Активный смеситель на 4ке полевых транзисторов
Posted: 07 Mar 2016, 17:36
В TS-590S применяется активный смеситель на четверке FET. Измеренные в [1] параметры достаточны высокие - при выключенном УВЧ MDS=-129dBm, IP3=31.5dBm, IMDR3=107dB (BW=500Hz). Это побудило меня заняться анализом этого смесителя. Для начала схема:
В трансивере используется два первых смесителя, т.к. TS-590 прием частот до 21MHz ведется с однокартным преобразование частоты (ПЧ 11MHz, гетеродин "сверху"), а частоты выше 21MHz принимаются с преобразованием вверх (ПЧ 73MHz). На схеме верхний смеситель MIXER1 работает на НЧ диапазонах, а нижний MIXER2 - на ВЧ-бендах.
Смесители по сути представляют из себя хорошо известную ячейку Гильберта без "нижних" транзисторов. Важной особенностью применения активного смесителя является его толерантность к нагрузке, что позволяет нагружать его непосредственно на узкополосный кварцевый фильтр без сложных диплексеров и каскадов согласования.
Оба смесителя "накачиваются" в затворы синусоидальным напряжением гетеродина уровнем +18dBm что на сопротивлении 70R соответствует примерно 3Vpeak. Резисторы с номиналом 10R в цепи затворов являются антипаразитными. Достаточно низкие сопротивления в цепи гетеродина R267/R327 равные 270R необходимы для нивелирования емкости затвора примененных полевых транзисторов 2SK1740 которая составляет 11pF (для сравнения у J310 эта емкость почти в 3 раза ниже и равна 4pF).
Несмотря на схожую схемотехнику эти смесители отличаются друг от друга. Для начала обратим внимание на напряжение Ugs. Видно что оно больше напряжения отсечки. Такое может быть только если неапряжение измеряли при поданном в затворы сигнале гетеродина, а сами транзисторы работают с отсечкой (т.е. в классе AB/B). Моделирование смесителя позволило восстановить токи покоя транзисторов в отсутствии сигнала гетеродина. Они составили 8mA и 2mA соответственно для НЧ и ВЧ смесителя.
Так же обратим внимание что на затворы НЧ-смесителя подано положительное смещение порядка 2,6v. В сервис-мануале сказано что это сделано для устранения дисторсии сигнала. По сути подавая смещение мы перевели работу транзистора в режим AB. НЧ-смеситель имеет коэффициен передачи +1dB. ВЧ-смеситель имеет коэффициен передачи +4dB.
Естественно, что разные режимы работы смесителей приводит к разным результатам. Согласно измерениям [1] при полосе 500Hz получены такие результаты:
НЧ-смеситель 14MHz: MDS=-129dBm, IP3=31.5dBm, IMDR3=107dB
ВЧ-смеситель 28MHz: MDS=-134dBm, IP3=17.5dBm, IMDR3=101dB
Т.е. по сути на ВЧ-бендах мы размениваем динамику на усиление.
Хочется обратить внимание на драйвер гетеродина, используемый в TS-590S
Его коэфф.усиления порядка 20dB при работе на нагрузку 70R (=270R/4), входное сопротивление 50R. Для обеспечения высокой линейности используется два транзистора 2SC5551, каждый из которых работает при Ik=30mA.
Аналогичный по схемотехнике смеситель применяется так же в другом высококачественном трансивере - TenTec Orion II [3].
Литература
1. TS-590S measurements – ALC Overshoot, PAR, MDS and IP3
2. TS-590S RadCom Review
3. TenTec Orion II
В трансивере используется два первых смесителя, т.к. TS-590 прием частот до 21MHz ведется с однокартным преобразование частоты (ПЧ 11MHz, гетеродин "сверху"), а частоты выше 21MHz принимаются с преобразованием вверх (ПЧ 73MHz). На схеме верхний смеситель MIXER1 работает на НЧ диапазонах, а нижний MIXER2 - на ВЧ-бендах.
Смесители по сути представляют из себя хорошо известную ячейку Гильберта без "нижних" транзисторов. Важной особенностью применения активного смесителя является его толерантность к нагрузке, что позволяет нагружать его непосредственно на узкополосный кварцевый фильтр без сложных диплексеров и каскадов согласования.
Оба смесителя "накачиваются" в затворы синусоидальным напряжением гетеродина уровнем +18dBm что на сопротивлении 70R соответствует примерно 3Vpeak. Резисторы с номиналом 10R в цепи затворов являются антипаразитными. Достаточно низкие сопротивления в цепи гетеродина R267/R327 равные 270R необходимы для нивелирования емкости затвора примененных полевых транзисторов 2SK1740 которая составляет 11pF (для сравнения у J310 эта емкость почти в 3 раза ниже и равна 4pF).
Несмотря на схожую схемотехнику эти смесители отличаются друг от друга. Для начала обратим внимание на напряжение Ugs. Видно что оно больше напряжения отсечки. Такое может быть только если неапряжение измеряли при поданном в затворы сигнале гетеродина, а сами транзисторы работают с отсечкой (т.е. в классе AB/B). Моделирование смесителя позволило восстановить токи покоя транзисторов в отсутствии сигнала гетеродина. Они составили 8mA и 2mA соответственно для НЧ и ВЧ смесителя.
Так же обратим внимание что на затворы НЧ-смесителя подано положительное смещение порядка 2,6v. В сервис-мануале сказано что это сделано для устранения дисторсии сигнала. По сути подавая смещение мы перевели работу транзистора в режим AB. НЧ-смеситель имеет коэффициен передачи +1dB. ВЧ-смеситель имеет коэффициен передачи +4dB.
Естественно, что разные режимы работы смесителей приводит к разным результатам. Согласно измерениям [1] при полосе 500Hz получены такие результаты:
НЧ-смеситель 14MHz: MDS=-129dBm, IP3=31.5dBm, IMDR3=107dB
ВЧ-смеситель 28MHz: MDS=-134dBm, IP3=17.5dBm, IMDR3=101dB
Т.е. по сути на ВЧ-бендах мы размениваем динамику на усиление.
Хочется обратить внимание на драйвер гетеродина, используемый в TS-590S
Его коэфф.усиления порядка 20dB при работе на нагрузку 70R (=270R/4), входное сопротивление 50R. Для обеспечения высокой линейности используется два транзистора 2SC5551, каждый из которых работает при Ik=30mA.
Аналогичный по схемотехнике смеситель применяется так же в другом высококачественном трансивере - TenTec Orion II [3].
Литература
1. TS-590S measurements – ALC Overshoot, PAR, MDS and IP3
2. TS-590S RadCom Review
3. TenTec Orion II