PDA

Просмотр полной версии : Физический процесс преобразования частоты.



Наставник
09.04.2005, 20:51
В реальном смесителе происходит физический процесс преобразования частоты. Как он называется?

rz3abk
09.04.2005, 20:58
http://hamradio.online.ru/ftp2/dw.php?RLTPP.djvu

Владимир(UN7TAE)
02.05.2005, 04:15
По идее в обычном (неключевом) смесителе происходит модуляция одного сигнала другим на нелинейном сопротивлении смесительного прибора. (Попробуйте это сделать на резисторе!) Исходный сигнал обрастает разностными и суммарными частотами. Это можно увидеть на экране осциллографа, как искажение формы исходного сигнала. Далее нужный продукт выделяется селективным устройством.

JKW
02.05.2005, 05:56
Пнрименительно к физике этот процесс можно назвать БИЕНИЯ ,т.е колебания с периодически изменяющейся амплитудой, возникающие при наложении 2 колебаний с близкими частотами f1 и f2.

Наставник
03.05.2005, 05:21
Давайте сперва определимся – о каком смесителе я спросил? Возьмём сперва балансный модулятор на варикапах. Можно заменить оба варикапа на переменный резистор. При перемещении ползунка потенциометра получим модулированный сигнал на ползунке относительно средней точки ВЧ трансформатора. Можно применить вариометр со средней точкой и перемещающимся ферритовом стержнем. Для преобразования вниз он не годится. Меня он не интересует. Я веду речь о ключевом ( в прямом смысле этого слова) смесителе.
Владимир, нелинейное сопротивление, нелинейная ёмкость, нелинейная индуктивность, нелинейное усиление – это и есть ключ, хороший или плохой, явно или неявно (косвенно) выраженный. Меня интересует ключ как резистор, величина сопротивления которого по команде управления принимает только крайние значения: замкнут или разомкнут. Если нагрузить переключаемый гетеродином ключ резистором, то на нём будут выделяться фрагменты входного сигнала, и только. А где преобразование частоты?
JKW, на линейном элементе смешивание не происходит.

JKW
03.05.2005, 06:42
Ни варикап ,ни диод ,ни иной полупроводниковый ключ в смесителях не является линейным элементом.При относительно малой величине входного сигнала характеристика полупроводникового
перехода квадратичная.

JKW
03.05.2005, 08:06
JKW, на линейном элементе смешивание не происходит.
Сопротивление диода ориентировочно равно корню квадратному от произведения прямого и обратного сопротивлений ,а ток через диод изменяется по экспоненте .О каком линейном элементе идеть речь?

Хотел бы еще раз уточнить о сути Вашего вопроса -он носит практический характер(хотите создать превосходный экземпляр модулятора) или это теоритическая полемика?

AlexanderT
03.05.2005, 09:27
Хотеть-то он хочет и давно,но медицина не в состоянии ему помочь :)
Вот он других и поучает!
И не зря зовётся НАСТАВНИК,молодёж по неопытности не попадает...а он ходит и наставляет.
Но на практике он этим занимался очень давно,забыл уже как...от того и отсутствие результата...

Наставник
03.05.2005, 14:48
JKW: "Пнрименительно к физике этот процесс можно назвать БИЕНИЯ ,т.е колебания с периодически изменяющейся амплитудой, возникающие при наложении 2 колебаний с близкими частотами f1 и f2."
JKW, выражайтесь яснее. Так как Вы в этом своём сообщении не упоминаете нелинейный элемент, то я сделал вывод, что Вы имеете ввиду резистивный сумматор (с двух генераторов через резисторы подаются на общий резистор два сигнала разной частоты). Наложение (алгебраическое сложение) - это не смешивание (перемежение).
В учебнике сказано, что нелинейность преобразовательного элемента должна быть максимальной. В переводе на русский язык, это ключ (нелинейный элемент, степень нелинейности которого стремиться к бесконечности). Вам, похоже, трудно представить, что характеристика идеального (теоретического) диода должна быть идеально ключевой. Попытайтесь хоть на минуту забыть о квадратичности и кубичности. Идеальный ключ либо открыт (его сопротивление равно 0), либо закрыт (абсолютно не пропускает ток), и длительность его перехода из одного состояния в другой равна 0. Такой ключ, периодически открываясь, предположим для чистоты эксперимента, что сам по себе, без гетеродина, будет пропускать на чисто активную нагрузку фрагменты входного сигнала. И только. Никакого преобразования частоты входного сигнал происходить не будет. Согласны?

JKW
03.05.2005, 15:14
В первой Вашей фразе звучали слова смеситель , а не коммутатор (прерыватель) и преобразование частоты ,а не передача (соединение),поэтому мой ответ был
предложен -БИЕНИЕ . Для смесителя как раз выбирается (задается ) режим работы устройства на нелинейном участке - в этом принцип преобразования . Имеется еще принцип преобразования на элементе с переменной крутизной ...
Я бы не хотел более терять время на идеализированные предположения ,но в практических вопросах повозможности постараюсь помочь.

Наставник
03.05.2005, 16:00
JKW: "Хотел бы еще раз уточнить о сути Вашего вопроса -он носит практический характер(хотите создать превосходный экземпляр модулятора) или это теоритическая полемика?"
Сейчас учебники объясняют процесс преобразования частоты однобоко - только с математической точки зрения. Я на него взглянул с физической точки зрения. Выяснилось, что мы много теряем, не зная его, в теории и практике. Превосходный экземпляр модулятора и демодулятора - это для меня давно свершившийся факт. Есть такое выражение - гениально просто. Действительно, как показывает многолетняя практика моего общения в интернете, бывают вещи настолько простые, что их до сих пор никто понять не может. А речь идёт всего лишь об устройстве, состоящем только из двух элементов! Проще не бывает.
Я не веду полемику, так как я знаю, а не предполагаю. Я разъясняю.

JKW
03.05.2005, 16:38
Не спорю -гении бывают.
Я к сожалению не гений ,поэтому вынужден откланяться с этой темы .
Вам могу посоветовать поучаствовать в форумах ,посвященным физике полупроводников ,например Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе ,МАДИ и т.д. Там имеются физики-теоретики данного профиля.
В рамках радиолюбительского форума
,на мой взгляд ,перспективнее обсуждать практические устройства.

Наставник
03.05.2005, 16:59
JKW: "В первой Вашей фразе звучали слова смеситель , а не коммутатор (прерыватель)"
Правильно. А теперь давайте нагрузим ключ не активным резистором а конденсатором. Получится устройство выборки - хранения (УВХ). Если клыч открыть один раз на мгновение, относительно частоты входного сигнала, то на конденсаторе останется напряжение, которое было в последний момент перед закрыванием ключа. Итак, на входе был сигнал с частотой больше 0, а получился с частотой равной 0. Произошло преобразование частоты входного сигнала.

Наставник
03.05.2005, 17:36
JKW, этот форум называется "ВСЁ о смесителях". В том числе, даже в первую очередь, и о теории их действия. Ведь практика без теории слепа. Дались Вам полупроводники. Вспомните электромеханический ключ - колесо Гольдтшмидта. Впрочем, если по прежнему хотите лаптем щи хлебать, дело Ваше. Кстати, УВХ, это электрический аналог ложки (пробоотборник).

RW3DKB
03.05.2005, 18:15
Подключите к ключу в качестве нагрузки обыкновенный резистор, сигнал с которого подайте на любой анализатор спектра - на экране его вы увидите не одну исходную гармонику , а целый спектр гармонических колебаний (теоретически бесконечный). Среди которых могут быть именно те гармоники, которые вам нужны. Ваша модель "ключ+конденсатор" всего лишь не совсем корректная математическая , а не физическая, абстакция. Ваше маниакальное стремление во всех типах и видах смесителей "увидеть" пресловутые "ключ+конденсатор" не имеют под собой никакой реальной почвы, т.к. вы продолжаете не понимать, что происходит в смесителе, когда в нагрузке вашего "Ключа" стоит резистор, а не конденсатор... Более того, вы демонстрируете свое полное невежество в вопросах понимания работы смесителей , которые используют непрерывные синусоидальные сигналы, т.е. где ни о каких ключах речь просто не идет... Это лишний раз свидетельствует о том, что вы не знакомы с теоремой Фурье, которая лежит в основе понимания нелинейных процессов в электрических цепях. Тем более, что схемы "ключ+резистор" достаточно широко используются в схемах умножителе частоты. Или об этом вам тоже не известно...
Прежде чем учить других, вам бы самому не мешало бы кое-чему подучиться... а то, эй богу, стыдно читать вашу галиматью насчет всеобщности вашего "ключа+конденсатора". Я уже не раз вам говорил, что это ВСЕГО лишь ЧАСТНЫЙ случай одного из видов смесителей, использующих логические функции типа -да-нет (вкл-выкл) и НЕ БОЛЕЕ ТОГО...

Наставник
03.05.2005, 19:17
"Подключите к ключу в качестве нагрузки обыкновенный резистор, сигнал с которого подайте на любой анализатор спектра - на экране его вы увидите не одну исходную гармонику , а целый спектр гармонических колебаний (теоретически бесконечный). Среди которых могут быть именно те гармоники, которые вам нужны."
С первым утверждением, с позиции спектрального анализа, полность с Вами согласен. Но, в отличии от Вас, я вижу на экране осциллографа только форму полученного импульса, а гармоник не вижу. Конечно, МОЖНО разложить этот импульс на ряд Фурье и увидеть его на экране анализатора спектра, но в физике смесителя это НЕ НУЖНО.
С вторым утверждением не согласен - могут и не быть. Дла его проверки я ранее провёл эксперимент. Собрал цепочку делителей опорной частоты 500кгц на 2 и через формирователь коротких импульсов подал их на ключ демодулятора. Как и ожидал, в полном соответствии с теоремой Котельникова о выборках, при частоте управляющих ключём импульсов 4кгц исчезли частоты модуляции выше 2кгц, а при частоте 2кгц исчезли частоты выше 1кгц и он стал совершенно не информативным. Вывод: преобразование частоты происходит не на гармониках гетеродина, а путём выборок. А Вы как прокомментируете этот факт?

Психолог
04.05.2005, 17:59
Эй, Наставник, разреши и мне ввернуть словечко. Если ты попробуешь смешать несколько сигналов на резисторе, ничего у тебя не выйдет. А квантование между прочим относится к нелинейному процессу. И эта нелинейность находится именно в точке перехода из открытого состояния в закрытое. Идеального не бывает в природе. И поэтому рассуждения о преобразовании на нелинейности имеют смысл в практическом плане, а твои только в теоретическом. Расписание работы моего кабинета знаешь?

merk
06.06.2005, 19:01
ну посмотрел страничку.
замечания,..но их я уже высказывал.

самый первый рисунок - схема неполная.
там где написано - вч, должен стоять генератор напряжения с неким внутренним сопростивлением. Это вход.
Там где написано - НЧ должен стоять резистор нагрузки. Олица..олице..олицет воряющий собой измерительный прибор.

И должно быть указано, что ключ идельный, то есть его сопротивление равно нулю когда замкнут, и бесконечности, когда разомкнут.

Сразу ваши графики чудесно преобразятся.

Во первых не будет никаких ступенек, на конденсаторе С, а он будет заряжаться через Rг.

Во вторых, C будет всегда разряжаться через Rн.

В третьих устремление ширины импульсов выборки к нулю тут же покажет, что продетектированный сигнал на С начинает падать, поскольку разряжаясь через Rн, он заряжается через открытый ключ очень короткими присоединениями к источнику.

То есть наступит момент, когда заряд с конденсатора стекающий через Rн, не будет восполняться от источника из за слишком короткого времени открытия ключа.

Если учитывать то, что я говорю, вид напряжения на С можно будет очень просто нарисовать в засимости от длительности импульса T, Rг, и Rн.

В вашей статье много какой-то общей философии из области нечта вроде... космо-информационных наук, но к физике, по моему имеющих косвенное отношение.

И еще я не понял...в чем цель этой статьи? Надо сказать...я вот типа делаю такое вот утверждение и так вот его доказываю.



***Оказывается, входной сигнал смесителя (1гц) и боковые (зеркально расположенные на шкале частот относительно частоты гетеродина,в данном случае равной 3гц) сигналы на выходе смесителя (2гц и 4гц) объединяет то, что периодически, через равные промежутки времени, их мгновенные значения становятся абсолютно одинаковыми***

а причем тут боковые частоты.

вы фактически составили уравнение

а*sin(ft)=a1*sin((f+ f1)t)=-a1*sin((f-f1)t).

утверждаете, что при любом f и f1 они где-то там пройдут через ненулевую точку одновременно...
ну решите это уравнение и всех делов. Если получится что это выполняется всегда...то осталось обьяснить, что ж это за магическая точка.
разумеется у вас есть свободные переменныеa,a1,f,f1. решение - "через точку" можно всегда "подогнать".


***Вывод: величина выходной ёмкости пассивного смесителя, при благоприятном режиме хранения, должна стремиться к нулю. Это согласуется с концепцией, что обработка сигнала в идеальном приёмнике должна производиться на уровне ЭДС.***

выражение - "благоприятный режим хранения" - не очень понятно.

давайте наилучшим RX смесителем назовем тот, что передает через ключ максимальную полезную мощность. Которая потом выражается в виде тока ли..напряжения ли... на каком то резисторе нагрузки.

Тогда очевидно, что наилучший RX смеситель обладает максимальной чувствительностью по крайней мере. Разумеется концепция включения ключа на минимальное время, принципу наилучшего RX смесителя не отвечает.
Парадокс? Или ваша концепция минимального импульса неверна?

возможно я написал несколько сумбурно, прошу пардону.

merk
06.06.2005, 19:20
что же касается ваших "квантовых" рассуждений, то очевидно, что тут "информационным" квантом, является не узкая вырезка из несущей синусоиды, а сама несущая синусоида длиной полпериода(для однотактного ключа) и весь период для двухтактного.

Квант это волновой пакет. Минимальная длина пакета это полволны с колеблющимися "хвостиками". В этом смысле несущая может быть формально рассмотрена как синхронизированный пакет квантов длиной в период идущих строго друг за другом. Сложив такую цепочку - получим синусаидальную волну.

Попробуйте применить "квантовые" рассуждения к такому представлению.
И вы увидите, что "вытаскивать" из синус-несущей информационные кванты нужно меандром..или ключом хотя бы по полпериода.

Вы же стали вытаскивать микрокванты из этих квантов..и соотв. будете расходиться с принципами - не терять исходную энергию.

опять сумбурно?

Наставник
07.06.2005, 04:34
merk, вы можете сами себе ответить на все свои сомнения, если не поленитесь описать порядок ваших действий при создании огибающей. Предположим, что в вашу квартиру заведено два провода по которым подаётся синусоидальный сигнал с периодом одного колебания 24 часа. Уровень его не постоянный, а потихоньку меняется. О начале полупериода вы предупреждены - он начинается ровно в полночь. У вас есть часы, вольтметр, бумага и карандаш. Ваши действия?

PICachu
07.06.2005, 08:12
Еще одна физическо-логическая задача.
Дано: Имеется радиоприемник
Надо: Определить скорость света.

merk
07.06.2005, 11:41
наставник.
ДАвайте я не буду отвечать на ваши вопросы, а вы сначала нарисуте нормальный рисунок в своей статье.

Если вы пытаетесь мне доказать и показать, как делаются выборки из мощного входного сигнала в случае попытки его неким образом оцифровать, то это я и сам знаю.
Разумеется, узким импульсом, НО в таких случаях есть ОГОВОРКА. Переданный за этот импульс заряд I*dt, должен быть досточным для управления неким реальным прибором.

ВАМ ЭТА ОГОВОРКА ПОФИГУ или НЕТ? Я ее повторил уже в Nый раз.

Если вам это непофигу, то ваш узкий импульс снимается с соревнований в том виде спорта, когда необходима чувствительность смесителя, вмонтированного в приемник на уровне 1 микровольта при Rг=50ом. Это на полноразмерной антенне.
РАзумеется если предположить, что существует НЕКИЙ абстрактный полевой транзистор, что имеет бесконечное входное сопротивление, нулевую входную емкость, и нулевой шум....то разумеется как ни уменьшай ширину импульса - ваш смеситель работать будет! Однозначно! Потому что, его непригодность для слабых сигналов будет скомпенсирована абсолютной способностей этого абстрактного полевика, вытащить микроамплитуду с накопительного конда имеющего микроемкость, и усилить ее.
Вот если это есть - ваша кухня работает.
В противном случае она не работает. В силу постановки задачи - создание чувствительного смесителя для приемника, и реальных полупроводниковых приборов.

Наставник
08.06.2005, 18:15
merk, предупреждаю вас, что речь идёт о практически проверенном. Ошибок нет. Есть только непонимание вами сути. Вы сами ответили, почти правильно, на так волнующий вас вопрос. После ключа резистора нагрузки не должно быть, а конденсатор быть обязан. В основе смесителя лежит устройство выборки мгновенного значения входного сигнала и его ХРАНЕНИЯ (УВХ). Я не придумал новую схему смесителя, а объяснил какой физический процесс в нём протекает. Выяснилось, что входной конденсатор т. н. П-фильтра на самом деле принадлежит смесителю.
Рекомендую прочесть в "Радио" №2 1986г, стр. 38-42 "Стереодекодер с кварцевым генератором". На схеме декодера (рис. 3) демодуляторы представляю собой ключи (564кт3) нагруженные на 1000пф, с которых снимается сигнал на операционники с полевыми транзисторами на входе, и никаких нагрузочных резисторов. На рис. 1 изображена ступеньчатая форма сигнала на них.
Ключ нагруженный на очень малую ёмкость представляет устройство с очень большим входным сопротивлением. При чём тут большая мошность входного сигнала? Наоборот - он не садит слабый входной сигнал и может подключаться полностью.

Drix
10.06.2005, 20:04
В основе смесителя лежит устройство выборки мгновенного значения входного сигнала и его ХРАНЕНИЯ (УВХ)..

Коля, ты жжош, беспесды! Пеши исчо, а лучше выпей йаду!

ЛСБ
10.06.2005, 22:33
Наставник убеждает где суть.
Похоже, в песок.

merk
11.06.2005, 23:07
***Выяснилось, что входной конденсатор т. н. П-фильтра на самом деле принадлежит смесителю.***

не смесителю. а сумме - смеситель+фильтр.
По сути они являются единым устройством.

Разумеется, если фильтр убрать, вместе с конденсатором, и оставить только ключ, на выходе ключа вы увидите, взяв "идеальный" осциллограф, только вырезки из входного сигнала с частотой коммутации ключа. Разумеется чтобы получить зч сигнал эти импульсы надо проинтегрировать. Это и делает первый конденсатор фильтра.
Ну и что тут за открытие?

теперь о ширине импульса.
Если вы хотите детектировать амплитуду модуляции сигнала высокой частоты, и сигнал модуляции - низкая частота...то простите надо говорить о восстановлении формы не вч сигнала, а сигнала модуляции, например 1 кгц.
То есть по котельникову, вы должны осуществлять выборки с частотой не менее 2 кгц, узким, по отношению к периоду данной частоты(1 кгц) импульсом. НА этом можно было бы остановиться, если бы несущей не был вч сигнал. Выборки с частотой как минимум 2 кгц, придется делать из вч сигнала, синхронно с ним.
Итак что же нужно для демодуляции такого сигнала.
1. частота выборок не меньше 2 кгц, а время выборки - много меньше 1 мс.
2. выборки делать синхронно с несущей, желательно в пике ее синусоиды.
Все!

берем несущую 1 мгц, модуляцию - 1 кгц. ширину импульса выборки - полупериод несущей, то есть 0.5 мкс., частоту выборок - 1 мгц.
Удовлетворяет всем условиям котельникова для восстановления вида сигнала 1 кгц?
Еще как! вместо требуемой частоты дискретизации 2 кгц, у нас - 1 мгц.
И прекрасно восстнавливаем модуляцию на конденсаторе.

Или вы хотели оцифровать несущую...и восстановить ее на кондесаторе? Тогда надо и впрямь делать узкие импульсы, по отношению к периоду несущей...но задача оцифровать несущую а потом ее точно восстановить - не стоит.
У нас стоит задача восстановить 1 кгц. а все остальное - потерять и по возможности потерять как можно сильнее.