Смеситель: новый взгляд или повторение пройденного?

[sev_n_v]

Любопытные результаты получаются - при согласовании по мощности оптимальная нагрузка у Николая - 100 Ом, а у Валерия при согласовании по сопротивлениям - 500 ом. При этом Николай выигрывает по мощности, но проигрывает по напряжению, а у Валерия наоборот...

SL315, добрый день.
Согласование по мощности означает согласование по сопротивлению нагрузки.
Если мы выигрываем по мощности, то мы выигрываем во всем, и по напряжению в том числе.
Если проигрываем по мощности, значит нагрузка не согласована.

Кстати, я проверял - максимум именно на 100 Ом, т.к. при 95 или 105 Омах мощность в нагрузке падает. Отсюда следует, что эквивалентное сопротивление ключа по 1-й гармонике равно 50 Ом, и равно входному сопротивлению источника сигнала.

Можно предположить и другое. Ключ, со своим сопротивлением в 1 Ом в замкнутом состоянии, не оказывает заметного влияния. Но за счет скважности (Q=2) эквивалентное сопротивление источника увеличивается в два раза.

Кто нибудь понял, почему так получилось?

Конечно, никто не понял, мы же с этим разбираемся уже 40 страниц.
Когда будет аналитическое выражение для Rн опт, тогда все будет понятно.

[6ap6oc]

Да, теперь картинки весьма похожи.
На глаз видно, что амплитуда разностной частоты в обоих случаях отличается не сильно (различие видимо обусловлено не совсем точной оценкой согласованного сопротивления нагрузки). Но учитывая, что при Q=2 сопротивление нагрузки 100 Ом, а при Q=100 - 5 кОм, можем сравнить мощности, отдаваемые в нагрузку. В первом приближении будем считать, что напряжения равны .
Р1=U^2/R1=U^2/100
P2=U^2/R2=U^2/5000
P1/P2=5000/100=50
Как видим, соотношение мощностей сигнала, отдаваемых в нагрузку равно соотношению скважностей и далеко не в пользу коротких импульсов.

В далеком 2007 году =) уже упоминалось о том, что на входе малошумящих НЧ ОУ с Rвх~ 2кОм важна скорее амплитуда, чем мощность сигнала. Не могли бы Вы в свою схему добавить модель какого - либо реального ОУ, очень интересен результат при разных Q, скорее при 2 и 10 , чем при 2 и 100. Отношение с/ш как изменится?

[6ap6oc]

Да, у ХАМов есть такой вид связи - сверхнизкочастотная. Там звуковая карта используется, у нее на входе смеситель вверх - чистый УВХ =)
У GSM аналогичные приемники есть, только АЦП гигагерцовые.

[sev_n_v]

То SL315

Кстати, я проверял - максимум именно на 100 Ом, т.к. при 95 или 105 Омах мощность в нагрузке падает. Отсюда следует, что эквивалентное сопротивление ключа по 1-й гармонике равно 50 Ом, и равно входному сопротивлению источника сигнала.

Можно предположить и другое. Ключ со своим сопротивлением в 1 Ом в замкнутом состоянии не оказывает заметного влияния. Но за счет скважности (Q=2) эквивалентное сопротивление источника увеличивается в два раза.

Кстати, Вы можете проверить моё предположение при Q=4 и Q=8 и таким образом внести посильную лепту в хождение вокруг данной проблемы.
Если при Q=4 оптимальное сопротивление нагрузки будет равно 200 Ом, то Ваше объяснение не пройдет.

[SL315]

Проверил, получилось 190 Ом, а не 200 Ом

[SL315]

Там дело всё значительно сложнее... я кое-что уже понял, но нет времени изложить детали...
Вы пробовали посмотреть какой ток течет по цепи? Я посмотрел, он не гармонический, а ИМПУЛЬСНЫЙ, т.е. на входе ключевого смеситея имеется куча гармоник в соответствии с разложением Фурье... Т.е. представляет из себя суперпозицию из мощностей гармоник, только одна из которых полезная - мощность первой гармоники, остальные все вредные. И ещё, на частоте 1-й гармоники емкость имеет заметное шунтирующее действие. 1 мкФ на частоте 500 Гц имеет 318 Ом сопротивления!!! Сравните с вашими 100 Омами нагрузки и поймёте что выходное сопротивление - это компромисс между частотой среза, т.е. фильтрацией, и шунтированием резистора нагрузки.

[6ap6oc]

Про оптимальный смеситель. Если рассматривать его оптимальность с классической точки зрения, когда "потребителем" является входной каскад очередного УПЧ со своим низким zвх, высоким Кш, и непонятно каким Ку, тут все ясно, альтернативы максимальной передачи мощности СИГНАЛА (а не вообще мощности) нет. Максимальная передача мощности сигнала при минимально возможной мощности внеполосных помех смесителем при входном и выходном синусоидальном сигнале будет при линейном перемножении входного сигнала на синусоидальный сигнал гетеродина. Другой оптимальности в этом случае нет и быть не может. Если в качестве сигнала гетеродина применяется прямоугольный сигнал, и смеситель ключевой, то оптимальным с точки зрения полезный сигнал/внеполосный шум будет сигнал гетеродина не со скважностью 2, а со скажностью близкой к 3, точнее не помню, можете найти в учебниках. Сейчас же мы говорим об современном ОУ в качестве нагрузки, с Кш >> 0, Zвх >> к бесконечности, для которого "мощность" сигнала важна много меньше чем для бывшей вотчины Чубайса =). Исходя из этого, я просил слегка изменить модель. Хотя наверно сам нарисую схемку в PSpice

[sev_n_v]

Там дело всё значительно сложнее...

В том то и проблема, это на первый взгляд (поверхностный) кажется все просто.

Вы пробовали посмотреть какой ток течет по цепи?

Это хорошо изложено в статье В.Т. Полякова см. вложение.

И ещё, на частоте 1-й гармоники емкость имеет заметное шунтирующее действие. 1 мкФ на частоте 500 Гц имеет 318 Ом сопротивления!!! Сравните с вашими 100 Омами нагрузки и поймёте что выходное сопротивление - это компромисс между частотой среза, т.е. фильтрацией, и шунтированием резистора нагрузки.

Кто бы спорил, я не буду. ФНЧ это отдельный разговор.
Посмоте тему "Некоторые вопросы применения ФНЧ в ППП"
http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=11840
Сегодня, завтра я добавлю туда еще один материал, который напрямую касается Ваших высказываний.

[Илья RW3FY]

Но на картинке-то - параллельно ?
Последовательно было бы слишком хорошо

Параллельно сопротивлению закрытого ключа. А для сопротивления открытого ключа --- последовательно (С1 на картинке
http://forum.cqham.ru/download.php?id=30739 ). Ёмкости параллельно входу и выходу (С2 и С3) для начала можно не ставить, т.к. их всегда при желании несложно ввести в выражение для комплексных сопротивлений источника сигнала и нагрузки.

А вот насчет последовательного соединения Спр и открытого сопротивления ключа, то это не пойдет. На низких частотах такая модель не будет работать.

Почему ж не будет? Что ей помешает работать на НЧ? (Гляньте ещё раз картинку http://forum.cqham.ru/download.php?id=30739 ). Не вижу совершенно никаких причин для этого. А вот на что стоит обратить внимание --- из-за того, что в предложенной мной модели ёмкость закрытого ключа включена последовательно с сопротивлением ключа открытого, эффект от её влияния невозможно без потерь скомпенсировать путём введения индуктивности. В жизни оно есть именно так --- влияние этой ёмкости без потерь скомпенсировать невозможно.

Насчёт эквивалентных моделей полевиков рекомендую хорошую книжку --- "Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах" (под ред. В.П.Дьяконова, "Радио и Связь" 1994). У меня она в бумажном виде, но натыкался в инете и на электронный её вид (к сожалению, не помню где). Там есть разные эквивалентные схемы --- и достаточно простые, и более сложные. Я выкинул из сложной модели то, что мне показалось второстепенным, оставив те элементы, которые на работу смесителя влияют и которые с достаточной степенью точности можно описать справочными параметрами.

Все это хорошо, но есть значительно более существенный, чем емкость ключа или его "разомкнутое" сопротивление, фактор. Его в этом обсуждении пока никто не учел.

Дело в том, что внутреннее сопротивление источника сигнала нельзя представлять одним резистором, если источник этого сигнала - антенна. Ее выходное сопротивление чисто активно только на собственной резонансной частоте. Для тока с частотой, близкой к нулю (т. е. для результата преобразования), сопротивление антенны в зависимости от ее типа и конструкции вообще может оказаться любым от 0 до бесконечности. Это конечно же существенно влияет на работу ключевого смесителя, особенно небалансного. Что будет на частотах выше основного резонанса, да еще при длинном фидере, вообще сказать трудно.

Подобные сложности возникнут и, например, при подключении любого источника сигнала к ключевому смесителю через разделительный конденсатор или ВЧ трансформатор. Все это нужно учитывать в расчетах.

Что мешает в расчётных формулах заменить R источника сигнала на комплексное сопротивление Z, которое может описываться абсолютно любой частотной зависимостью? IMHO ровным счётом ничего (одну букву заменили на другую ). Я, кстати, несколькими страницами раньше упоминал, что в общем случае и выходное сопротивление источника сигнала, и сопротивление нагрузки смесителя являются частотозависимыми (Например, в случае смесителя ППП --- на частоте входного сигнала сопротивление нагрузки смесителя равно нулю, а на частоте НЧ вход смесителя может являть собой КЗ. Похожая ситуация и в случае, рассматриваемом обычно в классической теории --- контур на входе смесителя, настроенный на частоту fвх, являет собой КЗ для частоты ПЧ, а контур на выходе смесителя, настроенный на частоту ПЧ, являет собой КЗ для частоты fвх.). Но эти тонкости важны далеко не во всех случаях, а только там, где они реально влияют на результат.

Для полноты картины при анализе на высоких частотах можно еще и последовательные индуктивности воткнуть порядка 0,2-0,4 наноГенри или что-то в этом роде. Естественно, что эта величина уже для конкретных микросхем будет разная и будет также зависить от исполнения корпуса - у ДИПов - больше, у планаров - меньше...

Это совершенно лишнее. Во всём нужно соблюдать чувство меры и здравого смысла . Эти индуктивности слишком малы, чтобы хоть на что-то влиять на частотах КВ диапазона.

Вы в постановке задачи исходите из максимального учета влияния всех составляющих проблемы согласования, в то время, когда мы не можем определить выходное сопротивление даже идеального ключа. Перейдя на модель с Спр, мы перешагиваем через модель идеального ключа, так и не разобравшись с ней. Я же хотел пойти эволюционным путем, т.е. от простого к сложному. Но, учитывая то, что последняя предложенная модель в принципе не сильно отличается от идеальной, с этим можно согласиться.

Нет, Николай. Я исхожу из того, что идеализированные модели уводят нас в сторону. Чему равен квадратный корень из произведения 5 Ом на бесконечность? Как искать этот предел, не зная выражения для сопротивления разомкнутого ключа? Поэтому поиск строгих решений для ситуации с идеализированной моделью лишён смысла, а результат поиска упрощённых решений существенно отличается от строгого результата (т.к. строится на существенном ряде допущений-упрощений). Но результат поиска упрощённых решений не учитывает частотных зависимостей, а потому плохо работает на ВЧ. Однако, все эти поиски оптимального согласования нужны именно для ВЧ, для НЧ вопрос минимума потерь совершенно не актуален (особенно когда речь о разнице всего в какой-то 1 дБ!).

Сейчас же мы говорим об современном ОУ в качестве нагрузки, с Кш >> 0, Zвх >> к бесконечности, для которого "мощность" сигнала важна много меньше чем для бывшей вотчины Чубайса =). Исходя из этого, я просил слегка изменить модель. Хотя наверно сам нарисую схемку в PSpice

Вопрос мощности для смесителя ППП, нагруженного на затвор полевика, важно в том аспекте, что чем больше мощности мы сможем из источника сигнала "вытянуть", тем большее напряжение на затворе полевика мы сможем развить. Т.е. с одной стороны, мы должны обеспечить такую нагрузку для источника сигнала, при котором мы из этого источника вытаскиваем по максимуму. А с другой стороны, должны обеспечить должную трансформацию напряжений.

[Tadas]

А для сопротивления открытого ключа --- последовательно (С1 на картинке
http://forum.cqham.ru/download.php?id=30739 ).

По моему точнее было бы переместить левую обкладку С1 к зажиму "IN".
Ведь С1 это проходная емкость ключа. А так при замкнутом ключе эта емкость как бы изчезает насовсем Ее замыкает накоротко идеальный ключ. Какой уж там "последовательно " ?