Смеситель — это универсальное устройство, предназначенное для объединения и управления потоками. В зависимости от сферы применения, он может работать с водными потоками или электрическими сигналами, выполняя их смешивание и коммутацию.
Смесители в радиоэлектронике
Особую категорию составляют смесители, используемые в радиотехнике и электронике. Эти устройства постоянно совершенствуются: современные разработки направлены на увеличение динамического диапазона, повышение технологичности и энергоэффективности. По своему механизму действия радиотехнические смесители функционируют как коммутаторы, которые переключают фазы входного сигнала с частотой, задаваемой вспомогательным генератором — гетеродином. В качестве переключающих элементов могут использоваться электронные ключи, диоды или транзисторы.
Классификация и типы смесителей
Существует несколько основных классификаций смесителей. По принципу действия их делят на гладкие и ключевые, а по наличию усиления — на активные и пассивные. Активные смесители, построенные исключительно на транзисторах, не только смешивают, но и усиливают сигнал, в отличие от пассивных аналогов. Гладкие смесители, в свою очередь, различаются по форме управляющего сигнала гетеродина, который может быть синусоидальным или иметь прямоугольную форму.
Принцип работы диодного балансного смесителя
Чтобы разобраться в работе смесителя, рассмотрим классическую схему диодного кольцевого балансного смесителя. Когда на управляющих точках гетеродина устанавливается положительная полярность, соответствующее напряжение открывает определенную пару диодов. Это создает путь для прохождения полезного сигнала от входа устройства к его выходу.
Это состояние сохраняется до тех пор, пока полярность напряжения гетеродина не сменится на отрицательную. В этот момент ранее открытые диоды закрываются, а закрытые — открываются. Сигнал теперь проходит через другую пару диодов, что приводит к инверсии (смене на противоположную) его фазы на выходе устройства.
В идеальной схеме токи гетеродина, наведенные в обмотках трансформаторов, взаимно компенсируются, что препятствует его проникновению на выход. Для точной балансировки схемы и подавления нежелательных составляющих в разрыв обмотки трансформатора часто включают переменный резистор. Замена диодов на быстродействующие электронные ключи-коммутаторы позволяет значительно ускорить весь процесс переключения, а разделение цепей управления и прохождения сигнала минимизирует их взаимное влияние.
Особенности схемотехники
В современных схемах электронными ключами часто управляют цифровые сигналы в противофазе, формируемые специальной микросхемой. Входное сопротивление такого формирователя сигнала гетеродина определяется номиналом резистора. Ключевой задачей при проектировании является ослабление проникновения управляющего сигнала в коммутируемые цепи для эффективного подавления паразитных составляющих.
Смеситель может быть интегрирован в схему формирователя сигнала. В такой конфигурации операционный усилитель часто выполняет роль микрофонного усилителя, принимая исходный сигнал, например, с конденсаторного микрофона. Выход этого усилителя напрямую соединяется со входом ключевого каскада смесителя.
Для восстановления симметрии выходного сигнала в схему может быть включен электромеханический фильтр, чьи резонансные свойства корректируют форму сигнала. Существенным преимуществом подобных схем смесителей-формирователей является использование для управления однополярного сигнала с частотой гетеродина, что упрощает построение всей системы.