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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
1/70
Electrnica de Comunicaciones
CONTENIDO RESUMIDO:
1- Introduccin2- Osciladores
3- Mezclado res .
4- Lazos enganchados en fase (PLL).
5- Amplificadores de pequea seal para RF.
6- Filtros pasa-banda basados en resonadores piezoelctricos.
7- Amplificadores de potencia para RF.
8- Demoduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).
9- Demoduladores de ngulo (FM, FSK y PM).
10- Moduladores de amplitud (AM, DSB, SSB y ASK).11- Moduladores de ngulo (PM, FM, FSK y PSK).
12- Tipos y estructuras de receptores de RF.
13- Tipos y estructuras de transmisores de RF.
14- Transceptores para radiocomunicaciones
ATE-UO EC mez 00
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
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3- Mezcladores
ATE-UO EC mez 01
Idea fundamental:
Obtener una seal cuya frecuencia sea la suma o la diferencia de
la frecuencia de otras dos
Mezclador
Seal de
frecuencia f2
Seal de
frecuencia f1
Seal d e fr ecuenc ias (f1+ f2)y f1- f2
O seal de f rec uenc ia (f1+ f
2)
O seal de f rec uenci a f1- f2
Mucho ms difcil
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
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ATE-UO EC mez 02
Mezclador que genera (f1+ f2) y f1- f2
Mezclador
ve2de
frecuencia f2
ve1de
frecuencia f1
vs
de frecuencias
(f1+ f2) y f1- f2
ve2
ve1
vs
f1 = 3 MHz
f2 = 5 MHz
f2- f1= 2 MHz
f1+f2= 8 MHz
f1 f2 (f1+ f2)(f2- f1)
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
4/70
ATE-UO EC mez 03
Cmo generar una seal con frecuencias (f1+ f2) y f1- f2
partiendo de dos de frecuencias f1y de f2?
Un poco de trigonometra:
sen(A+B) = senAcosB + senBcosA
sen(A-B) = senAcosB - senBcosA
Luego:
senAcosB = 0,5[sen(A+B) + sen(A-B)] (3)
senBcosA = 0,5[sen(A+B) - sen(A-B)] (4)
cos(A+B) = cosAcosB - senAsenBcos(A-B) = cosAcosB + senAsenB
Luego:
cosAcosB = 0,5[cos(A+B) + cos(A-B)] (1)
senAsenB = 0,5[cos(A-B) - cos(A+B)] (2)
cos(2A) = cos2Asen2A y 1 = cos2A + sen2A
Luego:
cos2A = 0,5[1 + cos(2A)] (5)
sen2A = 0,5[1 - cos(2A)] (6)
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
5/70
ATE-UO EC mez 04
Particularizamos al caso de seales (usando la expresin (1)):
cosw1tcosw2t = 0,5cos(w1+w2)t + 0,5cos(w1-w2)t
Basta con multiplicar las seales para obtener la seal deseada
Lo mismo pasa con (2-4), pero con determinados desfases
Qu pasa si las seales que se mezclan no estn en fase?
Componente de
frecuencia f1+f2
Componente de
frecuencia f1- f2
cosw1tcos(w2t+f) = 0,5cos[(w1+w2)t+f] + 0,5cos[(w1-w2)tf]
Componente de
frecuencia f1+f2
Componente de
frecuencia
f1- f2
El desfase fslo provoca desfases,
no nuevas componentes
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
6/70
ATE-UO EC mez 05
Cmo multiplicar dos seales (I)?
Usando un multiplicador analgico clsico no adecuado para alta
frecuencia.
Usando dispositivos de respuesta cuadrtica:
vs= V0+ k(V1cosw1t + V2cosw2t)2=
V0+ k(V12cos
2w1t + V2
2cos
2w2t + 2V1cosw1tV2cosw2t); usamos (1) y
(5):
vs= V0+ 0,5kV12 + 0,5kV2
2+0,5kV12cos(2
w1t) + 0,5kV22cos(2
w2t) +
kV1V2cos(w1+w2)t + kV1V2cos(w1-w2)t
Componente
de continuaComponente de
frecuencia 2f1
Componente de
frecuencia 2f2
Componente de
frecuencia f1+f2Componente de
frecuencia
f1-f2
Seal defrecuencia f2
Seal de
frecuencia f1
+ kx2Nos sobran las componentes de
continua y de frecuencias 2f1y 2f2
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
7/70
Usando dispositivos de respuesta proporcional +cuadrtica:
vs= V0+ kA(V1cosw1t + V2cosw2t) + kB(V1cosw1t + V2cosw2t)2=
V0+ kA(V1cosw
1t + V2cosw
2t) + kB(V12cos
2
w
1t + V22
cos2
w
2t +2V1cosw1tV2cosw2t); usamos (1) y (5):
vs= V0+ 0,5kBV12+ 0,5kBV2
2+ kAV1cosw1t + kAV2cosw2t +
0,5kBV12cos(2
w1t) + 0,5kBV22cos(2
w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t +
kBV1V2cos(w
1-w
2)t
ATE-UO EC mez 06
Cmo multiplicar dos seales (II)?
Componente
de continua
Componente
de frecuencia f1
Componente de
frecuencia 2f2Componente de
frecuencia f1+f2
Componente de
frecuencia f1-f2
Seal defrecuencia f2
Seal de
frecuencia f1
+ kAx + kBx2Nos sobran las componentes de
continua y de frecuencias f1, f22f1y 2f2
Componente de
frecuencia 2f1
Componente
de frecuencia f2
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
8/70
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
9/70ATE-UO EC mez 08
Ejemplos (I)
Dispositivo cuadrtico con:
V0= 0 V1= V2 k= 0,5ve1
f1
f1
ve2f2
f20 2f1 2f2(f1+ f2)(f2- f1)
( di spos itiv o cu adrtico)
vs
Es ms difcil filtrar el caso
real (cuadrtico) para aislar
una nica frecuencia
vs (ideal)
(f1+ f2)(f2- f1)
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
10/70ATE-UO EC mez 09
Ejemplos (II)
Dispositivo proporcional + cuadrtico con:
V0= 0 V1= V2 kA = 0,25 kB = 0,5
ve1
f1
f1
ve2f2
f20 2f1 2f2
Ms difcil de filtrar para
aislar una nica frecuencia
vs (ideal)
(f1+f2)(f2-f1)
(f1+ f
2)(f
2- f
1)
( dispos i t ivo propo rc ional +
cu adrtico )
vs
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
11/70ATE-UO EC mez 10
Por qu es importante que el mezclador genere el mnimo
nmero posible de componentes en la mezcla?
Para facilitar el filtrado.
Ms importante an: para facilitar el filtrado cuando las seales
de entrada no son seales senoidales puras.
ve2de
frecuencia f2
ve1de frecuencias
f1Ay f1B
Mezclador
vs
Mezclador ideal. Componentes de
frecuencias:
(f1A+f2), (f1B+f2), f1A-f2 y f1B-f2
Mezclador cuadrtico. Componentes
de frecuencias:
0, (f1A+f2), (f1B+f2), f1A-f2, f1B-f2,
2f1A, 2f1By 2f2
Mezclador proporcional + cuadrtico.
Componentes de frecuencias:
0, (f1A+f2), (f1B+f2), f1A-f2, f1B-f2,
f1A, f1B, f2,2f1A, 2f1By 2f2
An ms difcil de filtrar para
aislar una nica frecuencia
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
12/70ATE-UO EC mez 11
Objetivos de la realizacin fsica de los
mezcladores con dispositivos electrnicos
Comportamiento adecuado a las frecuencias de trabajo.
Uso de dispositivos con comportamiento lo ms parecido acuadrtico, sin trminos apreciables en x, x3, x4, etc.
Cancelacin de componentes indeseadas por simetras en los
circuitos.
Pasivo s (diod os)
Act ivo s (transis tores)
SimplesEqui l ibrados
Doblemente equ i l ibrados
Tipos de
mezcladoresSimplesEqui l ibrados
Doblemente equi l ibrado s
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
13/70ATE-UO EC mez 12
Mezcladores con diodos. Ideas generales (I)
2
1
0
-2
-1
20100 30-20 -10-30
iD[mA]
vD[mV]
Modelo proporcional+ cuadrtico
Modelo exponencial
iD= IS(eV
D/V
T -1)
iD
vD
+
-
IS= 1 mA
VT= 26 mV
iD= kAvD+ kBvD2
kA= 4,46710-5
kB= 7,98410-4
Casi coinciden en este margen de
tensiones ( 30 mV)
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
14/70
iD[mA] 2
1
0
-2
-1
40200 60-40 -20-60vD[mV]
Modelo exponencial
Mezcladores con diodos. Ideas generales (II)
Comportamiento con niveles mayores de tensin
Comportamiento
muy distinto en estemargen.
El equivalente tendra un comportamiento ms
complejoiD= kAvD+ kBvD2+ kCvD
3+ kDvD4+ kEvD
5+ ...
Es muy importante que los niveles
de las seales sean los correctos.
Se generaran
componentes de
otras frecuencias. ATE-UO EC mez 13
Modelo proporcional
+ cuadrtico
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
15/70
Teora del mezclador con un diodo
+
v1= V1cosw1t
v2= V2cosw2t
vs
Idea general
Ecuaciones:
vs+ vD= v1+ v2vs= RiD
iDkAvD+ kBvD2
vsR[0,5kBV12+ 0,5kBV2
2+ kAV1cosw1t + kAV2cosw2t + 0,5kBV12cos(2
w1t)
+ 0,5kBV22cos(2
w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
vs
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
16/70
Mezclador con un diodo. Realizacin prctica
++
-
vsR
v1
v2
+
ATE-UO EC mez 15
+
-
vsR
+v1
v2
+
+ -vD
Realizacin prctica con terminal
comn en las fuentes y la carga
+
-
vsR+
v1 v2
+
+ -vD
R1 R1
Realizacin prctica sin
transformador y con terminal
comn en las fuentes y la carga
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
17/70
Teora del mezclador equilibrado
con dos diodos
ATE-UO EC mez 16
+ +
-
vsR
v1
v2
+
+ -vD
iD
v2
+R
+v1
+
-vs1
+ -vD1 iD1
+
-
vs2+
v1
iD2+ -vD2
R
+
-
vs
vs1R[0,5kBV12+ 0,5kBV2
2+ kAV1cosw1t + kAV2cosw2t + 0,5kBV12cos(2
w1t)
+ 0,5kBV22
cos(2w
2t) + kBV1V2cos(w
1+w
2)t + kBV1V2cos(w
1-w
2)t]vs2R[0,5kBV1
2+ 0,5kBV22- kAV1cosw1t + kAV2cosw2t + 0,5kBV1
2cos(2w1t)
+ 0,5kBV22cos(2
w2t) - kBV1V2cos(w1+w2)t - kBV1V2cos(w1-w2)t]
vs= vs1- vs2= 2R[kAV1cosw1t + kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
Slo nos sobra la componente de frecuencia f1
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
18/70
Mezclador equilibrado con dos
diodos. Realizacin prctica.
ATE-UO EC mez 17
v2
+R
+v1
+
-vs1
+ -vD1 iD1
+
-
vs2+
v1
iD2+ -vD2
R
+
-
vs
vs= R(iD1- iD2) = vs1- vs2
Lo mismo que en el caso anterior
+ -vD1
+ -vD2
+
-vsR
v2
++
v1
iD1
iD2
iD1- iD2
1:1:1 1:1:1
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
19/70
Teora del mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos (I)
ATE-UO EC mez 18
R
+v1
+ -vD1 iD1
+v1
iD2vD2
R
+ -
v2
+
+
-
v13
+
-
v24
+
-
vs
i13
i24
vD3
-+iD3
vD4- +iD4
Ecuaciones:
iD= f(vD) kAvD+ kBvD2iD1f(v1+ v2)
iD2f(-v1+ v2)
iD3f(v1- v2)
iD4f(-v1- v2)
vs= v13- v24= i13R - i24R =
R[iD1- iD3- (iD2- iD4)] =
R[iD1- iD3- iD2+ iD4] =
Por tanto:
vsR[f(v1+ v2) - f(v1- v2) - f(-v1+ v2) + f(-v1- v2)]
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
20/70
ATE-UO EC mez 19
f(v1+ v2) 0,5kBV12
+ 0,5kBV22
+ kAV1cosw1t + kAV2cosw2t + 0,5kBV12
cos(2w1t) +0,5kBV22cos(2w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
-f(-v1+ v2) -0,5kBV12- 0,5kBV2
2+ kAV1cosw1t - kAV2cosw2t - 0,5kBV12cos(2w1t)- 0,5kBV2
2cos(2w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
-f(v1- v2) -0,5kBV12
- 0,5kBV22
- kAV1cosw1t + kAV2cosw2t - 0,5kBV12
cos(2w1t) -0,5kBV22cos(2w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
f(-v1- v2) 0,5kBV12+ 0,5kBV2
2- kAV1cosw1t - kAV2cosw2t + 0,5kBV12cos(2w1t) +0,5kBV2
2cos(2w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
Teora del mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos (II)
vsR[f(v1+ v2) - f(v1- v2) - f(-v1+ v2) + f(-v1- v2)]
f(v) 4[kBV1V2cos(w1+w2)t + kBV1V2cos(w1-w2)t]
vs4RkB[V1V2cos(w1+w2)t + V1V2cos(w1-w2)t]
Finalmente slo habr componentes
de (f1+f2) y de
f1-f2
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
21/70
Teora del mezclador doblemente equilibrado con cuatro diodos (III)
ATE-UO EC mez 20
Ecuaciones:
iD= f(vD) kAvD+ kBvD2iD1f(v1- v2)
iD2f(-v1+ v2)
iD3f(v1+ v2)
iD4f(-v1- v2)i13= iD1- iD3
I24= iD2- iD4
vs= -(i13+ i24)R =
R[-iD1+ iD3- iD2+ iD4] =Por tanto:
vsR[f(v1+ v2) - f(v1- v2) - f(-v1+ v2) + f(-v1- v2)]
R
+v1
+ -vD1 iD1
+v1
iD2
vD2
+ -
v2
+
-+ vs
i13
i24
vD3
-+iD3
vD4- +iD4
v2+
Otra forma de realizar el conexionado
Es la misma ecuacin que en el caso anterior, por lo
que slo habr componentes de (f1+f2) y de
f1-f2
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
22/70
Mezclador doblementeequilibrado
con cuatro diodos. Realizacin
prctica (I)
ATE-UO EC mez 21
+
-
vsRv2+
+v1
1:1:1 1:1:1
R
+v1
+v1
R
v2+
+
-
vsComo antes:
vs4RkBV1V2cos(w1+w2)t +4RkBV1V2cos(w1-w2)t
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
23/70
Mezclador doblementeequilibrado con
cuatro diodos. Realizacin prctica (II)
ATE-UO EC mez 22
Otra forma de
dibujar el circuito
+
-
vsR
v2
+
+
v1
1:1:1
1:1:1
Anillo de diodos
(normalmente diodos Schottky)
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
24/70
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
25/70
Mdulos comerciales de mezcladores doblementeequilibrados (I)
ATE-UO EC mez 24
Mezclador
Osc i lador Local
(term inal L)
Seal de RF
(term inal R)
Salida de IF
(terminal I)
Circuito interno del mdulo
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8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
26/70
Mdulos comerciales de mezcladores doblementeequilibrados (II)
ATE-UO EC mez 25
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
27/70
Carga de salida de un mezclador con diodos (I)
++
-vsR
v1
v2
+
+ -vD
En todos los casos se
ha supuesto que la
carga era resistiva
Mezclador
ve2de
frecuencia f2
ve1de
frecuencia f1
vsde frecuencias
(f1+ f2) y f1- f2
Frecuencia
f1- f2
Lo normal es conectar
un filtro a la salida
Ze filtro
La Ze filtrono va a ser resistiva, sino que va a depender dela frecuencia
Hay que buscar un tipo de filtro con Ze filtroindependientede la frecuencia. Se puede usar un diplexor
ATE-UO EC mez 26
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
28/70
R
L
C
R
L
C
Ecuaciones:
Ze1 = Ls + R/(RCs + 1) =
(RLCs2+ Ls + R)/(RCs + 1)
Ze2 = 1/Cs + RLs/(Ls + R) =
(RLCs2+ Ls + R)/[(Ls + R)Cs]
Ze,
Ye
Ze1,
Ye1
Ze2,
Ye2
Ye1 = (RCs + 1)/(RLCs2+ Ls + R)
Ye2 = (Ls + R)Cs/(RLCs2+ Ls + R)
Ye = (LCs2+ 2RCs + 1)/(RLCs2+ Ls + R)
Ze = R(LCs2
+ Ls/R + 1)/(LCs2
+ 2RCs + 1)Por tanto, para queZe = Rhace falta:
Carga de salida de un mezclador con diodos (II)
Diplexor
L/C = 2R2
ATE-UO EC mez 27
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
29/70
vs1/ve = 1/(LCs2+ Ls/R + 1)
vs2/ve = LCs2/(LCs2+ Ls/R + 1)
Sustituimos R = (L/2C)1/2:
vs1/ve = 1/(LCs2+ (2LC)1/2s + 1)
vs2/ve = LCs2/(LCs2+ (2LC)1/2s + 1)
Carga de salida de un mezclador con diodos (III)
Calculamos las funciones de
transferencia
ATE-UO EC mez 28
R
LC
R
L
C
+
-vs2
+
-
vs1
+
-
ve
0,1fC fC 10fC-40
-30
-20
-10
0
10[dB]
vs2/vevs1/ve
C d lid d l d di d (IV)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
30/70
vs1(jw)/ve(jw)= 1/(1 - LCw2+ j(2LC)1/2
w
vs2(jw)/ve(jw)= -LCw2/(1 - LC
w
2+ j(2LC)1/2w
Llamamosw
Ca law
tal que
vs1(jw
)/ve(jw
C)
=
vs2(jw
)/ve(jw
C)
Entonces:wC= 1/(LC)
1/2,fC= wC/2pyvs1/ve(jwC) = -3dB
Carga de salida de un mezclador con diodos (IV)
ATE-UO EC mez 29 0,1fC fC 10fC-40
-30
-20
-10
0
10[dB]
vs2/vevs1/ve
R
L
C
R
L
C
+
-vs2
+
-vs1
+
-ve
R
L
C
R
L
C
R
L
C
R
L
C
+
-vs2
+
-
+
-vs2
+
-vs1
+
-
+
-vs1
+
-ve
+
-
+
-ve
Conocidas las frecuenciasfsum= f1+ f2yfdif= f1- f2,fCdebe colocarse
centrado entre ellas en el diagrama de Bode (que es logartmico):
fC= (fsumfdif)1/2
Resumen:
fC= (fsumfdif)1/2
fC= 1/[2p(LC)1/2]L/C = 2R2 fC
fdif
fsum
T d l l d t i t bi l
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
31/70
Teora del mezclador con un transistor bipolar
Ecuaciones:
vBE= v1+ v2vs= RiC
iCISC+kAvBE+ kBvBE2
vsR[ISC+0,5kBV12+ 0,5kBV22+ kAV1cosw1t + kAV2cosw2t +0,5kBV1
2cos(2w1t) + 0,5kBV2
2cos(2w2t) + kBV1V2cos(w1+w2)t +
kBV1V2cos(w1-w2)t]Nos sobran las componentes de
continua y de frecuencias f1, f22f1y 2f2ATE-UO EC mez 30
+
v1= V1cosw1t
v2= V2cosw2t
vs
Idea general
Realizacin
prctica sin
terminal comnen las fuentes
R+
-
vs
+
-vBE
+v1
v2
+
+ VCC
iC
IC (VEB=0)= -ISC
Mezclador con un transistor bipolar Realizaciones prcticas (I)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
32/70
RB
iB
Polarizacin, pero
manteniendo la
operacin no lineal
Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prcticas (I)
ATE-UO EC mez 31
R +
-
vs
+
-vBE
+v1
v2
+
+ VCC
iC
+v1
v2
+
vBE
R+
-
vs
+
-
+ VCC
iC
Realizacin prctica con
transformador
Mezclador con un transistor bipolar Realizaciones prcticas (II)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
33/70
RB
iB
Polarizacin, pero
manteniendo la
operacin no lineal
Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prcticas (II)
ATE-UO EC mez 32
R +
-
vs
+
-vBE
+v1
v2
+
+ VCC
iC
vBE
R+
-
vs
+
-+
v1 v2
+
+ VCC
iC
Realizacin prctica sin transformador.
Ahora vBE= v1- v2,pero las componentes
finales son las mismas
Mezclador con un transistor bipolar Realizaciones prcticas (III)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
34/70
RB
iB
Polarizacin, peromanteniendo la
operacin no lineal
Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prcticas (III)
ATE-UO EC mez 33
R +
-
vs
+
-vBE
+v1
v2
+
+ VCC
iC
Realizacin prctica sin transformador.
Ahora vBE= (v1+ v2)/2,pero las
componentes finales son las mismas
vBE
R
+
-
vs
+
-
+ VCC
iC
+v1
v2
+
R1 R1
Mezclador con un transistor bipolar Realizaciones prcticas (IV)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
35/70
Mezclador con un transistor bipolar. Realizaciones prcticas (IV)
ATE-UO EC mez 34
Filtrado de la frecuencia deseada
RB
+v1
v2
+
+ VCC
RC
+ VCC
RB
+v1
v2
+ R
+
-vs
LR
CR
CB
Circuito
resonante
Mezclador con varios transistores bipolares
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
36/70
Mezclador con varios transistores bipolares
ATE-UO EC mez 35
Se puede conseguir cancelacin de componentes
indeseadas por simetras
Montajes equilibrados y doblemente equilibrados
Slo nos sobra la
componente de frecuencia f1.
Se cancelan las de f22f1y 2f2
Ejemplo de mezclador
equilibrado
vBE1+
vBE2
+
Q1
VCC
R
iC1
1:1:1
iC2
+
--
Q2
+
vS
+
-v1
v2
1:1:1
Teora general del mezclador con un transistor de
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
37/70
Teora general del mezclador con un transistor de
efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (I)
ATE-UO EC mez 36
Diapositiva de la asignatura Dispositivos Electrnicos
VDS [V]
ID [mA]4
2
84 120VGS = -2V
VGS = -1,5V
VGS = -1V
VGS = -0,5V
VGS = 0V
VGS = -VPO
Clculo de las corrientes en la zona de fuente
de corriente (canal contrado)
ATE-UO Trans 94
ID0PO
Partimos de conocer el valor de la corriente de drenador
cuando VGS = 0 y el canal est contrado, ID0PO.
Tambin se conoce la
tensin de contraccin
del canal, VPO
Ecuacin ya conocida:
VDSPO = VPO + VGS
Muy importante
Ecuacin no demostrada:
IDPO ID0PO(1 + VGS/VPO)2
IDPO
VDS [V]
ID [mA]4
2
84 120VGS = -2V
VGS = -1,5V
VGS = -1V
VGS = -0,5V
VGS = 0V
VGS = -VPO
VDS [V]
ID [mA]4
2
84 120VGS = -2V
VGS = -1,5V
VGS = -1V
VGS = -0,5V
VGS = 0V
VDS [V]
ID [mA]4
2
84 120 VDS [V]
ID [mA]4
2
84 120
ID [mA]4
2
4
2
84 120VGS = -2V
VGS = -1,5V
VGS = -1V
VGS = -0,5V
VGS = 0V
VGS = -VPOVGS = -VPO
Clculo de las corrientes en la zona de fuente
de corriente (canal contrado)
ATE-UO Trans 94
Clculo de las corrientes en la zona de fuente
de corriente (canal contrado)
ATE-UO Trans 94
ID0PO
Partimos de conocer el valor de la corriente de drenador
cuando VGS = 0 y el canal est contrado, ID0PO.
ID0PO
Partimos de conocer el valor de la corriente de drenador
cuando VGS = 0 y el canal est contrado, ID0PO.Partimos de conocer el valor de la corriente de drenador
cuando VGS = 0 y el canal est contrado, ID0PO.
Tambin se conoce la
tensin de contraccin
del canal, VPO
Tambin se conoce la
tensin de contraccin
del canal, VPO
Tambin se conoce la
tensin de contraccin
del canal, VPO
Ecuacin ya conocida:
VDSPO = VPO + VGS
Ecuacin ya conocida:
VDSPO = VPO + VGS
Muy importante
Ecuacin no demostrada:
IDPO ID0PO(1 + VGS/VPO)2
IDPO
Ecuacin no demostrada:
IDPO ID0PO(1 + VGS/VPO)2
IDPOIDPO
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
38/70
Teora general del mezclador con un transistor de
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
39/70
Ecuaciones del transistor bipolar:
iC=ISC- FISE+ FISEeVBE/VTISC+kAvBE+ kBvBE2 + kCvBE3+ kDvBE4+
Ecuaciones del transistor de efecto de campo:
IDPOID0PO(1 + VGS/VPO)2= ID0PO+ 2ID0POVGS/VPO+ ID0PO(VGS/VPO)
2
Slo hemos considerado
es to s trm inos , pero hay ms
ATE-UO EC mez 38
Prct icamente slo hay estos trm inos
Un transistor de efecto de campo tiene una respuesta
ms cuadrtica irve mejor para hacer mezcladores
Teora general del mezclador con un transistor de
efecto de campo (JFET, MOSFET o MESFET) (III)
Mezclador con un JFET Realizacin prctica
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
40/70
C1
+v1
+
v2
C2RG
RS
+ VCC
LR
CR
Circuito
resonante
R
C3
+
-vs
RBR
+
-
vs+
v1 v2
+
+ VCC
LR
CR
R
C3
RBR
+
-
vs
+
-
+
--
vs+
v1
+v1 v2
+
+ VCC
LR
CR
R
C3
ATE-UO EC mez 39
Mezclador con un JFET. Realizacin prctica
Mezclador con dos JFETs Realizacin prctica (I)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
41/70
Ejemplo de mezclador equilibrado con dos JFETs (I)
Mezclador con dos JFETs. Realizacin prctica (I)
ATE-UO EC mez 40
Slo habr componentes de f1, (f1+f2) y de f1-f2
vS++ VCC
R
1:1:1
+
-
v1
v2
1:1:1
RS
CSRS
CS
Mezclador con dos JFETs Realizacin prctica (II)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
42/70
Ejemplo de mezclador equilibrado con dos JFETs (II)
Mezclador con dos JFETs. Realizacin prctica (II)
ATE-UO EC mez 41
Slo habr componentes de f1, (f
1+f
2) y de
f1-
f2
vS++
VCC R
1:1:1
+
-
v1
v2
1:1:1
RS
CS
Ejemplos de esquemas reales de mezcladores
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
43/70
Ejemplos de esquemas reales de mezcladores
equilibrados con JFETs (obtenidos del ARRL Handbook 2001) (I)
ATE-UO EC mez 42
Ejemplos de esquemas reales de mezcladores
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
44/70
Ejemplos de esquemas reales de mezcladores
equilibrados con JFETs (obtenidos del ARRL Handbook 2001) (II)
ATE-UO EC mez 43
Mezclador con un MOSFET de doble puerta
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
45/70
Mezclador con un MOSFET de doble puerta
+
-
vs
C1
+v1
+
v2
C2
RG1RS
+ VCC
LR
CR
Circuito
resonante
R
C3
G1
D
S
G2
CS
RG2
G1
D
S
G2
Acumulacin
G1
D
S
G2
Deplexin
ATE-UO EC mez 44
MOSFET de doble puerta comercial (I)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
46/70
ATE-UO EC mez 45
MOSFET de doble puerta comercial (I)
MOSFET de doble puerta comercial (II)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
47/70
ATE-UO EC mez 46
MOSFET de doble puerta comercial (II)
MOSFET de doble puerta comercial (III)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
48/70
ATE-UO EC mez 47
MOSFET de doble puerta comercial (III)
BF961
VG2S= 4 V
MOSFET de doble puerta comercial (IV)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
49/70
MOSFET de doble puerta comercial (IV)
ATE-UO EC mez 48
BF998
MOSFET de doble puerta comercial (V)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
50/70
MOSFET de doble puerta comercial (V)
BF998
ATE-UO EC mez 49
Comportamiento frente a la tensin en cada una de las puertas
Teora bsica de una etapa diferencial (I)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
51/70
Teora bsica de una etapa diferencial (I)
Ecuaciones:
iC1 IsevBE1/VT iC2 ISe
vBE2/VT
iO= iC1/+iC2/
vd= vB1- vB2= vBE1- vBE2
+ VCC
R
iC1
+
-
vsQ1
vBE1
+
-vBE2
+
-
iC2
+
-
R
+ -
- VCC
Q2
vB1vB2
iO
+
-vd
Por tanto:
iC1 iO/(1+ e-vd/VT)
iC2
iO/(1+ evd/VT)
ATE-UO EC mez 50
Teora bsica de una etapa diferencial (II)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
52/70
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
0
0,5
1
1,5
4
vd/VT
p ( )
iC1/(iO) 1/(1 + e-vd/VT)
iC2/(iO) 1/(1 + evd/VT)
ATE-UO EC mez 51
+ VCC
R
iC1
vsQ1
iC2
R
+ -
- VCC
Q2
iO
+
-vd
iC2/(iO) iC1/(iO)
Se observa que ambas funciones son
muy lineales alrededor de vd/VT= 0
iC1/(iO) 0,5 + 0,25vd/VT
iC2/(iO) 0,5 - 0,25vd/VT
Expresin vlida para -1 < vd/VT< 1
Teora bsica de una etapa diferencial (III)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
53/70
p ( )
ATE-UO EC mez 52
+ VCC
R
iC1
vsQ1
iC2
R
+ -
- VCC
Q2
iO
+
-vd
iC1 iO0,5 + 0,25iOvd/VT
iC2 iO0,5 - 0,25iOvd/VT
vs= R(iC2- iC1) -0,5R
iOvd/VT
Luego: vs= -0,5RiOvd/VT
Es decir, la tensin de salida es
producto de la tensin de entrada
y del valor de la fuente de
corriente
- VCC
iO iO
- VCC
La etapa diferencial como mezclador (I)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
54/70
p ( )
ATE-UO EC mez 53
Hacemos:
vd= v1= V1cosw1t
iO= IOdc+ gOV2cosw
2tPor tanto:
vs= -(0,5RIOdc/VT)(V1cosw1t) -
(0,5R
gO/VT)(V1cosw1t)(V2cosw2t)
vs= -(0,5RIOdc/VT)V1cosw1t -
(0,25R
gO
/VT
)V1
V2
cos(w
1
+w
2
)t -
(0,25R
gO/VT)V1V2cos(w1 - w2)t
Es decir:
Componente de
frecuencia f1
Componente de
frecuencia f1+f2
Componente de
frecuencia f1-f2
+ VCC
R
iC1
vsQ1
iC2
R
+ -
- VCC
Q2
iO+v1
+v2
0,6 V
Q3
La etapa diferencial como 1:1:1
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
55/70
p
mezclador (II)
2:1:1
+ VCC
Q1 Q2
+v1
+v2
1:1:1
+ VCC
R1
Q3
R2
R3
R4
R5
C1
C2
C3
vS
+
-
ATE-UO EC mez 54
Ejemplo de esquema real de mezclador con etapa
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
56/70
j p q p
diferencial (obtenidos de una nota de aplicacin de Intersil)
ATE-UO EC mez 55
Circuito integrado CA3028
Condensadores para cancelar la
reactancia magnetizante del
transformador
+ VCC Teora bsica de la clula de
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
57/70
Q2
- VCC
IO
+v2
Q1
CC
R
iC11
Q11
R
vs+ - Q12
iC12
iC1 iC2
i1 i2
+v1
Teora bsica de la clula de
Gilbert (I)
iC21
Q21 Q22
iC22
ATE-UO EC mez 56
Teora bsica de la Ecuaciones:
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
58/70
ATE-UO EC mez 57
clula de Gilbert (II)Ecuaciones:
vs= (i2- i1)R = (iC12+ iC22- iC11- iC21)R
iC11 iC10,5 + 0,25iC1v1/VT
iC12
iC10,5 - 0,25
iC1v1/VT
iC21 iC20,5 - 0,25iC2v1/VT
iC22 iC20,5 + 0,25iC2v1/VT
iC1
IO
0,5 + 0,25
IO
v2
/VT
iC2 IO0,5 - 0,25IOv2/VT
Q2
- VCC
IO
+v2
Q1
+ VCC
R
iC11
Q11
R
vs+ - Q12
iC12
iC1 iC2
i1 i2
+v1
iC21
Q21
Q22
iC22
Q2
- VCC
IO
+v2
Q1
+ VCC
R
iC11
Q11
R
vs+ -
vs+ - Q12
iC12
iC1 iC2
i1i1 i2i2
+v1 +v1
iC21
Q21
Q22
iC22
Por tanto:
iC12- iC11 -0,5iC1v1/VT=
-0,25
IOv1/VT- 0,125IOv1v2/VT
2
iC22- iC21 0,5iC2v1/VT=
0,25
IOv1/VT- 0,125IOv1v2/VT
2
vs= - 0,25RI
O
v1
v2
/VT
2
La clula de Gilbert como mezclador (I)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
59/70
ATE-UO EC mez 58
vs= - 0,25RIOv1v2/VT
2
Hacemos:v1= V1cosw1t
v2= V2cosw2t
Por tanto:
vs
= -(0,25
RIO
/VT
2)(V1
cosw
1
t)(V2
cosw
2
t)
vs= -(0,125RIO/VT
2)V1V2cos(w1 + w2)t
-(0,125
RIO/VT2)V1V2cos(w1 - w2)t
Es decir:
Componente defrecuencia f1+f2
Componente de
frecuencia f1-f2
La clula de Gilbert como mezclador (II)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
60/70
+ VCC
1:1:1
vS
+
-
+ Vp1
2:1:1
+
v1
+v2
2:1:1
+ Vp2
( )
Para que la etapa est
correctamente polarizada:
VCC> Vp1> Vp2
ATE-UO EC mez 59
La clula de Gilbert como mezclador (III)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
61/70
( )
ATE-UO EC mez 60
+ VCC
1:1:1
vS
+
-
+ Vp1
+ Vp2
1:1
+v1
1:1
+
v2
VCC> Vp1> Vp2
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert:
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
62/70
ATE-UO EC mez 61
j p
el SA602A (NE602) (I)
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert: el SA602A (II)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
63/70
ATE-UO EC mez 62
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert: el SA602A (II)
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert: el SA602A (III)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
64/70
ATE-UO EC mez 63
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert: el SA602A (III)
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert: el SA602A (IV)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
65/70
j p ( )
Circuito de entrada de bajo niv el (RF)
ATE-UO EC mez 64
Ejemplo de mezclador con clula de Gilbert: el SA602A (V)
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
66/70
Osci lador
j p ( )
ATE-UO EC mez 65
Ejemplo de mezclador con clula
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
67/70
Circu ito d e salida de bajo niv el (IF)
ATE-UO EC mez 66
j
de Gilbert: el SA602A (VI)
Ejemplo de esquema real de mezclador con clula
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
68/70
ATE-UO EC mez 67
de Gilbert (obtenidos de una nota de aplicacin de Philips)
Parmetros caractersticos de un mezclador
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
69/70
Mezclador
Entrada del
osc i lador local
(LO)
Frecuencia f2
Entrada de
radiofrecuencia
(RF)
Frecuencia f1
Salida de frecuencia in termedia (IF)Frecuencia (f2 - f1)
ATE-UO EC mez 68
Ligados al uso de un mezclador en un receptor superheterodino
Perdidas de conversin:
L[dB] = -10log(PIF/PRF)
Aislamiento RF-IF :
IRF-IF[dB] = 10log(PRF/PRF-IF)(s iendo PRF-IFla po tencia de RF
en la salida de IF)
Aislamiento OL-IF:IOL-IF[dB] = 10log(POL/POL-IF)
Aislamiento OL-RF:
IOL-RF[dB] = 10log(POL/POL-RF)
Ejemplo de uso de los parmetros de un mezclador
-
8/11/2019 Etapa Mezclador en Am
70/70
Perdidas de conversin:
L[dB] = 5,6 dB
Aislamiento OL-IF:
IOL-IF[dB] = 45 dB
-50 dBm
15 MHz
7 dBm
6 MHz
9 MHz
Componente de 9 MHz: -50 dBm - 5,6 dB = -55,6 dBm
Componente de 6 MHz: 7 dBm - 45 dB = -38 dBm