موضوع : طراحی میکسرها و کاربردهای آنها

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده ی چاپ می باشد

 مقدمه:
در طراحي گيرنده معمولاً از مدار آشكارساز استفاده مي كنيم. بيشتر مدارهاي آشكارساز در حضور نويز يا سيگنالهاي تداخلي به خوبي عمل نمي كنند و بسياري از آنها در صورت كمتر بودن دامنة سيگنال ورودي از چند ولت اصلا كار نمي كنند در صورتي كه سيگنال مطلوب در ورودي گيرنده ممكن است شدت ميداني در حدود ميكرولت/متر داشته باشد. در صورتيكه rms نويز و شدت سيگنال تداخلي آنتن در حد ولت/متر است. واضح است كه هم بهره و هم قدرت انتخاب در جلوي آشكارساز موردنياز است.
در قسمت گيرنده چون خيلي ضعيف است و داراي نويز نيز مي‎باشد و مدوله شده هم است. بنابراين يك تقويت كننده قرار مي‎دهيم كه هم سيگنال دريافتي را تقويت كند و هم نويز را از بين ببرد. چون دامنه سيگنال ورودي در حدود ميكروولت است و ما دامنه اي در حدود ولت داريم بنابراين بهرة تقويت كننده بايد حدود 106 باشد. بعد از تقويت كننده بايد يك فيلتر قرار دهيم تا سيگنال نامطلوب را از بين ببريم.
ساختن مداري به اين صورت دو مشكل دارد:
1-    ساختن فيلتري كه بر روي فركانسهاي   و … باشد و داراي گين موردنظر باشد مشكل است. يعني اين فيلتر نمي تواند روي باندي وسيع از فركانسها قرار بگيرد.
2-    اگر مدار گين بالا داشته باشد و داراي باند باريك نيز باشد به صورت زير
اگر   ترانزيستور بتواند با   يك حلقه درست كند اين مدار شروع به نوسان مي‌كند و در ورودي و قبل از تقويت كننده يك موج سينوسي مستقل از فركانس داريم كه اصلا فركانس در آن دخالت ندارد.
فرض كنيد آشكارساز يك مدار RC باشد.
شكل (1)
يك رابطه بايد بين RC و فركانسها برقرار باشد تا اين مدار آشكارساز پوش باشد. يعني آشكارسازي اين مدار بر فركانس vI و فركانس carrier بستگي دارد. طراحي آشكارساز بستگي به فركانس carrier دارد و طراحي آن بر روي باند وسيعي از فركانس محال است.
ايده: خواسته شد كه فيلتر و تقويت كننده بر روي يك فركانس يكسان ساخته شوند.
بنابراين متوجه مي شويم كه مشكلات مهمي كه در تقويت كننده فركانس حامل يا RF برگيرنده فركانس ثابت وجود دارند عبارتند از:
1-    كنترل نويز خروجي چنانچه به حد كافي از سطح سيگنال ورودي كمتر باشد.
2-    كنترل غيرخطي عنصر فعال براي جلوگيري از اعوجاج سيگنال و برهم كنش با سيگنال ناخواسته.
3-    براي جلوگيري از نوسان تقويت كننده باند باريك بهره- بالاي طبقه آخر.
علاوه بر مشكلات فوق بايد بتوانيم روي باند وسيعي از فركانس طراحي كنيم.
در ابتدا تصميم گرفته شد كه آشكارساز و كل بهره و قابليت انتخاب همگي براساس فركانس- ثابت باشند و همه سيگنالهاي مدوله شده ورودي را به يك فركانس مياني يا IF كه ثابت است انتقال دهيم كه براي اين كار يك گيرنده سوپرهترودين پيشنهاد شد. اين گيرنده شامل Mixer است.
ويژگيهاي اساسي ميكسرها:
ميكسرها عموماً براي مالتي پلكس كردن سيگنالهايي با فركانسهاي مختلف در انتقال فركانسي به كار مي رود.
با توجه به اينكه سيگنالهاي RF ورودي در فاصلة بسيار نزديك و متراكم قرار دارند براي فيلتر كردن سيگنال مطلوب به يك فيلتر با Q بسيار بالا نياز داريم. اما اگر فركانس سيگنال RF بتواند كاهش يابد يا در ميان سيستمهاي مخابراتي down convert شده خيلي بيشتر قابل كنترل خواهد بود.
يكي از بهترين سيستمهاي شناخته شده down convert گيرندة سوپر هيترودين است كه در شكل (2) نماي كلي آن آمده است.
شكل (2) گيرندة سوپرهيترودين شامل ميكسر
بعد از دريافت سيگنال RF به وسيله آنتن و تقويت در تقويت كننده (LNA) low- noise يك ميكسر كه وظيفه آن ضرب سيگنال ورودي كه بر روي فركانس fRF متمركز شده با يك سيگنال از اسيلاتور محلي با فركانس مركزي fLO مي‎باشد. سيگنالي كه بعد از ميكسر حاصل مي‎شود شامل فركانسهاي   مي‎باشد. و بعد از عبور از يك فيلتر پائين گذر سيگنالي با فركانس پائين تر يعني   به دست مي‎آيد كه اين سيگنال را با عنوان فركانس مياني (IF) نشان مي دهند. كه اين سيگنال براي پروسه هاي ديگري مورد استفاده قرار مي‎گيرد.
دو عضو اساسي در ميكسرها عبارتند از تركيب كننده و آشكارساز. تركيب كننده مي‎تواند از يك تزويجگر جهت دار (directional coupler) با زاويه 90 درجه (يا 180 درجه) استفاده كند.
آشكارسازهاي قديمي يك ديود تنها را به عنوان عنصر غيرخطي به كار مي بردند. اما ديودهاي دوبل غيرموازي و تركيبات ديودي تعادلي دوبل بيشتر استفاده مي‎شود.
علاوه بر ديودها، ميكسرهاي MOSFET , BJT با عدد نويز پائين و گين تبديل بالا در باند X طراحي شده اند.

فهرست مطالب
عنوان
طراحي ميكسرها و كاربردهاي آنها
مقدمه    1
ويژگي اساسي ميكسرها    3
الماسهاي اساسي    5
تكنيك هاي ميكسر كردن    8
طراحي ميكسر single- ended    13
ميكسرهاي Double- balanced    25
ترانس كنداكتانس در ميكسرهاي FET    25
ميكسرهاي ترانزيستور دو قطبي    28
حالت كلي ميكسرها    30
مدارهاي مخلوط كننده عملي    31
مدارهاي مبدل نيمه هادي    37
نتيجه گيري    39