Расчет и моделирование элементов супергетеродинного приемника
2.4 Смеситель
В смесителе происходит преобразование колебаний высокой частоты принимаемых сигналов в колебания более низкой (промежуточной) частоты, которая для любой частоты принимаемого сигнала остается неизменной. Преобразование частоты осуществляется с помощью нелинейных элементов (полупроводниковых диодов и транзисторов, электронных ламп) или элементов с изменяющимися параметрами (полевых транзисторов с двумя затворами, электронных ламп с двумя управляющими сетками).
План выполнения работы по этапу
- выбор схемы смесителя и его обоснование
- расчет параметров элементов контура L, C, R для схемы c учетом варианта задания
- определение АЧХ смесителя с применением функции AC Analysis
- определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep
- определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point
- расчет передаточных характеристик смесителя с применением функции Transfer Function
- измерение спектра сигналов на входе и выходе смесителя с применением анализатора спектра
- анализ спектра внутренних шумов с применением функции Noise Analysis
- анализ интермодуляционных искажений с применением функции Distortion Analysis
- анализ устойчивости смесителя с применением функции Pole-Zero
Выбор схемы смесителя и его обоснование
В данном варианте курсовой работы предлагается разработать смеситель для КВ диапазона (3,2 МГц - 7,5 МГц), обеспечивающие низкие уровни шумов и искажений. Промежуточная частота составляет 465 кГц. Поэтому для его реализации выберем смеситель на биполярном транзисторе (рисунок 2.4.1), так как эта схема наиболее проста и не требует использования трансформатора, что уменьшит габариты и вес схемы.
Рисунок 2.4.1 - Схема смесителя
Экспериментальный подбор элементов смесителя
LC контур должен быть настроен на разностную частоту 465 МГц. Я задам L=10 мкГн, тогда можно рассчитать значение конденсатора:
R выберу номиналом 10 Ом.
Определение АЧХ смесителя с применением функции AC Analysis
АЧХ смесителя представлена на рисунке 2.4.2.
Рисунок 2.4.2 - АЧХ смесителя
Определение оптимальной величины напряжения источника питания Е с применением функции Parameter Sweep
В этом пункте мне нужно будет определить оптимальную величину источника питания Е. Семейство характеристик представлено на рисунке 2.4.3.
Рисунок 2.4.3 - Изменение АЧХ смесителя при различных напряжениях питания
Проведено исследование влияния напряжения питания на АЧХ смесителя, выявлено что АЧХ оптимальна при Е=12 В, так как значительного изменения амплитуды в этом пределе не происходит.
Определение режимов элементов схемы по постоянному току с применением функции DC Operating Point
Режимы элементов схемы по постоянному току показаны в таблице 2.4.1.
Таблица 2.4.1 - результат анализа по постоянному току
Расчет передаточных характеристик смесителя с применением функции Transfer Function
Передаточные характеристики смесителя, определенные с помощью функции Transfer Function, показаны в таблице 2.4.2.
Таблица 2.4.2 - анализ передаточных характеристик
Измерение спектра сигналов на входе и выходе смесителя с применением анализатора спектра
Спектры сигналов на входе и выходе смесителя представлены на рисунках 2.4.4 и 2.4.5 соответственно.
Рисунок 2.4.4 - Спектр сигнала на входе смесителя
Рисунок 2.4.5 - Спектр сигнала на выходе смесителя
Анализируя рисунки можно сказать, что на вход подаются частоты 2735 кГц и 3,2 МГц, а на выход их резонансная частота 465кГц.
Анализ спектра внутренних шумов с применением функции Noise Analysis
Анализ спектра внутренних шумов представлен в таблице 2.4.3.
Таблица 2.4.3 - анализ внутренних шумов
Анализ интермодуляционных искажений с применением функции Distortion Analysis
Результат анализа интермодуляционных искажений показан на рисунке 2.4.6.
Рисунок 2.4.6 - Исследование смесителя с помощью функции Distortion Analysis.
Анализ устойчивости смесителя с применением функции Pole-Zero
Результаты анализа устойчивости смесителя с применением функции Pole-Zero представлены в виде таблицы 2.4.4.
Таблица 2.4.4 - анализ нулей и полюсов
Результаты анализа показывает, что схема обладает необходимой устойчивостью, так как все вещественные части полюсов имеют отрицательные значения, а комплексные корни попарно сопряжены.
Выводы по этапу:
Спроектирован смеситель, который переносит сигнал с частоты 3,2 МГц на промежуточную частоту 465 кГц. Смеситель обладает всеми необходимыми параметрами для стабильной работы: устойчивостью, стабильностью работы.