Современный трансивер прямого преобразования

[VP]

Спасибо, Александр!
По вашей ссылке удалось найти страничку "Применение ФНЧ в ППП" –
http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=11840

Там sev_n_v в первом же посте высказывает здравые мысли о работе ключевого смесителя, нагруженного на конденсатор ФНЧ и приводит картинку - эквивалентную схему ключа, пригодную и для нашей темы:
http://forum.cqham.ru/download.php?id=12566

На ней есть источник сигнала с ЭДС Е и внутренним сопротивлением Rвн, есть сопротивление ключа Rкл, дополнительный резистор R и емкость С, на которой и выделяется выходное напряжение НЧ. На той страничке прозвучало, что все равно, куда включать R, до ключа или после. Если у нас только один ключ, то все равно, а если их четыре - то большая разница! В обсуждаемом УРЧ Сергея дополнительное R на выходе ключа не нужно, а на входе - оно просто суммируется с Rвн. Поэтому положим R=0. Выход УРЧ представляют элементы Е и Rвн.

Теперь пусть Е - меандр с частотой fc и ключ замыкается со скважностью 2 только на положительных полуволнах. Тогда через достаточное время С зарядится положительно до амплитуды Е и в цепи прекратится ток. Это означает, что нагрузки на источник нет и входное сопротивление смесителя бесконечно. Оно останется бесконечным, если фазу коммутации именить на обратную, только конденсатор зарядится отрицательно.

Пусть ключ замыкается с другой частотой. Тогда на конденсатор будут поступать разнополярные ВЧ импульсы и он вообще не зарядится. А ток будет порядка Е/Rвн. Это ток короткого замыкания, следовательно входное сопротивление смесителя (элементов Rкл и С) близко к нулю. Вот она, частотная зависимость входного сопротивления смесителя!

Если ключ замыкается синхронно с сигналом, но в квадратуре (сдвиг сигнала и гетеродина на 90 гр), то ток носит характер импульсов с удвоенной частотой, входное сопротивление при этом полпериода 0, полпериода бесконечно. Что в среднем, не знаю (полбесконечности?)

Теперь поглядим, что будет при синусоидальной ЭДС Е. Напряжение на С не может изменяться с частотой сигнала и будет каким-то усредненным Uc. Тогда в течение открытого состояния ключа даже в синхронном режиме через ключ будет ток кз туда и обратно, равный (E-Uc)/Rвн. Это не даст ничего хорошего, будет расти шум ключа и потери в нем.

Следовательно, КЛЮЧЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬ НЕЛЬЗЯ ПОДКЛЮЧАТЬ К ИСТОЧНИКУ НАПРЯЖЕНИЯ с малым Rвн. КС надо питать от генератора тока (Rвн - большое). А тогда автоматически проявятся его селективные свойства, описанные на предыдущих 4-х страницах.

Большое внутреннее сопротивление может быть у УРЧ (любого), у входного контура, подключенного не одним витком связи, а достаточно полно (на всю катушку, hi), да и просто у антенны! Посмотрите конец статьи "Приемники Н.Теслы" на этом сайте (что, думаете она для начинающих?) - там антенна через двойной балансный ключевой смеситель (механический, правда, КМОП не было) соединен с конденсатором. Об импедансе коротких антенн - см. статью на сайте QRP.ru в разделе "статьи от Тимофеича", найти легко.

[Serg007]

Приветствую всех.

Serg007
Сергей, я прочитал все ваши заметки о применении такого усилителя в данной схеме, но либо не нашел, либо пропустил ответы на два самых важных вопроса, возможно что важнее чем ДД (для ТПП, во всяком случае).
Как он влияет (и влияет ли) на подавление нерабочей боковой и подавление несущей?

Я уже неоднократно указывал, что введение такого УВЧ никак не сказывается на подавлении зеркальной боковой. Единственный момент, который надо учитывать - это пересчитать емкости детектора с учетом увеличения эквивалентного сопротивления ключей - например, для ТПП US5MSQ оптимальные емоксти равны 33-47нФ - у меня стоят 33нФ( это видно на фото). предФНЧ тоде надо пересчитать -увеличить резисторы в 3 раза, а емкости уменьшить в 3 раза. Я пока для чистоты экперимента убрал этот предФНч ( просто поднял ножки кондесаторов). Кстати, при этом подавление боковой заметно увеличилось - до 60дБ на 7Мгц, но я не акцентирую на этом внимание, т.к. УВЧ здесь не причем-видимо элементы предФНЧ я подобрал не идеально.
К подавлению несущей тоже нет прямого отношения, т.к УВЧ стоит в приемном тракте, хотя следует отметить, что при использовании случайной, не согласованной антенны остатки напряжения ГПД способны вызвать появление фона из-за переизлучения а антенну и обратно (подробнее об этом наприятном эффекте см.книгу РЛоТПП), поэтому введение УВЧ благоприятно и по этой причине, т.к полностью устраняет подобный явления.

[YES]

Приветствую , ВСЕХ !
Владимир Тимофеевич , очень рад Вашему здесь присутствию !
Тема , на мой взгляд , получила "второе дыхание" и стала , думаю не только для меня , очень интересной .
Отсканировал статью В.Морозова , РАДИО №11 - 72г. , но djvu .
Читается вроде бы лучше.
В файлах - стаья В.Морозова.

[Serg007]

Здравствуйте, Владимир Тимофеевич.
Очень рад Вас видеть и слышать. Посмотрите пожалуйста личку или теперь почту(спасибо, RK4FB, Алексей подсказал Ваш адрес)

...все читаю этот форум, голова идет кругом...

Еще бы, у меня вот тоже после первых удивительных результатов голова кругом второй месяц крышу сносит от попыток объять необъятное и очень не хватает Вашего мнения и здавого совета.

Поздравляю всех с новым успехом в технике гетеродинного приема! Всех, потому что вроде бы удалось улучшить параметры приемника, но окочательно это станет ясно после независимых измерений параметров приемника другими, кроме Сергея (коллегами, у кого есть уже ключевой смеситель).

Спасибо за поддержку. Я свои результаты неоднократно проверял и уверен в них. И надеюсь , что и другие коллеги смогут повторить, для того в общем то и даю полную информацию по схеме, ее особенностям применения и расчетам.

Приделывать к нему УРЧ совсем не обязательно, вполне достаточно, как справедливо указал Олег9, включить последовательно со входом ключевого четырехфазного смесителя резистор 300 Ом. Только чувствительность будет меньше, ровно на Кус УРЧ. Действительно, в эквивалентной схеме УРЧ есть генератор, последовательно с ним большое внутреннее сопротивление, и нагрузка на землю, те самые 300 Ом.

Немного не так, еще раз повторю, что это прежде всего УСИЛИТЕЛЬ( на 10-13дБ -это по желанию), выполняющий при этом две важных функии - согласование с ПДФ и обеспечение стабильного сопротивление источника сигнала для детектора Тейлоу.
Введение же просто резистора мы уже выполняли , например в ППП US5MSQ - это действительно улучшает ДД, но не позволяет при всем при том ,получить чутье 0,1мкВ на дешевых ОУ ( варианты с дорогими и малодоступными ОУ с 1нВ/кореньГц пока не рассматриваем ). Я уже не говорю о повышенных сосбвенных шумах преобразования при использовании недорого синтеза, или введении пассивных предФНЧ - и здесь примение такого УВЧ вне конкуренции .

Еще поздравляю всех, и особенно Сергея, с тем, что постепенно приходит понимание процессов, происходящих в смесителях. То, что открыл (для себя) Сергей, действительно было для него озарением и откровением. Ради таких моментов мы, собственно, и работаем.

Еще раз спасибо, но надеюсь , что "открыл" не только для себя .
До последненго времени такой УВЧ, его особенности примения и расчета нигде в литературе или ИНЕТе не ОПИСАН

Я это прекрасно понимаю, поскольку неоднократно подобное испытывал. В частности, в 1978 г., когда делал "приемник для космической связи" (Радио 12/1978, с.17-18). Тогда я крепко посидел с экспериментами, недели две, не разгибаясь. Отличный результат получился, когда увеличил входное сопротивление УНЧ, соответственно, сопротивление ФНЧ, а на входе смесителя поставил контур УРЧ, тоже с довольно большим сопротивлением, которое можно подобрать отводом катушки. Чувствительность резко возросла, у приемника как бы "открылись глаза" в эфир, и он стал принимать "Оскаров" с орбиты. Эффект тот же самый, как теперь получил Сергей.

Все правильно, именно так и есть. Но почему же Вы ни полсловом, ни намеком об этом не обмолвились? Так же как нет и малейшего намека о подобных вещах и вдругих книгах , в т.ч и Ваших?
Ведь это новый взгляд на работу смесительного детектора - как синхронного фильтра. И эта идея, это подход к анализу смесительно детектора давно витает в воздухе, но нет - до сих пор все источники упрямо талдычут о другом - вот и приходится нам "открывать" заново, как оказывается, давно известные специалистам эффекты и явления, вытаскивать их на свет божий для пользования всем радиолюбительский сообществом

А теперь глядите: если считать ВПД ключами (с "натяжкой"), то на выходе ключи замкнуты емкостью 0,033 мФ (вход ФНЧ), а на входе - контур с немалым сопротивлением (точно даже не знаю). На низких частотах (fc = 2fг) емкость успевает перезаряжаться, входное сопротивление смесителя высоко, контур слабо нагружен и УРЧ усиливает. При расстройке более 3 кГц входное сопротивление смесителя падает (ну, замкните мысленно его выход), и контур сильно зашунтирован. Именно этот эффект вы и открыли.

И это тоже правильно , именно трактовка работы смесительного детектора как синхронного фильтра помогает нам понять и, главное, найти новые пути улучшения его работы. В частности для ВПД введение этого резистора увеличило ДД2 не столько за счет диплексирования или оптимизации скважности, хотя и это присутствует в определенной мере, сколько за счет СУЖЕНИЯ полосы пропускания УВХ и УМЕНЬШЕНИЯ ДОЛИ напряжения помехи на диодах (в дальнй зоне образуется делительнь напряжения из резистора 300 ом и открытого сопротивления диодов).

Еще много интересных схемных решений дает анализ детектора под таким углом зрения, но опыт показывает, что отрывочная, вырванная из контекста информация для большинства радиолюбителей мало инфрмативна и неэффективна.
Поэтому плясать лучше от печки - рассмотрения основ работы синхронного детектора.

[Serg007]

В порядке обсуждения выкладываю первую часть (теоретические основы) чернового варианта статьи, посвященной анализу особенностей смесительного детектора как синхронного фильтра и некоторым аспектам его практического применения. Прошу больно не пинать ногами , т.к. я далеко не теоретик и потому бОльший акцет будет сделан на практические решения. надеюсь, что изложенное в ней поможет лучше понять обуждаемый предмет

[VP]

Но почему же Вы ни полсловом, ни намеком об этом не обмолвились? Так же как нет и малейшего намека о подобных вещах и в других книгах , в т.ч и Ваших? Ведь это новый взгляд на работу смесительного детектора - как синхронного фильтра.

Привет, Сергей! Как это не обмолвился? Я статью написал где-то в 1998. Ее долго держали в Радио, потом все-таки напечатали - "Эксперименты с синхронным детектированием" 2001, №5, с.20-22. Там правда, не смеситель ППП, а СД на одном ключе для АМ, но какая разница? Эффекты-то те-же. Есть там и полная схема синхронного фильтра с объяснением работы (рис.3), есть и АЧХ по входу СД (рис.5), точно такая, как вы получили со своим УРЧ (который тут, повторяю, ни при чем). У кого нет под рукой журнала поясню - это пологая АЧХ входного контура (в случае ППП десятки-сотни кГц шириной), а на ней острый пик шириной (в случае ППП) 6 кГц.

В АМ то у меня покруче было - полоса пологой части 10 кГц, а ширина пика - доли герца! Даже на СВ когда я вручную перестраивал контур, на пике звенело несколько секунд и я громко слышал биения с несущей станции! Другими словами, я выделял несущую простейшим синхронным фильтром на одном ключе с полосой доли герца, и без питания! Это увлекло меня больше, чем конструирование очередного ППП (хоть и пишу с дрожью - криминал на этом форуме).

Почему не писал раньше? А тогда и проблемы не было. Компоненты были плохими и я никогда не доводил диоды до ключевого режима, когда они начинали шипеть, как примусы. А если диоды слегка недовозбудить, это эквивалентно появлению последовательно с диодами некоторого активного сопротивления (R, которое я исключил при "разборке" в предыдущем посте). Гетеродин всегда регулировался на минимальную амплитуду, достаточную для смесителя, и хоть чуть возрастали потери, зато уменьшались наводки на вход, приемник становился экономичнее и т.д. И проблема динамики была не так остра (четверть века, однако). В этом режиме входное сопротивление смесителя мало зависит от его нагрузки (потери "туда + обратно" значительны).

Тут, кстати, другой подход к объяснению проблемы. Смеситель - четырехполюсник (хоть и с переносом частоты), и его входное сопротивление зависит от частотнозависимой нагрузки (конденсаторов на выходах ключей).

А люди, работающие с СВЧ, предложили бы и третий - через прямую и отраженную волны. На самых низких НЧ (300 Гц) конденсаторов на выходах ключей как бы и нет, и коэффициент отражения +1. Отраженная волна преобразовывается по частоте снова на РЧ (смеситель то обратим) и складывается с падающей волной в фазе - входное сопротивление смесителя растет. На высоких ЗЧ (6 кГц к примеру) выходы ключей замкнуты конд-рами и Котр = -1. отраженная волна в противофазе и Rвх падает.

Об эффектах "обратного действия" в преобразователях частоты радиоприемников (на лампах!) писали еще немцы в 50-х годах, а может и раньше. Просто у меня сохранился "Справочник по радиотехнике" Мейнке и Гундлаха (я по нему когда-то учился!), так в нем на с. 275 второго тома аж три картинки - 1) пологая кривая преселектора без обратного действия, 2) та же кривая с острым пиком вверх, 3) та же кривая с острым провалом вниз (NB!). А направление пика или провала зависит от того, в какой фазе ПЧ преобразовалась обратно в РЧ.

Итак, перефразируя классика, "смеситель также неисчерпаем, как атом". А уж раз вспомнилась ламповая техника, должна быть и польза. У ламп высокое внутреннее сопротивление, и для нагрузки (контур, смеситель, что угодно) они были генераторами тока. Так вот, чтобы полностью использовать "открытый" эффект частотной зависимости входного сопротивления, надо не 300 ом добавить, а входной сигнал на ключевой смеситель подать от генератора тока!

[sgk]

...Не хотелось бежать впереди паровоза ( сейчас как раз занимаюсь вышеупоянутой обзорной сстатьей разных смесителей), но раз пошла такая пьянка - несколько реально полученных результатов.
С включением подобного УВЧ на входе оcновной платы ТПП US5MSQ получено чутье 0,12мкВ (больше не пытался - этого вполне достаточно), полоса пропускания самого УВЧ примерно 7кГц(-3дБ) и примерно 10кГц (по уровню -6дБ). ДД2(АМ), измеренный по стандартной методе (отстройка помехи АМ на 50кГц) увеличился как минимум на 10-12дБ и стал не менее 120дБ (точнее измерить сложно из-за просто огромных боковых шумов Г4-102, поэтому цифры даю несколько заниженными, с запасом на несовершенство моей аппаратуры, хотя реально тональник появлялся примерно при уровне помехи 150-200мВ - т.е ДД2 примерно 130дБ )

Уважаемый Serg007
Вы пишите, что мешают огромные боковые шумы Г4-102. Вы можете повторить измерения от кварцевого генератора с гораздо меньшими шумами в качестве источника сигнала для оценки ДД смесителя и УВЧ, или без УВЧ. Интересно во сколько Вы оцените ДД смесителя применив в качестве источника сигнала кварцевый генератор, да и гетеродин то же можно кварцевый.
Сергей sgk.

[Serg007]

Так вот, чтобы полностью использовать "открытый" эффект частотной зависимости входного сопротивления, надо не 300 ом добавить, а входной сигнал на ключевой смеситель подать от генератора тока!

Все правильно, но на практике есть свои ограничения в выборе этого сопротивления -
1. оно участвует в формировании полосы пропусания и потому для полосы 2,5-3кГц не может быть сколь угодно большим.
2. Малые потери детектора будут при условии, что сопротивление нагрузки(УНЧ) будет как минимум на порядок больше выходного сопротивления детектора. Для примера, в ТПП US5MSQ при сопротивлении на входе ( оно же является нагрузкой УВЧ) 300 ом оно трансформируется на его вызоде в 4 раза, т.е =1200ом ,что существенно меньше Rвх.унч=24кОм = Но если мы поставим например 10кОм, которое трансформируется в 40 кОм - мы получим потери минимум на 10дБ. не говоря уже о полном выходном сопротивлении лампы или полевика.
3. Усиление УВЧ при 50 омном входе и каскада с ОЗ =Rнагр/50, и для современных смесителей нет осбой необходимости его разгонять более чем 10-20дБ. Да и с точки зрения устойчивости есть свои ограничения.
например, сейчас с установленным УВЧ общий Кус моего ТПП составляет примерно 640тыс ( при собственных шумах примерно 24мВ) и это при моем конструктиве (см.фото) предел. Попытки увеличить Кус до 5-6 раз ( а так хотелось попробовать )приводят к самовозбуду ТПП - судя по всему за счет акустичекой ПОС , по крайней мере небольшое снижение усиления по НЧ ( регулятором на выходе УНЧ) восстанавливало устойчивость.

Мне знакома эта Ваша статья - просто замечательная, как и все остальные Ваши работы, и открывает удивительные возможности СИНХРОННОГО приема , но к сожалению (так уж Вами расставлены акценты) о том описанные принципы работы могут быть расширены на все смесительные детекторы , можно увидеть ,что называется только между строк . И тем не менее могу экспериментально подтвердить, что указанное явление (всплеска коэф.передачи входного контура и соответственно увеличение напряжения на входе детектора) есть и может весьма успешно применяться в простых ППП (пример тому будет описан ниже).

[sgk]

….Итак, перефразируя классика, "смеситель также неисчерпаем, как атом"….

Уважаемый VP, здравствуйте.

В основе смесителей (во всяком случае, в контексте ППП) используемся коммутатор. В принципе не важно какое именно устройство диод, транзистор или микросхема выполняет функцию коммутации. И тем лучше, чем ближе к идеальному ключу (коммутатору) применяемое устройство.
Очень хорошие коммутационные характеристики имеет микросхема ADG774 (четыре ключа с переключением контакта). По данным изготовителя неуправляемый ток 0,1 нА искажения нормируют на 10 мА, то есть динамический диапазон по "способности" коммутировать ток 160 дБ.

Посмотрите по ссылке на спектрограмму.
http://forum.cqham.ru/download.php?id=16773

По моему можно оценить односигнальный ДД в 150 дБ. Смеситель на ј микросхемы ADG774.
То есть возможности микросхемы (коммутационные) можно реализовать (исчерпать) полностью, в данном конкретном случае имея более спектрально чистые сигналы источника сигнала и гетеродина. И именно неидеальность сигналов (гетеродины, ГССы и т. д.) не позволяют наблюдать максимальную динамику смесителей на современных микросхемах (ключи, коммутаторы).
Сергей sgk.

[VP]

В основе смесителей (во всяком случае, в контексте ППП) используемся коммутатор. В принципе не важно какое именно устройство: диод, транзистор или микросхема выполняет функцию коммутации. И тем лучше, чем ближе к идеальному ключу (коммутатору) применяемое устройство.

Сергей, охотно соглашаюсь с вами, добавив лишь небольшое пояснение для читающих форум: в понятие идеальности ключей должны, разумеется, входить и шумовые свойства. Попросту говоря, ключи не должны шуметь при коммутации сигнала. Спасибо вам за информацию, картинка очень красива. Я не перестаю удивляться, какие теперь стали делать совершенные компоненты!

To Serge007: Ну что вы, право... Не подумав, а возражаете. Нельзя от генератора тока питать - полосу зарежет и потери будут? По вашему пентод или каскод на транзисторах с выходным сопротивлением больше мегома, нагруженные на 1 кОм дают потери 60 дБ? На самом деле ток i = SUвх, а напряжение НЧ на выходе смесителя = iRвх. Кус смесителя с токовым питанием = SRвх, как у пентода. Здесь S-крутизна преобразования входного напряжения в ток, хоть транзистором, хоть резистором, а Rвх - входное сопротивление УНЧ. Частота среза на НЧ (или полполосы по ВЧ) определяются постоянной времени RвхС, отсюда и выбирайте и емкости, и Кус. Разделить на 4 канала не забудьте. Но это все опять не для вас, а для читателей! Им же тоже надо разобраться, о чем мы говорим.

Почта у меня что-то не работала, что надо, спросите тут. По диагонали глянул вашу статью - знаете, я бы не взялся ее редактировать! Слава Богу, уже не работаю в редакции - не заставят! Тридцать пять лет учил радиолюбителей: нету детектора в ППП!!! Только для приема АМ годится детектор, в том числе и синхронный. В ППП же есть смеситель, преобразователь частоты, перемножитель, как хотите назовите, но не детектор!!! Даже малограмотные американцы называют "mixer", исключая совсем неграмотных, которые называют детектором, патентуют через свою мощную фирму, да еще имя свое присваивают. Они не только наших работ не знают, а даже своих - обратите внимание на статью В.Морозова - по материалам иностранных журналов. 1972 г. Впрочем, я уж более двух лет назад писал вам об этом из редакции в форум: http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?p=29877&highlight=

Картинка, что вы дали в статье, к обсуждаемому варианту смесителя не подходит - там отдельные коммутатор и ФНЧ, который и выполняет свою прямую функцию.

Ладно, не обижайтесь на резкость, но отмеченное поправить надо бы...