Транзисторные смесители. 
Основы радиоэлектроники

С целью увеличения мощности колебаний промежуточной частоты смесители выполняют на транзисторах. Поскольку у смесителя имеется два входа, то удобно использовать в качестве нелинейного элемента двухзатворный транзистор. На один из затворов подаются колебания сигнала, на другой — гетеродина (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Смеситель частот на двухзатворном транзисторе

Широко применяют балансные смесители на транзисторах — биполярных и полевых. На рис. 8.9 приведена типичная схема балансного смесителя на транзисторах. Напряжение сигнала поступает на входы транзисторов VT_X и VT₂ в противофазе. Напряжение гетеродина подводится к базе VT._y Таким образом, к обоим плечам балансной схемы на транзисторах VT_X и VT₂ подведены напряжения.

Коллекторные токи обоих транзисторов протекают через обмотку выходного трансформатора в противоположных направлениях. В результате, как и в диодной схеме, реализуются достоинства балансных схем — на выход не проходят колебания гетеродина, что уменьшает шум смесителя.

Рис. 8.9. Балансный смеситель на транзисторах.

Детектирование радиосигналов

Завершающим этапом преобразования сигналов является демодуляция, или детектирование. Детектор — это устройство, в котором из радиосигнала извлекается первичный сигнал, несущий информацию. Поскольку при детектировании происходит преобразование спектра, в состав детектора обязательно должен входить нелинейный элемент. В простейшем случае в качестве нелинейного элемента применяют диод, у которого используют нелинейность его вольтамперной характеристики.

В зависимости от вида модуляции, применявшейся для создания радиосигнала, различают детекторы амплитудные, частотные и фазовые.

Амплитудный детектор

Самый простой амплитудный детектор содержит диод и фильтр нижних частот (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Диодный амплитудный детектор

К детектору подводятся колебания промежуточной частоты или радиочастоты, модулированные по амплитуде, причем средняя амплитуда достаточно велика, так что диод работает в режиме большого сигнала. При этом вольт-амперная характеристика диода может быть аппроксимирована двумя отрезками прямых линий.

При воздействии на диод переменного напряжения в токе диода появляется постоянная составляющая /₀ вследствие эффекта выпрямления. Постоянный ток /₀ создает на сопротивлении R постоянное напряжение U₀ = I₀R, смещающее рабочую точку по постоянному току в сторону закрывания р-п перехода. Переменное напряжение выходной частоты на нагрузке детектора мало из-за малого сопротивления емкости С. Поэтому к диоду оказывается приложенным напряжение.

где U (t) — изменяющаяся во времени амплитуда входных колебаний.

Для анализа режима работы диода предположим сначала, что амплитуда высокочастотных колебаний постоянна (рис. 8.11).

При кусочно-линейной аппроксимации ВАХ диода, изображенной на рис. 8.11, ток имеет форму импульсов, являющихся отрезками косинусоиды. Пользуясь понятием.

Рис. 8.11. Аппроксимированная вольт-амперная характеристика диода и зависимости I (t) и u (t).

угла отсечки 9 таких импульсов, запишем выражение для постоянного тока

где S — крутизна ВАХ диода; у₀(9) — зависящий от угла отсечки нормированный коэффициент ряда Фурье периодической последовательности импульсов;

Допустим теперь, что амплитуда высокочастотных колебаний изменяется по гармоническому закону.

где Q = 2nF — циклическая частота модуляции; т — коэффициент амплитудной модуляции; U — среднее значение амплитуды. В этом случае средний ток.

Переменная составляющая среднего тока

имеет амплитуду.

Выходное напряжение где.

амплитуда напряжения.

Коэффициентом передачи детектора называют величину.

где mU — амплитуда низкочастотных колебаний на входе. С учетом (8.8) коэффициент передачи детектора.

Как известно, угол отсечки 0 определяется следующим выражением:

При принятой аппроксимации ВАХ U_0TC = 0, поэтому.

Подставляя сюда U₀ = y₀(Q)SRU, получаем или с учетом (8.9).

Из (8.11) следует, что для увеличения коэффициента передачи детектора угол отсечки следует уменьшать. Практически угол отсечки можно устанавливать, меняя сопро;

cos (0).

тивление R, это следует из (8.10). Обозначив Ф (0) = ——, запишем То (9).

Таким образом, с целью уменьшения угла отсечки 0 сопротивление R следует увеличивать. На рис. 8.12 изображены зависимость Ф (0) и графический способ определения 0.

Рис. 8.12. Графический способ определения угла отсечки.

Ограничением увеличения R является условие правильной передачи сигнала — огибающей амплитуды высокочастотных колебаний. Дело в том, что в течение длительности импульсов тока емкость С в схеме рис. 8.10 заряжается, а в промежутках между импульсами разряжается через сопротивление R. При большой постоянной времени цепи разряда т = R С напряжение на емкости не успевает отслеживать изменение огибающей амплитуды. Для неискаженного воспроизведения информации требуется выполнение условия.

где Т = 1 /F — период низкочастотных колебаний информационного сигнала.

Емкость С выбирается в несколько раз большей емкости диода С_л, с тем чтобы высокочастотное входное напряжение падало в основном на диоде, а не на нагрузке. Таким образом, для выбора элементов детектора R и С имеются следующие условия:

где R нужно по-возможности увеличивать.