Перемножитель аналоговых сигналов AD835 и его применение
Эта микросхема аппаратно реализует функцию перемножения значений напряжения, поданных на её входы. Для переменного тока она перемножает мгновенные значения входных сигналов, с учетом их знака.
s(t) := x(t) * y(t)
где:
x(t) и y(t) — входные сигналы
s(t) — выходной сигнал
Чтобы не возиться с изготовлением платы, заказал на Али готовый модуль с AD835. Раньше он стоил дешевле, чем на скриншоте.
https://aliexpress.ru/item/1005011781427285.html
На плате еще установлен операционный усилитель к выходу AD835, видимо для работы со слабыми сигналами.
В текущих экспериментах операционник не нужен, поэтому лучше было бы приобрести другую плату, содержащую только AD835. Но когда покупал, на глаза не попалась.
https://aliexpress.ru/item/1005005099169178.html
Диапазон входных сигналов AD835: до 1v
Диапазон рабочих частот: от DC до 250 МГц
Входное сопротивление на разъемах платы приведено к 50 Ом.
Микросхема AD835 питается от двухполярного источника +5v и — 5v.
Для питания использовал плату DC-DC преобразователя на ± 5v выходного напряжения. Эти преобразователи давно применяю в разных конструкциях, работают отлично.
https://aliexpress.ru/item/1005008910520917.html
Ток потребления от ЛБП 4v составляет около 70 мА.
Далее рассмотрим как можно применять аналоговый перемножитель.
Удвоитель частоты
Если сигнал определенной частоты подать на оба входа аналогового перемножителя, на выходе получим синусоиду удвоенной частоты. Правда она содержит постоянную составляющую, но это легко устраняется с помощью разделительного конденсатора.
Здесь и далее снизу входной сигнал, а сверху — сигнал на выходе перемножителя.
Проверяем экспериментально — результат тот же самый. Амплитуда выходного сигнала значительно меньше чем входных, вот тут бы пригодился операционник, установленный на плате.
В таком режиме микросхему можно применять когда например есть качественный термостатированный генератор 5 МГц, а какой-нибудь прибор требует опору 10 МГц. Или для получения удвоенной частоты гетеродина в радиосвязной аппаратуре.
Активный смеситель (преобразователь частоты)
Задача частотного смесителя — получить сумму или разность частот сигналов, поданных на его входы. Данная микросхема хорошо справляется с этой задачей. Ниже спектрограмма реальной работы AD835. На входы идут сигналы с частотой F1 8 МГц и F2 12 МГц от пары ВЧ генераторов.
На спектроанализаторе наблюдаем разностную частоту |F1-F2| и суммарную частоту F1+F2, которые можно впоследствии отфильтровать.
В отличие от многих других частотных смесителей, AD835 полноценно работает начиная от постоянного тока. Эта особенность может понадобиться например при создании измерительных приборов.
А вот в качестве входного смесителя для радиоприемника, микросхема не подходит. По спектрограмме видно, что у неё великоват уровень собственных шумов. Но это совершенно не мешает ей работать с сигналами уровня десятков милливольт и более.
Высококачественный амплитудный модулятор
Если просто подать несущую частоту wo и модулирующий сигнал x(t) на входы перемножителя, АМ сигнал мы не получим. Это показано на мат. модели, и на осциллограмме в практическом эксперименте:
Для получения АМ сигнала необходимо приподнять модулирующий сигнал x(t) над нулевой линией. То есть добавить к нему постоянную составляющую, согласно формуле амплитудной модуляции:
где:
x(t) — модулирующий сигнал (низкочастотный)
M — коэффициент модуляции (от 0 до 1)
w0*t — несущая частота
Аппаратно это проще всего сделать с помощью сумматора на операционном усилителе. Здесь U2 — модулирующий сигнал x(t), а U1 — добавляемая к нему постоянная составляющая. Так как сумматор инвертирующий, поэтому добавлять будем отрицательное напряжение. Хотя можно было и положительное, разницы нету. Просто в этом случае x(t) не поднимется, а опустится ниже нулевой линии. Для модулятора знак постоянной составляющей не имеет значения.
Осциллограмма AM сигнала, полученного на выходе AD835 в реальном эксперименте. Красной линией выделена огибающая высокочастотной несущей, которая полностью соответствует исходному модулирующему сигналу.
АМ сигнал на анализаторе спектра. Несущая частота 12 МГц, модулирующий сигнал — синус 3 кГц.
Посмотрим АМ модуляцию сигналом треугольной формы.
Для оценки качества модуляции, подаем прямоугольный сигнал всё той же частоты 3 кГц. Как видим на осциллограмме, импульная характеристика выглядит очень хорошо.
Проверить линейность АМ модулятора можно с помощью простой схемы. Для этого осциллограф переводим в режим X-Y. На горизонтальный вход X подаем модулирующий сигнал. А на вход вертикального отклонения Y идет сигнал с выхода модулятора:
На получившейся осциллограмме наблюдаем наклонные границы области модуляции, которые должны быть максимально близки к прямой линии. Это показатель высокого качества модуляции, способной передать низкочастотный сигнал с минимумом искажений.
Модулятор можно использовать для оживления ретро радиоприемников, без вмешательства в их конструкцию, что очень важно для коллекционеров. Ну и для других радиолюбительских интересов.
Область применения аналогового перемножителя не исчерпывается приведенными примерами. Он может умножать сигналы пропорциональные напряжению и току в нагрузке, на выходе будет мощность. На базе умножителя можно построить и другие виды радиочастотных модуляторов и демодуляторов, приборы для точного измерения RMS в цепях переменного тока. Или сделать компрессор аудио сигнала, улучшающий его энергетику и разборчивость при передаче по радиоканалу.
s(t) := x(t) * y(t)
где:
x(t) и y(t) — входные сигналы
s(t) — выходной сигнал
Чтобы не возиться с изготовлением платы, заказал на Али готовый модуль с AD835. Раньше он стоил дешевле, чем на скриншоте.
https://aliexpress.ru/item/1005011781427285.html
На плате еще установлен операционный усилитель к выходу AD835, видимо для работы со слабыми сигналами.
В текущих экспериментах операционник не нужен, поэтому лучше было бы приобрести другую плату, содержащую только AD835. Но когда покупал, на глаза не попалась.
https://aliexpress.ru/item/1005005099169178.html
Диапазон входных сигналов AD835: до 1v
Диапазон рабочих частот: от DC до 250 МГц
Входное сопротивление на разъемах платы приведено к 50 Ом.
Микросхема AD835 питается от двухполярного источника +5v и — 5v.
Для питания использовал плату DC-DC преобразователя на ± 5v выходного напряжения. Эти преобразователи давно применяю в разных конструкциях, работают отлично.
https://aliexpress.ru/item/1005008910520917.html
Ток потребления от ЛБП 4v составляет около 70 мА.
Далее рассмотрим как можно применять аналоговый перемножитель.
Удвоитель частоты
Если сигнал определенной частоты подать на оба входа аналогового перемножителя, на выходе получим синусоиду удвоенной частоты. Правда она содержит постоянную составляющую, но это легко устраняется с помощью разделительного конденсатора.
Здесь и далее снизу входной сигнал, а сверху — сигнал на выходе перемножителя.
Проверяем экспериментально — результат тот же самый. Амплитуда выходного сигнала значительно меньше чем входных, вот тут бы пригодился операционник, установленный на плате.
В таком режиме микросхему можно применять когда например есть качественный термостатированный генератор 5 МГц, а какой-нибудь прибор требует опору 10 МГц. Или для получения удвоенной частоты гетеродина в радиосвязной аппаратуре.
Активный смеситель (преобразователь частоты)
Задача частотного смесителя — получить сумму или разность частот сигналов, поданных на его входы. Данная микросхема хорошо справляется с этой задачей. Ниже спектрограмма реальной работы AD835. На входы идут сигналы с частотой F1 8 МГц и F2 12 МГц от пары ВЧ генераторов.
На спектроанализаторе наблюдаем разностную частоту |F1-F2| и суммарную частоту F1+F2, которые можно впоследствии отфильтровать.
В отличие от многих других частотных смесителей, AD835 полноценно работает начиная от постоянного тока. Эта особенность может понадобиться например при создании измерительных приборов.
А вот в качестве входного смесителя для радиоприемника, микросхема не подходит. По спектрограмме видно, что у неё великоват уровень собственных шумов. Но это совершенно не мешает ей работать с сигналами уровня десятков милливольт и более.
Высококачественный амплитудный модулятор
Если просто подать несущую частоту wo и модулирующий сигнал x(t) на входы перемножителя, АМ сигнал мы не получим. Это показано на мат. модели, и на осциллограмме в практическом эксперименте:
Для получения АМ сигнала необходимо приподнять модулирующий сигнал x(t) над нулевой линией. То есть добавить к нему постоянную составляющую, согласно формуле амплитудной модуляции:
где:
x(t) — модулирующий сигнал (низкочастотный)
M — коэффициент модуляции (от 0 до 1)
w0*t — несущая частота
Аппаратно это проще всего сделать с помощью сумматора на операционном усилителе. Здесь U2 — модулирующий сигнал x(t), а U1 — добавляемая к нему постоянная составляющая. Так как сумматор инвертирующий, поэтому добавлять будем отрицательное напряжение. Хотя можно было и положительное, разницы нету. Просто в этом случае x(t) не поднимется, а опустится ниже нулевой линии. Для модулятора знак постоянной составляющей не имеет значения.
Осциллограмма AM сигнала, полученного на выходе AD835 в реальном эксперименте. Красной линией выделена огибающая высокочастотной несущей, которая полностью соответствует исходному модулирующему сигналу.
АМ сигнал на анализаторе спектра. Несущая частота 12 МГц, модулирующий сигнал — синус 3 кГц.
Посмотрим АМ модуляцию сигналом треугольной формы.
Для оценки качества модуляции, подаем прямоугольный сигнал всё той же частоты 3 кГц. Как видим на осциллограмме, импульная характеристика выглядит очень хорошо.
Проверить линейность АМ модулятора можно с помощью простой схемы. Для этого осциллограф переводим в режим X-Y. На горизонтальный вход X подаем модулирующий сигнал. А на вход вертикального отклонения Y идет сигнал с выхода модулятора:
На получившейся осциллограмме наблюдаем наклонные границы области модуляции, которые должны быть максимально близки к прямой линии. Это показатель высокого качества модуляции, способной передать низкочастотный сигнал с минимумом искажений.
Модулятор можно использовать для оживления ретро радиоприемников, без вмешательства в их конструкцию, что очень важно для коллекционеров. Ну и для других радиолюбительских интересов.
Область применения аналогового перемножителя не исчерпывается приведенными примерами. Он может умножать сигналы пропорциональные напряжению и току в нагрузке, на выходе будет мощность. На базе умножителя можно построить и другие виды радиочастотных модуляторов и демодуляторов, приборы для точного измерения RMS в цепях переменного тока. Или сделать компрессор аудио сигнала, улучшающий его энергетику и разборчивость при передаче по радиоканалу.
Самые обсуждаемые обзоры
Если была бы такая на 10 ГГц можно было бы расширить диапазон приема SDR приемника )
www.youtube.com/watch?v=vxuLiXGsSmA
Вот готовый
www.youtube.com/watch?v=ZSwi-uWl2hs
Вот на HB100 и где-то была поделка с озвучиванием, на слух как эффект Доплера.
Только обычно, когда мы говорим «Доплер», мы подразумеваем непрерывное изменение фазы, выражающееся в однотонном синусоидальном сигнале на выходе датчика. А когда идет речь про датчик движения, тут происходят более хаотические изменения.
Только я не согласен с ИИ на счет мгновенной стабильности частоты. Я как раз думаю, что частота мгновенно меняется достаточно сильно и каждое следующее колебание может иметь несколько другой период, чем предыдущее. Только с точки зрения сложения фаз высокая стабильность и не нужна. Погрешность фазы в приемнике будет пропорциональна погрешности частоты умноженной на количество полных длин волны, которые прошел сигнал. То есть, если следующее колебание отклонилось даже на 100 Гц и прошло расстояние в 200 длин волн (~10 метров), относительная погрешность будет всего 0,00000003125*200 = 0,00000625, то есть, только 6 ppm.
смесители на диодах
Для публикации хотелось бы что-то интересное — например, измеритель активной мощности нагрузки (как произведение I*U), возможно — и полной+пиковой мощности — это будет актуально для экспериментов с усилителями мощности на реальной или IHF-нагрузке, или хотя бы простой RMS-преобразователь, или сдвигатель спектра голоса… А так — попса, всё это уже есть в ДШ.
Еще есть так называемые «свободные операторы», также известные как «радиохулиганы». Они вещают тоже в АМ, чаще всего в диапазоне от 2.5 до 3.5 МГц. Но мощности у них большие, и антенны хорошие. Что позволяет их принять в вечернее время на обычный радиоприемник с КВ диапазоном.
Если сложно, но желание огромное, можно для начала взять готовый функциональный генератор с аыходным напряжением десяток вольт на нагрузке 50 Ом. Подать аудио на его вход амплитудной модуляции. С выхода генератора — на рамочную антенну. На десяток… другой метров дальности хватит. Собственно так и делают коллекционеры и в некоторых музеях ретро техники.
В эпоху аккумуляторного питания и цифровых устройств с однополярным питанием неоднократно отказывался от схем, нуждающихся в двуполярном питании.
Дело в том, что L1 по сути не является трансформатором в привычном олдскульном понимании, а дросселем. Потому что в инверторе разделены фазы накопления и отдачи энергии.
Обратите внимание, оба диода D1 анодом подключены к концу обмотки, в то время как L1A подключена к плюсу источника питания началом (начало отмечается точкой). Т.е. при накачке L1A (вывод SW на земле) оба D1 закрыты, а при размыкании (ток от источника питания перестает поступать в обмотку L1A) магнитное поле стремится поддержать ток, и для него нет разницы между обмотками. Ток меняется на противоположный и по пути наименьшего сопротивления течет через оба открывшихся D1 в разные нагрузки.
Исходя из этого и из понимания, что упрощенно ключ SW то на «земле», от «в воздухе» можно почертить схемки, учитывая внутренние режимы buck-boost, определяемые входом FB.
Но остановлюсь на том, что оба Cdc нужны для boost-а.
Самый большой всплеск, который могли бы гасить конденсаторы, возникает при закрытии ключа, но именно он через диоды заряжает сглаживающие конденсаторы и питает нагрузку, благодаря чему у инвертора высокий КПД.
Полярность конденсаторов указывает, что они наоборот заряжаются при прямом включении, когда сердечник только начинает насыщение, ток растет плавно, и я не вижу помех, которые нужно гасить снаббером.
Поэтому, а также принимая во внимание большую ёмкость, ненужную снабберу, одинаковое или близкое число витков в обмотках (судя по обозначениям на схеме даташита для Buck-Boost), а также работу не только в buck, но и в бусте я останусь при прежнем мнении.
Это не значит, что я прав — я не специалист по теории БП, потому большую часть из написанного я узнал только что, анализируя схему, раньше мне этого не было нужно. Это значит, что я не до конца понял ваше объяснение.
Так вот, в момент закрытия ключа на выводе SW возникает большой положительный всплеск (за счет индуктивности рассеяния), он через нижний Cdc уходит в нагрузку (через диод D1). Конденсатор при этом заряжается плюсом слева. Когда выброс заканчивается, на выводе SW устанавливается отраженное напряжение примерно Uin + 12 В, а на правой обкладке 12 В, излишний заряд конденсатора уходит в питание схемы. При открытом ключе полярность такая же — на левой обкладке ноль, на правой примерно минус напряжение питания.
Эта схема — не buck и не boost, а именно обратноход. Здесь в нагрузку передается только та энергия, что была запасена в дросселе (трансформаторе). Какое именно там окажется напряжение — ниже питания или выше, на принцип работы схемы не влияет никак, меняется только скважность.
А buck-boost прямо указан в даташите к схеме выше этой, к которой в этой схеме добавлен верхний контур, и у этой вход 10-18 В и выход +-12 при указанных R1 и R2.
Короче, спасибо за подробные объяснения, буду разбирать.
Видимо, они имели в виду только то, что такая схема может как повышать, так и понижать напряжение.
UPD. Сейчас глянул детальней описания SEPIC, там один в один такая же схема, даже конденсаторы изображены так же странно
en.wikipedia.org/wiki/Single-ended_primary-inductor_converter
И вот что там есть:
Because the average voltage of VC1 equals VIN, therefore VL1 = −VL2. For this reason, the two inductors can be wound on the same core, which begins to resemble a flyback converter.
Получается, это полноценный SEPIC.
Опять бегом без времени разобраться. Коротко: про кондеры вы правы, что смешно, я не полярность перепутал, а лево и право. Черт! ))))))))
А вот для несогласованной нагрузки встречалось что снижают ксв на выходе передатчика подбором длины соединительного коаксиала. Так себе вариант, тем не менее популярен у настройщиков антенн.
Лет 30 не сталкиваясь с темой ближе вопросов размещения кварца подле процессора.
Увы, я пишу из головы, не пытаясь быть умнее перед собеседником за счет Гугла, и могу ошибаться ))))
от 1,5в то 10в делают двухполярку (добавив диоды и конденсаторы можно удвоенную двухполярку получить).
Можно активный балансир для аккумов сделать, пусть слабенький, но постоянно рабочий (3 лития даже не на 100% заряженных за более чем 5 лет балансировки не высадились, 3,612в +-1мв, просто собрал (использовал для питания TL-WA7510n смотрел уровень Wi-Fi сигнала) и забыл-забил, сейчас замерил:)
Но если достаточно 10 мА и необходим минимальный размер, микро потребление и минимальная цена (в мультиметрах например для питания ОУ и AD736).
Корпуса DIP, SOIC, SOT + 2 smd конденсатора.
Чтобы освободившееся гнездо не пустовало, внедрил вовнутрь широкополосный сумматор ВЧ сигналов.
Изначально _операционный_ усилитель и появился для реализации математических _операций_ (сложение, вычитание, деление, умножение, дифференцирование, интегрирование). Потому так и называется )
На них делали АВМ — Аналоговые Вычислительные Машины. Цифровые ЦЭВМ появились позже АВМ и были тогда тупо слабее (но дешевле). Ну а диф. уравнения на АВМ «программируются» значительно проще, а вычисляются практически мгновенно ) Удобно для моделирования всего, что можно описать дифурами.
Кстати в советской космонавтике первые полеты вычислялись, моделировались и тренировались именно с помощью АВМ. А Гагарин диссертацию писал про моделирование полета истребителя — на АВМ, на операционниках
А вот как сейчас помню, фазовращатель на 90 в полосе 300-6000 герц, не то, чтобы замучился, но настраивать муторно было. Кстати, с ПСками тоже работал, тоже в то время примерно, и тоже сигнал звукового диапазона а несущая 500 кГц. Но там чуток посложнее было — квадратурный модулятор, двойной балансный смеситель…