Моделирование диодного смесителя

Схема для моделирования двойного балансного смесителя приведена на рис. 13.

Рис. 13. Схема для моделирования диодного смесителя

Проверка работы диодного смесителя с тестовым сигналом (гармонический сигнал на частоте 60 МГц и с амплитудой 5 мВ).

Сигнал на входе смесителя:

Смеситель на выходе смесителя (перемещенный на ПЧ (5 МГц), ):

Коэффициент передачи смесителя равен:

Спектр выходного колебания смесителя на ПЧ приведён на рис. 14.

Рис. 14. Спектр на выходе диодного смесителя на ПЧ

Рис. 15. Спектральные составляющие на выходе диодного смесителя

Спектральные составляющие на выходе диодного смесителя представлены на рис. 15.

В данной работе выбор был сделан в пользу смесителя по схеме Гильберта, т.к. основное достоинство схемы Гильберта - высокий уровень развязки (до -60...-80 дБ) между всеми входами смесителя, что определяется двойной балансной структурой схемы; кроме того, смеситель по схеме Гильберта является транзисторным, поэтому обладает возможностью не только преобразования, но и усиления сигналов.

Расчёт и моделирование упч

Рис. 16. Усилитель на МОП-транзисторе с общим истоком

Для усиления ЧМ-сигнала на ПЧ используем усилитель по схеме с общим истоком. Данная схема приведена на рис. 16.

Данные для расчёта: K_U = 20, f₀ = 5 МГц

Параметры транзистора: L = 0.4 мкм, W = 350 мкм, С_ox = 4.5∙10^-15 Ф/мкм².

Рис. 17. Выходные ВАХ МОП-транзистора

Для выбора рабочей точки построим выходные ВАХ транзистора (рис. 17).

Напряжение питание выберем равным 9 В. E = 9 В.

Ток стока: I_c = 40 мА.

Постоянное напряжение, подаваемое на затвор транзистора: U_з = 1.4 В

Расчёт передаточной характеристики транзистора (g_m):

Расчёт сопротивления резистора в цепи стока:

Расчёт резистора и конденсатора в цепи истока:

АЧХ и ФЧХ рассчитанного усилителя приведена на рис. 18. Коэффициент усиления на ПЧ (5 МГЦ) составил 19.488 дБ.

Рис. 18. АЧХ и ФЧХ УПЧ

Проверка работы УПЧ с тестовым сигналом (гармонический сигнал на частоте 5 МГц)

Сигнал на входе УПЧ ( ):

Смеситель на выходе УПЧ (усиленный ):

Коэффициент усиления УПЧ равен:

Расчётный коэффициент усиления:

Рис. 19. Спектральные составляющие на выходе УПЧ.

Спектральные составляющие на выходе УПЧ (рис. 19).

С пектр ЧМ-сигнала на ПЧ на выходе УПЧ (рис. 20).

Рис. 20. Спектр ЧМ-сигнала на выходе УПЧ

Полосовой фильтр

И спользован полосовой фильтр Баттерворта 8 порядка (рис. 21). Выбор данного типа фильтра был обусловлен наиболее плоской АЧХ.

Полоса пропускания: 4.7 МГц – 5.3 МГц.

Рис. 21. Схема полосового фильтра

А ЧХ и ФЧХ фильтра приведена на рис. 22.

Рис. 22. АЧХ и ФЧХ полосового фильтра

Рис. 23. Спектральные составляющие на выходе ПФ

С пектральные составляющие на выходе ПФ (рис. 23).

С пектр ЧМ-сигнала на ПЧ на выходе ПФ (рис. 24).

Рис. 24. ЧМ-сигнал на выходе ПЧ

Проверка работы ПФ с тестовым сигналом (гармонический сигнал на частоте 5 МГц)

Сигнал на входе УПЧ ( ):

Смеситель на выходе УПЧ ( ):

Коэффициент передачи ПФ равен: