Всякая всячина

Стартовая страница блога - < тут > …

Продолжение(содержание) Блога - << ТуТ >>

40. Смесители. На основе детектора Д.Тэейлоу(Dan Tayloe, N7VE) ...

Поговорим о «Детекторе Тейлоу» или, что за зверь такой и с чем его едят…?

Про детектор Тейлоу (D.Tayloe, N7VE) прекрасно написано в авторских статьях в Инете и пересказывать их содержание нет никакого смысла. Давайте рассмотрим, обсудим и поймём схемы, и диаграммы расположенные на рисунках ниже.

Собственно, приемный тракт с «детектором Тейлоу» показан на Pic.1 Его образуют 4-ре ключа D1-D4, которые могут быть реализованы на любых радио-компонентах от диодов и транзисторов до цифровых аналоговых ключей и мультиплексоров. Все ключи со стороны гетеродина питаются импульсами управления сдвинутыми на 1/4 периода входной частоты сигнала или на 90 градусов. Это импульсы(розовые) показанные на диаграмме Pic.2. Сигналы с выходов ключей D1-D4 поступают для пред-усиления на входы 2-х ОУ соответственно – сигналы с фазами 0/180 поступают на входы ОУ DA1, а сигналы с фазами 90/270, поступают на входы ОУ DA2 на рисунке Pic.1. После предварительного усиления, сигналы НЧ поступают на НЧ фазо-вращатель, который обозначен как “PSN”(Phase Shift Network). НЧФВ также может быть выполнен по разной топологии.

Существуют две основные топологии – схема «полифайзера»( на Pic.1 это PSN) и по так называемой 2-хфазной схеме, которая выполняется на ОУ и содержит столько ОУ, каков порядок фазо-вращателя. И те, и другие НЧ фазо-вращатели имеют как плюсы так и минусы, и также подробно рассматриваются в Инете на различных сайтах и в различных статьях. Будем считать, что у нас используется НЧФВ топологии «полифайзер» - это непринципиально для наших рассуждений. На выходе НЧФВ как правило стоит сумматор “S” в котором и происходит компенсация(подавление) ненужной боковой полосы НЧ частот. Далее НЧ сигнал, уже одной боковой полосы фильтруется ФНЧ фильтрами и усиливается до нужного уровня оконечными усилителями НЧ, и подается на динамик или наушники.

Собственно, так и работает «детектор Тейлоу» в составе SSB приемника прямого преобразования(SSB DCR). Чтобы обеспечить правильную работу «детектора Тейлоу» мы должны получить импульсы управления 4-мя ключами D1-D4 показанными на Pic.1. Такие импульсы также можно получить различными путями, но мы рассмотрим более-менее простой вариант получения таких импульсов. На Pic.3 показан квадратурный синхронный делитель-формирователь.

Если ему на вход подать сигнал гетеродина равный удвоенной частоте входного сигнала(2*Fin), соответственно с фазами 0 и 180 на входы «С» D-триггеров, то на ножках 5 и 9 триггеров, к примеру, входящих в состав ИМС 74HC74(74AC74) и им подобным, то мы получим на прямых выходах D-триггеров ВЧ сигналы сдвинутые относительно друг друга на 90 градусов., т.е. в квадратуре. Но использовать такие сигналы для управление ключами в «детекторе Тейлоу» невозможно.

На рисунке Pic.2 это сигналы обозначенные цифрами 5-6-8-9 выводов ИМС 74НС74 показанной на рисунке Pic.3. Чтобы получить импульсы для «детектора Тейлоу», как показано на рисунке Pic.2 розовым цветом, нужно импульсы с выходов триггеров 74НС74 логически «сложить»(или выделить) соответствующим образом. Для этого моменты лог. «сложения»(выделения) таких импульсов показаны на рисунке Pic.2 двойными цифрами «11», «22», «33» и «44». Чтобы получить такие импульсы в «положительной» полярности(«лог.1») их нужно логически «сложить» (выделить) с помощью цифрового элемента «ИЛИ-НЕ» показанного на Pic.4. Для этого потребуется 4-ре таких элемента. Т.е. для получения импульса с фазой «0» нам нужно выводы триггеров 6 и 9(пара цифр «11») подать на такой элемент на Pic.4 «ИЛИ-НЕ». Чтобы получить импульсы для «детектора Тейлоу» с фазой 90 градусов, нужно «сложить» выводы триггеров 6 и 8(пара цифр «22») и так далее, и аналогично для импульсов 180 и 270 градусов.

Это всё отлично показано на Pic.2. и как говорится, здесь уже лишние комментарии излишни, всё предельно просто. При практическом создании такого формирователя импульсов для «детектора Тейлоу» необходимо проявить просто внимательность, так как если что-то ошибочно соединить, то детектор будет работать неверно и компенсации ненужной НЧ боковой полосы(ВБП/НБП) не произойдет, чтобы вы не делали и что бы вы не регулировали ещё. Даже танцы с бубном вам не помогут ! Нужны предельная внимательность и аккуратность при проектировании такой схемы формирователя. Желательно заранее на бумажке вычертить набросок такой схемы с простановкой номеров выводов ИМС 74НС74 и 74НС02 или им подобным и уж потом браться за паяльник, если это будет выполняться на макетной плате или браться за проектирование будущей печатной платы формирователя импульсов для «детектора Тейлоу».

Для выделения импульсов 1/4 длительности периода положительной полярности(лог.1) мы использовали ИМС 74НС02 «ИЛИ-НЕ». Но, например, для ключей ИМС FST3125 нужны импульсы управления отрицательной полярности, т.е. «лог.0». Для этого нужно использовать другой способ выделения импульсов, согласно диаграмм, на Pic.2 – пары цифр «11», «22», «33», «44». Т.е. выделять нужно будет не те позиции, что мы выделяли(пары цифр), а уже согласно логике работы с другими ключами, управляемыми другой «полярностью» импульсов. Это сделать несложно, зная азы Булевой алгебры и внимательно ознакомившись с диаграммами Pic.2 !!!

Также необходимо добавить, что «детектор Тейлоу» ещё является неплохим фильтром низких частот с топологией «на переключаемых конденсаторах». Действительно, если на выходах ключей «детектора Тейлоу» сразу поставить конденсаторы, то совместно с сопротивлением ключей они будут образовывать Г-образные НЧ цепочки, которые «по кольцу» будут переключаться сигналами с формирователя импульсов рассмотренного выше с фазами 0-90-180-270.

И ещё важное замечание. Мы рассмотрели, как говорится, «детектор Тейлоу» выполненный «на рассыпухе», т.е. на 4-х различных ключиках(диоды, транзисторы, ключи ИМС). Но существуют ИМС мультиплексоров, к примеру 74НС4051 или 74НС4052, или FST3253 или им подобные, где «алгоритм» детектора Тейлоу уже заложен как-бы у них внутри. И чтобы «заставить» их работать в «детекторе Тейлоу» нам необходимо просто получить сигналы с ГПД сдвинутые по фазе на 90 градусов, это на рисунке Pic.2 сигналы с номерами 5 и 9(ножки триггеров ИМС 74НС74). Эти сигналы нужно просто подать на адресные выводы микросхем 74НС4051 или FST3253б, или 74НС4052. Формировать «короткие» 1/4 периода импульсы из сигнала ГПД не нужно.

Внутренняя структура ИМС мультиплексоров НС4051, FST3253 и прочих подобных сама обеспечит правильное переключение внутренних ключей, что немного упрощает нам задачу спроектировать «детектор Тейлоу».

Для «детектора Тейлоу» на рассыпухе можно использовать не только диоды или транзисторы, можно также использовать ИМС, содержащие внутри себя отдельные ключи. Это такие ИМС, к примеру , 74НС4066, FST3125, SN74CBT3306, ADG719, ADG736, 74LVC1G3157 и т.д. и т.п. Номенклатура таких ИМС довольно обширная, с различными техническими характеристиками от «суперских» до «средненьких».

Небольшой «лайф-хак» для «паяльщиков»… При использовании раздельных ключей в детекторе Тейлоу, желательно для выравнивания прямого сопротивления открытых ключей применять дополнительные резисторы, включенные как на входе ключей, так и на их выходах.

К примеру, для КМОП транзисторов 2N7000 сопротивления открытого канала равно(по даташиту) примерно 2,5-3 Ома. Чтобы выровнять сопротивления их каналов или уменьшить его разброс, нужно последовательно по входу и выходу 2N7000 поставить постоянные резисторы, примерно, сопротивлением 4-6 Ом. Это уменьшит относительный разброс(технологический) сопротивлений открытых каналов полевых транзисторов и увеличит симметрию плеч смесителя. Аналогично и для ключей-ИМС.

Значения резисторов радиолюбитель выбирает сам, исходя из практических соображений. Если ключи имеют сопротивление в открытом состоянии 50-60 Ом, то резисторы по вх/выходу номиналом 5 Ом практически ничего не дадут и не выравняют ! Тут нужно ставить резисторы не менее такого же сопротивления, т.е. 40-50 Ом или даже чуть более, в полтора раза.

Автор этих строк лично убеждался, что использование по входу таких ключей как 74НС4066 резисторов величиной 200-330 Ом не то чтобы ухудшало работу ключей НС4066, а даже улучшало их работу. Хотя сопротивления ключей НС4066 по даташиту имеют значения порядка 60-70 Ом, зависит от напряжения питания ИМС. Конечно, резисторы по вх/выходу ключей немного уменьшат Кпередачи смесителя, но это будет очень незначительное уменьшение, исчисляемое единицами дБ, т.е. 1-2 дБ. В «разах» это совсем мизер и на качество работы вашего ППП/ТПП никак не повлияет. Мало того, такие резисторы РЕАЛЬНО увеличат DD2, DD3 т.е. динамические параметры смесителя из-за того, что «разбаланс» каналов уменьшится или сведётся к нулю, а симметрия плеч смесителя увеличится!! Это, примерно тоже самое, кода вы подбираете(отбираете) идентичные(одинаковые) диоды для смесителя или балансного модулятора. Такой подбор увеличивает «симметричность» плеч диодного смесителя и увеличивает, как следствие, динамические характеристики смесителя, т.е. дин. диапазоны DD2, DD3.

На сим разрешите закончить небольшой «обзор» и разбор полётов по «детектору Тейлоу»(D.Tayloe, N7VE). Я надеюсь, что немного прояснил – кто и что такое этот детектор. С чем его едят и как им правильно управлять ! Всё по-моему предельно ясно.

Эта "преамбула" к схемам, не какое-то «ноу-хау». Это просто попытка более доходчиво разъяснить – как же работает «детектор Тейлоу» и особенно в той его части, где формируются импульсы для его правильного функционирования. Надеюсь, что мне это удалось сделать.

Ниже представлено несколько схем, использующих детектор-Тейлоу(D.Tayloe, N7VE) ...