Схема кв радиополякова на вптречно паралельных диодах. Схема смесителя на встречно-параллельных диодах: особенности работы и преимущества

Как работает схема смесителя на встречно-параллельных диодах. Каковы ее основные преимущества. Какие диоды лучше использовать в такой схеме. Как улучшить развязку входных и гетеродинных цепей.

Принцип работы схемы смесителя на встречно-параллельных диодах

Схема смесителя на встречно-параллельных диодах является эффективным решением для работы с сигналами высоких частот. Как же устроен и функционирует такой смеситель?

Встречно-параллельное включение диодов подразумевает их параллельное соединение, при котором токи через диоды протекают навстречу друг другу. В схеме смесителя к таким диодам одновременно подводятся:

• Напряжение сигнала от входного контура
• Напряжение гетеродина через катушку связи

При этом напряжение гетеродина значительно превышает напряжение сигнала. Для нормальной работы смесителя на кремниевых диодах амплитудное значение напряжения гетеродина должно составлять 0,6-0,7 В.

Частота гетеродина выбирается вдвое ниже требуемой с учетом промежуточной частоты. В таких условиях один из диодов открывается на пиках положительных полуволн сигнала гетеродина, а другой — на пиках отрицательных. В результате сопротивление параллельно включенных диодов уменьшается дважды за период гетеродинного напряжения.

Ключевые преимущества схемы на встречно-параллельных диодах

Какие основные достоинства имеет схема смесителя на встречно-параллельных диодах по сравнению с другими типами смесителей?

• Отсутствие постоянного тока в цепи нагрузки. Смеситель не детектирует ни сигнал, ни напряжение гетеродина.
• Высокая помехоустойчивость. Подавление АМ составляет 70-80 дБ, что выше, чем у балансных и кольцевых смесителей (60-65 дБ).
• Улучшенная стабильность частоты за счет настройки гетеродина на более низкую частоту.
• Значительное уменьшение наводок гетеродина на входные цепи смесителя.
• Снижение излучения сигнала гетеродина на 30-60 дБ по сравнению с обычными смесителями.

Выбор диодов для схемы смесителя

Какие диоды лучше всего подходят для использования в схеме смесителя на встречно-параллельных диодах?

Оптимальный выбор — кремниевые диоды с пороговым напряжением около 0,5 В. Они обеспечивают несколько большую помехоустойчивость по сравнению с германиевыми диодами.

При этом важно подобрать оптимальное напряжение гетеродина для максимизации коэффициента передачи схемы. Это достигается экспериментальным путем.

Улучшение развязки входных и гетеродинных цепей

Как можно дополнительно улучшить развязку входных и гетеродинных цепей в схеме смесителя на встречно-параллельных диодах?

Для этого применяется балансная схема с автоматическим смещением. Она включает:

• Две пары диодов
• Две симметрично расположенные катушки, намотанные на контурной катушке, настроенной на частоту гетеродина
• Цепочку автосмещения, общую для двух пар диодов

Такая конфигурация образует сбалансированный мост, не позволяющий сигналу гетеродина попадать во входные цепи и фильтр промежуточной частоты. Это обеспечивает развязку входных и гетеродинных цепей более 60 дБ.

Особенности намотки катушек для смесителя

Как правильно намотать катушки для входного и гетеродинного контуров смесителя на встречно-параллельных диодах?

Рекомендации по намотке катушек:

• Использовать каркасы диаметром 5-6 мм
• Применять провод ПЭЛ или ПЭПШО диаметром 0,15-0,25 мм
• В каркасы завинчивать подстроечные сердечники типа СЦР-4 для точной настройки

Правильная намотка катушек обеспечивает оптимальные характеристики контуров и эффективную работу смесителя.

Оптимальное нагрузочное сопротивление смесителя

Какое нагрузочное сопротивление является оптимальным для смесителя на встречно-параллельных диодах в радиоприемнике?

Оптимальное нагрузочное сопротивление составляет несколько килоом. Входное сопротивление для ВЧ сигнала получается такого же порядка.

Попытки уменьшить это сопротивление не приводят к улучшению характеристик. При низком сопротивлении смесителя возрастает мощность, потребляемая от гетеродина, что увеличивает шумы схемы.

Применение схемы смесителя в приемниках прямого преобразования

Как можно использовать схему смесителя на встречно-параллельных диодах в приемниках прямого преобразования?

В приемниках прямого преобразования частота гетеродина выбирается вдвое ниже частоты входного сигнала. Это позволяет:

• Улучшить стабильность частоты гетеродина
• Значительно уменьшить наводки гетеродина на входные цепи
• Снизить излучение сигнала гетеродина в окружающее пространство

Благодаря этому устраняются такие проблемы, как фон переменного тока и помехи другим приемникам. Схема обеспечивает высокую помехоустойчивость приемника прямого преобразования.

Таким образом, схема смесителя на встречно-параллельных диодах является эффективным решением для работы с высокочастотными сигналами в различных радиоприемных устройствах. Ее ключевые преимущества — высокая помехоустойчивость, хорошая развязка цепей и низкое излучение сигнала гетеродина.

Схема смесителей на встречно-параллельных диодах » Паятель.Ру

Категория: Радиоприемники

Бывает так, что не удается сделать гетеродин, генерирующий сигнал на очень высокой частоте. Тогда можно использовать схемы смесителей, которые могут работать на половинной частоте гетеродина. Одна из таких схем уже описывалась выше. Это была схема на полевых транзисторах. На диодах тоже можно создать подобный смеситель. На рис. 1 изображена схема такого смесителя, работающего с половинной частотой гетеродина.

Встречно — параллельным называется такое включение двух диодов, когда они соединены параллельно друг Другу, но по току располагаются как бы навстречу друг другу.

В схеме на рис. 1 к встречно-параллельным диодам подводится одновременно напряжение сигнала от входного контура L1C1 и напряжение гетеродина через катушку связи L3. Последнее значительно больше напряжения сигнала, и для нормальной работы смесителя на кремниевых диодах должно быть 0,6. ..0,7 В (амплитудное значение).

Частота гетеродина выбирается вдвое ниже требуемой, с уметом промежуточной частоты (в схеме прямого преобразования, вдвое ниже частоты входного сигнала). В этих условиях один из диодов открывается на пиках положительных полуволн сигнала гетеродина, а другой — на пиках отрицательных. В результате сопротивление параллельно включенных диодов уменьшается дважды за период гетеродинного напряжения.

Главным достоинством описанного смесителя является то, что в цепи нагрузки отсутствует постоянный ток, т.е. смеситель не детектирует ни сигнал, ни напряжение гетеродина. Здесь необходимо отметить, что для нормальной работы смесителя совсем не требуется замыкать цепь его нагрузки по постоянному току — на входе УПЧ можно установить разделительный конденсатор.

Напротив, это даже улучшает работу смесителя из-за некоторой самобалансировки отличающихся по параметрам диодов. Поскольку сигналы смесителем не детектируются, ослабляются и помехи от внедиапазонных станций.

Помехоустойчивость смесителя приемника прямого преобразования характеризуют величиной подавления AM.

Подавление AM в балансных и кольцевых смесителях обычно не превосходит 60…65 дБ. Для смесителя на встречно-параллельных диодах оно составляет 70…80 дБ. Настройка гетеродина на более низкую частоту позволяет улучшить стабильность частоты и значительно уменьшить наводки гетеродина на входные цепи смесителя.

В подавлении наводок теперь участвуют и входные контура, поскольку частота их настройки намного (в два раза) отличается от частоты гетеродина. Подобные наводки вредны по следующим причинам: напряжение наводки синхронно детектируется смесителем и возникающее на выходе постоянное напряжение разбалансирует смеситель.

Если же сигнал гетеродина излучается антенной или проводами питания в окружающее пространство, то помимо помех другим приемникам он может промодулироваться фоном переменного тока на плохих контактах электропроводки, окисленных контактах металлических конструкций, диодах выпрямителей и т. д.

Возвращаясь приемник, такой сигнал вызывает трудно устранимый фон переменного тока, исчезающий при отключении антенны. Поэтому для хорошей работы любого приемника крайне важно добиться малого излучения сигнала гетеродина. Со смесителем на встреч но-параллельных диодах, благодаря пониженной частоте гетеродина, излучение его сигнала получается на 30…60 дБ ниже, чем с обычными смесителями, и описанные неприятные эффекты практически полностью устраняются.

В смесителе по схеме рис. 1 лучше всего использовать кремниевые диоды с пороговым напряжением около 0,5 В — они дают несколько большую помехоустойчивость, чем германиевые. В любом случае требуется подбор оптимального напряжения гетеродина по Максимуму коэффициента передачи.

Рис.2
Дальнейшее улучшение развязки входных и гетеродинных цепей, а также уменьшение потерь мощности сигнала в цепях связи с гетеродином достигается в балансной схеме смесителя на встречно-параллельных диодах с автоматическим смещением, показанной на рис. 2.

Две пары диодов и симметрично расположенные две катушки L3 и L4, намотанные на контурной катушке 1-2, настроенной на частоту гетеродина, образуют сбалансированный мост, не позволяющий попадать сигналу гетеродина ни во входные цепи, ни в ФПЧ. Цепочка R1C2C3, общая для двух пар диодов, создает начальное смещение, пропорциональное напряжению гетеродина.

Последнее может изменяться от 0,7 до 4 В без заметного влияния на параметры смесителя. Подавление AM сигналов этим смесителем более 80 дБ, а развязка входных и гетеродинных цепей более 60 дБ.

Катушку входного и гетеродинного контуров для данных смесителей можно намотать на каркасах диаметром 5…6 мм проводом ПЭЛ или ПЭПШО 0.15 0,25. В каркасы завинчиваются подстроечные сердечники СЦП-4.

Оптимальное нагрузочное сопротивление для смесителей, работающих в радиоприемнике, составляет несколько килоом. Такого же порядка получается и входное сопротивление для ВЧ сигнала. Попытки уменьшить это сопротивление к успеху не приводят, поскольку при низком сопротивлении смесителя возрастает мощность, потребляемая от гетеродина, а это увеличивает шум смесителя.

Используем параллельное соединение нескольких MAX40200 в качестве идеального диода

14 января 2019

учёт ресурсовуправление питаниемпотребительская электроникаинтернет вещейMaxim Integratedстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы

В данной статье рассматривается возможность использования нескольких интегральных схем (ИС) MAX40200 производства Maxim Integrated в параллельном подключении, а также их комбинированные параметры. Совместное применение нескольких ИС MAX40200 в роли идеального диода должно суммарно обеспечивать такие же характеристики, как и у одного более крупного устройства.

Общие рекомендации

MAX40200 – это идеальный диодный токовый переключатель с настолько малым падением напряжения прямого смещения на полупроводниковом переходе, что оно почти на порядок меньше, чем у диодов Шоттки. В MAX40200 реализована защита самой ИС и подключенных к выходу цепей от превышения температуры. В отключенном состоянии (на выводе EN установлен низкий уровень) ИС блокирует прямое и обратное напряжения до 6 В, что делает ее пригодной для большинства низковольтных портативных электронных устройств. При обратном смещении диодного перехода MAX40200 ток утечки меньше, чем у многих сопоставимых диодов Шоттки. MAX40200 работает с напряжением питания 1,5…5,5 В.

Идеальный интегральный диод MAX40200 имеет целый ряд преимуществ, среди которых:

• незначительный ток в дежурном режиме – 7 мкА;
• малая рассеиваемая мощность – всего 125 мкА при токе 1 А;
• небольшое падение напряжения (примерно 18 мВ) для прямого тока – до 100 мА;
• время переключения между прямым и обратным напряжением смещения – менее 100 мкс;
• компактный корпус типа WLP с четырьмя выводами;
• отпирающий/запирающий сигнал и тепловая защита.

Одной из важных особенностей ИС MAX40200, применяемой в качестве идеальных диодов, является использование MOSFET вместо обычной биполярной полупроводникой технологии, что позволяет, по сути, обеспечить для нагрузки гальваническую развязку по току. В данной статье исследуются характеристики нескольких параллельно соединенных ИС MAX40200.

Комплект из нескольких идеальных диодов должен обеспечивать те же характеристики, что и один более мощный диод. Для этого необходимо подобрать некоторое количество MAX40200. Например, можно использовать две параллельно соединенных ИС для системы на 2 А и, соответственно, четыре параллельных ИС для системы на 4 А.

Экспериментальные результаты

На рисунке 1 показаны четыре параллельно подключенных MAX40200, которые обеспечивают ток до 4 А. Если все ИС размещены близко друг к другу, то они имеют почти одинаковую температуру. И, следовательно, при одинаковой температуре должны иметь сходные характеристики. На рисунке 2 показана зависимость падения прямого напряжения на ИС от протекающего постоянного тока. На рисунке 3 сравниваются графики зависимости напряжения от тока для одной и четырех ИС MAX40200, подтверждающие, что характеристики для одного устройства MAX40200 и для четырех MAX40200 очень похожи.

Рис. 1. Типичная схема параллельного подключения диодов для увеличения нагрузочной способности цепи по току

Рис. 2. Зависимость прямого падения напряжения на MAX40200 от величины протекающего через них прямого тока

Рис. 3. Сравнение характеристик одного и четырех MAX40200

На рисунке 4 представлена схема с открытием и закрытием диодов для протекающего тока. На рисунках 5 и 6 представлены наблюдаемые результаты.

Рис. 4. Схема включения/выключения диодов

Рис. 5. Переходные процессы при открытом диоде (I_FWD = 4 A)

Рис. 6. Переходные процессы при открытом/закрытом диоде (I_FWD = 4 A)

 

Обратите внимание, что V_IN на рисунке 5 представляет важный переходный процесс. Это связано с тем, что переходная характеристика меняющейся нагрузки источника питания используется при токе 0…4 А. Этот переходный процесс также виден на V_LOAD.

На рисунке 7 представлена схема для измерения переходных характеристик на нагрузке. Здесь могут возникать условия для появления кратковременной повышенной нагрузки, когда проводящее устройство должно быть способным обеспечить необходимый ток с незначительными колебаниями V

FWD. Это связано с тем, что V_LOAD (V) обычно является источником питания для последующих цепей. На рисунке 8 показаны переходные процессы при изменяющейся нагрузке.

Рис. 7. Схема для контроля переходных процессов на нагрузке

Рис. 8. Переходные процессы на нагрузке (I_FWD = 200 мА…3,8 A)

В показанной на рисунке 9 схеме используется стандартный диод Шоттки CMCH5-20 (20 В, 5 А) вместе с четырьмя ИС MAX4200. Переходный процесс создан на участке V_IN2, чтобы имитировать вариант схемы диодного «ИЛИ» для выбора пути тока.

Рис. 9. Диодная схема «ИЛИ» на основе стандартного диода и четырех устройств MAX40200

Когда V_IN2 (3,3 В) меньше чем V_IN1 (3,6 В), выбранным источником напряжения будет V_IN1 и диод D1 оказывается обратносмещенным.

Когда V_IN2 будет более 3,6 В, D1 переходит в проводящее состояние, а U1…U4 выключаются. На рисунках 10а и 10б отображены переходные характеристики схемы, представленной на рисунке 9.

Рис. 10. Переходные характеристики диодного соединения «ИЛИ»

Особенности трассировки печатной платы

На рисунке 11 показан типичный пример размещения дорожек на печатной плате для четырех параллельно соединенных ИС MAX40200. Как видно, цепи V_DD и OUT на плате имеют медные площадки большого размера для уменьшения сопротивления и плотности тока. Обе цепи – V_DD и OUT – размещены на верхней стороне платы без использования межслойных перемычек. Поскольку физический механизм, обеспечивающий разделение тока нагрузки, является тепловым, параллельно соединенные идеальные диоды должны располагаться как можно ближе друг к другу. Учитывая вероятность повышенных токов или отсутствия параллельно подключенных компонентов, следует использовать печатную плату с наиболее толстым слоем меди. Это помогает лучше рассеивать выделяющееся тепло и уменьшает падение напряжения при высоких токах. Обратите внимание, что корпус WLP оптимален для параллельного соединения нескольких устройств – этому способствуют его небольшие размеры и хорошая теплопроводность.

Рис. 11. Пример компоновки печатной платы

Как показано на рисунке 12, отдельные компоненты размещены с зазором в 12 мм, что гарантирует термическую равноценность всех ИС MAX40200. Параллельно соединенные ИС следует защитить от повышенного теплового воздействия внешних источников тепла. В противном случае все работающие при высокой температуре устройства будут иметь повышенное R_ON. Неравномерное распределение температуры на плате под установленными ИС приводит к неравному разделению тока. Не рекомендуется использовать переходные отверстия на основных проводящих участках платы (V_DD или OUT), так как они добавляют паразитную индуктивность и увеличивают эффективное R_ON в основной цепи, таким образом повышая прямое падение напряжения (V_FWD).

Рис. 12. Расстояние между размещенными рядом MAX40200

На рисунке 13 показана разница температур окружающей среды и платы с параллельно соединенными MAX40200. Обратите внимание что разность температур прямо пропорциональна прямому току нагрузки, проходящему через эти устройства. Данный результат был получен на плате, изображенной на рисунке 12.

Рис. 13. Температура печатной платы, изменяющаяся в зависимости от температуры окружающей среды

Почему так хорошо работают блоки из нескольких параллельных диодов

Сопротивление открытого канала MOSFET имеет резко положительный температурный коэффициент, который гарантирует, что более горячий MOSFET имеет большее сопротивление, чем более холодный, что приводит к протеканию через него немного повышенного тока. Поэтому для двух таких MOSFET устанавливается тепловой баланс, соответствующий токовому балансу. Такой тепловой баланс гарантируется правильной компоновкой печатной платы. Вообще, плотное размещение компонентов является обоснованным. Но если на плате есть другое устройство, которое рассеивает много тепла, то вызванный им тепловой градиент изменяет баланс распределения тока для параллельно соединенных идеальных диодов.

Разница между обычным корпусом и WPL – корпусом на базе подложки кристалла

Описанное выше исследование было проведено для корпуса WLP (Wafer Level Package) и является оптимальным для параллельного использования нескольких корпусов, поскольку очень малый размер, электрические характеристики этого типа интегральной упаковки и хорошая теплопроводность позволяют обеспечить достаточную термическую связь, чтобы сделать такой подход более удобным с практической точки зрения.

Из-за более высокого теплового сопротивления в корпусе типа SOT23 (обусловленного сопротивлением внутреннего соединения проводов) распределение тока и прямое падение напряжения (V_FWD) –несколько хуже, чем в случае с корпусом WPL. Значительное влияние, даже при плотно размещенных корпусах типа SOT, оказывают и любые дополнительные перепады температур. Для идеальных диодов в таком корпусе рекомендуется понизить размеры до 75% от указанных в спецификации.

Заключение

Интегральный диод MAX40200 одинаково хорошо показал себя при параллельном соединении как двух, так и четырех ИС. И статические, и переходные характеристики показывают, что распределение тока является близким к поведению идеального диода, а переходные характеристики не ухудшаются. Несколько MAX40200 могут быть применены в тех случаях, когда требуется повышенный ток или пониженное падение напряжения.

Оригинал статьи

•••

Параллельные диоды

Поиск

Если ток нагрузки больше номинального тока одного диода, то два или более диода можно подключить параллельно (см. рис. 1) для достижения более высокого номинального прямого тока. Параллельное соединение диодов не распределяет ток поровну из-за разных характеристик прямого смещения. Диод с наименьшим падением прямого напряжения будет пытаться проводить больший ток и может перегреться. На рис. 2 показаны ВАХ двух диодов. Если эти два диода соединены параллельно при заданном напряжении, через каждый диод протекает разный ток. Полный текущий поток представляет собой сумму I _D1 и I _D2 . Общий номинальный ток пары не является суммой максимальных номинальных токов для каждого из них, а представляет собой значение, которое может быть чуть больше, чем номинальный ток одного диода.

Рисунок 1 Рисунок 2: Характеристики VI

Параллельные диоды можно принудительно разделить по току, подключив последовательно с каждым диодом очень маленький резистор. На рисунке 3 токоделительный резистор R имеет значения I _D1 и I _D2 почти равны. Хотя распределение тока очень эффективно, потери мощности в резисторе очень велики. Кроме того, это вызывает увеличение напряжения в комбинации. Если использование параллельного соединения не является абсолютно необходимым, лучше использовать одно устройство с адекватным номинальным током.

Рисунок 3: Параллельные диоды с резистором

Значение токоделительного резистора можно получить следующим образом.

V = V _D1 + I _D1 x R = V _D2 + I _D2 x R

Решение для R,

R = (V _D2 — V _D1) / / (I _D1 — I _D2 )

Сила, рассеиваемая в R

PR = I ² _D1 x R + I ² _D2 x R

The Voltage TOR комбинация диодов:

V = V _D2 + I _D1 R = V _D2 + I _D2 R

Пример

Два диода с характеристиками, показанными на рисунке 3, соединены параллельно. Суммарный ток через диоды 50А. чтобы обеспечить разделение тока, два резистора соединены последовательно. Определить:

1. Сопротивление токоделительного резистора, чтобы ток через любой диод был не более 55% от I
2. Суммарную мощность потерь в резисторах
3. Напряжение на комбинации диодов (В)

Решение:

a.