрический режим. Если мощность, отдаваемая варакторами в этом режиме, окажется меньше заданной, то следует перейти к режиму с открывающимся переходом. Таблица 9.3 Сдапевр В Сп р пФ Ед, нГн Рд и, Вт Тип диода Мате- риал Со. пф /пред, ГГц, не менее 5 5 1,5 1,6 1,6 1,6 1,б 1,6 0,7 Проектирование смесителя начинают с выбора варактора.
Параметры диодов, используемых в смесителях, приведены в табл. 9.2 [9.6). Этим параметрам соответствует эквивалентная схема рис. 9.10. В табл. 9.2 и на рис. 9.10: С вЂ” суммарная емкость диода при обратном смещении Е, = 6 В, Сд, —— С вЂ” С„р — емкост~ перехода при обратном смещении Ев = 6 В, предельная частота / р,д —— -1. м (2яС,г,); г. — сопротивление потерь диода; Уд, — допусти- Оз д мое обратное напряжение на переходе; Рд, — допустимая мощност~, рассеиваемая на диоде. Выбор варактора производят по предельной частоте /,их ( С < /пр/(7 — 10) и еыкости Сд .
КПД смесителя будет тем вьэпе, дв чем меньше отношение /,и„//пр,д, а выходная мощность тем балы ше, чем больше Сд, и обратное Стдвп. После выбора варактора производят расчет его параметров. Определяют сопротивление потерь = 1/2/првдСд*. Ркс. 9.10 Минимальная емкость перехода С„„„при максимал~нам обратном напряжении С х с Сдвп с; =с, (9.7) и предел~ива частота при максимал~нам обратном смещении / р м /и дСд,/Сввиши Для кремниевых взракторав Ер = 0,7 В, для арсенид-галлиевых Е„= 1.2 В. Энергетические характеристики смесителя зависят от параметра, характеризующего потери в диоде: и = ыв С„п„гв = /в //ввр.
При этом нормированные амплитуды заряда д,п„, дыт, дпЧ, при которых достигают максимума выходной мощности Р,и», отличаются от значений д, „, д„„дпч, соответствующих максимальному КПД. Поэтому за оптимальный принимают режим, когда достигает максимума произведение Р,„„а,. Вначале целесообразно выполнить расчет для параметрического режима варакторов. Если окажется, что мощность, которую могут отдать диоды в параметрическом рехсиме, недостаточна, та следует перейти к режиму с открывающимся переходом. Все расчеты ведут для одного варактора.
Для схем рис. 9.7 — 9.9, построенных на двух варакторах, все найденные величины мощностей следует удвоить. Расчет параметрического режима диода. При работе диода в параметрическом режиме оптимальное значение д ч — — 0,28...0,30. Для смесителя проходного типа д,ев, д и КПД определяются соотношениями д-. = (0,5 — дпч)/(1+ р); (9.8) 2Я613А 2Я613Б 2А608А 2А609А 2А609Б 2Я636А 2А636Б ЗА603А ЗЯ603Б ЗЯ603В ЗЯ603Г ЗА607А ЗЯ614А ЗА616А 51 51 51 51 51 51 51 баАз баАз бзАз баАз баАз баАз баЯз 10 25 60 150 150 100 150 100 150 200 250 100 320 100 4...8 3...5 2,5...3,5 1,1...1,8 0,8... 1,3 1,2...2,2 0,7...
1,5 0,5... 1,5 0,5...1,2 0,5...1,2 0,5... 1,2 0,8... 1,9 0,4...0,7 0,6...1,2 0,85 0,85 0,45 0,25 0,25 0,25 0,25 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,22 80 ,70 45 40 40 40 ЗО 20 20 10 15 ЗО 20 30 10 8 2 1 3 0,4 0,4 0,16 0,25 1 0,4 0,75 594 (9 9) (9.10) а2 (9.11) (9.12) (9.13) - м ц4ь,ьр+ — !г., Выводная мощность ППП П/ !)Е 92,4г Ркс. 9.13 !)а !)7 !(/П !)2 Рис. 9.11 гу, Х гу,'х' Уг2 ПП (9.15) Рь р = Р.ыя(1 — Чс)/Ч .
В смесителе отражающего типа (9.15) Рзкр — Рв *(1 2п )/29 . (ур' (9.17) (йпв) (9.19) ПП 2223,а (9.21) Рг — РгыгСм (! ~яэх+Е! ) (9.20) 696 697 Я+ = УЯгет Чс Р мк/Рте = (Япч 2ду)/(Япч + 2д/3) =,,г„., = ы ег с;мгэ - ьь,. Для отражающей схемы смесителя Я" — (0 5 Япч)/Ф+ 4"-гг Яэы» = 9Ягее! щ Рэ /Реет = (Япч 299)/(2Япч+ 2р/у), Рзых = ы м С гя(17юьк+ Ер) (япчрм тязмх 2дязмк) 2 2 (9.14) Для проходной схемы вместо я, „надо подставить я+. Если выходная мощность Рзых оказалась больше заданной, надо уменьшить размах напряжения на диоде (величину У, ) и повторить расчет.
Если Р недостаточна, то следует перейти к режиму диода с открывающимся переходом. Определим мощность, рассеиваемую на варакторе. В смесителе проходного типа Если Рэар > Ря а (табл. 9.2), та необходимо снизить Р э либо поменять тип варактора. Мощность гетеродина Р,е, —— Р, „/г!,, Для расчета согласующих цепей и модулирующего напряжения на диоде надо определить эквивалентные комплексные сопротивления, которые представляют собой емкость взрактора для токов частот /эых, /г т и /пч Для проходной скемы смесителя при раБоте диодов в параметрическом режиме Яп!Я+ . 1 Ег е = !'гее + !яг е = — ! 2ьзетС ' Яге' 2! гетС Япчэ+ .
1 Еэык = гзык + !яэ 2ы ыхСкн я+ 2ььм,Стг„' ЬтЯ+ 1 ~пч гпч+ !япч 2ыпчСм!ьяпч 2ыпчСмтэ Выражения (9.17)-(9.19) приближенно справедливы и для отражающей схемы, эа исключением того, что гд можно считать равным нулю, гэеэ следует удвоить, а Я заменить на Я, к. Обратим внимание на то, что гэык < О. Это означает, что диод является генератором выходного сигнала и потребляет энергию от гетеродина и источника ПЧ.
Напряжение модулирующего сигнала на диоде Спч = "пчС (С "+ Ер)япч 'пч+'пч. 2 г Величина Уп ! является исходным параметром при проектировании выходного каскада усиления промежуточной частоты. Смеситель представляет собой для выходного усилителя ПЧ нагрузку сопротивлением Е„пч = Епч/2 для схем рис. 9.7 и 9.8 и Е,пч = 2Епч для схемы рис. 9.9. Обратное сыещение на диодах Уо = -(С кк + Ем)(0,25 4- Я!ггч + Яг„, + 3424) + Ем, где !г = 1 длэ пРоходной схемы; к = 2 для отражающей схемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
