В наше время трудно удивить читателей какими-либо новыми схемными решениями — кажется, что все давно уже придумано. И все-таки удивительное — рядом. На этот раз сюрприз преподнесла простая и хорошо известная многим радиолюбителям микросхема 74НС4066, содержащая быстродействующие электронные ключи. На основе этой микросхемы автором был разработан оригинальный преобразователь частоты, описание которого предлагается вниманию читателей.
В настоящее время в узлах смесителей приемо-передающей аппаратуры широко используются быстродействующие ключевые элементы, выполненные, как правило, на полевых транзисторах. Применение таких ключей позволяет заметно улучшить динамические параметры смесителей.
Однако, как оказалось, возможности быстродействующих электронных ключей вовсе не исчерпываются коммутацией аналоговых и цифровых сигналов. На электронных ключах можно выполнить не только смеситель, но и гетеродин. Более того, 4 аналоговых быстродействующих ключа, входящих в состав микросхемы 74НС4066. при предельной простоте схемы позволяют создать высококачественный преобразователь частоты, т.е. узел, содержащий и смеситель, и гетеродин.

Высокоэффективный преобразователь частоты на электронных ключах

Структурная схема такого преобразователя частоты, который применен в приемнике прямого преобразования, приведена на рис.1. Основнэя особенность схемы заключается в том, что преобразование происходит на частоте, которая в 2 раза выше частоты гетеродина. Аналогичный принцип преобразования используется в смесителе на встречно-параллельных диодах, предложенном В.Т.Поляковым [1].
Рассмотрим работу преобразователя на электронных ключах. Гетеродин выполнен на элементах DD1.3 и DD1.4, входящих в состав микросхемы 74НС4066. При соотношении сопротивлений резисторов R1 и R2 к R3 около 18:1 постоянная составляющая напряжения на конденсаторах С1 и С2, входящих в состав гетеродинного контура, — около 1,7 В, а амплитудное значение переменной составляющей напряжения гетеродина при этом — около 1,3 В.
Из графиков на рис.2 видно, что 2 видно, что напряжение на конденсаторах С1 и С2, к которым подключены управляющие входы ключей DD1.1 и DD1.2, достигает порога открывания 2.5 В при уровне переменного напряжения около 0,7 от амплитудного значения. При таком соотношении переменной и постоянной составляющих напряжения на контуре длительность открытого состояния ключа составляет ¼ » периода колебания гетеродине. Так как напряжение гетеродина на конденсаторах С1 и С2 находится в противофазе, TODD1.1 и DD1.2 открываются по очереди на % периода колебания гетеродина с промежутком также в ½ периода колебания гетеродина. Таким образом, время открытого и закрытого состояний ключа, образованного параллельным соединением DD1.1 и DD1.2, составляет ½ периода колебания с частотой в 2 раза выше частоты гетеродина и является оптимальным с точки зрения максимальной эффективности преобразования на частоте, которая в 2 раза больше частоты гетеродина.
Следует отметить, что схема смесителя полностью обратима, и при подаче на один из входов НЧ сигнала на другом формируется высокочастотный DSB сигнал. Гетеродин, выполненный на ключах микросхемы 74НС4066. устойчиво работает на частотах до 11 МГц (при напряжении питания 5 8) и 18 МГц (при напряжении питания n10 В), при этом частота преобразования составляет 22 и 36 МГц соответственно.
Очевидно, что применение в преобразователе частоты современных микросхем быстродействующих электронных ключей (например. FST3126) позволит улучшить параметры преобразователя — увеличить максимальную частоту преобразования и снизить потери в смесителе.
Применение преобразователя частоты, гетеродин которого работает на частоте, в 2 раза ниже частоты приема, обеспечивает несколько преимуществ. Во-первых, на более низкой частоте легче получить необходимую стабильность частоты. Во-вторых, уменьшается уровень сигнала гетеродина, проникающего в антенну, что обеспечивает значительное снижение вероятности появления помехи в виде мультипликативного фона. В-третьих, учитывая, что входной и гетеродинный контуры настроены на разные частоты, эти контуры можно располагать в непосредственной близости друг от друга, не опасаясь увеличения проникновения сигнала гетеродина во входные цепи приемника и разбаланса смесителя. Следовательно, упрощается конструкция приемника, и уменьшаются его размеры.

Высокоэффективный преобразователь частоты на электронных ключах

Кроме того, преобразователь имеет низкое энергопотребление, что особенно актуально для приемников с автономным питанием. Например, ток, потребляемый преобразователем частоты при работе в диапазоне 80 м (3,6 МГц), составляет всего 3,2 мА при напряжении питания 5 В. При этом сохраняются высокие динамические параметры, присущие смесителям, собранным на ключах 74НС4066.
Данный преобразователь частоты можно успешно применить и в супергетеродинном приемнике или трансивере. Так как принимаемая частота отстоит от частоты гетеродина на величину ПЧ. в некоторых случаях преобразование удобно осуществлять на частоте гетеродина, а смеситель выполнить по балансной схеме. Такой вариант реализации смесителя приведен на рис.3. В этой схеме при соотношении сопротивлений резисторов R1 и R2 к RЗ около 2:1 постоянная составляющая напряжения на конденсаторах С1 и С2 будет близка к 2,5 В, и, как видно из рис.4, время открытого состояния ключей DD1.1 и DD1.2 будет составлять приблизительно 0.5 периода напряжения гетеродинного сигнала.
На основе данного преобразователя частоты можно выполнить синхронный детектор AM сигналов. Схема детектора приведена на рис.5. Гетеродин работает на частоте, которая в 2 раза ниже частоты принимаемого сигнала. Синхронизация частоты гетеродина с несущей частотой принимаемого сигнала осуществляется методом прямого захвата.
Работа синхронного детектора была проверена при приеме радиостанций вещательного диапазона 41 м. Качество приема радиостанций, принимаемых со средней громкостью, быпо высоким. Надо отметить, что при таком включении полевого транзистора диапазон уровней входных сигналов, принимаемых без искажений, ограничен. Для его расширения в схему нужно добавить подстроенный резистор сопротивлением 680 Ом. Один из крайних выводов подключается вместо стока полевого транзистора к точке соединения ключей, сток, в свою очередь, соединяется с выводом подвижного контакта резистора. Другой крайний вывод подключается к общему проводу. Переменным резистором теперь можно регулировать полосу захвата частоты гетеродина в зависимости от уровня сигнала на входе детектора, добиваясь наилучшей избирательности.
При практическом изготовлении преобразователей частоты по приведенным схемам индуктивность катушки И и емкости конденсаторов С1-С2 контура гетеродина рассчитываются по формулам:
С1 = С2 = 3618/Fг.
где L — индуктивность в микрогенри;
- С — емкость в пикофарадах;
- Fг — частота гетеродина в мегагерцах.

Литература
1. В.nТ.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. — М.: Патриот, 1990.

О.Шипилов, г.Кобрин.