06 - Conversión de frecuencias - Diapositivas V1 2015.pdf
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Conversión de frecuencias
Circuitos Electrónicos IIIngeniería Electrónica
Ing. Fernando Clara – Ing. Gustavo Meschino
Universidad Nacional de Mar del PlataFacultad de Ingeniería
Multiplicación ideal
Suma en dispositivo alineal
( ) cos( )2
cos( )2
SS S S m
SS m
mVv t V t
mV t
( ) cosC C Cv t V t
( ) ( ) ( )L S Cv t v t v t
Señal de AM
Señal auxiliar (Oscilador Local)
Señales convertidas
Espectro en la entrada Espectro en la salida
2 3( ) ( ) ( ) ( )L S C S C S Ci t A B v v C v v D v v
2 2 2( ) 2S C S C S CC v v Cv v Cv Cv
Conmutación
1 2 2( ) cos cos32 3aux C CF t t t
( ) ( ) ( )L aux Sv t F t v t
2 cos cos1 2( ) cos cos cos32 3S SL S S S S CCv t V t V tV tt t
c s( c) os oS SSL C C S
V Vt tv t Efecto como de multiplicaciónde ambas señales.
Función auxiliar: conmutación.
Transistores en RFParámetros de admitancia
2 1
2 1
1 111 12
1 20 0
2 221 0 22
1 20 0
i rv v
fv v
i iy y y yv v
i iy y y yv v
iyig ib
1i i i
in
y g jbZ
0 0 01
out
y g jbZ
fjf fy y e
rjr ry y e
r fy y
V f LA y R
0y0g 0b
f my g
Input admittance
Output admittance
Forward transfer
Reverse transfer
Amplificador de RF [sintonizado]
1 1 //P gR R R 2 2 //P LR R R
22 0 2
f fceV f
be
y yvA y Rv G g G
1
1r
i
yG g
2 0 1
1f r
i
y yG g G g
Consideramos gananciaen inversa baja
Considerando el modelo del transistor
En resonancia:
2 0G g
Condición de estabilidad
Ganancia en directa Ganancia en inversa
Ganancia de tensión
Circuito amplificador con TRJ o FET( ) ( )C mQ Si t g v t
LV mQ L
S
vA g Rv
( , )mQ Cg F I fMuy bajaamplitud
( )Ci tCQI
( )mg tmQg
t
t
mQ feg y mQ fsg y
'
1
1
CQmQ
CQTbb
T T
Ig IV j r
V
Con el modelo de Giacoletto, en TBJ:
Polarización
Autopolarización
Mezcladores
1 2 2( ) cos cos32 3m mQ C Cg t g t t
( ) ( ) ( )2
cos c2
cos cos
c
os cos3
os cos
2 3
( ) cos2
mQS S C
mQ S m
C m S
m
Q SC S C
Q mQS S S S C
m SS S
QC
i t g t v tg g
V t V tg
V t t
g V g Vt
t
Vi t t
gt
( )( )
C C SmC
S S
IgV
mQmC
gg ( ) ( )L C S mC L S SV g R V
Amplitud de señal convertidaTransconductancia de conversión Este caso:
Bajo nivel
Alto nivelDiscontinuas
Cuando espositivo, el TBJ noestá saturado.
MezcladoresOtras formas de onda de corriente
1 1( ) cos2m mMAX Cg t g t
4mMAX
mC
gg
( ) cosm mQ m Cg t g g t
2m
mC
gg
Clase B
( ) ( ) ( )C m Si t g t v t( )
( )C C S
mCC S
IgV
Transconductancia de conversiónoperando en clase B.
Transconductancia de conversiónoperando en clase A.
Clase A
Transconductancia de conversión general:
Circuitos mezcladoresInyección por base
Inyección por emisor
El OL produce una caídade tensión en el tanque
e irradia.
Disminuye la radiación, pues lacorriente hacia el tanqueva a través de la corriente alternade base.
Antena
Antena
Circuitos mezcladoresConversor
Nivel de inyecciónCQ
fT
Iy
V
Genera el oscilador local y lo mezcla en el mismo circuito.
Cada sintonizadopresentaimpedanciamáxima para sufrecuencia deresonancia y bajapara las demás.
Oscilador con base a masaColector y emisor acoplados
Resuena a lafrecuencia convertida
El valor óptimo de la amplitud deloscilador local debe ser tal que seopere en la zona lineal.
MOSFET doble compuertaConfiguración como amplificador
Polarización
VG2 S = 4.0, 3.5, 3.0, 2.5,2.0, 1.5 y 1.0 V
VDS = 5V, T = 25°C
0.1 a 0.2D S DDI R V
1 1 2 21 3 2 4
DD DDV VV R V RR R R R
1 1 2 2G S GS G S GSV V V V V V
D m Si g v
( , , )m D DSg F I V f
21m fs Sg y y
L m Lv g R
1 2( , )D G S G SI F V V
LR
Mezclador con MOSFET doble compuerta
mQmC
gg
L mC L SV g R V
• Baja ganancia.
• No genera productos de 3erorden o más.
• Se aísla totalmente el circuito deseñal del oscilador local.
Mezclador con multiplicador doble balanceado
Oscilador
Entrada
Salida
MC3359
Mezclador con multiplicador doble balanceado
Mezclador con multiplicador doble balanceado
Circuitocompleto
Oscilador a cristalClapp
0.7 V3.5K
I
1mVSV
3 9 1( ) ( ) ( )C C auxi t i t F t
4 9 2( ) ( ) ( )C C auxi t i t F t
5 10 1( ) ( ) ( )C C auxi t i t F t
6 10 2( ) ( ) ( )C C auxi t i t F t
11 2 2( ) cos cos32 3aux C CF t t t
21 2 2( ) cos cos32 3aux C CF t t t
Funciones auxiliares (conmutación)
9 ( ) cos2 2
SC m S
VIi t g t
10 ( ) cos2 2
SC m S
VIi t g t
3 9 1( ) ( ) ( )
2 cos cos
1 2 2cos cos cos32 2 2 3
2cos cos3 cos4 3 4
2 cos cos32 32
C C
Sm S
aux
Sm S C
C C
SC C m S
Sm S C
I Vg t t t
I I
i t i t F t
Vg
I Vt t g t
Vg t tt t
11 2 2( ) cos cos32 3aux C CF t t t
21 2 2( ) cos cos32 3aux C CF t t t
9 ( ) cos2 2
SC m S
VIi t g t
10 ( ) cos2 2
SC m S
VIi t g t
6 10 2
1 2 2cos cos cos32 2 2
( ) ( ) ( )
2 cos cos
32cos cos3 cos
4 3 42 cos cos3
2 2 3
C C aux
Sm S
Sm S C C
SC C m S
CS
m S C
I Vg t t t
I I
i t i t F t
Vg
I Vt t g t
Vg t tt t
Demostración de que los términos útiles en los dos pares de corrientes son las mismas.
Las componentes de frecuencia son iguales.
3 6( ) ( ) cos( )2m S
C C C Sg Vi t i t t
4 5( ) ( ) cos( )2m S
C C C Sg Vi t i t t
4 3
3 6 4 5
( ) ( ) ( )
2 cos( )
L C C
C C C C L
m SL C S
v t v t v ti i i i Rg V R t
'
12 1
2
mCT
bbT T
Ig IV j rV
Tensión al amplificador diferencial
LR3 5
4 6
( ) 0 conducen y ( ) 0 conducen y
C
C
v t Q Qv t Q Q
Los términos útiles en estos dos pares decorrientes son las mismas.
Conversión de frecuenciasAplicaciones
Conversor de frecuencias inaudibles al espectroaudible en un dispositivo para deficiencias auditivas.
(Tesis de Alejandro Uriz, 2014)
Conversión de frecuenciasObjetivos logrados
• Comprender el proceso de conversión de frecuencias pordiferentes métodos ya empleados para demodulación.
• Recordar los parámetros en alta frecuencia de transistores conel fin de evaluar la ganancia.
• Comprender el concepto de Transconductancia de Conversiónaplicado a diferentes tipos de polarizaciones.
• Ver diferentes formas de mezclar una señal con un osciladorlocal.
• Aplicar un MOSFET de doble compuerta.
• Analizar un circuito integrado real.
Conversión de frecuenciasAutoevaluación
1. Defina las impedancias de entrada, salida y la transconductancia de un transistor dealta frecuencia en base a sus parámetros de admitancia.
2. Dibuje el circuito real completo y polarizado de un amplificador sintonizado.
3. Dibuje el circuito equivalente de un amplificador sintonizado. Calcule su ganancia y suancho de banda.
4. Explique el principio de operación de los mezcladores que operan según el métodode:
a) Multiplicación ideal;b) Suma en dispositivo alineal;c) Conmutación.
5. Calcule la transconductancia de conversión de un transistor que opera como mezcladordel tipo conmutado, cuya señal de oscilador local lo hace operar:
a) con onda cuadrada;b) en clase A;c) en clase B.
Conversión de frecuenciasAutoevaluación
6. Dibuje el esquema de un mezclador con inyección por emisor. Defina las frecuenciasde operación de sus circuitos sintonizados.
7. Explique el principio de funcionamiento de un conversor autooscilante.
8. Considere unmezclador con transistor de efecto de campo de doble compuerta.
a) Dibuje el circuito real completo y polarizado.b) Defina las frecuencias de operación de sus circuitos sintonizados.c) Indique el procedimiento de cálculo de los resistores de autopolarización.d) Indique el procedimiento de cálculo de la transconductancia de conversión.
10. Dado el circuito integrado de un conversor con multiplicador doble balanceado yoscilador a cristal:
a) Explique su funcionamiento.b) Calcule su transconductancia de conversión.