Frekans karıştırıcı - Frequency mixer

Frekans karıştırıcı sembolü

Olarak elektronik bir mikser ya da frekans karıştırıcı , a, doğrusal olmayan uygulanmış iki sinyalin yeni frekansları oluşturur elektrik devresi. En yaygın uygulamasında, bir miksere iki sinyal uygulanır ve orijinal frekansların toplamında ve farkında yeni sinyaller üretir. Diğer frekans bileşenleri de pratik bir frekans karıştırıcısında üretilebilir.

Karıştırıcılar, iletimde veya daha fazla sinyal işlemede kolaylık sağlamak için sinyalleri bir frekans aralığından diğerine kaydırmak için yaygın olarak kullanılır; bu, heterodinleme olarak bilinen bir işlemdir . Örneğin, bir süperheterodin alıcısının önemli bir bileşeni, alınan sinyalleri ortak bir ara frekansa taşımak için kullanılan bir karıştırıcıdır . Frekans karıştırıcılar da kullanılır modüle bir taşıyıcı sinyalini de radyo vericileri .

Türler

Bir mikserin temel özelliği, çıkışında iki giriş sinyalinin ürünü olan bir bileşen üretmesidir. Doğrusal olmayan (örn. üstel ) özelliği olan bir cihaz, karıştırıcı görevi görebilir. Pasif karıştırıcılar, bir veya daha fazla diyot kullanır ve çarpma elemanını sağlamak için voltaj ve akım arasındaki doğrusal olmayan ilişkilerine güvenir. Pasif bir karıştırıcıda, istenen çıkış sinyali her zaman giriş sinyallerinden daha düşük güce sahiptir.

Aktif karıştırıcılar , ürün sinyalinin gücünü artırmak için bir yükseltici cihaz ( transistör veya vakum tüpü gibi ) kullanır. Aktif karıştırıcılar, bağlantı noktaları arasındaki yalıtımı iyileştirir, ancak daha yüksek gürültü ve daha fazla güç tüketimine sahip olabilir. Aktif bir karıştırıcı aşırı yüke daha az toleranslı olabilir.

Mikserler ayrı bileşenlerden oluşturulabilir, entegre devrelerin parçası olabilir veya hibrit modüller olarak teslim edilebilir.

Çift dengeli bir pasif diyot karıştırıcının ( halka modülatörü olarak da bilinir ) şematik diyagramı . Hem f1 hem de f2 girişleri olmadığı sürece çıkış yoktur, ancak f2 (f1 değil) DC olabilir.

Karıştırıcılar ayrıca topolojilerine göre de sınıflandırılabilir :

  • Bir dengesiz karıştırıcı, bir ürünün sinyalinin üretilmesi için ek olarak, her iki giriş sinyalleri geçecek ve çıkış bileşenler olarak görünmesini sağlar.
  • Bir tek dengeli bir karıştırıcı , bir dengeli (uygulanır ve burada girişlerinden birinde düzenlenmiştir, diferansiyel ya yerel bir osilatör (LO) veya sinyal girişi (RF) çıkışında bastırılır, ancak her ikisi birden, böylece) devre.
  • Bir çift dengeli karıştırıcı hem giriş çok giriş sinyalleri sadece ürün sinyalin ne çıkışında görünen, diferansiyel devre uygulanır sahiptir. Çift dengeli karıştırıcılar, dengesiz ve tek dengeli tasarımlardan daha karmaşıktır ve daha yüksek tahrik seviyeleri gerektirir.

Bir mikser tipinin seçimi, belirli bir uygulama için bir ödünleşimdir.

Karıştırıcı devreler, dönüşüm kazancı (veya kaybı) ve gürültü rakamı gibi özellikleri ile karakterize edilir .

Karıştırıcılar olarak kullanılan doğrusal olmayan elektronik bileşenler arasında diyotlar , kesime yakın önyargılı transistörler ve daha düşük frekanslarda analog çoğaltıcılar bulunur . Doygunluğa sürülen ferromanyetik çekirdekli indüktörler de kullanılmıştır. Olarak doğrusal olmayan optik , doğrusal olmayan özelliklere sahip kristaller oluşturmak için lazer ışığının iki frekans karıştırmak için kullanılan optik heterodynes .

Diyot

Bir diyot basit bir dengesiz karıştırıcı oluşturmak için kullanılabilir. Bu tip mikser, orijinal frekansların yanı sıra bunların toplamını ve farkını da üretir. Diyotun buradaki önemli özelliği, doğrusal olmamasıdır (veya Ohmik olmayan davranışı), yani yanıtının (akım) girişiyle (voltaj) orantılı olmadığı anlamına gelir. Diyot, içinden geçen akımdaki sürüş voltajının frekanslarını yeniden üretmez, bu da istenen frekans manipülasyonuna izin verir. Üzerindeki V geriliminin bir fonksiyonu olarak ideal bir diyottan geçen akım I , şu şekilde verilir:

Burada önemli olan, V'nin e'nin üssünde görünmesidir . Üstel edilebilir genişletilmiş olarak

ve küçük x (yani, küçük voltajlar) için bu serinin ilk birkaç terimiyle yaklaşık olarak hesaplanabilir :

İki giriş sinyalinin toplamının bir diyota uygulandığını ve diyottan geçen akımla orantılı bir çıkış voltajının üretildiğini (belki de diyot ile seri olarak bir direnç boyunca mevcut olan voltajı sağlayarak) varsayalım . Daha sonra diyot denklemindeki sabitler dikkate alınmadan çıkış voltajı şu şekilde olacaktır:

Sağdaki ilk terim, beklendiği gibi orijinal iki sinyaldir, ardından çarpılan sinyalin bariz olduğu yerde yeniden yazılabilen toplamın karesi gelir . Üç nokta, küçük sinyaller için ihmal edilebilir olduğunu varsaydığımız toplamın tüm yüksek güçlerini temsil eder.

Farklı frekanslarda iki giriş sinüzoidinin diyota beslendiğini varsayalım, öyle ki ve . Sinyal şöyle olur:

Kare terim getirilerini genişletmek:

Terim dışındaki tüm terimleri yok saymak ve prosthaphaeresis (toplamı ürün) özdeşliğini kullanmak,

verim,

mikserden yeni frekansların nasıl oluşturulduğunu göstermek.

Anahtarlama

Karıştırıcının başka bir biçimi, yerel osilatörün (LO) fazına göre daha küçük giriş sinyalinin ters çevrilmiş veya ters çevrilmemiş olarak geçirildiği anahtarlama yoluyla çalışır. Bu, yerel osilatör tahrikinin sinyal genliğinden oldukça yüksek olduğu, paketlenmiş bir çift dengeli karıştırıcının normal çalışma modu için tipik olacaktır.

Bir anahtarlama karıştırıcısının amacı, yerel osilatör tarafından tahrik edilen sert anahtarlama vasıtasıyla sinyal seviyesi üzerinde doğrusal bir işlem elde etmektir. Matematiksel olarak, anahtarlama karıştırıcısı, bir çoğaltıcı karıştırıcıdan çok farklı değildir. LO sinüs dalgası terimi yerine, işaret fonksiyonunu kullanırdık . Frekans alanında, anahtarlamalı karıştırıcı işlemi olağan toplam ve fark frekanslarına ve ayrıca örneğin ±3 f LO , ±5 f LO , vb. gibi başka terimlere de yol açar. Anahtarlamalı karıştırıcının avantajı, ( aynı çaba) daha düşük bir gürültü rakamı (NF) ve daha büyük dönüşüm kazancı. Bunun nedeni, anahtarlama diyotlarının veya transistörlerin ya küçük bir direnç (anahtar kapalı) ya da büyük bir direnç (anahtar açık) gibi davranması ve her iki durumda da yalnızca minimum gürültü eklenmesidir. Devre açısından bakıldığında, sadece LO genliği artırılarak birçok çoğaltıcı karıştırıcı, anahtarlama karıştırıcıları olarak kullanılabilir. Yani RF mühendisleri, mikserleri değiştirmek anlamına gelirken, sadece mikserler hakkında konuşurlar.

Karıştırıcı devre, bir alıcıda olduğu gibi sadece bir giriş sinyalinin frekansını kaydırmak için değil, aynı zamanda bir ürün dedektörü , modülatör , faz dedektörü veya frekans çarpanı olarak da kullanılabilir. Örneğin, bir iletişim alıcısı , giriş sinyalinin bir ara frekansa dönüştürülmesi için iki mikser aşaması ve sinyalin demodülasyonu için bir detektör olarak kullanılan başka bir mikser içerebilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

 Bu makale , Genel Hizmetler İdaresi belgesindeki kamu malı materyali içermektedir  : "Federal Standart 1037C" .