Фазовращатели

[Anvar]

Начинаю новую тему, посвящённую фазовращателям, где предлагаю размещать и обсуждать различные типы фазовращателей, новые схемы, расчёты и эксперименты.
В качестве начала предлагаю один из частных случаев общих преобразований цепей - мостовой (суммирующий) RC фазовращатель 4 порядка.

[Anvar]

Извините, попутал номера конденсаторов, вкладываю правильно.

[RW3DKB]

Привет Анвар!
Я промоделировал на ВоркБенче ваш фазовращатель.
На входе я использовал источник сигнала 1 кГц напряжением 1 В с сопротивлением 100 Ом и трансформатор 1:1, поэтому на его выходе получено 2х0,5 В в противофазе. Насчет нагрузки я решил поставить 2х1кОм. Если ставить меньше, то сильно падает к-т передачи. На частоте 1 кГц он оказался равным -41дБ. АЧХ и ФЧХ мостового НЧФ представлены во вложении. Я нечто подобное делал в железе примерно в 1980..81 году с подбором резисторов и конденсаторов цифровым измерительным прибором на кафедре МЭИ и тогда же столкнулся с необходимостью ставить высокоомную нагрузку по причине падения к-та передачи. Похоже в вашем НЧФ тоже самое. Конечно, на НЧ не сложно компенсировать -40 дБ усилителем на ОУ. Но это уже будет требовать соответствующую коммутацию прием/передача для обеспечения приемлемых передаточных характеристик.

[Anvar]

Насчет нагрузки я решил поставить 2х1кОм

Конечно, я тоже обсчитывал фазовращатель по нагрузке как в Maple, где он и синтезировался, так и в MicroCap. Дело в том, что Вы рассматриваете коэффициент передачи по напряжению, и стремитесь увеличить сопротивление нагрузки. Здесь наоборот. На выходе фазовращателя получается ток, поэтому для нормальной работы необходимо, чтобы входное сопротивление нагрузки стремилось к нулю. Это обеспечивается инверсным включением ОУ, так как при этом инверсный вход поддерживается при опорном потенциале (нулевом, если имеем двуполярное питание). Дело в том, что переход к дуальной схеме частот забывается.

[RW3DKB]

Насчет нагрузки я решил поставить 2х1кОм

Конечно, я тоже обсчитывал фазовращатель по нагрузке как в Maple, где он и синтезировался, так и в MicroCap. Дело в том, что Вы рассматриваете коэффициент передачи по напряжению, и стремитесь увеличить сопротивление нагрузки. Здесь наоборот. На выходе фазовращателя получается ток, поэтому для нормальной работы необходимо, чтобы входное сопротивление нагрузки стремилось к нулю. Это обеспечивается инверсным включением ОУ, так как при этом инверсный вход поддерживается при опорном потенциале (нулевом, если имеем двуполярное питание). Дело в том, что переход к дуальной схеме частот забывается.

Ну что же, по току значит нужно всё считать? Но ведь к-т передачи по напряжению никто не отменял... Нам это как-то привычнее. Напряжение всегда проще померить, чем ток. Можно ведь посчитать и по мощности. В таком случае, Анвар, чтобы нам не пришлось делать двойную работу, раз уж вы всё равно моделируете, не могли бы вы сразу указывать и к-т передачи фазовращателя, по току ли, по напряжению ли, по мощности ли с указанием конкретных величин нагрузки...
Нас ведь почти всегда интересует согласование каскадов по мощности. Мы должны знать энергетику каждого каскада, чтобы грамотно спроектировать остальные узлы схемы.
В дополнение хочу показать, что у меня получилось при пересчете фазовращателя на более низкие значения сопротивлений, что предпочтительнее для полупроводниковой техники. По вашей рекомендации я уменьшил в 10 раз значения всех сопротивлений НЧФ и увеличил в 10 раз номиналы ёмкостей. Остальные параметры остались прежними. ФЧХ у меня получилась практически очень близкая к исходной. А вот АЧХ существенно испортилась... Но к-т передачи по напряжению вырос до -29 дБ, т.е. по напряжению в 4 раза по сравнению с исходным.
Отчего так сильно испортилась АЧХ?

[Anvar]

Отчего так сильно испортилась АЧХ?

При пересчёте сопротивлений надо учитывать и сопротивление нагрузки и источника, то есть сделать его 100 Ом (если было 1 кОм) и так далее.
По мощности как раз все в порядке, в следующем материале этот момент проясню, я не думал, что это может вызвать вопрос, сужу со своей колокольни.

[RW3DKB]

Совершенно верно! Я уменьшил сопротивление источника сигнала со 100 Ом до 1 Ома, а резистор нагрузки с 1 кОма до 100 Ом. АЧХ существенно улучшилась.
Эта схема действительно нуждается в низкоомной нагрузке и источнике сигнала. Хорошо ли это?

[Anvar]

Хорошо ли это?

Просто великолепно, меньше наводок и влияния паразитных ёмкостей.
Я посвящу специальный материал согласованию, расчёту токов напряжений, шумов и так далее с примерами. Не знаю, правда, можно ли в EWB включать источники шума и учитывать температуры.

[Anvar]

АЧХ существенно улучшилась

Кстати, обратите внимание, что АЧХ в каждом канале изменяется практически одинаково, поэтому при дальнейшей модуляции и сложении это мало повлияет на подавление боковой полосы.

[Юрий Морозов]

Анвар здравствуй!

Прогнал твой фазовращатель, у меня получилась оптимальная нагрузка 10ом при минимальном разбросе АЧХ, хотя и при нагрузке 1к АЧХ приемлема для фазовращателя 4 порядка:

- при 10ом, разбаланс АЧХ = 0,004…0,006дб.
- при 100ом, разбаланс АЧХ = 0,024…0,03дб.
- при 500ом, разбаланс АЧХ = 0,1…0,13дб.
- при 1000ом, разбаланс АЧХ = 0,18…0,241дб.

Настораживает только два момента, первый – потери, и второй, на низкоомных нагрузках, не усложнится ли схема УНЧ и МУ при согласовании?.
С другой стороны, легче мотать ФНЧ, если он выполнен на LC, либо, чтобы не мотать, применить готовый ФНЧ Аверс Rнаг = 200ом (по памяти).

Привлекает то, что ФЧХ стоит мертво в диапазоне нагрузок 10…1000ом (более не пробовал), а не большая кривизна очень легко компенсируется изменением номиналов емкостей С6 и С8, картинка во вложении, т.е. настраивается проще и легче, чем фазовращатели на LC.

Анвар, а какой для этого ФВ лучше применить смеситель?

Юрий Морозов (UR4IJE).