Смеситель (демодулятор) на операционном усилителе.
Валерий Лифарь. RW3DKB. г. Юбилейный.
В последнее время много внимания уделяется смесителям ключевого типа, о достоинствах которых широко известно. Но практически все смесители выполнены по пассивной схеме. По умолчанию предполагается, что только такой вариант способен обеспечить предельно достижимый динамический диапазон (ДД). Основания для этого существуют. В качестве ключевого элемента используют широко распространенные быстродействующие мультиплексоры/демультиплексоры. Результаты получаются очень неплохие. Главный минус всех таких смесителей в том, что они имеют коэффициент передачи меньше единицы.
Однако микроэлектроника не стоит на месте, и современная элементная база позволяет выполнить ключевой смеситель с очень высоким ДД на широкополосном операционном усилителе (ОУ). Очень важным свойством ОУ является то, что они обладают высокой линейностью и способны без искажения передавать входные сигналы амплитудой лишь немногим меньше, чем напряжение питания, порядка 10 В при питании ±12 В или порядка 5 В при однополярном питании 12 В (наиболее широко распространенный вариант применения ОУ в радиолюбительской практике). В последнем случае линейный диапазон входных сигналов ОУ составляет примерно 134 дБмкВ. Сколько будет в первом случае, посчитать можете сами. При единичном усилении полоса частот таких ОУ простирается в область десятков МГц. Это дает надежду на то, что на базе такого ОУ вполне может быть выполнен высокодинамичный смеситель на частотный диапазон до 30 МГц.
Схемотехнику такого смесителя решено было проверить на модели. Схема модели смесителя приведена на рис.1.
Рис. 1. Модель смесителя на ОУ.
Какие особенности мы тут имеем? ОУ естественно идеальный. По цепи отрицательной обратной связи коэффициент усиления установлен равным 1. У идеального ОУ полоса пропускания безгранична. У реального ОУ она будет зависеть от типа ОУ и может составлять более 30 МГц. Генератор установлен на частоту 999 кГц и имеет сопротивление 50 Ом. Таким же установлено и входное сопротивление ОУ. На выходе ОУ установлен простейший ФНЧ из резистора 1 кОм и конденсатора 0,1 мкФ. Частота среза равна 1,598 кГц.
Теперь самое интересное. Электронный ключ установлен между входом + ОУ и землей. Внутреннее сопротивление ключа установлено 10 Ом, что примерно соответствует FST3125. Частота генератора установлена 1МГц. Таким образом, будет приниматься НБП.
На рис. 1 хорошо видно, что входное напряжение установлено 0,707 мкВ, т. е. амплитуда составляет 1 мкВ. На осциллографе выходной сигнал 1 кГц имеет амплитуду 13,32 мкВ. Таким образом, Ku=13,32 или 22,5 дБ. Величина Ku естественно зависит от сопротивления ключа. При сопротивлении 5 Ом усиление увеличивается в 2 раза и составляет Ku=26,64. При сопротивлении ключа 20 Ом Ku=6,66. Таким образом, данный вариант позволяет применять разные ключи с разным прямым сопротивлением. Более того, используя это свойство последовательно с ключом можно поставить переменное сопротивление, которое можно использовать как для установки требуемого Ku, так и для автоматической регулировки усиления смесителя. С такой задачей вполне справится канал полевого транзистора.
Итак, общая идея смесителя изложена. Осталось дело за малым. Нужно выбрать подходящий по параметрам ОУ, т. к. ключи могут быть любыми, может быть тот же полевой ВЧ транзистор. У кого какие мысли на это счет? А также нужен энтузиаст, имеющий желание попаять, проверив это всё в металле, и имеющий для измерений необходимые приборы. Таковые у нас здесь на сайте я знаю есть. Готов обсудить с ним все необходимые детали…
Есть желающие?
