طراحی میکسرها و کاربرد آن

طراحی میکسرها و کاربرد آن

 

این فایل WORD و آماده پرینت میباشد

 

فهرست

عنوان صفحه

مقدمه 1

ویژگی اساسی میکسرها 3

الماسهای اساسی 5

تکنیک های میکسر کردن 8

طراحی میکسر single- ended 13

میکسرهای Double- balanced 25

ترانس کنداکتانس در میکسرهای FET 25

میکسرهای ترانزیستور دو قطبی 28

حالت کلی میکسرها 30

مدارهای مخلوط کننده عملی 31

مدارهای مبدل نیمه هادی 37

نتیجه گیری 39

مقدمه:

در طراحی گیرنده معمولاً از مدار آشکارساز استفاده می کنیم بیشتر مدارهای آشکارساز در حضور نویز یا سیگنالهای تداخلی به خوبی عمل نمی کنند و بسیاری از آنها در صورت کمتر بودن دامنة سیگنال ورودی از چند ولت اصلا کار نمی کنند در صورتی که سیگنال مطلوب در ورودی گیرنده ممکن است شدت میدانی در حدود میکرولت/متر داشته باشد در صورتیکه rmsنویز و شدت سیگنال تداخلی آنتن در حد ولت/متر است واضح است که هم بهره و هم قدرت انتخاب در جلوی آشکارساز موردنیاز است

در قسمت گیرنده چون خیلی ضعیف است و دارای نویز نیز می‎باشد و مدوله شده هم است بنابراین یک تقویت کننده قرار می‎دهیم که هم سیگنال دریافتی را تقویت کند و هم نویز را از بین ببرد چون دامنه سیگنال ورودی در حدود میکروولت است و ما دامنه ای در حدود ولت داریم بنابراین بهرة تقویت کننده باید حدود 106 باشد بعد از تقویت کننده باید یک فیلتر قرار دهیم تا سیگنال نامطلوب را از بین ببریم

ساختن مداری به این صورت دو مشکل دارد:

1- ساختن فیلتری که بر روی فرکانسهای و …باشد و دارای گین موردنظر باشد مشکل است یعنی این فیلتر نمی تواند روی باندی وسیع از فرکانسها قرار بگیرد

2-اگر مدار گین بالا داشته باشد و دارای باند باریک نیز باشد به صورت زیر

اگر ترانزیستور بتواند با یک حلقه درست کند این مدار شروع به نوسان می‌کند و در ورودی و قبل از تقویت کننده یک موج سینوسی مستقل از فرکانس داریم که اصلا فرکانس در آن دخالت ندارد

فرض کنید آشکارساز یک مدار RCباشد

شکل (1)

یک رابطه باید بین RCو فرکانسها برقرار باشد تا این مدار آشکارساز پوش باشد یعنی آشکارسازی این مدار بر فرکانس vIو فرکانس carrierبستگی دارد طراحی آشکارساز بستگی به فرکانس carrierدارد و طراحی آن بر روی باند وسیعی از فرکانس محال است

ایده: خواسته شد که فیلتر و تقویت کننده بر روی یک فرکانس یکسان ساخته شوند

بنابراین متوجه می شویم که مشکلات مهمی که در تقویت کننده فرکانس حامل یا RFبرگیرنده فرکانس ثابت وجود دارند عبارتند از:

1-کنترل نویز خروجی چنانچه به حد کافی از سطح سیگنال ورودی کمتر باشد

2-کنترل غیرخطی عنصر فعال برای جلوگیری از اعوجاج سیگنال و برهم کنش با سیگنال ناخواسته

3-برای جلوگیری از نوسان تقویت کننده باند باریک بهره- بالای طبقه آخر

علاوه بر مشکلات فوق باید بتوانیم روی باند وسیعی از فرکانس طراحی کنیم

در ابتدا تصمیم گرفته شد که آشکارساز و کل بهره و قابلیت انتخاب همگی براساس فرکانس- ثابت باشند و همه سیگنالهای مدوله شده ورودی را به یک فرکانس میانی یا IFکه ثابت است انتقال دهیم که برای این کار یک گیرنده سوپرهترودین پیشنهاد شد این گیرنده شامل Mixerاست

ویژگیهای اساسی میکسرها:

میکسرها عموماً برای مالتی پلکس کردن سیگنالهایی با فرکانسهای مختلف در انتقال فرکانسی به کار می رود

با توجه به اینکه سیگنالهای RFورودی در فاصلة بسیار نزدیک و متراکم قرار دارند برای فیلتر کردن سیگنال مطلوب به یک فیلتر با Qبسیار بالا نیاز داریم اما اگر فرکانس سیگنال RFبتواند کاهش یابد یا در میان سیستمهای مخابراتی down convertشده خیلی بیشتر قابل کنترل خواهد بود

یکی از بهترین سیستمهای شناخته شده down convertگیرندة سوپر هیترودین است که در شکل (2) نمای کلی آن آمده است

شکل (2) گیرندة سوپرهیترودین شامل میکسر

بعد از دریافت سیگنال RFبه وسیله آنتن و تقویت در تقویت کننده (LNA) low- noiseیک میکسر که وظیفه آن ضرب سیگنال ورودی که بر روی فرکانس fRFمتمرکز شده با یک سیگنال از اسیلاتور محلی با فرکانس مرکزی fLOمی‎باشد سیگنالی که بعد از میکسر حاصل می‎شود شامل فرکانسهای می‎باشد و بعد از عبور از یک فیلتر پائین گذر سیگنالی با فرکانس پائین تر یعنی به دست می‎آید که این سیگنال را با عنوان فرکانس میانی (IF)نشان می دهند که این سیگنال برای پروسه های دیگری مورد استفاده قرار می‎گیرد

دو عضو اساسی در میکسرها عبارتند از ترکیب کننده و آشکارساز ترکیب کننده می‎تواند از یک تزویجگر جهت دار (directional coupler)با زاویه 90 درجه (یا 180 درجه) استفاده کند

آشکارسازهای قدیمی یک دیود تنها را به عنوان عنصر غیرخطی به کار می بردند اما دیودهای دوبل غیرموازی و ترکیبات دیودی تعادلی دوبل بیشتر استفاده می‎شود

علاوه بر دیودها، میکسرهای MOSFET , BJTبا عدد نویز پائین و گین تبدیل بالا در باند Xطراحی شده اند

اما مشکلاتی که گیرندة سوپر هیترودین اضافه می‌کند عبارتند از:

- میکسر و نوسان کننده محلی را باید طراحی نمود و نوسان کننده محلی باید مدارهای غیرخطی جلوی میکسر را تعقیب کند

- چون غالباً میکسرها نویز بیشتری نسبت به تقویت کننده ها تولید می‌کنند و چون با توجه به طبیعتشان دارای خواص غیرخطی هستند حتما نیاز به تقویت کننده RFدر جلوی میکسر داریم

المانهای اساسی

قبل از وارد شدن به طراحی مدار میکسر، قابلیت یک میکسر را با در نظر گرفتن اینکه میکسر دو فرکانس در ورودی را گرفته و یک فرکانس که از حاصل ضرب دو سیگنال ورودی به وجود می‎آید مختصراً مرور کنیم

به روشنی مشخص است که یک سیستم خطی نمی تواند تمام وظایف را برآورده کند و ما نیاز به انتخاب یک وسیله غیرخطی مثل دیود، FETیا BJTداریم که بتوانند حاصل ضرب هارمونیکها را تولید کند

شکل (3) ترتیب قرار گرفتن سیستم یک میکسر متصل به سیگنال RFرا شرح می‎دهد VRF(t)و سیگنال اسیلاتور محلی VLO(t)که به عنوان سیگنال PWMPشناخته می‎شود نشان داده شده است

دانلود طراحی میکسرها و کاربرد آن