7.6Смесители на транзисторах

Особенности построения смесителей на транзисторах. Кроме смесителей на диодах, в устройствах преобразования для приема телевизионного вещания со спутников широко применяются смесители на арсенид-галлиевых полевых транзисторах. Смесители на полевых транзисторах относятся к активным преобразователям и называются смесителями с нелинейной характеристикой преобразования. Вольт-амперную характеристику транзистора, как нелинейного элемента, образованного встречно-параллельным включением двух диодов, которые в данном случае представляют схему замещения транзистора, приближенно можно описать уравнением кубической параболы:

i=S.u+V.U ...,

где S и V — постоянные коэффициенты.

Подставляя в него выражения для входного сигнала и сигнала гетеродина, воздействующих на нелинейный элемент,

u = Ас, cos ωс t+ Аrcos ωгt ,

получают ток на выходе в цепи нагрузки:

i =3\4VAcAr(cos ωс t+ cos ωгt ,)

Все остальные слагаемые — высокочастотные составляющие-

замыкаются конденсаторам на "общий" провод. Главным достоинством смесителей на транзисторах является то, что в нагрузке протекают лишь токи продуктов преобразования и отсутствует постоянная составляющая, т.е. постоянный ток, так как смеситель не детектирует ни входной сигнал, ни напряжение гетеродина, и для нормальной работы смесителя не требуется замыкать цепь его нагрузки по постоянному току. Поскольку сигналы в таком смесителе не детектируются, то ослабляются и сигналы-помехи от работающих поблизости передатчиков.

Двузатворные полевые транзисторы. Современные смесители в основном реализуются на двузатворных транзисторах с диодами Шотки. Использование в схемах смесителей полевого транзистора с двумя затворами Шотки позволяет полностью разделить цепи входного сигнала и цепи гетеродина, так как сигналы подаются на разные затворы транзистора.

Принцип работы смесителя на основе двузатворного транзистора заключается в следующем. На первый затвор транзистора подается входной сигнал, а напряжение местного гетеродина подается на второй затвор. Крутизна первого затвора зависит от напряжения на втором затворе и изменяется в соответствии с мгновенными изменениями напряжения на втором, что приводит к процессу смешивания сигналов. На выходе, в цепи стока будут возникать сигналы комбинационных частот. ФНЧ, включенный на выходе, выделяет из них сигналы ПЧ, а сигналы частот лежащие выше частоты "среза"— 1750 (2250) МГц, замыкаются на "общий" провод.

Характеристики смесителя — коэффициент преобразования (Кпр) и коэффициент шума (Кш), существенно улучшаются при согласовании сигнальных и гетеродинных входов транзистора. Улучшению параметров способствует также выбор оптимальной мощности гетеродина — около 10 мВт, после чего улучшения не наблюдаются.

Совмещенный усилитель — смеситель-гетеродин. Функциональные возможности полевого транзистора с двумя затворами Шотки позволяют создать совмещенный смеситель-гетеродин,

в котором гетеродин, смеситель и усилитель реализуются на одном транзисторе (рис. 7.6).

Представляя транзистор с двумя затворами в виде каскодного соединения двух обычных полевых транзисторов, можно увидеть следующее. Входной сигнал подается на первый затвор полевого транзистора, который включен для него по схеме с общим истоком, усиливается им и поступает на второй затвор этого же транзистора. Второй затвор соединен с "общим" проводом и, таким образом, транзистор по этому затвору представляет схему с общим затвором

и находится в режиме генерации, что изменяет крутизну всего транзистора в целом и приводит к появлению на выходе (стоке) множества сигналов комбинационных частот.

Необходимо отметить, что при подключении к "общему" проводу стока транзистора область неустойчивости по второму затвору охватывает всю диаграмму Смитта, в то время как для первого затвора область неустойчивости распределена по ее краям.

Это, с одной стороны, дает возможность проводить настройку на максимум коэффициента усиления по первому затвору без изменения условий генерации, с другой стороны — осуществить режим генерации по второму затвору.

У совмещенного смесителя-гетеродина на основе полевого транзистора с двумя затворами Шотки коэффициент шума на 4,2 дБ меньше, чем у обычного смесителя, выполненного на однозатворном транзисторе, а коэффициент преобразования на 1,5 дБ больше. Кроме того, он обеспечивает лучшую развязку между входом и: выходом, чем смеситель на однозатворном транзисторе.

Использование совмещенного смесителя-гетеродина дает возможность сократить количество активных элементов в преобразовательном блоке. Главное преимущество смесителя с двузатворным транзистором — это его простота при высоких электрических параметрах. В нем не требуется ответвителей, гибридных соединений, нужны лишь простейшие согласующие цепи, что особенно важно для построения смесителя на монолитных интегральных схемах, где согласующие цепи должны быть компактными.