Двойной балансный смеситель Советский патент 1982 года по МПК H03D7/14 H03L7/06 

(54) двойной БАЛАНСНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для преобразования частоты в радиотехнических устройствах различного назначения, например в радиоприемных и радиопередающих устройствах, синтезаторах частоты.

Известен кольцевой преобразователь частоты на четырех полупроводниковых триодах, образующих две балансные пары, стабнлизнрованные отрицательной обратной связью по току, в котором сигнал несущей частоты подан в змиттерные цепи триодов балансных пар, базы триодов соединены попарно и подключены к источнику мо.чупирующего сигнала, причем одна балансиая пара выполнена на триодах р-п-р-типа, а другая на триодах п-р-п-типа 1.

Недостатками этого преобразователя являются малая величина подавления (порядка 10 дБ) на выходе преобразователя сигналов несущей и входной частоты без применения специальных мер (подстройки, отбора элементов и др.); нестабильность величины подавления на выходе Преобразователя паразитных

продуктов преобразования во времени, от смены элементов и изменения внешних условий; необходимость дополнительной балансировки преобразователя при изменении уровней, поступающих на его вход сигналов.

Известен балансный смеситель, содержащий 1 последовательно соединенные двойной баланс- ный перемножитель, первый фазовый детектор и первый усилитель постоянного тока (УПТ), а также источники входного и гете10родинного сигналов, выходы которых соединены соответственно с сигнальными и гетеродинными входами плеч двойного балансного Перемножнтеля .2.

Однако в таком устройстве не обеспечива15ется подавление на выходе перемножителя входного и гетеродииного сигналов.

Цель изобретения - увеличение подавления на выходе перемножителя входного и гетеродинного сигналов и повышение стабильности

20 величины подавления.

Цель достигается тем, что в двойной балансный смеситель, содержащий последовательно соединенные двойной балансный перемножитель, первый фазовый детекторг и первый усилитель постоянного тока (УПТ), а также источники входного и гетеродинного сигнало выводы которых соединены соответственно с си нальными и гетеродинными входами плеч двойного балансного перемножителя, введены последовательно соединенные второй фазовый детектор, сигнальный вход которого подклю чен к выходу двойного балансного перемножителя, и второй УПТ, а также третий и че вертый УПТ, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго фазовых детекторов, при этом сигнальные входы плеч двойного балансного перемножителя соединены соответственнр с выходами первого и третьего УПТ, гетеродинные входы - с выходами второго и четвертого УПТ, а опорные входы первого и второго фазовых детекторов соед1гаены соответственно с выходами источников входного и гетеродинного сигналов. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого двойного балансного смесителя. Двойной балансный смеситель содержит двойной балансный перемножитель 1, источники входного и гетеродинного сигналов 2 и 3, первь1й и второй фазовые детекторы 4 и 5, первый, второй, третий и четвертый УПТ 6-9, при этом двойной балансный перемножитель содержит входной трансформатор 10, выполненный с одной первичной обмоткой 11, параллельно которой подключен заземленный источник входного сигнала 2, и с двумя вторичными обмотками, состо ящими каждая из двух полуобмоток 12 и 13, 14 и 15 соответственно. Точка соединения полуобмоток 12 и 13 заземлена, а к точке соединения полуобмоток 14 и 15 подключен заземленный источник гетеродинного сигнала 3 и сигнальный вход фазового детектора 5. Крайние выводы полуобмоток 12 и 13 через разделительные конденсаторы 16 и 17 подключены к затворам транзисторов 18и 19 соответственно, а крайние выводы полуобмоток 14 и 15 через раздели тельные конденсаторы 20 и 21 подключены к затворам транзисторов 22 и 23 соответственно. Истоки всех транзисторов заземлены. Транзисторы 18 и 19, 22 и 23 одиого типа проводимости. Стоки транзисторов 18 и 22 соединены между собой и с крайним выводом полуобмотки 24 трансформатора 25, а стоки транзисторов 19 и 23 также соединены между собой и с крайним выводом полуобмотки 26 трансформатора 25. То ка соединеиия полуобмоток 24 и 25 подключена к отрицательному полюсу источника |Постоянного напряжения 27, а положитель4ныя полюс этого источника заземлен. Один конец первичной обмотки 11 трансформатора 10 заземлен, а второй соединен с первым входом фазового детектора 4. Двойкой балансный смеситель работает следующим образом. На первичную обмотку 11 трансформатора 10 поступает входной сигнал е от источника 2, а в точку соединения полуобмоток 14 и 15 поступает сигнал гетеродинной частоты ер от источника 3. Такое включение источников сигналов 2 и 3 обеспечивает поступление на затворы транзисторов 18 и 19, 2 и 23 попарно противофазных, но в общем случае не равных по величине между собой (при наличии асимметрии полуобмоток 12 и 13, 14 и 15 трансформатора 10) сигналов частоты Si ,исинфазныхи равных между соой сигналов частоты u) на затворы транзисоров 22 и 23. С учетом изложенного и на основании второго акоиа Кнргофа мгновенные значения напряжений на переходах затвор-исток транзисторов 18 и 19, 22 и 23 имеют вид: «19 11 с г -Ч5 Переходные характеристики полевых транзисторов аппроксимируются полиномом: . { где п принимает значения 18, 19, 22, 23; in - мгновенное значение напряжения на переходе затвор-исток п-ного транзистора; а , - коэффициенты определенные по характеристикам транзисторов, имеющие размерность А, АВГ и АВГ соответственно и зависящие от управляющих напряжении ЕК, поступающих с выходов усилителей 6-9. Зависимость коэффициентов о,.,, Ъ,СрОт управляющих напряжений может быть записана в виде: l.oLE, де«„о, Cf,Q- значения величин .Ь и с f . соответственно в рабочей точке, т.е. при отсутствии управляющего напряжения ЕК; а - коэффициент, имеющий размерность ВГ 5 964968 При воздействии на переходы затвор-исток транзисторов 18 и 19, 22 н 23 напряжений (1), где e. E cosSZt и ер Ег-собы ,токи стоков каждого из транзисторов имеют сложную форму. Спектра,пьный срстав этих токов5 может быть получен путем подстановки (1) и (2) и проведения тригонометрических преобразований: , W o-4flE . C09Si 0.5C.J COSiat; 18 19 18 f9 rt° ., i 15. .о.5с,,Е) С...ОЛС,,Е СО..Ш. 11 гга 21 4l4.Ec tos() Е Е, ;2l4l . 11 - .1 I oos{a -«)t() , cosujt-K e. cosnt4 25 r,,lie,, .sc,,.,„-..I.a,5c,,Ejcos,flt- -ЧгЕг„ЧГ( ,. «tosiu;- ;t. Полагая для всех спектральных составляю-ЗО щих выходного сигнала одну и ту же величину сопротивления нагрузки R (что выполняется при соответствующей широкополосности, ЕС ЕС (. -Ъ.-Е.. -Ъ. 18 19 . . ггт;-г СЭ) . г .) М „При разомкнутой цепи авторегулировки уп- . „ KJF 3 равляющие напряжения ЕК равны нулю и выражение (9) приобретает в.; -Ъ )R b замкнутой CHcteMe авторегулирования на вход фазового детектора 5 поступает сигнал, спектральный состав которого описывается„ выражением (6). Поскольку на второй вход этого детектора поступает сигнал частоты ш. то выходное напряжение детектора определяется только спектральной составляющей с .55 ., Ы, где и г определяется выражением (7), представляет собой разность фаз, поступаю- . 4 выходного трансформатора 25), можно эапиСать выражение для мгновенного значения выходного напряжения смесителя: U i -Re/i-i о /ci .. « в 19 одставляя (4) в (5), получим U- U COS tot U COSSli + Ua b/X r с ic и„сОЗ(ш+й)Ы (u,.-9H, ., ,где амплитуды U спектральных составляющих с частотами Si , ии,1Й,1и, м io-S2 . Чь) / о о 1 U. 0.5R.. t,gEj-C g4 С„Е н 1o Cjn Тз C/fo ii Ol „ e H t ) , V«(n-4i)EX; „ (c,,E, .с„Е, .,.„. t.l .ntllC,, С„)г H Из выражения (6) можно определить коэффициенты подавления и D спектральных составляющих с частотами соответственно S2 и uJ , определяемые как отношение входного и выходного сигналов одной и той же частоты: Е. +Ъ„.. RH . 23 н щих на вход фазового детектора сигналов частоты и) ; KS .- коэффищ1ент пропор.циональности. В данной схеме разность фаз принимает о „ , „ дда значения: либо О , либо 180 . Поэтому ,,,. выражение, (И) можно записать: Uj (12) 1 - Kg и,, прилет 180-: Так как фаза спектральной составляющей, выходного сигнала с частотой uj определяется разностью (jj -Ъ 13). то (12) можно представить в виде: ()г н правляющие напряжения Е-, и Ее на эатвоax транзисторов 22 и 23: Е, К,К5Е,-РДЪ,,-Ъ,,)-. citwco/bU (лл. Ьд ЛдК5ег н1 22 2Ь/с учетом (3) выражения (14) запишутся: 11 гъ . Ъ VS- EP-RH ШЕ I4df9 / E...Ko-K.E..R... 1) f « Tfdi) Уравнеиия (15) описывают замкнутые системы выравнивания амплитуд спектральных составлянмцих в плечах смесителя, построенные на сведении сигнала ошибки к нулю, т.е. Е7-.0 и . Поэтому, из (15 следует: Ъга- bi3 t(16) что и определяет возрастание величины Вш при включении схемы авторегулировки. . Увеличение подавления на выходе смесителя сигнала с частотой Я происходит аналогично. Двойной балансный смеситель позволяет получить подавление сигналов с частотой uJ и Я на выходе смесителя величиной 57 ... 63 дБ, что на 32 ..., 38 дБ превь1шает лучшый уровень подавлений зтих же сигналов известных смесителях. Стабошьность величины подавления (равная разности между мак : симальной и мш1имальной величинами подавления, выраженными в дБ) для известных смесителей составляет 24,3 дБ,. а в предлага емом смесителе не превосходит 5 дБ. :Формула изобретения Двойной балансный смеситель, сод жащий последовательно соединенные даойной балансный перемножитель, первый фазовый детектор и первый усилитель постоянного тока (УПТ), а также источники входного и гетеродинного сигналов, выходы которых соеданены соотвётственно с сигнальными и гетеродинными входами плеч двойного балансного перемножителя, отлича.ющийся тем, что, с целью увеличения подавления на выходе перемножителя входного и гетеродинного сигналов н повышения стабильности величины подавления, введены последовательно соединенные второй фазовый детектор, сигнальный вход которого подключен к выходу двойного балансного перемножителя, и второй УПТ, а также третий и четвертый УПТ, входы которых соединень соответственно с выходами первого и второго фазовых детекторов, при этом сигнальные входы плеч двойного балансного пёремножителя соединены соответственно с выходами первого и третьего УПТ, гетеродинные входы - с выходами второго и четвертого УПТ, а опорные входы первого и второго фазовых детекторов соединены оответственно с выходами источников входно° гетеродинного сигналов Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 486435, кл. Н 03 М 5/30, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР N 379966, кл. Н 03 L 7/06, 1971 (прототип).