PDA

Просмотр полной версии : Спектрально-чистый гетеродин. Пара интересных схем



krevetko_nik
04.03.2019, 17:20
Еще одно применение этой интересной схемы: спектрально чистый гетеродин.
Если рассматривать каскодно соединенную цепочку ОЭ-ОБ, особенно, если все ее транзисторы идентичны (сборка на одном кристалле например), то при одинаковом токе через их эмиттеры (а по-другому в классическом каскоде и быть не может) одинаковы и их эмиттерные сопротивления. А это значит, что коэфф-т передачи нижнего транзистора каскода строго равен -1 (минус учитывает инверсию сигнала). Теперь, соединив перекрестно входы ОЭ (базы) с их выходами (коллекторы), получим структуру с ЕДИНИЧНОЙ ПОС. Важно, что Ку=1 петли ПОС почти не зависит ни от температуры, ни от питающих напряжений или тока покоя структуры. Известно, что для получения спектрально чистого сигнала, ПОС должна быть слабой, т.е. лишь ненамного превышать 1, чтобы компенсировать потери в резонаторе. Остается врезать в эмиттеры нижних транзисторов резонатор - последовательный колебательный контур (а еще лучше кварц, возбуждаемый на последовательном резонансе), имеющий на заданной частоте наименьшее из возможных сопротивление - и спектрально чистый генератор готов! С коллекторов верхних ОБ транзисторов мы снимаем синусоидальный ТОК (не напряжение!), который пригодится нам для управления кольцевым балансным смесителем на диодах (дифф. сопротивление диода пропорционально току, а не напряжению).

Также следует отметить, что зависимость Uб - Uк линейна на всем диапазоне токов Iк, что так же способствует спектральной чистоте сигнала

Нарисовал схему генератора, описанную выше (левый рис), и добавил еще одну, тоже генераторную (правый рис), которую можно рассматривать как схемотехнический курьез: если постоянство Ку ПОС = 1 в левой схеме достигнуто равенством входных сопротивлений транзисторов со стороны эмиттера, то в правой - равенством бет (h21э). Ток коллекторов нижних транзисторов, втекая в эмиттеры верхних, частично ответвляется в базы последних и подается на контур (здесь уже параллельный). Если Бета нижних = Бета верхних, то Ку ПОС = 1

Схемы не макетировались, жду отзывов форумчан

sgk
04.03.2019, 17:42
С коллекторов верхних ОБ транзисторов мы снимаем синусоидальный ТОК (не напряжение!), который пригодится нам для управления кольцевым балансным смесителем на диодах (дифф. сопротивление диода пропорционально току, а не напряжению).

Уточните термин "спектрально - чистый". Это отсутствие гармоник или отсутствие фазовых и амплитудных шумов сигнала гетеродина? В случае управления кольцевым балансным смесителем на диодах Шоттки применяемых в смесителях, спектрально чистый сигнал гетеродина превратится в "спектрально грязный", по форме похожий на меандр.

krevetko_nik
04.03.2019, 17:43
sgk, почему, можете пояснить?

R2DHG
04.03.2019, 17:49
Диоды работают как ограничители. Ну т.е. весь смеситель как нелинейный элемент такой. Это не мешает работе если правильно учесть побочные каналы приема на гармониках и отфильтровать как надо, а вот с шумом непосредственно рядом с основной частотой фиг что сделаешь.

krevetko_nik
04.03.2019, 17:50
Диоды работают как ограничители.
А если на полевиках?

R2DHG
04.03.2019, 17:51
Тут главный вопрос в том где именно спектрально-чистый. Гармоники не особо беспокоят как в примере с диодным.

krevetko_nik
04.03.2019, 17:56
Уточните термин "спектрально - чистый".
Красивый синус без гармоник

sgk
04.03.2019, 17:59
почему, можете пояснить?
Если речь о гармониках, то пояснили ранее. Могу показать. Сигнал гетеродина (кварцевый генератор) с выхода буферного каскада с выходным сопротивлением 50 Ом подаётся на диодный смеситель типа ADE. Токи и напряжения на рисунке.
308870

Красивый синус без гармоник
В случае применения сигнала сгенерированного схемой для управления смесителем приёмника, нужен не "красивый синус", а синал с минимальными фазовыми и амплитудными шумами.

krevetko_nik
04.03.2019, 18:01
Токи и напряжения на рисунке.
А что за площадка вблизи нуля тока?

sgk
04.03.2019, 18:04
Напряжение недостаточное для открытия диода поэтому значение ток около "нуля". Тока нет - площадка.

R2DHG
04.03.2019, 18:04
Когда все диоды закрыты, наверное.

Genadi Zawidowski
04.03.2019, 18:05
Вот тут один из кучи подобных проектов...
Результаты расчетов по шумам тоже есть,
http://www.pld.guru/_hdl/2/-asic.uwaterloo.ca/files/vcotut.pdf


Был проект от англичан с очень качественным дифф денератором… можно найти.

krevetko_nik
04.03.2019, 18:09
Когда все диоды закрыты, наверное.
Это нормально? В смысле приема помехи на 3-ей гармонике гетеродина


Вот тут один из кучи подобных проектов...
Спасибо, будет что на вечер почитать :)

R2DHG
04.03.2019, 18:11
Прием на гармониках - это такое неизбежное зло в данном случае, но можно отфильтровать входной сигнал. Не так страшно, как прием на шумах гетеродина вблизи основной частоты - это не отфильтруешь.

sgk
04.03.2019, 18:12
В случае применения диодного смесителя синусоидальная форма напряжения или тока гетеродина сохранится в случае не работающего смесителя. В работающем смесителе образуются десяток (десятки) "новых" частот.

Спасибо, будет что на вечер почитать :)
Почитайте "что нибудь" о фазовых шумах генераторов.

krevetko_nik
04.03.2019, 18:14
но можно отфильтровать входной сигнал.
Сигнал-то отфильтруем... А шум? Если есть побочная полоса приема, значит есть и шум в этой полосе.

RN3GP
04.03.2019, 19:06
sgk, Сергей, поскольку кварцевый генератор тоже гетеродин, попрошу помочь с выбором схемы кварцевого генераторы на 35мГц синус, для смесителя приемника с преобразованием вверх. Кварц 35Мгц (маркировка) может быть не сильно активный. Трудно найти еще кого, кто столько генераторов испытывал. Можно или схему или ссылку. Заранее благодарю.

sgk
04.03.2019, 19:17
Мои опыты однобоки. Кроме минимальных шумов нужна и долговременная стабильность которой внимания не уделял.
Базовая схема в которой были получены минимальные фазовые шумы одна.
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5734-%D7%F2%EE-%EC%EE%E6%E5%F2-%E7%E2%F3%EA%EE%E2%E 0%FF-%EA%E0%F0%F2%E0&p=791585&viewfull=1#post79158 5
резистор, если кварц "малоактивный" увеличить до 1 МОм и конденсаторы подбирать для получения номинальной частоты. ФШ очень сильно зависят от свойств кварца.

RN3GP
04.03.2019, 19:25
Базовая схема в которой были получены минимальные фазовые шумы одна.
А на выходе меандр? Меня синус интересует. По ссылке тема большая, спасибо, пойду пороюсь.

ra3qdp
04.03.2019, 19:35
если сделать обыкновенный кварцевый генератор - емкостную трех-точку, а сигнал снимать с резистора включенного в разрв кварца и земли, то имеем хороший сигнал, но уровень малый. Резистор - 50 Ом или меньше или вместо него - конденсатор (не маленькой емкости).

RA6AGY
04.03.2019, 19:36
синус интересует.
Может это подойдёт: http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?25343-%C8%E7%EC%E5%F0%E5%E D%E8%FF-%EF%E0%F0%E0%EC%E5%F 2%F0%EE%E2-%EB%FE%E1%E8%F2%E5%E B%FC%F1%EA%EE%E9-%E0%EF%EF%E0%F0%E0%F 2%F3%F0%FB&p=1051949&viewfull=1#post10519 49

sgk
04.03.2019, 19:46
Меня синус интересует.
Наиболее "чистый синус" емкостная трёхточка и съём сигнала с конденсатора в цепи кварца.
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?12823-%C3%E5%ED%E5%F0%E0%F 2%EE%F0-%F1-%EC%E0%EB%FB%EC%E8-%F4%E0%E7%EE%E2%FB%E C%E8-%F8%F3%EC%E0%EC%E8&p=336096&viewfull=1#post33609 6
схема до формирователя на логике.

UR5EIN
08.03.2019, 13:18
Само название темы Спектрально-чистый гетеродин. Пара интересных схем (http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?39407-%D1%EF%E5%EA%F2%F0%E 0%EB%FC%ED%EE-%F7%E8%F1%F2%FB%E9-%E3%E5%F2%E5%F0%EE%E 4%E8%ED-%CF%E0%F0%E0-%E8%ED%F2%E5%F0%E5%F 1%ED%FB%F5-%F1%F5%E5%EC/page3) несколько вводит в заблуждение, будто бы существуют "супер" схемы, позволяющие своей реализацией решить все проблемы.
В свое время внимательно ознакомился с темой

Наиболее "чистый синус" емкостная трёхточка и съём сигнала с конденсатора в цепи кварца.
http://www.cqham.ru/forum/showthread...l=1#pos t336096
схема до формирователя на логике.
и по причине отсутствия нормальных измерительных приборов пошел по этому пути.
Здесь (по мысли автора) очень четко отслеживается путь реализации, а именно - благодаря низковольтному питанию и регулировке режима транзистора генератор находится в начальном участке (режим мягкой генерации), аналогично как у регенеративных приемников. Схема должна быть максимально простой - основное назначение схемы (ее активной части) - обеспечить режим незатухающих колебаний КС. По этому принципу я впоследствии изготавливал кварцевые и LC (до 2 ГГц) генераторы. Схема КГ с термостатом во вложении. По причине отсутствия возможности просмотра формы сигнала (мог контролировать только косвенно ФШ) я просто применял слабую связь с генератором через малую емкость от конденсаторов ПОС С3, С4. Косвенно - это аналогично связь от КС через емкостной делитель. + К этому я не хотел вносить дополнительные подключения в КС - меня еще интересовала высокая стабильность (генератор термостатированный, плата генератора 35х50мм, помещается в спичечном коробке, оклееным снаружи пенопластом + пищевой АЛ фольгой). В LC генераторах я еще дополнительно к вышеизложенному применял слабую связь КС с базой тр-ра (Спослед в единицы пФ).
В генераторе у автора используется транзистор BFG540 (у меня это BFR93). Это совсем не значит, что хороших параметров можно добиться применением только СВЧ транзисторов с Ft в несколько ГГц. Причины применения следующие:
1. Генератор легко запускается.
2. СВЧ транзисторы имеют относительно небольшую величину Вст (до 50...80), поэтому значительно легче установить рабочий режим по постоянному току. Например, если установить в генераторе транзистор ММВТ3904 (как у меня в усилителе КГ) - генератор легко срывается в режим устойчивой "жесткой" генерации (режим, аналогичный как в ОГ всех трансиверов).
Для того, чтобы быть уверенным, что генератор находится в режиме устойчивой генерации, необходима проверка. Это совсем несложно.
1. Уменьшается связь КС с базой тр-ра. Для LC это Спосл, для КГ - это Спосл увода частоты кварца. Генератор должен оставаться работоспособным. Амплитуда может немного уменьшиться.
2. Проверка режима рабочей точки транзистора. Отключается КС, измеряется рабочий ток. Восстанавливается схема, ток должен возрасти в 2...3 раза. У меня в КГ это приблизительно 1,5...2мА/3...4мА.

Евгений240
08.03.2019, 15:05
Требования к схемотехнике генератора имеющего минимальные фазовые шумы и генератора имеющего максимальную стабильность частоты не одинаковы.
Тут уж или надо выбрать что нужнее, или идти на компромисс.

krevetko_nik
08.03.2019, 15:07
Требования к схемотехнике генератора имеющего минимальные фазовые шумы и генератора имеющего максимальную стабильность частоты не одинаковы.
Имхо, в одном они сходятся - макс добротность контура
Хотя, ведь фазовые шумы - это колебания фазы? А частота - производная от фазы. Выходит, стабильна фаза - стабильна и частота

vadim_d
08.03.2019, 15:29
Имхо, в одном они сходятся - макс добротность контура
Не совсем: максимальная ненагруженная добротность резонатора (контура) - да, а вот с нагруженной уже расхождение. Для минимума ФШ связь резонатора с активным элементом получается сильной, нагруженная добротность составляет половину от ненагруженной

UR5EIN
08.03.2019, 15:29
А частота - производная от фазы. Выходит, стабильна фаза - стабильна и частота
Наверное, где-то так.

Требования к схемотехнике генератора имеющего минимальные фазовые шумы и генератора имеющего максимальную стабильность частоты не одинаковы.
Для обоих случаев необходимо реализовать использование максимальной Q KC.

sgk
08.03.2019, 15:52
Для обоих случаев необходимо реализовать использование максимальной Q KC.
Генератор "Гиацинт М" с кварцевым резонатором добротность 2,5 миллиона. Фазовые шумы отстройке 100 Гц (Гиацинт) на 10-20 дБ выше чем в случае генератора с кварцем добротностью 20 тыс.

UR5EIN
08.03.2019, 16:08
...Генератор "Гиацинт М" с кварцевым резонатором добротность 2,5 миллиона...
Насколько он реализован схемой ??? Например на этой схеме красным выделено то, что подключено к кварцевому резонатору с Q=...

Не совсем к кварцу От кварца ее отделяет 33пФ.
Да, не совсем к кварцу, 240 Ом послед. с кварцем (это 33 пФ на 20 МГц).

krevetko_nik
08.03.2019, 16:10
Например на этой схеме красным выделено то, что подключено к кварцевому резонатору с Q=...
Не совсем к кварцу :) От кварца ее отделяет 33пФ. С1 С2 раз в 10 увелчить

sgk
08.03.2019, 16:16
Насколько он реализован схемой ???
На нашем сайте в разделе схемы есть схема Гиацинта. Добротность кварца 20,5 МГц в схеме в пределах 20 тыс. Точно не помню, а найти АЧХ быстро не смогу. Для 5 МГц прецизионных кварцев пожалуйста.
309178

vadim_d
08.03.2019, 16:31
не совсем к кварцу, 240 Ом послед. с кварцем
Тут надо честно считать коэффициент включения в контур, внешние сопротивления трансформируются через его квадрат. И тут в силу очень малой Cm этот к-т получается тоже маленьким, так что не все так плохо

exEW1DC
08.03.2019, 17:00
Хотя, ведь фазовые шумы - это колебания фазы?

Не совсем понятны рассуждения насчет колебания фазы генератора. В любом генераторе выдерживается соотношение фаз, иначе генератор не будет работать. И непонятно, что такое фазовые шумы. Если это внутренние шумы усилительного элемента, например транзистора, то это понятно, а то, что у генератора произвольно гуляет соотношение фаз и при этом создаются шумы, мне непонятно.

sgk
08.03.2019, 17:10
И непонятно, что такое фазовые шумы.
Посмотрите по ссылке для пояснения измерения фазовых шумов сигнала кварцевого генератора
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5734-%D7%F2%EE-%EC%EE%E6%E5%F2-%E7%E2%F3%EA%EE%E2%E 0%FF-%EA%E0%F0%F2%E0&p=799093&viewfull=1#post79909 3

UR5EIN
08.03.2019, 17:42
...а то, что у генератора произвольно гуляет соотношение фаз и при этом создаются шумы, мне непонятно...
К сожалению, это так. В цепи ПОС задействованы активный элемент, фазосдвигающие цепи... и т.д... И никакой гарантии, что эта ПОС произойдет в точке, например 177,35 град (или еще лучше - 40,000 град)... Во вложении наугад взятая картинка с этой же страницы от Сергея (sgk) АЧХ колебательной системы (здесь это кварцевый резонатор). Из нее понятна и зависимость ФШ от добротности КС. Это касательно баланса фаз. Если добавить сюда еще баланс амплитуд, то станет еще более понятно ухудшение ФШ если генератор работает "вразнос" - с большими уровнями...

krevetko_nik
08.03.2019, 18:17
Если я правильно понимаю, порог ограничения активного элемента (иначе амплитуда возрастала бы безгранично) "гуляет" это и есть причина (и наверно, не единственная) фазового шума

Слушатель эфира
08.03.2019, 18:26
Я думаю, что здесь ближе понятие джиттер. Амплитудная составляющая шума прекрасно подавляется ограничителем, а сама амплитуда без последующего ограничения и будет "гулять" по причине того, что "замыкание" ПОС не в точные моменты времени происходит, а слегка "гуляет". Ограничение же амплитуды происходит за счёт нелинейности усилительного элемента, уменьшающего усиление при росте амплитуды сигнала гетеродина.

UR5EIN
08.03.2019, 18:31
...порог ограничения активного элемента..... "гуляет" ...это и есть причина (...и ... не единственная) фазового шума...
И не единственная...
Еще есть и порог срабатывания... Но несмотря на это на элементах логики может быть собран нормальный генератор. Здесь уже решающим фактором является скорость работы логики.

sgk
08.03.2019, 18:48
По вопросу фазовых шумов источников сигналов, кроме фазовых шумов наблюдаются и амплитудные шумы. По ссылке пример измерения.
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?5734-%D7%F2%EE-%EC%EE%E6%E5%F2-%E7%E2%F3%EA%EE%E2%E 0%FF-%EA%E0%F0%F2%E0&p=1593996&viewfull=1#post15939 96
на практике есть случаи когда амплитудные шумы сигнала превышают его фазовые шумы, в частности из-за шумов резисторов, особенно переменных резисторов. Обсуждение по приведённой выше ссылке.

UR5ZQV
08.03.2019, 19:31
Слушатель эфира,
Амплитудная составляющая шума прекрасно подавляется ограничителем, а
Амплитудные шумы в самом автогенераторе прекрасно модулируют динамические емкости активного элемента автогенератора и превращаются в ФШ и ЧШ, и как Вы "отделяете мух от котлет", убей Будда, до сих пор не понимаю.
ПС: Тема плавно переросла из "Спектрально чистый гетеродин..." в "Измерение ФШ", наверное из за "скользкости" ее определения. Я бы понял "спектрально чистый измерительный генератор", гетеродин, одно из устройств РПУ или РПерУ, и к нему "спетрально чистому", еще надо не менее "спектрально чистые" усилители, смесители, фильтры, модуляторы/демодуляторы и т.п.

Слушатель эфира
08.03.2019, 21:15
Прям тень отца ГамлЕта у меня появилась :ржач: Всё что-то доказать желает

Я конечно делал давно и "жучки", и приёмник Захарова на одном транзисторе с ФАПЧ, но там специально схемно обусловливается ЧМ модуляция генератора. Но вот чтобы настоящий ГПД позволял себе получать такие индексы модуляции ФМ (ЧМ) амплитудными шумами самого же ГПД ... расчёт приведёте здесь? :smile:

Александр_М
08.03.2019, 21:21
гетеродин, одно из устройств РПУ или РПерУ, и к нему "спетрально чистому", еще надо не менее "спектрально чистые" усилители, смесители, фильтры, модуляторы/демодуляторы и т.п.
Ну вот, скоро придём к постройке "Полумонстра", без автора, своим, так сказать путём...:ржач: