Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

2.3. Метод расширения частотного диапазона модифицированных перемножающих ячеек Гильберта

Одним из функциональных узлов многих приемопередатчиков являются смесилители сигналов. Классические смесители (рис. 2.8) имеют недостаточно широкий диапазон рабочих частот, обусловленный наличием инерционности в выходных узлах «А» и «В»:

24155.png (2.1)

24163.png (2.2)

где CΣA, CΣB – эквивалентные постоянные времени, обусловленные паразитными ёмкостями на подложку и ёмкостями коллектор-база транзисторов VT1-VT6.

Верхняя граничная частота смесителя рис. 2.8 находтся по следующей формуле:

24171.png (2.3)

Как видно из (2.3) емкости CΣA и CΣB снижают верхнюю граничную частоту.  

24181.png 

Рис. 2.8. Схемаклассического смесителя с парафазным выходом

Расширение диапазона рабочих частот смесителя со структурой рис. 2.8 можно обеспечить за счет введения специальных цепей взаимной компенсации паразитных емкостей.

На рис. 2.9 представлена схема смесителя с парафазным выходом, в котором повышается верхняя граничная частотаfв (по уровню – 3 дБ).

Статический режим по току транзисторов смесителя рис. 2.9 устанавливается токостабилизирующеми двухполюсниками I1, I2, I3 и I4. Причем исчтоники тока I1 и I2 являются управляющими. И при замене их на преобразователи напряжение-ток позволяют создать второй канал Yи управляя крутизной дифференциальных каскадов на транзисторах VT1-VT2 и VT3-VT4 модулировать сигнал по каналу X.

В данном смесителе буферные усилители реализованы на транзисторахVT7 и VT8, ток которых задается источниками тока I3 и I4. Конденсаторы C∑3 и C∑4. моделируют эквивалентные ёмкости в соответствующих высокоимпедансных узлах, которые обусловлены ёмкостями на подложку элементов VT3, I2, VT4, I3, а также ёмкостями коллектор-база транзисторов VT3, VT7 и VT4, VT6.

24189.png 

Рис. 2.9. Схема широкополосного смесителя с цепями взаимной
компенсации паразитных емкостей

Особенность схемы рис. 2.10 состоит в том, что за счет введения корректирующих конденсаторов C1 и C2 более чем в два раза расширяется диапазон его рабочих частот (рис. 2.11) – верхняя граничная частота fв увеличивается от 173 до 400 МГц. Данный эффект объясняется взаимной компенсацией паразитных ёмкостей на подложку, ёмкостей коллектор-база и корректирующих конденсаторов C1, C2. При этом, эффективные ёмкости в высокоимпедансных узлах СА.эф, СВ.эф уменьшаются до величины:

24224.png (2.4)

24232.png (2.5)

где αVT5 ≈ αVT6 ≈ 0,9...0,99 – коэффициент усиления по току эмиттера транзисторов VT5 и VT6; Ky.VT7 ≈ Ky.VT8 – коэффициенты усиления по напряжения буферных усилителей на транзисторах VT7 и VT8; C∑A ≈ C∑B – эквивалентныеемкости в узлах A и B; C1 ≈ C2 – корректирующие конденсаторы.

В результате эквивалентные постоянные времени в высокоимпедансных узлах А и В (коллекторах транзисторов VT5 и VT6) уменьшаются, что повышает верхнюю граничную частоту fв смесителя (рис. 2.11).

 

24201.png 

Рис. 2.10. Схема смесителя в среде компьютерного моделирования PSpice

На рис. 2.11 показана частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению смесителя рис. 2.10 при разных значениях ёмкостей корректирующих конденсаторов С1 и С2.

На рис. 2.12 приведена зависимость выходных напряжений смесителяпри входном синусоидном сигнале Ux1 = Ux2 = 1 мВ, частоте входного сигнала Fx1 = Fx2 = 282 МГц и емкости корректирующих конденсаторов С1 = С2 = 400 фФ и напряжении на канале «Y» 50 мВ.

График рис. 2.13 показывает работу смесителя рис. 2.10 в режиме управляемого усилителя.

24244.png 

Рис. 2.11. Частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению

24258.png 

Рис. 2.12. Зависимость выходных напряжений смесителя при входном синусоидном сигнале Ux1 = Ux2 = 1 мВ

24265.png 

Рис. 2.13 ЛАЧХ смесителя в режиме управляемого усилителя,
при С1 = С2 = 400 фФ, V9 = V12 = Vvar = 10...100 мВ, c шагом 10 мВ

Результаты компьютерного моделирования схемы рис. 2.10 показывают (рис. 2.11–2.13), что введение корректирующих емкостей С1, С2 позволяет расширить диапазон рабочих частот классического смесителя, а величины этих емкостей малы и не приведут к увеличению площади кристалла.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074