S 2

на приблизительно g/я Отношение -" = - и

go

потери преобразования (l/Kp) Согласно (7-184) и рис. 7-58. б составпяют 8,9 дб

Рис 7-59 Графическое определение средней проводимости go и крутизны преобразования S для диода

с идеализированной характеристикой / - напряжение гетеродина, 2 - проводимость идеаль ного линейного диода

Пример 7-11

Одна секция двойного диода 6AL5 испсь-зуется в качестве смесителя иа частоте 100 Мгц. Средняя частота УПЧ равна 10 Мгц, полоса пропускания УПЧ составляет 4 Мгц. Определить оптимальные величины напряжения гетеродина, подаваемого на смеситель, и смещения на диоде, а также входное сопротивление смесителя и потери преобразования

1. Определяют необходим>ю величину Snp/go-

Из рис. 7-58, б (и 7-184) видно, что потери преобразования получаются минимальными,

когда стремится к единице, если выпол-

няются условия согласования сопротивлений на входе и выходе Большие величины Snp как это следует из рис. 7-58, а, связаны с большими величинами Сопротивление нагрузки на

промежуточной частоте Тр должно быть согласовано с Z, поэтому оптимальная величина Р„р растет с увеличением Snp/g,, Таким образом, желательно использовать возможно большее сопротивление нагрузки, допустимое по условиям получения заданной полосы пропускания.

2. Определяют максимально допустимую величину сопротивления нагрузки диода на промежуточной частоте Rp.

Пусть в первом каскаде УПЧ используется лампа 6АН6. Номинальная величина емкости входа Свх для 6АН6 равна 10,0 пф Выходная емкость диода Свых приб.лизительно равна 3,5/z( Емкость цоколя и монтажа Ci примем рав ной 5 пф, тогда полная параллельная емкость на выходе смесителя будет равна

Со = Свых + С, + Свх = 3,5 + 5,0 + 10.0 = = 18,5 пф

Если допустить, что нагрузка смесителя определяет полосу пропускания УПЧ, то R можно найти из соотношения

4/ = -

При Этом пр "

2t/?npCo

= 2 150 ож.

0,28 • 4 • 10" • 18,5 • 10

3 Определяют g„, S„p и Rp смесителя.

По вольт-амперной характеристике диода, приведенной иа рис. 7-60, а, строят характеристику зависимости проводимости от напряжения (см. рис. 7-60, е)

Из (7-186) видно, что максимальное значение получается, когда проводимости в точках 5, 6 и 7 максимальны, а в точках /, 2 и S - минимальны. Кроме того, чтобы Snp было близко к единице, проводимость в точке 4 должна быть минимальной [см (7-185)] Связь между оптимальной величиной /?пр и проводимости ми g„ и S[]p дается в (7-182) Чтобы оптимальная величина „р равнялась 2 150 ом, как это следует из п. 2, необходимая величина амплитуды напряжения гетеродина и величина смещения должны быть определены методом последовательных приближений. Задаваясь различными напряжениями гетеродина и смещения, графически определяют величины g„ и Sp, а по ним рассчитывают оптима.тьные значения пр и по (7-182) В данном примере опти-мачьная величина R равняется 2 330 ом, если амплитуда напряжения гетеродина равна 16 в и смещение иа диоде равно 11 в (см рис. 7-60).

gi = О, go = 0; gs = О, g4 = О, gi =0; go = = 4,0 • 10-; g7 = 4,9 • 10 К

Из (7-185)

4,9 • -f 2 • 4.0

= 1,075-10

Snp -

Из (7-186)

4,9 - 10- + 1.73 - 4,0 • 10-12

Из (7-182)

=0,985-10

"Р 1(1,075-10 •)2 -(0,985-10-3)- = 2 330 ом.

Эта величина лишь на несколько процентов отличается от требуемой величины 2 150 ож. 4. Определяют потери преобразования:

Snp 0.985 10-3

1,075 • 10-

Из рис 7-58, б коэффициент передачи мощности равен 0,43, что соответствует потерям 3,7 йб.

3. Коэффициент шума сме-

1 + /1 -

S„p/go

(7-i

сителя с вакуумны Шумовой ток насыщенного диода определяется (7-14). Выходная прово- 50 димость диода в диодном 40 смесителе и.змрняется за период колебания гетеродина и зависит от сопротивления источника да сигнала. Средняя величина выходной проводимости диода в диодном смесителе на промежуточной частоте при наличии согласования на входе и на выходе равна

Это и есть

диодом.

где Кр - коэффициент передачи мощности смесителя.

величина. Которую нужно подставить вместо g в (7-14). Однако наблюдаемые в действительности шумовые токи диодных смесителей оказываются больше, чем это определяется такой модификацией выражения (7-14). Увеличение

шума вызывается тем, что в диодном смесителе напряжение между анодом и катодом весьма мало и многие электроны отражаются от анода. Эти отраженные электроны нарушают пространственный заряд и уменьшают создаваемое им ослабления дробовых шумов анодного тока. Шумовой ток /щ диодного смесителя приближенно определяется выражением:

Рие. 7-ЬО. Определение проводимости диода к примеру 7-11. а - вольт-амперная характеристика диода, 6 - характеристика g ~ f(M ); в - определение проводимости диода за период напряжения гетеродина; I - напряжение гетеродина.

Если за диодным смесителем следует УПЧ, то их общий коэффициент шума [см.(7-55)],выраженный в децибелах, равен:

llhe -= ic

,= /о,644 yf (4/гГД/ l/g?- Sp, (7-187)

7з - эффективная температура катода, т. е. такая воображаемая температура, при которой шумы лампы равны наблюдаемым в действительности. Множитель

t = 0,644-Ь-

можно рассматривать как коэффициент, на который нужно умножить мощность шума эквивалентного сопротивления диода -- ,

чтобы получить наблюдаемую в действительности Мощность шума на выходе. Величина / для диодов с оксидными катодами обычно лежит в пределах 2-10 и зависит от типа лампы и режима работы.

Коэффициент шума диодного смесителя, согласованного с источником сигнала и нагрузкой на промежуточной частоте, равен-

(7-188а)

IU =

Сй. D. О. North, Fluectuation in space-char-gelimited currents at moderately high frequencies, part 11, p. 117-124, RCA Rev., vol. 5, July 1940.

10 1g(ZZ/yn4+ -1), (7-189)

где LUgg - общий коэффициент шума, дб. l-cu - потери преобразования смесителя, дб, т. е. 10 Ig {ЦКр);

Шупч- коэффициент шума, УПЧ, выраженный в виде отношения мощностей. 7-5е. Полупроводниковые смесители. Другим типом смесителя, который пшроко используется на частотах выше 200-500 Мгц, является смеситель с полупроводниковым диодом. Полупроводниковый диод состоит из металлической заостренной на одном конце пружины, имеющей контакт с полупроводниковым материалом, как показано на рис. 7-61. Пружина и полупроводник помещаются в непроводящий патрон. В качестве полупроводникового материала используется кремний или германий с добавлением небольшого количества примесей. Раньше в качестве смесителей на 3 ООО Мгц и выше использовались только кремниевые диоды, однако исследования последнего времени показали, что улучшенные германиевые диоды обладают такими же шумами во всем микроволновом диапазоне. Германиевые диоды со сварным контактом широко используются на ча-

Рнс. 7-61. Типичный кремниевый смесительный диод. / - латунь; 2 - керамика; 3 - вольфрамовая пружинка: 4 - кремний; S - латунь. Общая длина око-.чо 18 мм.

сютах порядка 500 Мгц, где они обладают меньшим коэффициентом шума, чем ламповые или кремниевые диодные смесители.

Принцип действия смесителя с полупроводниковым диодом аналогичен принципу действия смесителя с вакуумным диодом. Однако полупроводниковые диоды имеют некоторую, хотя и небольшую, проводимость в обратном направлении. Типичная вольт-амперная характеристика полупроводникового диода приведена на рис 7-62 Оптимальный коэффициент шума

-S

-3.0 -гр 40 о

Напряжение на диоде, в

Рис 7 62 Вольт-амперная характе рустика типичного кремниевого сме сительного диода.

полупроводниковых диодов достигается при нулевом или небольшом отрицательном смещении, поэтому полупроводниковые диоды обычно работают без смещений. Выражение для коэффициента шума смесителя с полупроводниковым диодом имеет такой же вид, как и для смесителя с вакуумным диодом,

(7-190)

где c»f - относительная шумовая температура Смесителя, равная отношению мощности шума полупроводникового диода к мощности шума сопротивления при той же температуре, см = 1> когда ток диода равен нулю. Спектр мощности шума полупроводникового диода не столь равномерен, как спектр мощности шума сопротивления. Шумы полупроводникового диода имеют наибольший уровень в диапазоне звуковых частот. В диапазоне от частот несколько меньших 50 гц до 1 Мгц интенсиЕносгь шума изменяется обратно пропорционально частоте. На частотах выше 1 Мгц мощность шума, приходящаяся иа единицу полосы пропускания, снижается и приближается к величине теплового шума Для полу- проводниковых смесителей, имеющих промежуточные частоты выше 1 Мгц, величина t лежит в пределах 1,5-5. Относительная шумовая температура м и коэффициент передачи мощности смесителя с полупроводниковым диодом зависят от величины подаваемого на смеситель гетеродинного сигнала. На рис. 7-63 приведены типичные зависимости tu, 1 Кр и коэффициента шума от выпрямленного тока диода, который характеризует мощность, подаваемую от гетеродина в смеситель. Оптимальный коэф-

фициент шума обычно достигается при выпрямленном постоянном токе диода порядка 0,5 ма, что эквивалентно подаче в смеситель от гетеродина мощности порядка 0,5 мет. Максимальные величины потерь преобразования и относительных шумовых температур некоторых наиболее

0.2 0,4 ае as /,а

Оыпртленнь/и тон кристалла, мо

Рис. 7-63. Типичные характеристики полупроводнике вого смесителя Общий коэффициент шума указан для случая, когда коэффициент шума УГ1Ч равен 3 дб

распространенных смесительных полупроводниковых диодов приведены в табл. 7-8. Измерения проводились при использовании стандартных держателей диодов и УПЧ на 30 Мгц. Входное (на радиочастоте) и выходное (на промежуточной частоте) сопротивления полупро-

Таблица 7-8 Данные типовых смесительных полупроводниковых диодов

Примечание. Все диоды кремниевые, кроме lN2b3, который является германиевым.

водиикового смесителя также зависят от величины подводимого к диоду гетеродинного сигнала. Величины выходного сопротивления типовых полупроводниковых диодов приведены на рис. 7-63 в функции выпрямленного тока диода. Средняя величина сопротивления на промежуточной частоте при выпрямленном токе 0,4-0,5 ма составляет 350-500 ом.