فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی دارای ۴۶ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی۲ ارائه میگردد

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی :

فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی

مقدمه:

در طراحی گیرنده معمولاً از مدار آشکارساز استفاده می کنیم. بیشتر مدارهای آشکارساز در حضور نویز یا سیگنالهای تداخلی به خوبی عمل نمی کنند و بسیاری از آنها در صورت کمتر بودن دامنه سیگنال ورودی از چند ولت اصلا کار نمی کنند در صورتی که سیگنال مطلوب در ورودی گیرنده ممکن است شدت میدانی در حدود میکرولت/متر داشته باشد. در صورتیکه rms نویز و شدت سیگنال تداخلی آنتن در حد ولت/متر است. واضح است که هم بهره و هم قدرت انتخاب در جلوی آشکارساز موردنیاز است.

در قسمت گیرنده چون خیلی ضعیف است و دارای نویز نیز می‎باشد و مدوله شده هم است. بنابراین یک تقویت کننده قرار می‎دهیم که هم سیگنال دریافتی را تقویت کند و هم نویز را از بین ببرد. چون دامنه سیگنال ورودی در حدود میکروولت است و ما دامنه ای در حدود ولت داریم بنابراین بهره تقویت کننده باید حدود ۱۰^۶ باشد. بعد از تقویت کننده باید یک فیلتر قرار دهیم تا سیگنال نامطلوب را از بین ببریم.

ساختن مداری به این صورت دو مشکل دارد:

۱- ساختن فیلتری که بر روی فرکانسهای و … باشد و دارای گین موردنظر باشد مشکل است. یعنی این فیلتر نمی تواند روی باندی وسیع از فرکانسها قرار بگیرد.

۲- اگر مدار گین بالا داشته باشد و دارای باند باریک نیز باشد به صورت زیر

اگر ترانزیستور بتواند با یک حلقه درست کند این مدار شروع به نوسان می‌کند و در ورودی و قبل از تقویت کننده یک موج سینوسی مستقل از فرکانس داریم که اصلا فرکانس در آن دخالت ندارد.

فرض کنید آشکارساز یک مدار RC باشد.

شکل (۱)

یک رابطه باید بین RC و فرکانسها برقرار باشد تا این مدار آشکارساز پوش باشد. یعنی آشکارسازی این مدار بر فرکانس v_I و فرکانس carrier بستگی دارد. طراحی آشکارساز بستگی به فرکانس carrier دارد و طراحی آن بر روی باند وسیعی از فرکانس محال است.

ایده: خواسته شد که فیلتر و تقویت کننده بر روی یک فرکانس یکسان ساخته شوند.

بنابراین متوجه می شویم که مشکلات مهمی که در تقویت کننده فرکانس حامل یا RF برگیرنده فرکانس ثابت وجود دارند عبارتند از:

۱- کنترل نویز خروجی چنانچه به حد کافی از سطح سیگنال ورودی کمتر باشد.

۲- کنترل غیرخطی عنصر فعال برای جلوگیری از اعوجاج سیگنال و برهم کنش با سیگنال ناخواسته.

۳- برای جلوگیری از نوسان تقویت کننده باند باریک بهره- بالای طبقه آخر.

علاوه بر مشکلات فوق باید بتوانیم روی باند وسیعی از فرکانس طراحی کنیم.

در ابتدا تصمیم گرفته شد که آشکارساز و کل بهره و قابلیت انتخاب همگی براساس فرکانس- ثابت باشند و همه سیگنالهای مدوله شده ورودی را به یک فرکانس میانی یا IF که ثابت است انتقال دهیم که برای این کار یک گیرنده سوپرهترودین پیشنهاد شد. این گیرنده شامل Mixer است.

ویژگیهای اساسی میکسرها:

میکسرها عموماً برای مالتی پلکس کردن سیگنالهایی با فرکانسهای مختلف در انتقال فرکانسی به کار می رود.

با توجه به اینکه سیگنالهای RF ورودی در فاصله بسیار نزدیک و متراکم قرار دارند برای فیلتر کردن سیگنال مطلوب به یک فیلتر با Q بسیار بالا نیاز داریم. اما اگر فرکانس سیگنال RF بتواند کاهش یابد یا در میان سیستمهای مخابراتی down convert شده خیلی بیشتر قابل کنترل خواهد بود.

یکی از بهترین سیستمهای شناخته شده down convert گیرنده سوپر هیترودین است که در شکل (۲) نمای کلی آن آمده است.

شکل (۲) گیرنده سوپرهیترودین شامل میکسر

بعد از دریافت سیگنال RF به وسیله آنتن و تقویت در تقویت کننده (LNA) low- noise یک میکسر که وظیفه آن ضرب سیگنال ورودی که بر روی فرکانس f_RF متمرکز شده با یک سیگنال از اسیلاتور محلی با فرکانس مرکزی f_LO می‎باشد. سیگنالی که بعد از میکسر حاصل می‎شود شامل فرکانسهای می‎باشد. و بعد از عبور از یک فیلتر پائین گذر سیگنالی با فرکانس پائین تر یعنی به دست می‎آید که این سیگنال را با عنوان فرکانس میانی (IF) نشان می دهند. که این سیگنال برای پروسه های دیگری مورد استفاده قرار می‎گیرد.

دو عضو اساسی در میکسرها عبارتند از ترکیب کننده و آشکارساز. ترکیب کننده می‎تواند از یک تزویجگر جهت دار (directional coupler) با زاویه ۹۰ درجه (یا ۱۸۰ درجه) استفاده کند.

آشکارسازهای قدیمی یک دیود تنها را به عنوان عنصر غیرخطی به کار می بردند. اما دیودهای دوبل غیرموازی و ترکیبات دیودی تعادلی دوبل بیشتر استفاده می‎شود.

علاوه بر دیودها، میکسرهای MOSFET , BJT با عدد نویز پائین و گین تبدیل بالا در باند X طراحی شده اند.

اما مشکلاتی که گیرنده سوپر هیترودین اضافه می‌کند عبارتند از:

– میکسر و نوسان کننده محلی را باید طراحی نمود و نوسان کننده محلی باید مدارهای غیرخطی جلوی میکسر را تعقیب کند.

_– چون غالباً میکسرها نویز بیشتری نسبت به تقویت کننده ها تولید می‌کنند و چون با توجه به طبیعتشان دارای خواص غیرخطی هستند حتما نیاز به تقویت کننده RF در جلوی میکسر داریم.

المانهای اساسی

قبل از وارد شدن به طراحی مدار میکسر، قابلیت یک میکسر را با در نظر گرفتن اینکه میکسر دو فرکانس در ورودی را گرفته و یک فرکانس که از حاصل ضرب دو سیگنال ورودی به وجود می‎آید مختصراً مرور کنیم.

به روشنی مشخص است که یک سیستم خطی نمی تواند تمام وظایف را برآورده کند و ما نیاز به انتخاب یک وسیله غیرخطی مثل دیود، FET یا BJT داریم که بتوانند حاصل ضرب هارمونیکها را تولید کند.

شکل (۳) ترتیب قرار گرفتن سیستم یک میکسر متصل به سیگنال RF را شرح می‎دهد. V_RF(t) و سیگنال اسیلاتور محلی V_LO(t) که به عنوان سیگنال PWMP شناخته می‎شود نشان داده شده است.

۱- شکل نویز

۲- ایزولاسیون بین پورت LO. RF

۳- غیر خطی بودن

تا زمانی که سیگنالهای RF و LO در شکل از نظر الکتریکی از هم جدا نشده‌اند، این نظر وجود دارد که سیگنال LO با ورودی RF تداخل نماید که این می‌تواند ناشی از تشعشع بخشی از انرژی سیگنال LO روی آنتن گیرنده باشد.

طرح FET نشان داده شده در شکل ۶-b نه تنها ایزولاسیون RF و LO را ممکن می‌سازد، بلکه از آنجا تقویت سیگنال و تلفات تبدیل پائین را فراهم می‌کند. تلفات تبدیل (C_L) یک میکسر عموماً برحسب dB تعریف می‌شود که نسبت توان ورودی داده شده به توان IF به دست آمده می‌باشد.

در مواقع استفاده از FET, BJT ترجیحاً باید یک بهره تبدیل (C_G) اختصاص دهیم که به صورت نسبت عکس توان تعریف می‌شود. هم‌چنین شکل نویز یک میکسر عموماً به صورت تعریف می‌شود که در آن C_G همان بهره تبدیل و P_nowt توان نویز در خروجی ناشی از سیگنال RF ورودی و در پورت ورودی P_nin, RF توان نهائی نویز در IF می‌باشند.

FET معمولاً نویزپذیری کمتری نسبت به BJT دارد و به علت دارا بودن مشخصه تبدیل تقریباً مربعی، نفوذ ترمهای غیرخطی کاهش می‌یابد. در عوض زمانیکه بهره تبدیل بالا و شرایط ولتاژ بایاس پائین (مثلاً در سیستمهای متکی بر باتری) مورد نیاز است BJT به کار می‌رود.

غیرخطی بودن به طور عادی در زمینه‌های فشردگی تبدیل اغتشاش مدولاتور داخلی (IMD) سنجیده می‌شود. فشردگی تبدیل بر این حقیقت مربوط می‌شود که توان خروجی IF به عنوان تابعی از توان ورودی IF از یک نقطه مشخص روی منحنی خطی شروع بر انحراف می‌نماید. نقطه‌ای که این انحراف به ۱dB می‌رسد مشخصه اجرائی یک میکسر نوعی می‌باشد.

مشابه آنچه تاکنون در بحث تقویت کننده‌ها مواجه شده‌ایم اغتشاش مدولاسیون داخلی وابسته به بخش فرکانس دوم ورودی RF می‌باشد که شروع به اغتشاش می‌نماید. برای کوچک کردن این اثر یک آزمایش نوعی به کار می‌بریم.

اگر F_RF سیگنال مطلوب مورد نظر و F_۲ فرکانس ورودی دوم باشد آنگاه عامل میکس یک جزء فرکانسی تولید می‌کند که علامت تبدیل بالا و پائین را مشخص کنید. اثر این مدولاسیون داخلی می‌تواند در گراف (۷) نشان داده شود.

نقطه جدائی میان پاسخ خطی خروجی و پاسخ مرتبه سوم IMD یک فصل مشترک از تابعیتی است که توانائی یک میکسر را برای مانع شدن از این اثر نشان می‌دهد.

میکسرهای Dowble-balanced

میکسر Dowble-balanced از چهار دیود که به صورت آرایش یکسوسازی قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. در مجموع دیودها جداسازی بهتری را انجام داد و منجر به حذف مدهای اضافی خواهند شد. برخلاف میکسر single-balanced این میسکر تمام هارمونیکهای زوج در سیگنال RF, LO را حذف می‌کند. اما معایب این میکسر آن است که این میکسر تلفات تبدیلی را افزایش می‌دهد. شکل (۱۶) شماتیک این میکسر را نشان می‌دهد. هر سه مسیر سیگنال کوپل نشده هستند.

شکل (۱۶) طراحی میکسر Dowble-balanced

ترانس کنداکتانس در میکسرهای FET

تا اینجا بسیاری از میکسرها که شامل دیود و یا FET بودند را بررسی کردیم. نکات زیر در مورد FET قابل ذکر است. شکل (۱۷) شامل یک مدار میکسر FET است. اگر یک FET اتصالی یا MOSFET به نحوی بایاس گردد که گردش حول نقطه کار سبب ترک ناحیه اشباع یا روشن کردن اتصال گیت- سورس نشود، آنگاه جریان درین تقریباً همواره با ولتاژ گیت- سورس رابطه توان دومی دارد و جریان‌های درین برای FET به صورت

و برای MOSFET رابطه

که در این رابطه و v_۲ , v_۱ به ترتیب نوسان کننده محلی و سیگنالهای ورودی RF هستند و V_GS ولتاژ بایاس گیت- سور

شکل (۱۷)

اگر معادله جریان MOSFET را بسط دهیم داریم:

اگر و در نظر بگیریم، می توانیم ترانس کنداکتانس تبدیل سیگنال- بزرگ ، G_C را به صورت پوش جریان خروجی در تفاضل فرکانسی مطلوب تقسیم بر پوش سیگنال ولتاژ ورودی تعریف کنیم.

ترانس کنداکتانس تبدیل از w_s به w_۰ – w_s و نیز ترانس کنداکتانس سیگنال – بزرگ معمولی تقویت کننده را به دست می دهد.

لذا است. حال چون V_s(t)+V_۱ باید کمتر از V_GS-V_th باشد اگربخواهیم از ناحیه توان دومی خارج نشویم، ترانس کنداکتانس تبدیل از نصف هدایت عنصر در حال تقویت معمولی بیشتر نیست. اگر V_۱ واقعا ثابت باشد، در صورتی که فرضیات قبلی معتبر باشد G_c از V_s(t) مستقل است، تبدیل بدون اعوجاج حاصل می گردد. بسط مشابهی در FET می دهد.

اگر قطعه بین V_P و صفر بایاس شود و اگر آنگاه حداکثر G_C یک چهارم g_m سیگنال کوچک در V_GS=۰ با یک چهارم G_m=g_m در نقطه بایاس است.

فایل ورد کامل تحلیل طراحی میکسرها و کاربردهای صنعتی آن‌ها با بررسی اصول مهندسی و عملکرد فنی
فهرست

عنوان صفحه

مقدمه……………………………………………………………………………………………………… ۱

ویژگی اساسی میکسرها……………………………………………………………………………. ۳

الماسهای اساسی……………………………………………………………………………………… ۵

تکنیک های میکسر کردن…………………………………………………………………………… ۸

طراحی میکسر single- ended…………………………………………………………………….. 13

میکسرهای Double- balanced……………………………………………………………………. 25

ترانس کنداکتانس در میکسرهای FET………………………………………………………… 25

میکسرهای ترانزیستور دو قطبی………………………………………………………………… ۲۸

حالت کلی میکسرها…………………………………………………………………………………… ۳۰

مدارهای مخلوط کننده عملی……………………………………………………………………… ۳۱

مدارهای مبدل نیمه هادی………………………………………………………………………….. ۳۷

نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………… ۳۹